Chuan truyen thong ap dung trong he thong dien 1 177135

Khương Văn Hải CH-HTĐ 2006-2008 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Điện sản xuất, truyền tải, phân phối rộng khắp với nhiều cấp điện áp từ cấp hạ áp, trung áp, cao áp, siêu cao áp cực siêu cao áp với số lượng thiết bị lớn Sự phát triển hệ thống thông tin hệ thống điện cần thiết Những việc mà trước muốn thực phải phức tạp nhiều công sức, cần đến làm việc nhiều người với phát triển cơng nghệ thơng tin nói chung truyền thơng hệ thống điện nói riêng làm cho vấn đề trở nên dễ dàng nhiều Các thiết bị cấp (chấp hành) kết nối với cấp máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý cơng ty Chuẩn truyền thơng qui ước chung cho việc ghép nối thiết bị với giúp cho việc giao tiếp trở nên dễ dàng thuận tiện Ngoài chuẩn thường dùng RS-232, RS-485 hệ thống điện dùng chuẩn khác IEC 60870, 61850… Đề tài nghiên cứu chuẩn truyền thông công nghiệp điều khiển giám sát hệ thống điện, mục đích làm rõ khả ứng dụng chuẩn truyền thông quốc tế, phù hợp ưu nhược điểm chúng hệ điều khiển giám sát hệ thống điện Làm rõ thực trạng giải pháp truyền thông hệ thống điện Việt Nam Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chuẩn truyền thông công nghiệp ĐKGS Hệ Thống Điện Khương Văn Hải CH-HTĐ 2006-2008 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU NHU CẦU TRUYỀN THƠNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Mạng thơng tin HTĐ Sự phát triển hệ thống điện đại nằm xu chung phát triển khoa học kỹ thuật kinh tế, nhằm thỏa mãn đòi hỏi ngày tăng xã hội phản ánh bước tiến vượt bậc khoa học kỹ thuật, đáp ứng nhiều nhu cầu đa dạng sống Hệ thống điện Việt Nam nhiều nước phát triển giới thời kỳ phát triển mạnh mẽ Có lợi áp dụng thành tựu công nghệ mới, tiên tiến để xây dựng vận hành bỏ qua chi phí áp dụng cho việc nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm mà nước phát triển trải qua Việc áp dụng truyền thông tin HTĐ giải vấn đề điều khiển, giám sát, thu thập số liệu …… tạo điều kiện thuận lợi cho việc HTĐ mở rộng quản lý ngày tốt Để nghiên cứu hệ thống điều khiển HTĐ đại ta chia thành cấu trúc tạo nên hệ thống là: + Cấu trúc mạng thông tin + Cấu trúc hệ thống bảo vệ, điều khiển, giám sát, quản lý Thông tin khái niệm quan trọng trông KHKT giống vật chất hay lượng Vật chất Năng lượng Thông tin Vật chất Hệ Thống Kỹ Thuật Năng lượng Thông tin Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chuẩn truyền thông công nghiệp ĐKGS Hệ Thống Điện Khương Văn Hải CH-HTĐ 2006-2008 Việc biểu diễn thơng tin phụ thuộc vào mục đích tính chất ứng dụng thơng tin mơ tả hay số hóa liệu lữu trữ xử lý máy tính Mạng thơng tin hiểu hịa nhập, giao tiếp trao đổi liệu hai đối tượng với hay đối tượng hệ thống lớn Với thành tựu đạt công nghệ thông tin khái niệm đối tượng hệ thống mở rộng Không giới hạn đối tượng phần tử, thiết bị với hệ thống lớn trạm điện, nhà máy điện…… Và thực mơi trường thơng tin riêng (mạng cục bộ) ngày phổ biến, môi trường thông tin chung, phạm vi trạm biến áp …… chí có tính chất tồn cầu bao gồm khái niệm khơng gian thực thời gian thực Việc áp dụng thông tin HTĐ trước khai thác phạm vi hẹp mạng điện thoại cục ngành, thực chức bảo vệ, điều khiển, cần sử dụng kênh thơng tin ít: bảo vệ cao tần, bảo vệ cắt liên động, bảo vệ so lệch dọc đường dây… Những tiến vượt bậc công nghệ thông tin cuối kỷ 20, cộng với đòi hỏi ứng dụng ngày cao người sử dụng làm cho nhu cầu truyền thông HTĐ ngày mở rộng đa dạng Các đường điện thoại viễn thông, cáp quang, kênh cao tần PLC, mạng sóng vơ tuyến FM Những thành tựu đạt (thơng tin trạm, từ cấp trạm đến cấp điều độ miền, sở khai thác ứng dụng SCADA, EMS, DSM, ứng dụng văn phòng truy nhập lấy số liệu từ INTERNET,… phụ thuộc khả khai thác người dùng Đã mở rộng phạm vi không gian, Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chuẩn truyền thông công nghiệp ĐKGS Hệ Thống Điện Khương Văn Hải CH-HTĐ 2006-2008 phạm vi quản lý có ngày nhiều đối tượng tham gia vào mạng lưới thông tin Do vậy, u cầu đặt phải có cách giao tiếp chung cho tất đối tượng tham gia thơng tin Đó phải có hệ thống thơng tin chuẩn hóa thống IEC (international electrotechnical committee) TC57 (technical committee) thành lập năm 1964 địi hỏi phải có tiêu chuẩn quốc tế lĩnh vực thông tin thiết bị hệ thống lĩnh vực thông tin điện lực: Telecontrol- điều khiển từ xa, Teleprotection- bảo vệ từ xa, úng dụng công nghệ thông tin hệ thống điện giám sát, điều khiển thu thập liệu (SCADA), quản lý hệ thống lượng(EMS), quản lý nhu cầu điện năng(DSM), tự động hệ thống phân phối(DA),… Các nhà chuyên môn 22 nước thành viên thừa nhận tính cạnh tranh cao với số lượng nhà sản xuất thiết bị ngày tăng Việc nối ghép thiết bị điều khiển để tích hợp thành hệ thống địi hỏi thiết bị hệ thống phải có khả kết hợp với nhau, ghép nối, giao thức định dạng liệu cần thiết phải tương thích để đáp ứng mục tiêu Viện công nghệ thông tin Bắc Mỹ (UCATM) hoạt động lĩnh vực bổ sung chuẩn nối ghép, chuẩn giao thức dạng liệu hồn thiện u cầu IEC TC 57 chấp nhận chúng tập chuẩn IEC-61850 phát triển Viện nghiên cứu điện lực (EPRI- Electric Power Research Institute) đưa vấn đề từ năm 1970 để phát triển công nghệ thông tin ngành điện Từ năm 80, EPRI nhận thấy lợi ích thống phương pháp thông tin tất nhà sản xuất Họ thảo luận Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chuẩn truyền thông công nghiệp ĐKGS Hệ Thống Điện Khương Văn Hải CH-HTĐ 2006-2008 để tạo điều kiện dễ dàng kết hợp số lớn chủng loại thiết bị hệ thống, tư vấn cho mục đích quản lý điều khiển thông tin tới tất tổ chức làm việc lĩnh vực EPRI ủy quyền dự án cho UCA Nhiều chương trình dự án tiến hành hầu hết thiết bị bảo vệ, IEDs (là thiết bị thu thập thông tin, liệu) sản xuất theo tiêu chuẩn UCA tỏ có hiệu chúng nối mạng thơng tin Một địi hỏi cụ thể thực chuyển thông báo nhanh IEDs với đơn vị thời gian (ms) phát có cố hệ thống điện liên quan đến tính điều khiển tức thời (tính tác động nhanh) hệ thống truyền liệu Do vậy, mạng LAN sử dụng trạm điện thay cho khối lượng đấu dây lớn IEDs thiết bị sơ cấp Một đặc điểm khác áp dụng quản lý theo lớp thông tin nhằm đáp ứng yêu cầu rong cho điều khiển trạm Trong đó, lớp thấp hệ thống dự án khảo sát đề xuất nhiều giải pháp Bus cơng nghiệp, cơng nghệ LAN văn phịng với lớp giao thức ETHENET INTERNET Giữa năm 1996, sau trình nghiên cứu chi tiết tiến hành đỡ đầu EPRI lần công bố việc phân chọn lớp cụ thể tạo luận chứng có tính hệ thống Dự án xác định chuẩn để hệ độc lập cạnh tranh hệ Rơ Le, đồng hồ đo lường, điều khiển, giao tiếp với người sử dụng hệ IEDs khác liên kết thơng tin sử dụng mạng LAN cho tất hoạt động điều khiển Với liên tục hỗ trợ EPRI, có bảng danh sách dài Relay, Metter, IEDs nhà sản xuất tuân thủ theo tiêu chuẩn sản phẩm Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chuẩn truyền thông công nghiệp ĐKGS Hệ Thống Điện Khương Văn Hải CH-HTĐ 2006-2008 UCA Cũng nhắc lại nhà sản xuất nhận thức tầm quan trọng việc liên kết thống thông tin, sản phẩm thiết kế nhà sản xuất mang đặc thù riêng, cốt lõi tính cạnh tranh Đề cập lại tiêu chuẩn IEC 61870-5 yêu cầu người dùng năm 80, IEC Châu Âu tạo chuẩn thông tin IEC 60870-5 Năm 1995, IEC đưa dự án mới, dùng 61850 để xác định hệ tương lai thông tin bảo vệ điều khiển trạm tốc độ cao Mục tiêu giống EPRI có nhiều nhà cấp hàng tiện ích ứng dụng để xác định sở hạ tầng thông tin điều khiển giám sát trạm điện Thế hệ chuẩn đảm bảo tính mở kết hợp nhiều hệ IEDs nhiều nhà sản xuất, tránh xây dựng hệ thống đóng trọn gói khơng tương thích Tổ chức dự án IEC với nhiệm vụ tạo chuẩn thông tin, tập trung TC57, Teleprotection Power System Control Các tổ cơng tác bao gồm (WG- Working Group) 10,11,12 trao phần nhiệm vụ IEC 61850 như: WG10 – Trong lĩnh vực chức năng, cấu trúc thông tin yêu cầu chung WG11 – Trong lĩnh vực thông tin khối (Unit) mức trạm (Substation Levels) WG12 – Trong lĩnh vực thông tin Xử lý (Process) mức khối (Unit Levels) Đến năm 1996, hai nhóm EPRI UCA2.0 IEC61850 làm việc chuẩn để đánh địa kết nối IEDs ứng dụng tự động điều khiển trạm Tháng 10/1997, Edinburgh TC 57 WG10-12 nhóm họp lại đưa thỏa thuận phát triển chuẩn cho tự động trạm thông tin để tiến Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chuẩn truyền thông công nghiệp ĐKGS Hệ Thống Điện Khương Văn Hải CH-HTĐ 2006-2008 tới hợp Bắc Mỹ Châu Âu Một phương án khả thi xây dựng hoàn thiện theo tiêu chuẩn UCA, dĩ nhiên 61850 chiếm phần lớn (Superset) UCA tiếp tục viết, cải tiến trao đổi để tạo chuẩn có phương hướng tham số bao quát UCA Châu Âu Khả thu thập liệu điều khiển cấu trúc thông tin tạo từ IED trạm điện Phát triển công nghệ thông tin mang lại hiệu to lớn khả năng, quy mô giá thành Các sản phẩm đưa vào cải tiến tạo mạng LANs trạm điện Một ý quan trọng, chuẩn dựa vào cơng nghệ IT có tính thương mại văn phịng, mà văn phòng trạm điện hay hệ thống điện có nhiều điểm khác Mơi trường IT văn phịng hỗ trợ liệu SERVER nhiều liệu CLIENT với khơng có thơng tin kiểu PEER to PEER Một trạm LAN đòi hỏi nhiều đấu nối PEER to PEER hỗ trợ nhiều từ liệu trạm chủ liệu trạm tớ Thêm vào mơi trường làm việc trạm điện đòi hỏi thành phần mức độ cao thiết bị phải có khả mạnh Như công việc tiếp tục nâng cao cơng nghệ thơng tin (IT) văn phịng theo tính bảo vệ, tính định, độ tin cậy, tính trì sử dụng trạm điện 2.2 Liên kết thông tin IED Khả thu thập liệu điều khiển cấu trúc thông tin tạo từ IED trạm điện Do địi hỏi việc chuyển thơng báo nhanh IEDs để đảm bảo yêu cầu giám sát, điều khiển thu thập liệu Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chuẩn truyền thông công nghiệp ĐKGS Hệ Thống Điện Khương Văn Hải CH-HTĐ 2006-2008 Khái niệm dạng liên kết: Liên kết mối quan hệ vật lý logic nhiều đối tác truyền thơng Có loại liên kết: điểm- điểm, điểm với nhiều điểm, liên kết nhiều điểm Topology – cấu trúc liên kết mạng, nói cách khác tổng hợp liên kết Topology hiểu cách xếp, tổ chức mặt vật lý mạng, cách xếp logic nút mạng, mối liên kết nút mạng Cấu trúc mạng thơng tin hệ thống điện chia loại bản: - Star Topology – mạng liên kết hình - Bus Topology – mạng liên kết BUS - Ring Topology – mạng liên kết vịng Mạng cấu trúc liên kết hình sao: Được thiết kế trợ giúp cho hệ thống có nhiều loại IEDs Những rơle có khả thơng tin tốc độ chậm lắp đặt với rơle đại có tốc độ nhanh Trong mạng hình sao, thiết bị có xuất xứ từ nhiều nhà sản xuất với protocol khác nối trực tiếp tới xử lý trung tâm Tính mở thể mạng có khả giao tiếp phần cứng phầm mềm nhiều hãng sản xuất với nhiều giao thức (protocols), nhiều tỉ số truyền (baud rate), nhiều hình thức giao tiếp mạng Thế hệ rơ le số có cổng giao tiếp đơn giản thường dùng loại cổng nối tiếp EIA -232 Mạng cấu trúc liên kết nhiều điểm: Đây mạng liên kết BUS vịng với nhiều điểm, thiết bị nối theo luật truyền nhận thống nhất, minh họa hình vẽ Đặc điểm hai liên kết khoảng thời gian có thết bị liên lạc Trong mạng cấu trúc trạm, thiết bị, rơle mạng phải đánh địa Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chuẩn truyền thông công nghiệp ĐKGS Hệ Thống Điện Khương Văn Hải CH-HTĐ 2006-2008 sử dụng cổng song song EIA - 485 Ngồi cổng EIA-232 biến đổi sang EIA-485 sử dụng cho số mạng liên kết nhiều điểm đặc biệt Mạng cấu trúc BUS: Line Daisy-chain Trunk line HUB Drop-line Trunk-line/ drop-line Hình 2.1: Mạng cấu trúc BUS Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chuẩn truyền thông công nghiệp ĐKGS Hệ Thống Điện Khương Văn Hải CH-HTĐ 2006-2008 Tất thiết bị mạng nối trực tiếp với đường dẫn chung Như vậy, đặc điểm cấu trúc việc sử dụng chung đường dây cho tất thiết bị trạm (hoặc mạng) tiết kiệm cáp dẫn công lắp đặt Nếu trạm hay phần tử, rơle không làm việc (hư hỏng, nguồn) gây ảnh hưởng đến phần tử lại Mạng cấu trúc mạch vịng (tích cực) - Mỗi nút đồng thời khuếch đại, thiết kế mạng theo kiến trúc thực với khoảng cách số lượng trạm lớn - Mỗi trạm có khả vừa nhận phát tín hiệu lúc Vì thành viên ngăn cách mạch vịng làm hai phần tín hiệu truyền theo chiều nên biện pháp tránh xung đột tín hiệu thực đơn giản - Cấu trúc mạch vòng thực chất thực dựa sở điểm- điểm thích hợp cho việc phát triển ứng dụng phương tiện truyền thông đại cáp quang, hồng ngoại…… - Việc gán địa cho thành viên mạng trạm chủ thực hoàn toàn tự động, vào thứ tựu xếp vật lý trạm mạch vòng - Một ưu điểm khả xác định vị trí xảy cố (trong mạng thơng tin) đứt dây, nguồn… Tuy nhiên để có độ tin cậy cao mạng cần phải thiết kế với đường dây dự phòng Mạng cấu trúc hỗn hợp (Hybrid network): Trong mạng bao gồm hình thức kết nối trên, với phạm vi mạng xử lý thông tin thực tế trạm biến áp, hệ thống lớn Nó thực nhiều tác vụ điều khiển, hiển thị, tự động, bảo vệ, phân tích, kiểm tra, bảo dưỡng, Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chuẩn truyền thông công nghiệp ĐKGS Hệ Thống Điện