báo cáo giữa kỳ mô hình hóa các hệ thống rời rạc

trongvận hành trạm điện - lưới điện là một yêu cầu cần thiết trong quá trình học tập củasinh viên chuyên ngành Hệ thống điện, Tự động hoá và Tin học Công nghiệp.Báo cáo giữa kỳ trình bày

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO GIỮA KỲ 2023.1MÔ HÌNH HÓA CÁC HỆ THỐNG RỜI RẠC

Nguyễn Hùng Vỹ - 20195835

Ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Tuấn Ninh ——————–

Chữ ký của GVHD

Khoa: Tự động hóa

Trường: Điện - Điện tử

Hà Nội, 01/2024

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Nguyễn Tuấn Ninh, ngườiđã giảng dạy và cung cấp cho chúng em những kiến thức quan trọng trong học phầnEE4605 - Mô hình hoá các hệ thống rời rạc trong học kỳ 20231 Đồng thời, thầy cũngtrực tiếp hướng dẫn chúng em trong quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài "Mô hìnhhoá trạm điện 110KV Lạc Quần, Nam Định trên phần mềm Zenon" Em đã cố gắngđể hoàn thiện các yêu cầu đề ra một cách tốt nhất, tuy nhiên do sự hạn chế về thờigian cũng như gặp khó khăn trong việc tiếp cận với một phần mềm mới nên khôngthể tránh khỏi những thiếu sót Chính vì vậy, em rất mong sẽ nhận được sự góp ý từthầy để có thể hoàn thiện phần bài làm của mình hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2024Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hùng Vỹ

LỜI MỞ ĐẦU

Trong lĩnh vực tự động hoá, các hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữliệu từ xa SCADA (Supervisory Control And Data Acquistion) không chỉ được ứngdụng trong các dây chuyền sản xuất tại nhà máy, xí nghiệp giúp cho việc vận hànhhệ thống trở nên nhanh gọn và dễ dàng hơn Ngoài ra, các hệ SCADA còn được sửdụng trong việc quản lý và giám sát các hệ thống lưới điện Cùng với sự phát triểnkinh tế - xã hội của đất nước, hệ thống lưới điện quốc gia cùng các thiết bị trong đóđã phát triển và gia tăng nhanh chóng về số lượng cũng như là chất lượng Điều nàyđặt ra một thách thức mới trong quá trình quản lý và vận hành hệ thống lưới điện đểhệ thống hoạt động một cách hiệu quả, đồng thời tránh đi những sự cố, giảm thiểu tốiđa rủi ro,

Chính vì vậy, việc tìm hiểu và xây dựng các hệ SCADA (lập trình tính liên độngcủa thiết bị, các cảnh báo cũng như đồ thị các giá trị đo lường của hệ thống, ) trongvận hành trạm điện - lưới điện là một yêu cầu cần thiết trong quá trình học tập củasinh viên chuyên ngành Hệ thống điện, Tự động hoá và Tin học Công nghiệp.

Báo cáo giữa kỳ trình bày các bước tiến hành thực hiện đề tài "Mô phỏng vậnhành trạm điện 110KV Lạc Quần, Nam Định" sử dụng phần mềm Zenon EnergyEdition COPA - DATA version 8.20 thông qua nội dung chính của 4 chương.

Chương 1 Giới thiệu chung.Chương 2 Tạo bức tranh screen.Chương 3 Giới thiệu về IEC 60870-5-103Chương 4 Tạo biến variable.

Phần mềm Zenon được đánh giá là một giải pháp tự động hóa Trạm và MiniSCADAsiêu mạnh mẽ với rất nhiều các chức năng riêng phục vụ ngành Điện.

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG1

1.1 Phần mềm Zenon Energy Edition 1

3.2 Khai báo IEC 60870-5-103 trên Zenon 27

3.2.1 Khai báo Driver 27

3.2.2 Tiến hành cấu hình Driver 28

3.2.3 Khởi tạo biến 30

CHƯƠNG 4 TẠO BIẾN VARIABLE314.1 Khai báo biến 31

4.2 Tính toán số lượng tín hiệu vào - ra 32

4.3 Lựa chọn PLC – Card mở rộng để thiết kế hệ thống 35

Hình 1.12 Khởi tạo Workspace (1) 6

Hình 1.13 Đặt tên và chọn thư mục lưu Workspace (2) 7

Hình 1.19 Hoàn tất cấu hình Project 10

Hình 1.20 Giao diện chính trong Zenon khi cài đặt xong 10

Hình 1.21 Sơ đồ tổng quan toàn trạm 11

Hình 2.1 Tạo screen mới trong phần mềm Zenon 13

Hình 2.2 Các screen sử dụng trong project 14

Hình 2.3 Các Screen Type được hỗ trợ trong Zenon 15

Hình 2.4 Khởi tạo Frame 15

Hình 2.5 Chỉnh sửa frame trong mục Properties 16

Hình 2.6 General Symbol Library trong Zenon 17

Hình 2.7 Elements trong Zenon 17

Hình 2.8 Máy biến áp 3 pha trong Symbol library 18

Hình 2.14 Gán biến cho Combined element 20

Hình 2.15 Gán biểu tượng cho đối tượng Combined element 21

Hình 2.16 Type of display 21

Hình 2.17 Giá trị khởi tạo cho trạng thái Open 22

Hình 2.18 Giá trị khởi tạo cho trạng thái Close 22

Hình 2.19 Giá trị khởi tạo cho trạng thái Invalid 23

Hình 2.20 Giá trị khởi tạo cho trạng thái Intransit 23

Hình 3.1 Cấu trúc của 1 bản tin IEC 60870-5-103 27

Hình 3.2 Đặc điểm dữ liệu của chuẩn nối tiếp trên IEC 870-103 27

Hình 3.3 Add Driver IEC 870-103 trên Zenon 28

Hình 3.4 Cấu hình Driver IEC 870-103 (1) 28

Hình 3.5 Cấu hình Driver IEC 870-103 (2) 29

Hình 3.6 Khai báo thông số 29

Hình 3.7 Timeout and Polling 30

Hình 4.1 Create new variable (1) 31

Hình 4.2 Create new variable (2) 32

Hình 4.3 Biến đo lường API 33

Hình 4.4 Tín hiệu Input 1 bit (1) 33

Hình 4.5 Tín hiệu Input 1 bit (2) 34

Hình 4.6 Tín hiệu Input 1 bit (3) 34

Hình 4.7 Tín hiệu Input và Output 2 bits 35

Hình 4.8 Bảng thống kê số tín hiệu vào - ra 35

Hình 4.9 I/O Card mở rộng 36Hình 4.10 Module nguồn và module điều khiển 37Hình 4.11 Kết nối các module 37

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG1.1 Phần mềm Zenon Energy Edition

Tiến hành giải nén File cài.

Trong File vừa giải nén, Click chuột để chạy FileSTART.exe để bắt đầu tiến

hành cài đặt (Chạy bằng quyền Administrator).

Hình 1.1 Cài đặt phần mềm Zenon (1)

Sau khi xuất hiện giao diện như trên, tiếp tục nhấnNext >

Hình 1.2 Cài đặt phần mềm Zenon (2)

Chọn “I accept the terms in the license agreement” rồi tiếp tục nhấnNext >

Hình 1.5 Cài đặt phần mềm Zenon (5)

Tiếp tục chọnInstall now để cài đặt mặc định các file cài trên máy tính hoặc

chọnUser-defined để set up các file cài đặt vào thư mục mong muốn.

Hình 1.6 Cài đặt phần mềm Zenon (6)

NhấnFinish để hoàn tất cài đặt.

Hình 1.7 Cài đặt phần mềm Zenon (7)

Sau khi cài đặt xong thì sẽ xuất hiện các ứng dụng chức năng như hình dưới.Chọn biểu tượng “Zenon Startup Tool” để mở giao diện quản lý tất cả các ứng dụngchức năng khác Ngoài cách mở các ứng dụng theo cách này thì có thể chọn riêng cácứng dụng chức năng trong thư mục COPA-DATA.

Hình 1.8 Zenon Startup Tool

Hình 1.11 Cài đặt phần mềm IEDScout (3)

1.3 Khởi tạo project trên phần mềm Zenon

Khởi tạo workspace mới: VàoFile => Workspace => New

Hình 1.12 Khởi tạo Workspace (1)

Đặt tên và lựa chọn địa chỉ lưu workspace

Hình 1.13 Đặt tên và chọn thư mục lưu Workspace (2)

Sau khi khởi tạo workspace cần khởi tạo Project: Project là file cấu hình tươngứng với một trạm biến áp Tiến hành cấu hình project

Hình 1.14 Cấu hình Project

Cài đặt thông tin cần thiết về dự án tại tabProjet Info.

Hình 1.19 Hoàn tất cấu hình Project

Sau khi đã tạo xong Workspace và Project ta có giao diện chính của phần mềm

Hình 1.20 Giao diện chính trong Zenon khi cài đặt xong

Project Manager - Đây là nơi quản lý Workspace và Project.

Project Property - Đây là nơi khai báo các thuộc tính của các ứng dụng.Project Help - Đây là nơi hiển thị mô tả Help của Property.

Output Window - Đây là nơi hiển thị kết quả biên dịch file Runtime1.4 Yêu cầu hệ thống

Để có thể nắm bắt được cách vận hành tổng quan của một hệ thống lưới điện vàcác hệ SCADA được ứng dụng trong đó, sinh viên tiến hành nghiên cứu và tìm hiểuvề sơ đồ nhất thứ của một trạm biến áp cụ thể.

Dưới đây là sơ đồ tổng quan của trạm 110 KV E3.8 ở khu vực Lạc Quần, NamĐịnh.

Hình 1.21 Sơ đồ tổng quan toàn trạm

Sơ đồ nhất thứ trên có thể được chia thành 3 thành phần chính:

- Đường dây 110 KV bao gồm phần máy biến áp (Transformer), các máy cắt(Circuit Braker) được đánh số 132, 131, 112, dao cách ly (Disconnector Switch) 172-7, 171-7 cùng với hệ thống các dao tiếp địa (Earth Switch), dao cách ly được đánh sốtương ứng với máy cắt.

- Đường dây 35 KV, gồm 2 hệ thống đường dây được cấp nguồn từ 2 nhánh khácnhau (2 thanh cái C31 và C32) Hệ thống bao gồm các máy cắt (CB) được đánh số371, 372, 312, 374, 375 và các dao tiếp địa (ES) cũng như dao cách ly (DS) tương

ứng đi kèm Từ đây, 2 nhánh được kết nối với khu vực ngoài bao gồm trạm 373 E3.11và 373 E3.13.

- Đường dây 22 KV, gồm 3 hệ thống đường dây được cấp nguồn từ 2 nhánh khácnhau (2 thanh cái C41 và C42) Hệ thống cũng bao gồm các máy cắt (CB) như 471,473, 475, và các dao tiếp địa (ES) cũng như dao cách ly (DS) tương ứng đi kèm.

- Giữa các hệ thống đường dây với các cấp điện áp khác nhau là hệ thống biếnáp 110 - 35/22 KV, đóng vai trò hạ áp, tạo điện áp phù hợp để vận hành hệ thống.

CHƯƠNG 2 TẠO BỨC TRANH SCREEN2.1 Giới thiệu chung

2.1.1 Screen

Click chuột phải vàoScreens và chọn New Screen Đặt tên, liên kết với Frame

và chọn loại screen mong muốn

Hình 2.1 Tạo screen mới trong phần mềm Zenon

- Name: Tên của Screen

- Screen Type: Kiểu chức năng của Screen

- Frame: Mỗi một bức tranh cần được gán với một Frame để định tọa độ và độrộng được phép hiển thị.

- Background Color: Chọn màu nền cho Screen

- Start Function và End Function: Function sẽ được thực hiện hoặc kết thúc khibức tranh được mở.

Hình 2.2 Các screen sử dụng trong project

2.1.2 Screen Type

Phần mềm Zenon hỗ trợ người dùng nhiều loại Screen khác nhau, đáp ứng đượccác yêu cầu thực tế khi vận hành trạm Mỗi Screen Type sẽ được thực hiện một chứcnăng riêng biệt:

- Standard: Dùng cho bức tranh Overview toàn trạm hoặc Detail từng ngăn lộ.- Alarm Message List: Dùng cho bức tranh Alarm (Cảnh báo).

- Extended Trend: Dùng cho bức tranh thể hiện đồ thị.- Commands: Dùng cho bức tranh điều khiển.- Archive Revision: Dùng cho bức tranh Historian.- Login: Dùng cho bức tranh Login/ Logout.

Hình 2.3 Các Screen Type được hỗ trợ trong Zenon

2.1.3 Frame

Frame được hiểu như khung tọa độ Các bức tranh được map với Frame nào thìsẽ chỉ hiển thị được đúng theo Frame đó Để tạo các Frame khác nhau, click vào mục

Frame trong Screens, sau đó click chuột phải chọn New frame.

Hình 2.4 Khởi tạo Frame

Cài đặt đặc tính như vị trí, màu nền của frame tạiProperites.

Hình 2.5 Chỉnh sửa frame trong mục Properties

2.1.4 Symbol Library

Khai báo hình ảnh hiển thị cho các đối tượng Combine Element như máy cắt,dao cách ly, dao tiếp địa, Khởi tạo thư viện Symbol cho các đối tượng sẽ đượchiển thị trong Screen Phần mềm cũng cho phép Export/ Import frames ra file XML.Zenon hỗ trợ sẵn một số Symbol Library, để sử dụng cần click vàoGeneral symbollibrary và tìm đến đối tượng cần dùng.

Hình 2.6 General Symbol Library trong Zenon

2.2 Xây dựng Symbol Library

ClickSymbol Library và lựa chọn New symbol Bằng cách sử dụng các

elements, người dùng sẽ tạo nên các biểu tượng cần dùng.

Hình 2.7 Elements trong Zenon

Hình dưới đây là biểu tượng cho máy biến áp 3 pha (110/35/22 KV).

Hình 2.8 Máy biến áp 3 pha trong Symbol library

Trong TabProperties, người dùng có thể thay đổi kích thước, màu sắc củaSymbol được tạo.

Hình 2.11 Symbol library

2.3 Tạo trang màn hình

Click đúp vào các trang màn hình Screen đã được tạo và tiến hành vẽ sơ đồ trạmđiện Đối với đối tượng đường dây, người dùng sử dụng Line để vẽ (Có thể ấn giữ nút

Shift để có thể vẽ các đường thẳng theo hướng dọc hoặc ngang).

- Line width: Độ dày của Line

- Line color: Màu sắc của Line (Liên kết đến thư viện màu sắc đã khai ở mụcColor Palettes)

- Line type: Lựa chọn nét đứt, nét liền, .- End of line: Lựa chọn mũi tên, .

Hình 2.12 Cài đặt tham số của đường Line

Đối với các đối tượng là máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, máy biến áp hoặcchống sét, người dùng sử dụngCombined Elementđể vẽ.

Hình 2.13 Combined Element

Hình 2.14 Gán biến cho Combined element

Sau khi gán xong biến sẽ xuất hiện hộp thoại Combined element ClickNext để

chọn biểu tượng có sẵn trong Symbol Library cho đối tượng Combined element.

Hình 2.15 Gán biểu tượng cho đối tượng Combined element

Trong quá trình vận hành hệ thống, cần cài đặt các tham số của đối tượng đểhiển thị các trạng thái riêng biệt của máy cắt, dao cách ly, dao tiếp đất,

- Type of display: Lựa chọn chế độ hiển thị cho đối tượng, người dùng cần lựachọnSymbol from library.

- Display element: Liên kết đến hình ảnh hiển thị đã tạo từ Symbol library hoặctừ General Symbol Library do phần mềm Zenon hỗ trợ.

- Color: Liên kết màu sắc cho đối tượng theo quy định.- Value và Variable state: Cài đặt giá trị Value và giá trị Quality.

Hình 2.17 Giá trị khởi tạo cho trạng thái Open

Hình 2.18 Giá trị khởi tạo cho trạng thái Close

Hình 2.19 Giá trị khởi tạo cho trạng thái Invalid

Hình 2.20 Giá trị khởi tạo cho trạng thái Intransit

Thực hiện tương tự với các đối tượng khác có trong sơ đồ nhất thứ trạm 110 KV,ta có 8 trang màn hình giám sát hoạt động vận hành của trạm bao gồm:

- Màn hình điều khiển để điều hướng đến các trang màn hình HMI khác.

Hình 2.25 SCADA Substation 22 KV

CHƯƠNG 3 KHAI BÁO IEC 60870-5-1033.1 Giới thiệu IEC 60870-5-103

IEC 60870-5-103 là một tiêu chuẩn cho hệ thống điều khiển và thông tin liênlạc liên quan trong hệ thống điện Tiêu chuẩn này hỗ trợ một số đặc tính chức năngbảo vệ và cung cấp một số công cụ để hợp nhất các chức năng bảo vệ vào dãy dữ liệuriêng

Hình 3.1 Cấu trúc của 1 bản tin IEC 60870-5-103

Giao thức IEC 60870-5-103 truyền tin theo chuẩn nối tiếp (serial)

Hình 3.2 Đặc điểm dữ liệu của chuẩn nối tiếp trên IEC 870-103

3.2 Khai báo IEC 60870-5-103 trên Zenon

3.2.1 Khai báo Driver

Lựa chọn Driver IEC 60870-5-103 driver.

Hình 3.3 Add Driver IEC 870-103 trên Zenon

3.2.2 Tiến hành cấu hình Driver

- Keep Update List in Memory: Khi tích vào thì sau khi biến Variable nào đượcrequest 1 lần, thì các biến đó sẽ tự động được Resuest theo chu kỳ trong Global UpdateTime Dĩ nhiên, nó sẽ làm tăng băng thông của Driver.

- Global Update Time: Chu kỳ quét Polling cho các biến Có thể đặt nhiều mức.Sau đó chọn mức quét trong Variable.

Hình 3.4 Cấu hình Driver IEC 870-103 (1)

- Khai báo thông số COM.

- Lưu ý với giao thức IEC 103 Parity luôn là Even.

Hình 3.5 Cấu hình Driver IEC 870-103 (2)

- Khai báo các thông số trong cửa sổConfiguration

Hình 3.6 Khai báo thông số

- Net address: Là số thứ tự của thiết bị kết nối.- Connection name: Tên connection

- Lựa chọn kết nối Serial

- Cài đặt thời gian timeout và polling tại Timeout and polling.

Hình 3.7 Timeout and Polling

Cũng giống như COM Line Radio, nó cho phép khai báo nhiều PLC/RTU trêncùng một cổng COM (Tối đa 255) Chú ý là Net Address của biến của PLC/RTU nàothì phải giống Net Address của PLC/RTU đó được khai trong Driver.

3.2.3 Khởi tạo biến

Driver: Driver IEC60870 103

-Data Type: Kiểu dữ liệu của biến -Driver Object Type: Chọn MONITORING.-Data Type: Đối với biến Double Point Information lựa chọn SINT, USINT và

với biến đo lường lựa chọn REAL.

-Net Address: Địa chỉ Connection của IED mà biến đang được liên kết.

-IEC870-103 FUNCTION TYPE: Tương ứng với Function(FUN) trong tiêu

-IEC870-103 INFORMATION NUMBER: Tương ứng với Information(INF)

trong tiêu chuẩn.

CHƯƠNG 4 TẠO BIẾN VARIABLE4.1 Khai báo biến

Biến nội (Internal Variable): Biến nội bộ của Zenon.

Biến ngoại (External Variable): Biến trong Zenon sử dụng để giao tiếp với cácthiết bị bên ngoài.

Tại tabVariable→Click vào biểu tượngVariable New→Cửa sổCreatevariable hiện ra.

Hình 4.1 Create new variable (1)

Người dùng cần đặt tên biến, chọn Driver Object, chọn kiểu dữ liệu (Data Type)trong cửa sổCreate variable.

Hình 4.2 Create new variable (2)

Biến DPI (Double Point Input) nhận các giá trị (00, 01, 10, 11) thể hiện 4 trạngthái của các thiết bị nhất thứ trong trạm (Open, Close, Invalid, Intransit).

Biến SPI (Single Point Input: Binary Input) có hai trạng thái 1 hoặc 0 (ON/OFF)dùng để biểu diễn cho tín hiệu Alarm, Trip,

Biến DCO (Double Command Output) được dùng để điều khiển các trạng tháicủa thiết bị nhất thứ trong trạm.

4.2 Tính toán số lượng tín hiệu vào - ra

Do quy mô của bài tập lớn, sinh viên được phân công tìm hiểu từng thành phầntrong hệ thống đường dây trạm biến áp Lạc Quần, Nam Định cụ thể như sau:

- Phần đường dây 110 KV: Ngăn lộ 131 và máy biến áp.

- Phần đường dây 35 KV: Ngăn lộ 375, thanh cái 35 KV số 1 (C31).- Phần đường dây 22 KV: Ngăn lộ 441, thanh cái 22 KV số 1 (C41).

Sinh viên tiến hành xác định các tín hiệu điều khiển vào, ra số/tương tự (BinaryInput, Binary Output, Digital Output, Digital Input, Analog Input) dựa theoData listchuẩn cho trạm biến áp 110 KV được cung cấp.