Nghiên ứu khả năng ứng dụng hệ thống scada cho lưới điện 110kv trên địa bàn hà tây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA CHO LƯỚI ĐIỆN 110KV TRÊN ĐỊA BÀN HÀ TÂY NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ: ĐÀO QUANG MINH Người hướng dẫn khoa học: VS.GS.TSKH TRẦN ĐÌNH LONG HÀ NỘI - 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204960311000000 LỜI CAM ĐOAN Luận văn tác giả bắt đầu thực từ thức nhận đề tài Ngoài ra, trước đăng ký nhận đề tài, tác giả có thời gian thu thập tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau: sách, tạp chí, Internet, tài liệu kỹ thuật đơn vị tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) Với kết đạt luận văn, tác giả xin cam đoan sản phẩm tác giả thực hoàn thành Tác giả MỤC LỤC Lời cam đoan ix Mục lục ix Danh mục thuật ngữ ix Danh mục bảng ix Danh mục hình vẽ ix MỞ ĐẦU ix CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐIỆN LỰC VÀ ỨNG DỤNG Ở HTĐ VN 1.1 Vai trò hệ thống thông tin điện lực 1 1.1.1 Đáp ứng nhu cầu thông tin vận hành cho trung tâm điều độ 1.1.2 Đảm bảo nhu cầu thông tin quản lý 1.2 Một số kênh thông tin hệ thống điện 1.2.1 Kênh thông tin truyền dẫn quang 1.2.2 Kênh thông tin vô tuyến 14 1.2.3 Kênh tải ba PLC (Power Line Carrier) 19 1.2.4 Cáp thông tin 24 1.3 Kết luận 28 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐỂ XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN 2.1 Chế độ truyền tải 29 29 2.1.1 Truyền bit song song truyền bit nối tiếp 29 2.1.2 Truyền đồng không đồng 30 2.1.3 Truyền chiều, hai chiều toàn phần gián đoạn 30 2.1.4 Truyền tải dải sở,dải mang dải rộng 31 2.1.5 Đường truyền vật lý 32 2.2 Cấu trúc mạng (Topology): 33 2.2.1.Cấu trúc bus 35 2.2.2.Cấu trúc mạch vịng 36 2.2.3.Cấu trúc hình 37 2.2.4 Cấu trúc hình 38 2.3 Các tiêu chuẩn thông tin hệ thống điện 39 2.3.1 Kiến trúc giao thức OSI 40 2.3.2 Các chuẩn thông tin liên lạc 43 2.4 Kết luận 49 CHƯƠNG 3: SCADA VÀ CÁC ỨNG DỤNG QUẢN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 51 3.1 Cơ sở liệu thời gian thực 51 3.2 Hệ thống điều khiển từ xa 53 3.3 Các hệ thống quản lý mạng (Network Manager) 55 3.3.1 Khái niệm chung 55 3.3.2 Hệ thống quản lý SCADA 56 3.3.3 Hệ thống quản lý lượng EMS 57 3.3.4 Hệ thống tự động phân phối DA (Distribution Automation) 58 3.4 Phần cứng trung tâm (Master Station Hardware) 61 3.4.1 Máy tính chủ (Server ) 61 3.4.2 Các trạm công tác (Workstations) 62 3.4.3 Thiết bị tiền xử lý (Front-end processor) 63 3.4.4 Mạng nội (Local Area Network) 63 3.4.5 Router 63 3.5 Thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit) 64 3.5.1 Cấu tạo chung RTU 64 3.5.2 Các ứng dụng RTU 65 3.6 Hệ thống thông tin liên lạc SCADA 68 3.6.1 Cấu trúc mạng 68 3.6.2 Kênh thông tin liên lạc 71 3.7 Các chức hệ thống SCADA 74 3.7.1 Chức thu nhập liệu ( Data acquisition) 74 3.7.2 Chức thị trạng thái (Status indications) 75 3.7.3 Chức đo lường 76 3.7.4 Chức giám sát báo cáo (Monitoring and event reporting) 77 3.7.5 Chức điều khiển 79 3.7.6 Chức tính tốn 80 3.8 Kết luận 80 CHƯƠNG 4: HIỆN TRẠNG TRANG THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG, BẢO VỆ, TỰ ĐỘNG HOÁ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG LƯỚI ĐIỆN 110kV HÀ TÂY 81 4.1 Giới thiệu chung lưới điện 110kV Hà Tây 81 4.1.1 Giới thiệu chung 81 4.1.2 Thực trạng trạm biến áp 110kV khu vực Hà Tây 81 4.1.3 Các tuyến đường dây 110kV khu vực Hà Tây 82 4.2 Hiện trạng trang thiết bị đo lường, bảo vệ, tự động hoá điều khiển lưới điện 110kV tỉnh Hà Tây 84 4.2.1 Hiện trạng trang thiết bị bảo vệ 84 4.2.2 Hiện trạng trang thiết bị đo lường 87 4.2.3 Hiện trạng trang thiết bị tự động hoá điều khiển 87 4.3 Kết luận 88 CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO LƯỚI ĐIỆN 110KV TRÊN ĐỊA BÀN HÀ TÂY 5.1 Cơ sở thiết kế hệ thống SCADA 89 89 5.2 Các nguyên tắc chung thiết kế SCADA 90 5.2.1 Thiết kế RTU 90 5.2.2 Hệ thống viễn thông 92 5.2.3 Giao thức viễn thông 93 5.3 Các giải pháp kỹ thuật thiết kế hệ thống SCADA 93 5.3.1 Thiết kế thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit) 93 5.3.2 Thiết kế phần cứng trung tâm 98 5.3.4 Thiết kế phần mềm 103 5.3.4 Giải pháp hệ thống thông tin SCADA 105 5.3.3 Thiết kế hệ thống cấp nguồn cho SCADA 107 5.4 Kết luận 108 Kết luận chung ix Tài liệu tham khảo ix Phụ lục 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 I&C Instrumentation and Control Thiết bị đ o đ i ều khiển ICCP Inter- Control Center Communication Giao thức truyền thô ng Protocol trung t âm điều khiển IEDs Intelligent Electronic Devices Thiết bị điện tử thông minh ISO International Organization for Tổ chức quốc tế tiêu chuẩn ho 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 SCADA Supervisory Control And Hệ thống giám sát điều khiển Data Acquisition thu thập liệu SOE Sequence Of Event Chuỗi kiện STP Shielded Twisted Pair Cáp đơi dây xoắn có bọc kim TCP/IP Transmission Control Protocol Giao thức kiểm sốt truyền thơ ng /Internet Protocol Internet UHF Ultra High Frequency Dải tần số cực cao UTP Unshielded Twisted Pair 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 Bảng 1.1 Địa trạm điện trung tâm điều độ có kênh Hotline với A0 Bảng 1.2 Địa trạm điện trung tâm điều độ có kênh Hotline với A1 Bảng 1.3 Địa số điện thoại kênh giả trực thông nối với trung tâm điều độ A0, A1 Bảng 1.4 Một số thông số loại cáp quang 11 Bảng 1.5 So sánh phương tiện vô tuyến 19 Bảng 4.1 Các trạm biến áp 110kV địa bàn Hà Tây 82 Bảng 4.2 Danh sách tuyến đường dây 110kV cấp điện cho khu vực Hà 83 Tây Bảng 4.3 Các loại thông tin Rơle bảo vệ 84 Bảng 4.4 Các loại thông tin đo lường 87 Bảng 4.5 Các loại thơng tin tín hiệu điều khiển 87 Bảng 4.6 Các loại thông tin liên lạc đến trạm 110kV 87 Bảng 5.1 Dự tính số lượng đầu vào đầu RTU trạm 98 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc sợi cáp quang Hình 1.2 Nguyên lý phản xạ tồn phần ánh sáng 10 Hình 1.3 Đường tia sáng biến thiên chiết suất loại cáp 10 quang Hình 1.4 Cấu trúc hệ thống thơng tin quang 12 Hình 1.5 Tuyến quang Phả Lại 2- Phả Lại 13 Hình 1.6 Tuyến quang Trạm 500kV Hồ Bình – Thủy điện Hịa Bình- 13 Điện lực Hịa Bình Hình 1.7 Một ví dụ kênh thơng tin vơ tuyến HTĐ 14 Hình 1.8 Cấu trúc kênh truyền dẫn Viba số 16 Hình 1.9 Tuyến Viba trạm 110kV Phủ Lý- trạm 110kV Lý Nhân 17 Hình 1.10 Tuyến Viba Điện lực Hải Phòng- trạm Thủy Nguyên 18 Hình 1.11 Cấu trúc kênh truyền PLC 21 Hình 1.12 Tuyến PLC Ninh Bình- Nam Định Nam Định- Mỹ Xá 23 Hình 1.13 Cáp đơi dây xoắn kiểu STP UTP 24 Hình 1.14 Cáp STP 25 Hình 1.15 Cáp UTP 25 Hình 1.16 Cấu tạo cáp đồng trục 27 Hình 2.1 Truyền chiều, hai chiều gián đoạn hai chiều tồn phần 30 Hình 2.2 Cấu trúc point – to- multipoint Trung tâm điều độ A0 34 Hình 2.3 Cấu trúc bus 36 Hình 2.4 Cấu trúc bus A1 36 Hình 2.5 Hình 2.6 Cấu trúc dạng mạch vịng Cấu trúc mạng hình 37 37 Hình 2.7 Cấu trúc dạng 38 Hình 2.8 Cấu trúc hình kết hợp với cấu trúc point- to - point 39 Hinh 2.9 Mơ hình tham chiều OSI 41 Hình 2.10 Các tiêu chuẩn thơng tin liên lạc sử dụng trạm 45 Hình 2.11 Các chuẩn thơng tin liên lạc với bên ngồi 46 Hình 2.12 Xu hướng có tương lai 49 Hình 3.1 Chu trình đo lường, thơng tin, vận hành hệ thống điện 52 Hình 3.2 Hệ thống đ i ều khiển từ xa 53 Hình 3.3 Cấu trúc phân cấp trung tâm điều khiển 54 Hình 3.4 Các ứng dụng SCADA 56 Hình 3.5 Các ứng dụng EMS 57 Hình 3.6 Các ứng dụng DMS 59 Hình 3.7 Cấu trúc phần cứng trung tâm 61 Hình 3.8 Cấu trúc hệ thống điều khiển từ xa 67 Hình 3.9 Hệ thống SCADA cấu trúc theo kiều điểm – điểm (point- 69 to- point) Hình 3.10 Hệ thống SCADA bao gồm RTU kết nối nối tiếp 69 Hình 3.11 Hệ thống SCADA bao gồm RTU kết nối kiểu sao- nối tiếp 70 (series- star) Hình 3.12 Hệ thống SCADA bao gồm RTU kết nối kiểu điểm- nhiều 70 điểm (multi- drop) Hình 3.13 Một số kênh liên lac hệ thống SCADA 72 Hình 3.14 Chức thu thập liệu 75 Hình 3.15 Chức thị trạng thái 75 Hình 3.16 Đo lường giá trị tương tự 76 Hình 3.17 Cơ sở phục vụ liệu tính tốn 77 Hình Cấu trúc đ iển hình rack RTU 92 Hình Hình 5.3 Sơ đồ tổ chức c ác kê nh truyền dẫn SCADA Cấu hình phần cứng trung tâm hệ thống SCADA Trung tâm điều 107 109 độ B1