Đang tải... (xem toàn văn)
Các giải pháp tích hợp hệ thống tự động hóa trạm nói chung và hệ thống SCADA nói riêng thực tế hiện nay vẫn chưa khai thác được các chuẩn truyền thông công nhiệp, đặc biệt là tại các trạ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ****************** LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁC GIẢI PHÁP TÍCH HỢP HỆ THỐNG SCADA SỬ DỤNG CÁC CHUẨN TRUYỀN TIN CÔNG NGHIỆP VÀ VẤN ĐỀ KHAI THÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN SCADA/DMS TRONG TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: LÊ QUÝ DƯƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS ĐINH QUANG HUY HÀ NỘI - 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113895671000000 LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn phát triển nhanh Đi đôi với phát triển vượt bặc công nghệ thông tin truyền thông, nghành điện khơng ngừng bước đại hố, chứng phát triển nhanh chóng hệ thống quản lý lượng SCADA, DMS, EMS Một thực tế cho thấy giải pháp tích hợp hệ thống SCADA/DMS chưa tận dụng ưu chuẩn truyền thông công nghiệp thông tin liệu nhận từ hệ thống SCADA/DMS chưa đuợc khai thác ứng dụng hiệu vào công tác điều hành, tự động hố lưới điện Để góp phần giải tồn nêu trên, luận văn tập trung nghiên cứu với nội dung: “Các giải pháp tích hợp hệ thống SCADA sử dụng chuẩn truyền tin công nghiệp vấn đề khai thác hệ thống thơng tin SCADA/DMS tính tốn điều khiển nhanh hệ thống điện” Trong trình thực luận văn, với nỗ lực thân, vô biết ơn giúp đỡ thầy cô, bạn bè, quan làm việc Trung tâm Điều độ Xin đặc biệt gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn TS Đinh Quang Huy, môn Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Xin cảm ơn Trung tâm Điều độ-Thông tin công ty Điện lực Hà Nội giúp đỡ thời gian điều kiện làm việc thực tế q trình thực luận văn Tơi muốn cảm ơn Viện đào tạo sau đại học - Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện suốt khoá học Cuối cùng, tơi mong nhận góp ý thầy cô, chuyên gia lĩnh vực SCADA bạn bè đồng nghiệp Hà Nội 10/2009 Lê Quý Dương MỤC LỤC Lời nói đầu ix Danh mục thuật ngữ ix Danh mục bảng biểu ix Danh mục hình vẽ ix Mở đầu ix Chương Giới thiệu luận văn 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ luận văn 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Điểm luận văn 1.6 Giá trị thực tiễn luận văn 1.7 Bố cục luận văn Chương Hệ thống SCADA ứng dụng quản lý, điều khiển hệ thống điện 2.1 Tông quan hệ thống quản lý điều khiển hệ thống điện 2.1.1 Vai trị mơ hình hệ thống thông tin hệ thống điện 2.1.2 Các hệ thống quản lý mạng 2.2 Tìm hiểu ứng dụng SCADA hệ thống điện 12 2.2.1 Các chức hệ thống SCADA 2.2.2 Cấu trúc hệ thống SCADA 12 18 2.2.3 Vấn đề tích hợp thơng tin hệ thống SCADA 25 2.3 Kết luận 25 Chương Mạng thông tin hệ thống điện giao thức 26 truyền thông công nghiệp 3.1 Các kênh thông tin liên lạc hệ thống điện 26 3.1.1 Cáp thông tin 26 3.1.2 Kênh liên lạc cáp quang 28 3.1.3 Kênh thông tin vô tuyến 32 3.1.4 Kênh tải ba PLC 35 3.2 Các chuẩn giao thức truyền thông sử dụng công nghiệp 37 3.2.1 Kiến trúc giao thức OSI 37 3.2.2 Tình trạng chuẩn thơng tin liên lạc 40 3.2.3 Các giao thức truyền tin sử dụng cấp trường 41 3.2.4 Các giao thức truyền tin trạm trung tâm điều 41 khiển 3.4 Kết luận 43 Các giải pháp tích hợp hệ thống SCADA cho trạm biến áp 44 4.1 Thông tin trạm biến áp yêu cầu hệ thống tích hợp 44 Chương 4.1.1 Thông tin vận hành trạm biến áp 45 4.1.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống tích hợp trạm 47 4.1.3 Giới hạn chức công nghệ truyền thống 48 đại 4.2 Tích hợp SCADA cho trạm biến áp sử dụng RTU 4.2.1 Tích hợp SCADA sử dụng RTU với kết nối truyền 50 50 thống 4.2.2 Tích hợp SCADA sử dụng truyền thơng RTU 53 IEDs 4.3 Tích hợp SCADA cho trạm điều khiển máy tính 57 4.3.1 Cấu trúc trạm điều khiển máy tính 57 4.3.2 Giao tiếp thiết bị IEDs với Server trạm 59 4.3.3 Giao tiếp Server trạm với trung tâm 62 4.3.4 Ưu nhược điểm giải pháp 63 4.6 Kết luận Chương Áp dụng tích hợp hệ thống SCADA cho trạm biến áp 64 65 E1.17 Bắc Thăng Long 5.1 Tình hình trước đầu tư 65 5.2 Nội dung giải pháp tích hợp 66 5.3 Kết thực phương án tích hợp SCADA trạm E1.17 69 khả mở rộng áp dụng Chương Khai thác hệ thống tin SCADA/DMS tính tốn điều khiển 73 lưới phân phối 6.1 Giới thiệu hệ thống tự động hố lưới phân phối 73 6.2 Mơ hình hệ thống thơng tin SCADA/DMS phục vụ tự động 80 hố lưới điện phân phối 6.3 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình điều khiển hệ thống SPL 82 6.4 Vấn đề xử lý, tính tốn hiệu cao hệ thống 86 SCADA/DMS ứng dụng điều khiển hệ thống điện 6.5 Các thuật tốn tự động phân đoạn khơi phục cố lưới 94 phân phối sử dụng thông tin SCADA/DMS 6.6 Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm hệ thống tự động phân đoạn 99 khôi phục cố đường dây lộ 477 E1.8 Bờ Hồ lộ 486 E1.9 Nghĩa Đô Chương Tài liệu tham khảo Kết luận kiến nghị 117 ix DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ DA Distribution Automation Hệ thống tự động phân phối DC District Control Center Trung tâm điều khiển cấp điện lực DMS Distribution Management System Hệ thống quản lý phân phối EMS Energy Management System Hệ thống quản lý lượng GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu HMI Human Machine Interface Giao diện người máy ICCP Inter-Control Center Communication Protocol IEDs Intelligent Electronic Devices ISO International Organization for Standardization LAN Local Area Network Mạng nội NC National Control Center Trung tâm điều khiển cấp quốc gia PLC Power Line Carrier Tải ba RC Regional Control Center Trung tâm điều khiển cấp miền RTU Remote Terminal Units Thiết bị đầu cuối SAS Substation Automation System Hệ thống tự động hóa trạm biến áp Thiết bị điện tử thông minh SCADA Supervisory Control And Data Acquisition SOE Sequence Of Event Chuỗi kiện STP Shielded Twisted Pair Cáp đơi dây xoắn có bọc kim TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol UHF UTP Ultra High Frequency Unshielded Twisted Pair Dải tần số cực cao Cáp đôi dây xoắn không bọc kim VHF Very High Frequency Dải tần số cao WAN Wide Area Network Mạng diện rộng DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Một số thông số loại cáp quang 30 Bảng 3.2 Bảng so sánh phương tiện thông tin vô tuyến 34 Bảng 4.1 Bảng giới hạn chức công nghệ truyền thống đại 49 Bảng 4.2 Bảng cầu hình giao thức thiết bị cần hỗ trợ 54 Bảng 5.1 Bảng liệu Measurands cấu hình cho COM 615 trung tâm 68 Bảng 5.2 Bảng liệu COMMAND cấu hình COM 615 trung tâm 69 Bảng 6.1 Bảng liệu đường dây, trạm biến áp lộ 477-E1.8 Bờ Hồ 102 Bảng 6.2 Bảng keets kết chạy chương trình Loadflow kiểm tra 109 theo phương án khơi phục DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Mơ hình thu thập liệu hệ thống điện 12 Hình 2.2 Sơ đồ kết nối hiển thị trạng thái hệ thống SCADA 13 Hình 2.3 Sơ đồ chức đo lường giá trị tương tự 14 Hình 2.4 Sơ đồ chức giám sát lập báo cáo 15 Hình 2.5 Cấu trúc kết nối điểm – điểm 21 Hình 2.6 Cấu trúc kết nối kiểu nối tiếp 22 Hình 2.7 Cấu trúc kết nối sao-nối tiếp 22 Hình 2.8 Cấu trúc kết nối điểm- nhiều điểm 23 Hình 2.9 Một số kênh liên lạc hệ thống SCADA 24 Hình 3.1 Cáp đơi dây xoắn kiểu STP UTP 27 Hình 3.2 Cấu tạo cáp đồng trục 27 Hình 3.3 Cấu tạo cáp quang 28 Hình 3.4 Nguyên lý phản xạ toàn phần ánh sáng 29 Hình 3.5 Đường tia sáng biến thiên chiết suất cáp quang 29 Hình 3.6 Cấu trúc hệ thống thông tin quang 31 Hình 3.7 Một số kênh thơng tin vơ tuyến hệ thốngđiện 32 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý kênh tải ba PLC 36 Hình 3.9 Mơ hình tham chiếu OSI 39 Hình 3.10 Các giao thức truyền tin sử dụng cấp trường 41 Hình 3.11 42 Các giao thức truyền tin trạm trung tâm điều khiển Hình 3.12 Xu hướng phát triển sử dụng giao thức IEC 61850 43 Hình 4.1 Hình 4.2 Mơ hình quan hệ liệu trạm biến áp Sơ đồ sợi trạm biến áp 110kV 44 45 Hình 4.3 Mơ hình hệ thống sử dụng RTU với kết nối truyền thống 50 Hình 4.4 Sơ đồ mạch đóng mạch cắt kết nối tới RTU 51 Hình 4.5 Sơ đồ minh hoạ mạch thị vị trí máy cắt, dao tiếp địa 52 Hình 4.6 Sơ đồ minh hoạ mạch thị tín hiệu cảnh báo 53 Hình 4.7 Mơ hình kết nối thơng tin RTU IEDs 54 Hình Cấu trúc bus trạm điều khiển máy tính 57 Hình Sơ đồ quan hệ chức phần mềm HMI 58 Hình 4.10 Sơ đồ kết nối sử dụng giao thức DNP3 IEC 61850 59 Hình 4.11 Sơ đồ tích hợp tín hiệu IEDs cấp điều khiển 60 Hình 4.12 Mơ hình cấu trúc mạch vịng đơn 61 Hình 4.13 Mơ hình cấu trúc mạch vịng kép 61 Hình 4.14 Thơng tin Server trạm với trung tâm 62 Hình 5.1 Sơ đồ sợi trạm E1.17 Bắc Thăng Long 65 Hình 5.2 Sơ đồ kết nối RTU Và COM 615 theo chuẩn Modbus 67 Hình 5.3 Sơ đồ kết nối RTU COM 615 trực tiếp với trung tâm 68 Hình 5.4 Sơ đồ SCADA trạm E1.17 sau tích hợp 70 Hình 5.5 Thao tác đóng cắt máy cắt 71 Hình 5.6 Danh sách kiện xảy trạm 72 Hình 6.1 Sơ đồ lưới điện phân phối hình tia sử dụng recloser 74 Hình 6.2 Phối hợp thời gian bảo vệ 74 Hình 6.3 Lưới điện đơn giản áp dụng cơng nghệ DAS 75 Hình 6.4 Hệ thống điện sử dụng recloser phối hợp với LBS phân đoạn 77 tự động có hệ thống SCADA Hình 6.5 Sự cố phân đoạn LBS LBS 78 Hình 6.6 Hình 6.7 Sơ đồ khối trình tự phân đoạn cố khơi phục Giao tiếp thiết bị lưới với trung tâm điều khiển 79 81 Hình 6.8 Mơ hình thiết bị cho tự động hố lưới phân phối 81 Hình 6.9 Sự truyền thông vi xử lý 88 Hình 6.10 Phân vùng hệ thống tính tốn song song 89 Hình 6.11 Lược đồ tái cấu trúc lưới sau cố 93 Hình 6.12 94 Sơ đồ lưới điện phân phối hình tia Hình 6.13 Sơ đồ phân đoạn cố khơi phục cho lưới hình tia 96 Hình 6.14 Sơ đồ lưới phân phối mạch vịng 97 Hình 6.15 Trình tự phân đoạn cố khơi phục cho lưới mạch vịng 98 Hình 6.16 Sơ đồ tuyến đường dây 477 E8 Yên Phụ 486 E9 Nghĩa Đơ 99 Hình 6.17 Giao diện đồ hoạ (GE) phần mềm DE 100 Hình 6.18 Cấu hình thống số phần tử hệ thống DMS 101 Hình 6.19 Sơ đồ lưới điện làm việc chế độ vận hành online 101 Hình 6.20 Sơ đồ thuật toán xác định vùng cố khơi phục 104 Hình 6.21 Cài đặt thơng số điều khiển hệ thống SPIDER 105 Hình 6.22 Sự cố xảy phân đoạn b lưới 106 Hình 6.23 Hệ thống SCADA/DMS phát cố 106 Hình 6.24 Các cầu dao phân đoạn đuợc cắt 107 Hình 6.25 Phát phân đoạn cố đóng dao 471-7 107 Hình 6.26 Phân đoạn cố bí cô lập khôi phục tải thành công cho phân đoạn khơng bị cố Hình 6.27 Chương trình Loadflow đuợc kích hoạt 108 108