NGHIÊN CỨU NHU CẦU TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Mạng thông tin trong HTĐ
Sự phát triển hệ thống điện năng hiện đại nằm trong xu thế chung của sự phát triển khoa học kỹ thuật và kinh tế, nhằm thỏa mãn đòi hỏi ngày càng tăng của xã hội phản ánh những bước tiến vượt bậc của khoa học kỹ thuật, đáp ứng nhiều nhu cầu đa dạng của cuộc sống.
Hệ thống điện Việt Nam cũng như của nhiều nước đang phát triển trên thế giới đang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ Có lợi thế là được áp dụng những thành tựu công nghệ mới, tiên tiến nhất để xây dựng cũng như vận hành bỏ qua những chi phí áp dụng cho việc nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm mà các nước phát triển đã trải qua.
Việc áp dụng truyền thông tin trong HTĐ đã giải quyết được các vấn đề trong điều khiển, giám sát, thu thập số liệu …… tạo điều kiện thuận lợi cho việc HTĐ có thể được mở rộng cũng như quản lý ngày một tốt hơn. Để nghiên cứu hệ thống điều khiển trong HTĐ hiện đại ta chia thành các cấu trúc đã tạo nên hệ thống đó là:
+ Cấu trúc mạng thông tin
+ Cấu trúc hệ thống bảo vệ, điều khiển, giám sát, quản lý
Thông tin là một trong những khái niệm quan trọng nhất trông KHKT cũng giống như vật chất hay năng lượng.
Năng lượng Năng lượng Hệ Thống
Việc biểu diễn thông tin phụ thuộc vào mục đích tính chất của ứng dụng thông tin có thể được mô tả hay được số hóa bằng dữ liệu có thể được lữu trữ và xử lý trên máy tính.
Mạng thông tin được hiểu như là một sự hòa nhập, giao tiếp trao đổi dữ liệu giữa hai đối tượng với nhau hay của một đối tượng và một hệ thống lớn Với những thành tựu đạt được trong công nghệ thông tin khái niệm đối tượng và hệ thống đã được mở rộng ra Không giới hạn các đối tượng như một phần tử, một thiết bị với một hệ thống lớn như một trạm điện, nhà máy điện…….
Và có thể thực hiện trong một môi trường thông tin riêng (mạng cục bộ) đang ngày càng được phổ biến, hoặc trong môi trường thông tin chung, trong phạm vi một trạm biến áp …… thậm chí có tính chất toàn cầu bao gồm cả khái niệm không gian thực và thời gian thực.
Việc áp dụng thông tin trong HTĐ trước đây được khai thác trong một phạm vi hẹp như mạng điện thoại cục bộ của ngành, thực hiện chức năng bảo vệ, điều khiển, cần sử dụng kênh thông tin cũng khá ít: bảo vệ cao tần, bảo vệ cắt liên động, và bảo vệ so lệch dọc đường dây….
Những tiến bộ vượt bậc của công nghệ thông tin cuối thế kỷ 20, cộng với những đòi hỏi ứng dụng ngày càng cao của người sử dụng làm cho nhu cầu truyền thông trong HTĐ ngày càng mở rộng và đa dạng Các đường điện thoại viễn thông, cáp quang, kênh cao tần PLC, mạng sóng vô tuyến FM.Những thành tựu đạt được (thông tin trong trạm, từ cấp trạm đến cấp điều độ miền, trên cơ sở khai thác các ứng dụng SCADA, EMS, DSM, hoặc các ứng dụng văn phòng như truy nhập lấy số liệu từ INTERNET,… phụ thuộc khả năng khai thác của người dùng Đã mở rộng phạm vi về không gian, và phạm vi quản lý khi có ngày càng nhiều đối tượng tham gia vào mạng lưới thông tin Do vậy, một trong các yêu cầu chính đặt ra là phải có một cách giao tiếp chung cho tất cả các đối tượng tham gia thông tin Đó là phải có một hệ thống thông tin chuẩn hóa và thống nhất.
IEC (international electrotechnical committee) và TC57 (technical committee) đã được thành lập năm 1964 do đòi hỏi phải có một tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực thông tin giữa các thiết bị và hệ thống trong lĩnh vực thông tin điện lực: Telecontrol- điều khiển từ xa, Teleprotection- bảo vệ từ xa, và các úng dụng của công nghệ thông tin trong hệ thống điện như giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA), quản lý hệ thống năng lượng(EMS), quản lý nhu cầu điện năng(DSM), tự động hệ thống phân phối(DA),….
Các nhà chuyên môn của 22 nước thành viên đã thừa nhận rằng tính cạnh tranh càng cao với số lượng các nhà sản xuất thiết bị ngày càng tăng. Việc nối ghép giữa các thiết bị điều khiển để tích hợp thành hệ thống đòi hỏi thiết bị và hệ thống phải có khả năng kết hợp với nhau, các ghép nối, các giao thức và định dạng dữ liệu cần thiết phải tương thích để đáp ứng các mục tiêu trên.
Viện công nghệ thông tin Bắc Mỹ (UCA TM ) cũng hoạt động trong lĩnh vực này và đã bổ sung các chuẩn nối ghép, chuẩn giao thức và dạng dữ liệu. nó hoàn thiện những yêu cầu và IEC TC 57 đã chấp nhận chúng như là một tập con của chuẩn IEC-61850 hiện đang phát triển.
Viện nghiên cứu điện lực (EPRI- Electric Power Research Institute) đã đưa ra vấn đề này từ năm 1970 để phát triển công nghệ thông tin trong ngành điện Từ những năm 80, EPRI đã nhận thấy lợi ích khi thống nhất để tạo điều kiện dễ dàng khi kết hợp một số lớn chủng loại thiết bị và hệ thống, tư vấn cho các mục đích quản lý và điều khiển thông tin tới tất cả các tổ chức làm việc trên cùng lĩnh vực EPRI đã ủy quyền dự án cho UCA.
Nhiều chương trình dự án được tiến hành và hầu hết thiết bị bảo vệ, IEDs (là các thiết bị thu thập thông tin, dữ liệu) được sản xuất theo tiêu chuẩn của UCA đều tỏ ra rất có hiệu quả khi chúng nối mạng thông tin.
Một đòi hỏi cụ thể là thực hiện chuyển những thông báo nhanh giữa các IEDs với đơn vị thời gian (ms) khi phát hiện có sự cố trong hệ thống điện vì nó liên quan đến tính điều khiển tức thời (tính tác động nhanh) trong hệ thống truyền dữ liệu Do vậy, mạng LAN đã được sử dụng trong trạm điện thay cho một khối lượng đấu dây lớn giữa các IEDs và các thiết bị sơ cấp.
Một đặc điểm khác khi áp dụng quản lý theo các lớp thông tin nhằm đáp ứng những yêu cầu rong hơn cho điều khiển trạm.
Trong đó, những lớp thấp hơn của hệ thống các dự án khảo sát đã đề xuất rất nhiều giải pháp Bus công nghiệp, như công nghệ LAN văn phòng với các lớp giao thức ETHENET và INTERNET.
Liên kết thông tin giữa các IED
Khả năng thu thập dữ liệu và điều khiển trong cấu trúc của thông tin có thể tạo được từ mỗi IED trong trạm điện Do vậy đòi hỏi việc chuyển các thông báo nhanh giữa các IEDs để đảm bảo các yêu cầu trong giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu.
Khái niệm các dạng liên kết:
Liên kết là mối quan hệ vật lý hoặc logic giữa 2 hoặc nhiều đối tác truyền thông Có các loại liên kết: điểm- điểm, điểm với nhiều điểm, hoặc liên kết nhiều điểm
Topology – cấu trúc liên kết của mạng, nói cách khác chính là tổng hợp các liên kết Topology có thể hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng, nhưng cũng có thể là cách sắp xếp logic của các nút mạng, và mối liên kết giữa các nút mạng Cấu trúc mạng thông tin trong hệ thống điện có thể được chia ra 3 loại cơ bản:
- Star Topology – mạng liên kết hình sao
- Bus Topology – mạng liên kết BUS
- Ring Topology – mạng liên kết vòng
Mạng cấu trúc liên kết hình sao: Được thiết kế trợ giúp cho những hệ thống có nhiều loại IEDs Những rơle có khả năng thông tin tốc độ chậm lắp đặt cùng với những rơle hiện đại có tốc độ nhanh hơn Trong mạng hình sao, thiết bị có xuất xứ từ nhiều nhà sản xuất với các protocol khác nhau có thể cùng nối trực tiếp tới bộ xử lý trung tâm Tính mở ở đây được thể hiện khi mạng có khả năng giao tiếp giữa phần cứng và phầm mềm của nhiều hãng sản xuất với nhiều giao thức (protocols), nhiều tỉ số truyền (baud rate), và nhiều hình thức giao tiếp mạng Thế hệ rơ le số có cổng giao tiếp đơn giản thường được dùng là loại cổng nối tiếp EIA -232.
Mạng cấu trúc liên kết nhiều điểm: Đây là mạng liên kết BUS và vòng với nhiều điểm, trong đó các thiết bị được nối theo luật truyền và nhận thống nhất, như minh họa các hình vẽ ở dưới đây Đặc điểm của hai liên kết này là trong một khoảng thời gian nào đó chỉ có một thết bị liên lạc Trong mạng chỉ và sẽ sử dụng cổng song song EIA - 485 Ngoài cổng EIA-232 cũng có thể biến đổi sang EIA-485 khi được sử dụng cho một số mạng liên kết nhiều điểm đặc biệt.
Hình 2.1: Mạng cấu trúc BUS
Tất cả các thiết bị trong mạng đều được nối trực tiếp với một đường dẫn chung Như vậy, đặc điểm cơ bản của cấu trúc này là việc sử dụng chung một đường dây duy nhất cho tất cả các thiết bị trong trạm (hoặc mạng) vì thế tiết kiệm được cáp dẫn và công lắp đặt Nếu một trạm hay phần tử, rơle không làm việc (hư hỏng, mất nguồn) gây ảnh hưởng đến các phần tử còn lại.
Mạng cấu trúc mạch vòng (tích cực)
- Mỗi nút đồng thời là một bộ khuếch đại, do vậy khi thiết kế mạng theo kiến trúc này có thể thực hiện với khoảng cách và số lượng trạm lớn.
- Mỗi trạm có khả năng vừa nhận và phát tín hiệu cùng một lúc Vì mỗi thành viên ngăn cách mạch vòng làm hai phần và tín hiệu chỉ truyền theo một chiều nên biện pháp tránh xung đột tín hiệu thực hiện đơn giản hơn.
- Cấu trúc mạch vòng thực chất thực hiện dựa trên cơ sở điểm- điểm thích hợp cho việc phát triển ứng dụng các phương tiện truyền thông hiện đại như cáp quang, hồng ngoại……
- Việc gán địa chỉ cho các thành viên trong mạng cũng có thể do một trạm chủ thực hiện hoàn toàn tự động, căn cứ vào thứ tựu sắp xếp vật lý của các trạm trong mạch vòng.
- Một ưu điểm là khả năng xác định vị trí xảy ra sự cố (trong mạng thông tin) như đứt dây, mất nguồn… Tuy nhiên để có độ tin cậy cao thì mạng này cần phải được thiết kế với một đường dây dự phòng.
Mạng cấu trúc hỗn hợp (Hybrid network): Trong mạng bao gồm các hình thức kết nối trên, với phạm vi là mạng xử lý thông tin thực tế trong trạm biến áp, hoặc hệ thống lớn hơn Nó sẽ thực hiện được nhiều tác vụ như hệ thống điện Cho phép các ứng dụng khai thác, truy nhập dữ liệu theo một cách đơn giản, thống nhất.
.Hỗ trợ truy nhập dữ liệu theo cơ chế hỏi tuần tự(polling) hoặc theo sự kiện (event-driven).
.được tối ưu cho việc sử dụng trong mạng công nghiệp.
.Kiến trúc không phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị.
.Linh hoạt và hiệu suất cao.
.Sử dụng được từ hầu hết các công cụ phần mềm SCADA thông dụng, hoặc bằng một ngôn ngữ bậc cao(C++, Visual Basic, Delpdhi….)
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG SCADA VÀ CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN
Tổng quan
Phát triển hệ thống điện gồm có 4 giai đoạn chính: SCADA, EMS, DMS, BMS.
SCADA: (Supervisory control and data acquisition) thu thập và hiển thị các dữ liệu.
SCADA được phát triển từ thế hệ điện cơ đến điện tử tương tự rồi kỹ thuật số Thông tin dữ liệu từ các phần tử được thu thập qua RTU rồi thông qua mạng thông tin đến trung tâm điều độ hệ thống điện.
Theo mức độ chi tiết thông tin có thể khác nhau:
- Dữ liệu vận hành: Điện áp các nút chính; dòng điện trên các phần tử chính, công suất tác dụng, phản kháng, tần số.
- Trạng thái thiết bị: Máy cắt, dao cách ly, tiếp địa, đường dây, thiết bị điều chỉnh và điều khiển.
- Lý lịch của từng thiết bị trong hệ thống điện: Ngày đưa vào vận hành, lịch đại tu, sửa chữa, lần sửa chữa cuối cùng…
Nhân viên điều hành: Trực tiếp theo dõi và đưa ra các dữ liệu cần xử lý vào hệ thống máy tính và từ đó theo kết quả nhận được nhân viên điều hành trực tiếp ra lệnh điều khiển.
MUX1 MUX2 MUX3 MUX4 MUX5 MUX6
Hình3.1: Hệ SCADA trung tâm điều độ Hệ Thống Điện
RTU: Các thiết bị thu thập số liệu là thiết bị đo xa đặt tại các trạm 220kV, 500kV và các nhà máy điện.
ITE: Nối với 15 RTU qua MODEMS, là vi điều khiển
Hệ thống máy chủ trung tâm Procett 1,2,3 làm nhiệm vụ thu thập số liệu của toàn bộ các RTU, xử lý thông tin và sau đó ra lệnh điều khiển tương ứng các trạm và các nhà máy
EMS: (Energy Management System) Hệ thống điều hành quá trình năng lượng.
Các thông tin thu thập được truyền trực tiếp vào hệ thống máy tính điều khiển Hệ thống máy tính được trang bị các chu trình chuyên dùng để giải quyết hai bài toán chính: Bài toán giải tích lưới điện và bài toán tối ưu hóa các chế độ làm việc.
3.1.1 Bài toán giải tích lưới điện
Tính phân bố ( trào lưu ) công suất trên lưới → điện áp các nút, tổn thất công suất tác dụng, phản kháng, tổn thất điện năng…….
Tính toán ngắn mạch → cập nhật trong quá trình phát triển và thay đổi cấu hình hệ thống điện.
Tính dòng và áp trên các phần tử, nút chủ yếu của hệ thống điện và kiểm tra khả năng chịu được dòng ngắn mạch của thiết bị và các phần tử trong hệ thống điện → đề xuất nhu cầu thay thế.
Tính ổn định của hệ thống điện: Xác định giới hạn → độ dự trữ về ổn định
→ đề xuất các giải pháp để năng cao ổn định cho hệ thống điện.
3.1.2 Tối ưu hóa chế độ vận hành
- Chế độ phát và phân bố công suất giữa các tổ máy (NMĐ) trong hệ thống điện → phương thức huy động nguồn.
Dự báo phụ tải (Ngắn hạn, trung hạn)
Ngắn hạn: 15 phút, giờ, ngày, tuần → phục vụ điều hành trong thời gian thực.
Trung hạn: Tháng, quý, năm → phục vụ cho các kế hoạch chuẩn bị nhiên liệu, kế hoạch sửa chữa đại tu thiết bị → dự báo kết hợp thông tin về thời tiết khí hậu, thị trường
- V/h tối ưu lưới điện Min (Loss)
Tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất, tổn thất điện năng nhỏ nhất
Min(cost) → Độ tin cậy: Thiết hụt điện năng do lưới điện kém tin cậy
- Chỉ tiêu chất lượng điện năng
Thế giới → cuối thế kỷ 20 hoàn tất EMS
EMS bao gồm: Thu nhận thông tin, tính toán, ra quyết định → trực tiếp điều khiển thiết bị ( đối tượng) trong hệ thống điện Tất cả 4 quá trình trên do máy tính điều khiển.
Nhân viên điều hành có nhiệm vụ theo dõi, giám sát và chỉ can thiệp khi cần thiết.
EMS → tương thích giữa hệ điều hành ↔ hệ thực hiện.
Phần cứng: Các thiết bị được chuẩn hóa
Phần mềm: phải có tiếng nói chung trong hệ thống điều khiển.
DMS: (Distribution Management System) hệ thống phân phối và quản lý năng lượng.
- Chất lượng điện năng: Điện áp, tổn thất điện áp, tổn thất công suất tác dụng, bù, độ tin cậy cung cấp điện….
- Chỉ tiêu kinh tế → quản lý vận hành
- Quan hệ với khách hàng
Quá trình quản lý dữ liệu phân tán.
Dữ liệu hệ thống điện: Nhiều lĩnh vực ít liên quan nhau
- Khảo sát: Địa chất, khí tượng, thủy văn
- Thiết kế: Tiêu chuẩn, định mức, thông số, tính năng…
- DMS → quản lý nhu cầu
BMS: (Business Management System) hệ thống quản lý kinh doanh
Quản lý sản xuất kinh doanh
Các yêu cầu chung đối với RTU được nêu ra trong mục này
RTU sẽ liên lạc với trạm chủ (NRLDC) bằng giao thức IEC60 870-5-101. Khả năng ghi nhận chuỗi sự kiện (SOE) sẽ được thực hiện trong RTU RTU sẽ liên lạc với hệ thống SCADA/EMS thông qua một tổ hợp các đường thông tin tải ba (PLC), viba (MW) và cáp quang (FO) RTU sử dụng bộ vi xử lý 32 bít như một thiết bị logic cơ sở, cung cấp các giao diện với kênh thông tin và cung cấp một giao diện điện theo đúng chuẩn công nghiệp với các thiết bị điện tại trạm Chương trình trong RTU sẽ được lưu vĩnh cửu trong bộ nhớ Flash-RAM Các chương trình này không đòi hỏi phải nạp lại do sự cố mất điện Có khả năng thay đổi firmware khi nâng cấp hoặc thay đổi giao thức bằng cách nạp giao thức mới hoặc sửa lại firmware Để cho phép cấu hình đường truyền mở rộng trong tương lai, RTU phải có địa chỉ phần cứng có thể chọn lựa trong dải từ 1 đến 255 RTU được thiết kế theo các tiêu chuẩn IEC, nếu không thì sẽ được chỉ ra trong đặc tính kỹ thuật.Ngoài tiêu chuẩn IEC, thiết bị RTU sẽ phải đáp ứng các tiêu chuẩn khác nhưIEEE, ANSI, NEMA Các đầu vào và đầu ra RTU bao gồm các đường thông tin và đường cấp nguồn sẽ được cung cấp với sự bảo vệ đáp ứng được hoặc vượt quá các yêu cầu kiểm tra thí nghiệm đã được xác định đối với thiết bị loại II và B, như đã đưa ra trong tiêu chuẩn IEC-255-4 RTU sẽ được trang bị một hệ thống cấp nguồn Hệ thống này lấy nguồn từ ắc qui 48VDC tại trạm cung cấp chung cho thiết bị thông tin và SCADA.
Thiết bị xử lý
RTU sẽ dựa trên cơ sở thiết bị xử lý Bộ xử lý của RTU nhận các lệnh nhận được từ trạm chủ, thực hiện công việc nhận diện địa chỉ, chuẩn bị các thông điệp trả lời đúng với các thông điệp lệnh đã nhận được và gửi các thông điệp này đến trạm chủ Bộ xử lý thực hiện việc thu thập dữ liệu và tiến hành thực hiện các yêu cầu điều khiển.
Bộ xử lý sẽ đồng thời gửi thông tin chuẩn đoán trong cấu trúc thông điệp, máy tính tại trạm chủ sẽ giám sát cấu trúc thông điệp này Khi RTU thực hiện thao tác khởi động vì bất kỳ lý do gì kể cả hỏng hóc về nguồn điện thì một cờ hiệu sẽ được đặt ra.
Việc tắt RTU để bảo dưỡng sẽ được xem như là mất điện.
Tất cả dữ liệu cấu hình của RTU có thể tải xuống từ trạm chủ Mọi dữ liệu cần thiết đối với RTU sẽ được đưa vào cơ sở dữ liệu của trạm chủ thông qua các công cụ công nghệ dữ liệu thông thường.
Giao diện kết nối
Việc kết nối giữa các thiết bị thu thập dữ liệu với trung tâm điều khiển, với các thiết bị điện tử thông tin, cấu tạo các đầu vào đầu ra và các yêu cầu của RTU được trình bày dưới đây.
3.3.1 Kết nối với trung tâm điều khiển
RTU sẽ cung cấp một modem bên ngoài và các giao diện dành cho dữ liệu thông tin tốc độ từ 1200bps Modem đồng bộ hoặc với RS232, RS422 hoặc giao diện trực tiếp TTL Thời gian quay vòng thông điệp yêu cầu gửi,làm rõ khi gửi không vượt quá 12ms Modem được lắp đặt trong tủ RTU và được cấp nguồn từ bộ sạc ắc qui 48VDC bằng một áp tô mát riêng biệt với nguồn của RTU.
Modem làm việc theo chế độ thuê bao Đường thuê bao là loại 4 dây, có một cặp truyền và một cặp nhận Modem tại trạm được chỉ định như là một modem hồi đáp hoặc một Modem tớ trong lúc Modem tại NRLDC được chỉ định như là một Modem chủ
Hai kiểu giao thức được sử dụng để thực hiện việc thông tin giữa hai Modem: Sửa lỗi (MNP4 hoặc V42), nén dữ liệu (MNP5 hoặc V42 bis). RTU có hai cổng thông tin và cả hai cổng sẽ hỗ trợ giao thức IEC60 870- 5-101 Ngoài ra, RTU sẽ có một cổng nối tiếp RS-232 dùng cho mục đích duy trì bảo dưỡng.
3.3.2 Kết nối với trung thiết bị IEDs
RTU có khả năng hỗ trợ cổng giao tiếp kết nối với thiết bị điện tử thông tin như bộ đo đếm điện năng, rơ le, các bộ đồng hồ đa năng thông qua các giao thức truyền tin IEC60870-5-103, Modbus, IEC61850.
Nhà thầu sẽ cung cấp tất cả phần cứng cần thiết đáp ứng các yêu cầu ban đầu, bao gồm các rơ le đầu ra, các card trạng thái (digital), card tương tự (analog), và các card tích lũy xung RTU được chừa ra một khoảng không gian đủ để dành cho giá và đế và để hỗ trợ cho các yêu cầu mở rộng tối đa. Các RTU sẽ được đấu nối trước đối với các cấu hình cơ sở và các điểm trong tương lai không được cấp từ đầu có thể thực hiện được một cách đơn giản chỉ bằng cách đơn thuần bổ sung các card và các đầu cuối.
Các phương tiện xử lý vào/ ra chứa trong RTU sẽ bao gồm:
2 Đầu vào số- trạng thái
3 Đầu vào số- Bộ tích lũy xung
5 Đầu vào số - điều khiển thiết bị trạng thái
6 Đầu vào số - jog control
7 Chuyển mạch tại chỗ/ từ xa
8 Các cổng vào/ ra nối tiếp
9 RTU bao gồm các thiết bị chuyển đổi từ tương tự sang số cần thiết để đáp ứng tốc độ chuyển đổi tương tự cần thiết thỏa mãn các yêu cầu quét của trạm chủ.
10.Bộ chuyển đổi tương tự - số phải có độ phân giải tín hiệu số tối thiểu +11 bit cộng dấu Dải dòng điện đầu vào là ± 20mA, mức mở rộng là 5% dung lượng dải Độ chính xác sẽ là 0,1% trên toàn dải Đầu vào đối với hệ thống chuyển từ analog sang số có các đặc tính loại trừ tạp âm ở chế độ bình thường tối thiểu 100dB từ 0 đến 50Hz Sự loại trừ tạp âm ở chế độ bình thường tối thiểu là 60dB ở tần số 50Hz Toàn bộ các đặc tính loại trừ và dung sai độ chính xác sẽ bao gồm tất cả những ảnh hưởng của các bộ biến trở, bộ khuếch đại, và các thiết bị chuyển đổi tín hiệu được sử dụng giữa giá trị tại các đầu cuối đầu vào và giá trị được chuyển đổi cuối cùng.
11 Các kỹ thuật chuyển đổi dữ liệu và thiết bị biến đổi được sử dụng sẽ không làm giảm sự chính xác và các đặc tính miễn giảm tạp âm Bộ khuếch đại đầu vào của thiết bị chuyển đổi tương tự - số sẽ được bảo vệ để chống lại những thay đổi liên tục của sự tăng vọt điện cảm biến Sự miễn giảm tạp âm về điện phải đáp ứng hoặc vượt quá các yêu cầu sau:
- Sự chịu đựng ứng suất về điện ( theo tiêu chuẩn IEC 255-4): Tối đa 5kV, 1.2/50s
- Điện áp quá độ( theo tiêu chuẩn IEC 801-4): 2kV
- Nhiễu cao tần( theo tiêu chuẩn IEC 255-22-1): Đầu vào 2.5 kV đối với vở, 1kV qua đầu vào
- Điện áp tĩnh điện( theo tiêu chuẩn IEC 801-2): 15kV
- Nhạy cảm với RFI( theo tiêu chuẩn IEC801-3): 10v/mét, 50kHz đến 1000kHz
12.Bộ chuyển đổi tương tự - số điện áp 12V là loại mạch tích hợp cao cấp kiểu số Mỗi board có một thiết bị xử lý có nhiệm vụ giám sát các chức năng của board Cờ hiển thị chất lượng sẽ được chuyển đến trạm chủ đối với mỗi kênh được đấu nối vào board.
Các yêu cầu đối với đầu vào số
Tất cả các mạch đầu vào của các module đầu vào số sẽ được cách ly về điện với tín hiệu bên ngoài Các kỹ thuật cách ly kiểu quang học sẽ được sử dụng thông qua RTU để bảo vệ mạch đầu vào số Mỗi mạch đầu vào sẽ bao gồm một chỉ báo LED hiển thị trạng thái của các công tắc đầu vào Mỗi chỉ báo sẽ được bố trí gần chỗ đấu dây của đầu vào tương ứng. Điện áp điều khiển vào đến các công tắc phụ của máy cắt và các thiết bị khác sẽ được cấp nguồn từ nguồn điện áp cách ly của RTU Điện áp làm việc của RTU sẽ là 48Vdc Việc bảo vệ mạch điện để hạn chế khả năng bị ảnh hưởng bởi tác hại trầm trọng do ngắn mạch gây ra trên các công tắc thiết bị và trên các mạch đầu vào sẽ được bao gồm trong RTU.
Có hai loại điểm trạng thái sẽ được hỗ trợ:
RTU phải có khả năng phát hiện và thông báo về trạm chủ rằng có hai hoặc nhiều thay đổi trạng thái đã diễn ra trong thời gian lấy mẫu cuối cùng không liên quan đến trạng thái hện tại của thiết bị Các ví dụ về những chuỗi thay đổi trạng thái phải được bao gồm liên quan:
4 Cắt, đóng – cắt – đóng Đầu vào số trạng thái hai bít
Các đầu vào trạng thái hai bít sẽ được sử dụng để giám sát trạng thái thiết bị Các đầu vào trạng thái sẽ được lọc một cách phù hợp để việc chỉ báo hiện tại thực luôn được truy xuất theo yêu cầu Trạng thái của những thiết bị đó sẽ sẵn sàng hữu dụng thông qua việc sử dụng một cặp công tắc dưới dạng của một công tắc a và b Các công tắc này hoạt động như sau:
Trạng thái aa” bb” Đóng Mở Đóng
Mở Đóng Mở Đang di chuyển Mở Mở
Lỗi Đóng Đóng Đối với các thiết bị di chuyển nhanh, có hai công tắc mở trong một khoảng thời gian ngắn thể hiện có sự hỏng hóc về thiết bị Đối với thiết bị di chuyển chậm, trạng thái đang di chuyển là trạng thái có giá trị Trạm chủ sẽ phân biệt sự khác nhau giữa hai loại thiết bị này. Đầu vào số - trạng thai 1 bít
Các đầu vào trạng thái một bít sẽ được sử dụng để giám sát trạng thái của các thiết bị khác và những cảnh báo Tuy nhiên, chỉ có một công tắc được sử dụng đối với đầu vào trạng thái. Đầu vào số - các yêu cầu tích lũy xung
CHUẨN TRUYỀN THÔNG ÁP DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Các thông số và các đặc tính kỹ thuật của cáp nối EIA-232,
Ta có các chuẩn ghép nối thông dụng như sau:
- Sử dụng nối điểm- điểm
- Tốc độ chậm (< 20kbits/sec)
- Sử dụng nối nhiều điểm
- Sử dụng tốt với khoảng cách lớn
- Tốc độ truyền thấp và trung bình (>10Mbits/sec)
- Tạo ra được cách ly về mặt điện áp giữa các thiết bị, tránh cho thiết bị dạng sự cố nguy hiểm như điện áp với đất tăng cao.
- Không bị ảnh hưởng của nhiễu Radio và điện trường
- Sử dụng tốt với khoảng cách lớn và tốc độ cao
Cấu trúc hình sao sử dụng EIA-232
Cấu trúc BUS sử dụng EIA-485
Chuyển từ EIA-232 sang EIA-485 dùng giao thức multidrop
Công trình, nhà máy Đường dây, lộ cấp điện
Phân cấp HTĐ theo mức độ quản lý
Luồng dữ liệu điều khiển
- A1: Quản lý miền với cấp điện áp lớn nhất là 220kV
- Công trình: Cung cấp các thông tin liên quan đến (U,I,f,… Cosφ)
- Đường dây: Các thông tin về rơ le, RTU,PLC……
Các dạng truyền tin thường dùng
Chế độ truyền tải được hiểu là phương thức các bít dữ liệu được chuyển giữa các đối tác truyền thông Từ các góc độ khác nhau ta có thể phân biệt các chế độ truyền tải như sau:
- Truyền bít song song hoặc bít nối tiếp
- Truyền đồng bộ hoặc không đồng bộ
- Truyền một chiều hay đơn công (simplex), hai chiều toàn phần, hai chiều đồng thời hay song công (duplex), hoặc hai chiều gián đoạn hay bán song công (half-duplex)
- Truyền tải dải cơ sở, truyền tải dải mang và truyền tải dải rộng.
Ta có bảng các dạng truyền tin thường dùng sau:
Truyền tin máy chủ với
IED kiểu truyền không đồng bộ (kiểu multidrop)
PLC thu thập với IED Không đồng bộ kiểu multidrop
Máy chủ với máy dự phòng DMS, EMS, và
DTS Đồng bộ kiểu multidrop Ethernet TCP/IP
Máy chủ với SCADA cấp trên
Không đồng bộ kiểu single drop
RS-232 + bộ đếm hay radio 450 Mhz
SCADA với các ứng dụng khác bản tin qua bộ nhớ DDE ( Dynamic link exchange ) SCADA với các thư viện đọc viết library DDL( Dynamic link library ) SCADA với hệ điều hành (Windows)
Quản lý các cửa sổ Windows
SCADA với máy in Song song, nối tiếp RS-232, ASCII
Chuẩn truyền thông dùng trong hệ thống điện
Chuẩn truyền thông dùng trong hệ thống điện phục vụ để liên kết các thông tin giữa các phần tử trong hệ thống hiện nay sử dụng chuẩn IEC 870- 5-x giao diện truyền thông IEC 870-5-101 được định rõ trong tài liệu về60870-5-101, được xuất bản bởi hội đồng kỹ thuật điện quốc tế.
4.3.1.1 Tổng quát về chức năng
Giao diện truyền thông IEC 870-5-101 là chuẩn quốc tế cho việc điều khiển từ xa các thiết bị và hệ thống, giao diện truyền thông này được minh họa dưới đây.
Hình4.1: Giao diện truyền thông 60870-5-101
AS: Application Server (central system)
Tốc độ truyền của IEC 870-5-101 trong điều khiển giống như là một phần điều khiển quan trọng mặc dù chuẩn này cho phép các tốc độ khác nhau trong các chế độ truyền khác nhau.
Giao diện chuẩn IEC 870-5-101 được xây dựng từ chuẩn IEC 870-5-1 đến IEC 870-5-5.
IEC 870 bao gồm hệ thống và thiết bị điều khiển từ xa và các giao diện truyền thông.
Các khung được định dạng của 870-5-1 dựa trên lớp vật lý và lớp liên kết. IEC 870-5-1 (link service classes provided) xác định theo ba lớp dùng ở ba mức khác nhau Ta có hình minh hoạ sau:
Hình 4.2: Khung định dạng của 60870-5-1
Bảng dưới đây mô tả cách sử dụng của 3 loại dịch vụ theo sự mô tả các chức năng đặc trưng:
Phương thức truyền dẫn không đối xứng (unbalanced mode): Là phương thức sử dụng điện áp của một dây dẫn so với đất để thể hiện các trạng thái logic (1 và 0) của một tín hiệu số Ưu điểm của phương thức là nhiều khi chỉ cần một đường dây đất chung cho nhiều kênh tín hiệu trong trường hợp cần thiết
Loại dịch vụ liên kết
(link service class) chức năng ( function) Cách dùng
Không sử dụng trong thiết bị này (not used in this implementation)
Các loại dữ liệu tổng hợp đến trạm được điều khiển ( miscellaneous data to the controlled station)
( request/respond) chủ yếu dùng cho dữ liệu thu được (mainly for poll of data)
Bảng 4.1 Phương thức truyền dẫn không đối xứngPhương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng: Sử dụng điện áp giữa hai dây dẫn (A và B hay dây – và +) để biểu hiện trạng thái logic (1 và 0) của tín hiệu Không phụ thuộc vào đất
Loại dịch vụ liên kết
(link service class) chức năng ( function) Cách dùng
Không sử dụng trong thiết bị này (not used in this implementation)
Các loại dữ liệu tổng hợp đến/từ trạm được điều khiển
(miscellaneous data to/ from the controlled station)
( request/respond) được dùng trong suốt việc thiết lập đường truyền (used during the link establishment) Bảng 4.2 Phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng
Có 4 loại khung định dạng truyền thông là : FT1.1, FT1.2, FT2 và FT3 Chuẩn IEC870-5-101 chỉ sử dụng khung định dạng FT1.2 với khoảng cách hamming là 4.
Chuẩn 870-5-101 dùng 3 loại khung FT1.2
- Khung với độ dài được định vị
- Khung với các độ dài khác nhau
- Khung với một đặc tính điều chỉnh đơn
Khung với độ dài được định vị (Frames with fixed length) bao gồm hai trường dữ liệu sử dụng là các trường điều khiển và trường địa chỉ Các khung này được sử dụng cho các phương pháp truyền tải thông tin thông thường giống như việc cài đặt lại đường dẫn hoặc phương pháp hỏi tuần tự(polling) đối với dữ liệu sử dụng Trường điều khiển và trường địa chỉ có quan hệ mật thiết với chức năng liên kết và vì vậy nó không được xem là dữ liệu sử dụng.
Hình4.3: Khung với chiều dài cố định Byte với vùng màu xám là tuỳ ý (không bắt buộc)
Khung với chiều dài thay đổi: Được sử dụng cho việc truyền các dữ liệu sử dụng khác nhau:
Hình4.4: Khung với chiều dài thay đổi khung với một chức năng điều khiển đơn (Frames with a single control character)
Chỉ loại điểu khiển đặc trưng I được sử dụng trong IEC 870- 5-101
Hình4.5: Khung với một chức năng điều khiển đơn 4.3.1.3 Chuẩn IEC 870-5-2
Phương thức liên kết đường truyền (link transmission procedures) các dịch vụ ban đầu được miêu tả như sau:
- REQ: Yêu cầu ban đầu
- CON: Xác lập ban đầu
-IND: Biểu thị ban đầu
- RESP: Đáp ứng ban đầu
Những trạng thái ban đầu được sử dụng trong giao diện đối với lớp liên kết. các phương thức liên kết đường truyền hay liên kết dịch vụ được đề cập đến như sau:
- yêu cầu/ đáp ứng Đây chính là sự biểu hiện mối quan hệ giữa dịch vụ ban đầu và phương thức truyền dẫn.
Khung CONFIRM bao gồm duy nhất một mức liên kết
Cấu trúc chung của dữ liệu ứng dụng
IEC 870-5-3 định rõ cấu trúc chung chuẩn cho ứng dụng trường dữ liệu trong việc điều khiển từ xa các khung truyễn dẫn Nó mô tả điều lệ cơ bản để định rõ việc ứng dụng khối dữ liệu.
Hình 4.5: Mối quan hệ giữa các khối dữ liệu
4.3.1.5 IEC 870-5-4 Định dạng và mã hóa các thành phần thông tin ứng dụng
IEC 870-5-4 định dạng phương thức chuẩn đối với dữ liệu ứng dụng và đưa ra một thiết lập của các thành phần thông tin như loại dữ liệu , kích thước dữ liệu
4.3.1.6 IEC 870-5-5 chức năng ứng dụng cơ bản
Chuẩn này được dùng trong hệ thống điều khiển từ xa Một vài phương thức tạo thành chuỗi tiếp nối được môt tả như việc chuyển đổi khối dữ liệu giữa trạm điều khiển và trạm được điều khiển Ví dụ các chức năng sau:
- Thu thập dữ liệu bằng phương pháp tuần hoàn
Chuẩn kết hợp cho nhiệm vụ điều khiển từ xa Đây là một chuẩn kết hợp bao gồm các chuẩn cơ bản được định rõ từ phần 870-5-1 870-5-5 Bảng tiếp theo đây chỉ rõ sự kết nôí giữa các lớp thông tin và các chuẩn.
Lựa chọn các chức năng ứng dụng
Quá trình sử dụng(User process)
Lựa chọn các thành phần thông tin ứng dụng (IEC 870-5-4) lớp ứng dụng (7) Application layer Lựa chọn các khối dữ liệu dịch vụ ứng dụng (IEC 870-5-3)
Lựa chọn các phương thức liên kết đường truyền( IEC 807-5-2) lớp liên kết (2) Link layer Lựa chọn các khung định dạng đường truyền (IEC 870-5-1
Lựa chọn các yêu cầu ITU-T lớp vật lý (1)
Physical layer Bảng 4.3 Sự kết nôí giữa các lớp thông tin và các chuẩn
Cách thức thực hiện giao thức thông tin IEC 870-5-101 RTU được thực hiện bởi RCS 210/PCU 400 thiết bị PCU này được kết nối với IEC870-5-101 ở phía dưới và RSP ở phía trên Điều này được phản ảnh ở hình dưới đây.
Hình 4.6: Tổng quan về cách thu thập dữ liệu
4.3.2.2 Địa chỉ của các trạm
Một bức điện (telegram) trong giao thức thuộc lớp 2 của frofibus được gọi là khung (frame) Ba loại khung có khoảng cách Hamming là 4 và một loại khung đặc biệt đánh dấu một token được quy định như sau
Có hai trường được sử dụng cho địa chỉ của các trạm Cấu trúc của bức điện được mô tả dưới đây
Length ( chiều dài) Control field
Length Address field, that is Link address
Control field ( trường điều khiển) End character
Address field, that is Link address
(địa chỉ liên kết là địa chỉ trường )
Variable structure Qualifier ( chất lượng cấu trúc của biến)
Information object address ( thông tin địa chỉ của đối tượng)
Khung với chiều dài cố định (không mang dữ liệu) chỉ được sử dụng trong kết nối chính.
Sự sắp xếp địa chỉ không có sự hỗ trợ của các trạm RTU
Các địa chỉ thông thường của ASDU chính là địa chỉ liên kết ( link address).
Nó tái hiện lại một địa chỉ trạm.
Trong phương diện điều khiển(control direction), chính là địa chỉ của đích (RTU)
Trong phương diện hệ thống truyền phát (monitor direction), là địa chỉ của nguồn ( RTU)
Sự sắp xếp địa chỉ có sự hỗ trợ của các trạm RTU
Trường hợp 1: Đích/ nguồn là một router RTU
Trường hợp 2: Đích/nguồn là một SubRTU.
4.3.2.3 Địa chỉ các điểm (Addressing of points)
Quy ước tiếp theo được dùng cho địa chỉ của đối tượng đó là thông tin về địa chỉ của đối tượng (IOA- infomation object address) Mỗi điểm được xác định với một IOA chủ.
Ta có bảng giới thiệu về các loại dữ liệu và các vùng địa chỉ
General Output 28001…28255 ASDU 51 Địa chỉ của các điểm(addressing of points) bao gồm:
- xây dựng cơ sở dữ liệu (building database)
- Địa chỉ của các điểm với RTU 232 (ABB RTU type)
- Sự tồn tại của các RTU với sự sắp xếp các địa chỉ khác
(existing RTUs with another addressing scheme)
- ASDUs đối với thông tin tiến hành trong phương diện hệ thống truyền dẫn (ASDUs for process infomation in monitor direction)
- ASDUs đối với thông tin tiến hành trong phương diện điều khiển
(ASDUs for process infomation in control direction)
(ASDUs for s ystem infomation in monitor direction)
- ASDUs đối với hệ thống thông tin trong phương diện điều khiển
(ASDUs for s ystem infomation in control direction)
-ASDUs đối với tham số trong phương diện điều khiển
(ASDUs for parameter in control direction)
(IOA) The IOA is identical to the IOA used for the 'host' data points, e.g., the corresponding measured value object.
Qualifier of parameter of measured values (QPM) KPA 1 Threshold value X
Cause of transmission T Test Not supported
P/N Confirmation Relevant in monitor direction only X
Các thiết bị tự động hóa
GIỚI THIỆU CHUẨN TRUYỀN THÔNG OPC, 61850
4.4.1 Tổng quan về kiến trúc OPC
OPC được xây dựng dựa trên ý tưởng ứng dụng công nghệ COM nhằm đơn giản hóa, chuẩn hóa việc khai thác dữ liệu từ các thiết bị cận trường và thiết bị điều khiển, tương tự như việc khai thác một hệ thống cơ sở dữ liệu thông thường Giống như COM, OPC không qui định việc thực hiện khai thác cụ thể, mà chỉ định nghĩa một số giao diện chuẩn Thay cho việc dùng C/C++ dùng để định nghĩa một giao diện lập trình như thông thường, ngôn ngữ dùng ở đây (gọi là interface definition language hay IDL) không phụ thuộc vào nền cài đặt hay ngôn ngữ lập trình.
Cốt lõi của OPC là một chương trình phần mềm phục vụ gọi là OPC-Server, trong đó chứa các mục dữ liệu (OPC-Item) được tổ chức thành các nhóm(OPC-Group) Thông thường một OPC-Server đại diện một thiết bị thu thập dữ liệu như PLC, RTU, I/O hoặc một cấu hình mạng truyền thông CácOPC-Items sẽ đại diện cho các biến quá trình, các tham số điều khiển, các dữ liệu trạng thái thiết bị vv… cách tổ chức này cũng tương tự như trong các hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ quen thuộc với các cấp là nguồn dữ liệu (data source), bảng dữ liệu (table) và trường dữ liệu (field).
Như được minh họa trên hình trên, hai kiểu đối tượng thành phần quan trọng nhất trong kiến trúc OPC là OPC-Server và OPC-Group Trong khi OPC-Server có nhiệm vụ quản lý toàn bộ việc sử dụng và khai thác các dữ liệu, thì các đối tượng OPC-Group có chức năng tổ chức các phần tử dữ liệu (Item) thành từng nhóm để tiện cho việc truy nhập Thông thường mỗi Item ứng với một biến trong một quá trình kỹ thuật hay trong một thiết bị điều khiển Chuẩn OPC hiện nay quy định hai kiểu giao diện là Custom Interfaces (OPC Taskforce, 1998b) và Automation Interface (OPC Taskforce, 1998c) 10 Kiểu thứ nhất bao gồm một số giao diện theo mô hình COM thuần túy, còn kiểu thứ hai dựa trên công nghệ mở rộng OLE- Automation Sự khác nhau giữa hai kiểu giao diện này là không những nằm ở mô hình đối tượng, ở các ngôn ngữ lập trình hỗ trợ mà cũng còn ở tính năng, hiệu suất sử dụng.
Giống như các đối tượng COM khác, hai loại đối tượng thành phần quan trọng nhất của OPC là OPC-Server và OPC-Group cung cấp các dịch vụ qua các giao diện của chúng, được gọi là OPC Custom Interface.
Sử dụng OPC Custom Interface cho phép truy nhập dữ liệu với hệu suất cao nhất Tuy nhiên, nhược điểm thứ nhất ở đây là đòi hỏi người sử dụng phải hiểu rõ về lập trình với COM/DCOM Nhược điểm tiếp theo là sự cứng nhắc của mã chương trình, nếu ta dùng nó trực tiếp trong ứng dụng điều khiển.Thay đổi một chi tiết nhỏ(tên máy tính điều khiển, số lượng biến vào/ra) cũng đòi hỏi phai biên dịch lại toàn bộ chương trình ứng dụng Rõ ràng, để khắc phục hai vấn đề nêu trên, tức là giảm nhẹ độ phức tạp cho người lập trình và nâng cao tính năng sử dụng lại, cần phải tạo ra một lớp phần mềm dưới dạng một thư viện đối tượng nhằm trên OPC OPC Automation Interface chính là một thư viện đối tượng như vậy.
Giống như đối với các đối tượng OLE-Automation khác, việc sử dụng các đối tượng của OPC Automation Interface được đơn giản hóa nhiều Cụ thể, nhiều thủ tục phức tạp trong lập trình với COM được loại bỏ Người lập trình không cần hiểu biết sâu sắc về COM cũng như C++, mà chỉ cần sử dụng thành thạo một công cụ tạo dựng ứng dụng RAD(Rapid application development) như Visual Basic.
Mặt trái của vấn đề lại là sự đơn giản hóa của phương pháp này phải trả giá bằng sự hạn chế trong phạm vi chức năng, hiệu suất sử dụng và tốc độ trao đổi dữ liệu Nhất là trong một giải pháp tự động hóa phân tán, có sự tham gia của các mạng truyền thông công nghiệp, thì hai điểm yếu nói sau trở nên rất quan tâm Tốc độ trao đổi dữ liệu có thể giảm tới 3-4 lần so với dùng Custom Interfaces Đối với các ứng dụng có yêu cầu cao về thời gian, phương pháp sử dụng OPC Automation Interface rõ ràng không thích hợp.
OPC và các công cụ phần mềm chuyên dụng
Trong thực tế, có một cách sử dụng thứ ba, đơn giản và thuận tiện hơn nhiều so với hai cách trên là thông qua các công cụ phần mềm chuyên dụng.
Có thể nói, bất cứ một công cụ SCADA hiện đại nào, bất cứ một hệ DCS hiện đại nào cũng hỗ trợ giao diện OPC Sử dụng công cụ này người tích hợp hệ thống chỉ cần đăng ký các OPC- Server đi kèm thiết bị với hệ điều hành, sau đó khai báo bằng cách dò tìm trong mạng hoặc trên một trạm máy tính tên của Server với công cụ phần mềm Việc còn lại là sử dụng các nhãn(tag name) giống như các nhãn khác quen thuộc trong hệ SCADA hoặc
Hình 4.8: Công cụ phần mềm chuyên dụng OPC
4.4.2 Giới thiệu về IEC 61850 và tác động của nó đến bảo vệ và tự động hóa trong các trạm biến áp
Chuẩn mới IEC 61850 về Các mạng truyền thông và hệ thống trong các trạm biến áp, mục tiêu của chuẩn này là sự thống nhất trong hoạt động theo nghĩa về khả năng mà hai hay nhiều thiết bị điện tử thông minh (cho điều bảo vệ, điều khiển, kiểm soát, …) từ cùng một công ty hoặc nhiều công ty khác nhau có thể trao đổi thông tin và sử dụng các thông tin đó cho các chức năng riêng của chúng Điều này cho phép xây dựng một hệ thống trạm tự động hóa mà thiết bị từ nhiều công ty khác nhau hoặc ít nhất có thể hoàn tất một hệ thống từ một công ty cung cấp bằng các thiết bị thay thế từ các nhà cung cấp khác.
Phạm vi của IEC là các hệ thống trạm tự động hóa của bất cứ dạng, kích cỡ, điện áp nào Chuẩn này giúp đỡ sự truyền thông tuần tự giữa giao diện quá trình (các máy biến áp, bộ đổi) và các thiết bị điện tử thông minh tại bay level.
IEC 61850 đã chuẩn hóa một tập hợp các mô hình dữ liệu nhất định, chọn ra một dòng truyền thông chính gọn gàng và định nghĩa một ngôn ngữ tổng hợp cho sự mô tả sự cài đặt các trạm biến áp
Tổng kết lại tất các các đặc tính này, IEC 61850 là nhiều hơn một chuẩn dành cho truyền thông và do đó sự giới thiệu về nó sẽ có một tác động lớn đến hệ thống trạm tự động hóa, tới các nhà sản xuất thiết bị và đặc biệt là đến những đối tượng sử dụng hệ thống trạm tự dộng hóa dựa trên cơ sở của chuẩn này.
IEC 61850 là cái gì và cái gì làm cho nó trở thành độc nhất Để có thể hiểu được các thông số đo lường cần thiết cho sự giới thiệu về IEC 61850, Nó đã được đưa ra thảo luận tại cuộc họp của Cigre SC B5 và cũng đã được thông báo trên nhiều bài báo Cần phải nhấn mạnh rằng không phải tất cả các chi tiết mà là sự kết hợp của tất cả các đặc tính của IEC 61850 đã tạo ra sự độc nhất cho nó Một các tiếp cận định hướng theo mục tiêu với phạm vi mô hình dữ liệu xác định tách ra từ hệ thống truyền thông trợ giúp cho tính ổn định lâu dài của tiêu chuẩn Để có thể sử dụng các lợi ích của sự thay đổi nhanh chóng trong công nghệ truyền thống, IEC 61850 được xây dựng dựa trên cơ sở dòng truyền thông chính bao gồm MMS, TCP/IP và Ethernet với 100Mbit/s Hệ thống truyền thông theo chiều dọc của SCADA giữa các thiết bị điện tử thông minh tại bay hoặc tại cấp độ quá trình và giao diện người - máy và các cổng truyền thông trong cấp độ trạm biến áp đang sử dụng cơ sở client - server Truyền thông ngang hàng theo chiều ngang giữa các thiết bị điện tử thông minh, ví dụ như cho quy trình phối hợp, bảo vệ và tự động hóa đang sử dụng cơ chế publisher - subcriber Ngôn ngữ được chuẩn hóa miêu tả sự cài đặt của các trạm biến áp cho phép miêu tả một cách chính thức hệ thống trạm tự động hóa bao gồm sơ đồ một đường dây và các điểm chức năng cho cả sơ đồ một đường dây và các thiết bị điện tử thông minh được sử dụng Các files được tao ra là cơ sở cho tất cả các công cụ hoàn tất cần thiết cho IEC 61850 để cài đặt cho các thiết bị điện tử thông minh và cả hệ thống.
Trung tâm kiểm tra chất lượng của nhóm Người tiêu dùng quốc tế UCA cho sự kiểm tra tính tương thích trên cơ sở phần 10 của chuẩn Một hệ thống bảo đảm chất lượng được điều khiển bởi UCA International và IEC TC57 WG10 Các kết quả được sửa chữa và bổ sung nhanh chóng và bây giờ đang làm việc cho phiên bản thứ 2 của IEC 61850.
GIỚI THIỆU VIỆC ÁP DỤNG CHUẨN TRUYỀN THÔNG 61850
Áp dụng chuẩn 61850 trong tự động hóa trạm biến áp
Ta có mô hình phân cấp chức năng công ty sản xuất công nghiệp gồm 5 cấp
- Cấp Quản lý công ty (Mạng công ty)
- Cấp điều hành sản xuất (Mạng xí nghiệp)
- Cấp điều khiển giám sát (BUS hệ thống, BUS quá trình BUS điều khiển)
- Cấp điều khiển ( BUS trường, BUS thiết bị)
- Cấp chấp hành ( BUS cảm biến, chấp hành)
Tương ứng với năm cấp chức năng là bốn cấp của hệ thống truyền thông.
Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống dùng thuật ngữ “BUS” thường được dùng thay cho “Mạng”, với lý do phần lớn các hệ thống mạng phía dưới đều có cấu trúc vật lý hoặc logic kiểu BUS.
Hình4.8: Tự động hóa trạm với BUS Station
Hình 4.9: Tự động hóa trạm với BUS quá trình
Hình 4.10: Giao thức truyền thông 61850
Các thông tin được liên kết với nhau, được giao tiếp với nhau qua các BUS trạm và BUS quá trình nhằm thực hiện việc giám sát và điều khiển, thu thập số liệu
Việc áp dụng chuẩn 60870 cho việc liên kết các khối dữ liệu phức tạp không gọn nhẹ và hạn chế về tính năng mở.
Hình 4.12: Chuẩn giao thức truyền thông với việc ghép nối với bên ngoài
ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
Hệ thống điều khiển và bảo vệ HTĐ Việt Nam
5.1.1 Quá trình xây dựng và phát triển
Trước những năn 90, hệ thống điện Việt Nam thừa hưởng cơ sở hạ tầng lạc hậu, nhỏ lẻ Thiết bị điều khiển bảo vệ chủ yếu là thế hệ điện cơ, chưa có mặt hệ thống thông tin số Các khái niệm trong lĩnh vực điều khiển, giám sát như SCADA, hệ thống đo xa… và hiểu biết về thế hệ thiết bị số còn khá mới mẻ xa lạ với người thiết kế và quản lý HTĐ. Đầu những năm 90, nền kinh tế đất nước bắt đầu phát triển, đòi hỏi những bước phát triển mới trong truyền tải và phân phối điện năng Hệ thống đường dây siêu cao áp 500kV thống nhất HTĐ toàn quốc, với thế hệ thiết bị số như: Rơ le, bộ ghi sự cố và thông tin số Hệ thống quản lý HTĐ phát triển, ra đời cấp điều độ trung ương A0 quản lý giám sát vận hành hệ thống 500kV và nhà máy điện lớn trong toàn quốc.
Một số thiết bị tiêu biểu cho thế hệ rơ le số có thể liệt kê như: Rơ le bảo vệ so lệch dọc đường dây LFCB-102 (GEC- Alsthom sử dụng kệnh truyền thông tin cáp quang riêng lắp đặt theo hệ thống dây chống sét dọc tuyến, rơ le tự động đóng lại LFAA-102, rơ le bảo vệ đường dây 7SA513 V2.1- Siemens, bộ tự động ghi sự cố… Bên cạnh đó, vẫn sử dụng thế hệ thiết bị bán dẫn như rơ le bảo vệ quá dòng như MCGG82,62,22 Hệ thống điều khiển đã được thiết kế theo mô hình SCADA.
Nền kinh tế và khoa học kỹ thuật Việt Nam đang từng bước hòa nhập vào phát triển mạnh mẽ của thế giới Điện lực Việt Nam đòi hỏi sự phát triển thiết bị điều khiển tăng dần là một lựa chọn tất yếu trong thiết kế xây dựng công trình mới và cải tạo nâng cấp hệ thống Trong HTĐ Việt Nam đã có nhiều nhà sản xuất nổi tiếng: ABB, SIEMENS, SEL- SCHWEITER, GEC- Alsthom, AEG… Nói chung thiết bị bảo vệ và điều khiển tất cả các nhà sản xuất đều hướng quan điểm thiết kế của riêng họ, nhưng đều hướng tới các đặc tính: Đa chức năng, bộ nhớ ghi lại nhiều loại dữ liệu lớn hơn, giao diện, nói ghép thân thiện hơn và đặc biệt ngày càng đáp ứng yêu cầu thông tin mạnh hơn Ngoài ra còn thêm đặc điểm mang tính kinh tế cạnh tranh: Trên một thiết bị có thể có những lựa chọn cấu hình từ tối thiểu tới nâng cao tùy thuộc vào khả năng đầu tư và phạm vi ứng dụng của người mua. Đã có nhiều công trình trạm, đường dây phân phối mới hoàn toàn láp đặt rơ le số, với một hệ thống thông tin mở Ngoài ra còn đưa các thiết bị điều khiển tự động quá trình (PLC trong môi trường điều khiển công nghiệp) vào HTĐ trong thông tin, điều khiển trạm, tổ máy phát…
Công nghệ thông tin công nghiệp, văn phòng, cùng kiến trúc mạng LAN, WAN đã có mặt trong mạng thông tin điện lực Việt Nam.
Kèm theo đó, khái niệm “ Máy tính hóa” điều khiển và bảo vệ đang là xu hướng của tương lai, nâng cao và hoàn thiện vai trò của máy tính trong môi trường này Có thể kể tên nhưng trạm biến áp mới có điều khiển hoàn toàn trên màn hình máy tính được thực thi trên hệ thống thông tin trạm như: Trạm 220kV Nhà Bè, Sóc Sơn, Bắc Giang (ABB), 220kV Nam Định, Tràng Bạch, Việt Trì, Phố nối (Siemens), các nhà máy điện dùng hệ thống điều khiển quá trình tự động: Sông Hinh, Hàm Thuận – Đa My, Phả Lại 2, Phú Mỹ… Những công trình trên được coi là đã sử dụng thế hệ thiết bị và thông tin mới và tiên tiến nhất trên thế giới vào thời điểm xây dựng. Ở mức độ nhỏ hơn, các trạm biến áp 110kV và các lộ Phụ tải trung áp mới đều được thiết kế lắp đặt sử dụng hoàn toàn rơ le bảo vệ số.
So với thời kỳ đầu, đã có số lượng rất lớn, chủng loại khá đa dạng và rất nhiều thế hệ thiết bị số đã có mặt trong HTĐ Việt Nam Việc làm chủ sơ đồ thiết kế, thí nghiệm, vận hành các thiết bị số của nhiều hãng đã trở thành quen thuộc với cán bộ kỹ thuật.
Trong điều khiển hệ thống, SCADA đang được cải tạo và lắp mới ngày càng hoàn thiện hơn Hệ thống SCADA cấp điều độ trung ương A0 đã được lắp đặt 1999-2000 có khả năng điều khiển, tạo một cơ sơ dữ liệu trên hệ thống thông tin mang tính mở và mạnh để áp dụng những ứng dụng ở mức cao trong HTĐ như EMS, DSM… Hệ thống SCADA cấp điều độ miền Bắc, Trung, Nam tạo nguồn thông tin từ cấp thấp hơn: Trạm biến áp 110kV, tổ máy phát nhỏ… Nối ghép cung cấp dữ liệu đến hệ thống SCADA trung ương, và các ứng dụng văn phòng khác trên toàn quốc gia hoặc toàn cầu. Các nhà sản xuất và thế hệ rơ le bảo vệ cho dưới bảng sau:
5.1.2 Đánh giá việc khai thác hệ thống điều khiển và bảo vệ trong HTĐ Việt Nam.
Quá trình thâm nhập, ứng dụng thế hệ thiết bị mới (Rơ le bảo vệ, hệ thống điều khiển, thông tin điện lực) được thực hiện theo từng bước, mang đặc điểm của một nước đang phát triển và cũng theo sát với phát triển của những thế hệ mới nhất.
Việt Nam có những mặt thuận lợi khi theo chiến lược đón đầu các kỹ thuật mới, đưa vào ứng dụng những thiết bị, hệ thống tiên tiến nhất ngay trong giai đoạn phát triển ban đầu không trải qua thời gian và chi phí thử nghiệm, có đội ngũ kỹ thuật có năng lực nhạy bén, tránh được sai lầm từ những bài học và kinh nghiệm của các nước đi trước.
Nhưng cũng có nhiều mặt hạn chế trong quá trình phát triển:
- Khả năng đầu tư hạn hẹp, phụ thuộc vào các nguồn vốn vay kèm theo nhà cấp hàng có chỉ định
- Bị động mang nhiều tính chất giải quyết tình thế HTĐ có khối lượng tài sản lớn, xây dựng mang tính chất của một quá trình phát triển, kế thừa, trong hệ thống tồn tại rất nhiều thế hệ, nhiều công nghệ sản xuất thiết bị là điều không thể tránh khỏi Đặc biệt tính tiên tiến hiện đại của thiết bị thông tin ngày nay có vòng đời rất ngắn, do vậy nhiều thiết bị, hệ thống khi chọn trên dự án là hiện đại và tiên tiến nhất, khi thực hiện xong dự án thì lại trở thành lạc hậu.
- Năng lực kỹ thuật thẩm định thiết kế khai thác ứng dụng trên hệ thống hiện có còn hạn chế ….
Chẳng hạn, khi chọn thiết bị rơ le bảo vệ, thiết bị thông tin( bộ xử lý trung tâm, thiết bị chuyển kênh, … hay mắc phải những thiếu sót sau:
+ Chọn những thiết bị không cùng một cấp ( Cấp lộ phụ tải phân phối, cấp trung tâm thông tin mức trạm)
- Nhiều nhà cung cấp khác nhau
- Hình thức, giao thức thông tin, năng lực và tốc độ thông tin khác nhau.
- Tùy chọn rơ le có kết nối EIA-232,… Cáp quang khác nhau ( Mà chuẩn nối này chỉ phục vụ tốt nhất riêng cho mỗi liên kết Star hoặc Bus ( Daisy-Train/ Trunk-Drop)).
- Chọn những thiết bị có khả năng thông tin quá mạnh so với khả năng của mạng thông tin tổng thể, dẫn đến sử dụng lãng phí thiết bị.
+ Ở mức độ trạm đã chọn những sơ đồ cấu trúc thông tin mà thiếu đánh giá về độ tin cậy của hệ thống, ví dụ tại trạm 220kV Nam Định chỉ dựa vào hình máy tính, không có hệ thống thông tin, mạng dự phòng Do vậy, đã có một lần xảy ra sự cố máy tính hoặc hư hỏng mạng cáp quang do chuột cắm làm tê liệt điều khiển toàn trạm trong nhiều ngày thậm chí nhiều tuần.
+ Do đòi hỏi phải hiện đại hóa theo một chức năng nào đó, chẳng hạn giám sát trạng thái máy cắt, hệ thống đo xa… Nên những năm 95,96 chúng ta đã đầu tư những hệ thống thông tin riêng lẻ, chỉ phục vụ đơn mục đích đặt ra Sau một thời gian ngắn vài năm, khi xuất hiện nhưng hệ thống thông tin mở có thể phát triển khai thác đa ứng dụng theo hướng của người sử dụng, thì các hệ thống đã lắp đặt trên chỉ là một chức năng nhỏ trong hệ thống mới, tồn tại của hệ thống này chỉ làm phức tạp hệ thống và cồng kềnh trong công tác quản lý Kết quả là đã gây ra một lãng phí lớn trong đầu tư.
Trong hoàn cảnh kinh tế Việt Nam của thời kỳ đầu phát triển, chúng ta phải Tiết kiệm và sử dụng hệu quả cao nhất nguồn vốn đầu tư Như vậy, để xây dựng hệ thống điều khiển và bảo vệ dựa trên hệ thống thông tin điện lực hay thực thi xu hướng máy tính hóa trong điều khiển trạm điện, cần phải lưu ý một số vấn đề sau:
- Phải co so sánh, đánh giá đúng những chỉ tiêu kỹ thuât: Độ tin cậy, tính duy trì, ổn định hệ thống, chất lượng điện năng, thiệt hại khi có sự cố, tính kinh tế… khi lựa chọn xây dựng một hệ thống điều khiển với quy mô nào đó trên cơ sở thông tin, hoặc mô hình điều khiển khác được tư vấn nhằm chọn ra mô hình điều khiển phù hợp Cũng cần phải lưu ý rằng có những công trình có quy mô và vị trí địa lý nào đó không nhất thiết phải xây dựng dựa trên hệ thống thông tin mạnh Không thể trang bị hệ thống thông tin như một thứ “ Thời Trang”.