1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Lập trình mô phỏng vận hành trạm biến áp

84 7 1
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Lập Trình Mô Phỏng Vận Hành Trạm Biến Áp
Tác giả Dương Thành Nhân
Người hướng dẫn TS. Nguyễn Văn Liêm
Trường học Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành Kỹ thuật Điện
Thể loại Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản 2014
Thành phố Tp. Hồ Chí Minh
Định dạng
Số trang 84
Dung lượng 3,04 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU (12)
    • 1.1. Đặt vấn đề (12)
    • 1.2. Mô phỏng (13)
    • 1.3. Mục tiêu (14)
    • 1.4. Nội dung thực hiện (15)
  • CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU (16)
    • 2.1. Sơ lược đề tài (16)
    • 2.2. Tóm lược các tài liệu khoa học chủ yếu (17)
  • CHƯƠNG 3: VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP (20)
    • 3.1. Xu hướng phát triển (20)
    • 3.2. Tìm hiểu quy trình thao tác hệ thống điện (22)
      • 3.2.1. Thực hiện thao tác (22)
      • 3.2.2. Thao tác thiết bị điện (26)
      • 3.2.3. Chỉ danh thiết bị trong hệ thống điện (36)
  • CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP (41)
    • 4.1. Mô hình vận hành trạm lựa chọn mô phỏng (41)
      • 4.1.1. Lựa chọn mô hình (41)
    • 4.2. Thiết kế mô phỏng (42)
      • 4.2.1. Vijeo Designer (43)
      • 4.2.2. Unity Pro (43)
      • 4.2.3. Matlab (44)
      • 4.2.4. Giao tiếp (44)
  • CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MÔ PHỎNG (45)
    • 5.1. PLC – Unity Pro (45)
    • 5.2. HMI – Vijeo Designer (49)
      • 5.2.1. Thiết lập truyền thông (50)
      • 5.2.2. Xây dựng màn hình đồ họa (54)
      • 5.2.3. Xây dựng các switch cho các phần tử có tương tác (54)
      • 5.2.4. Xây dựng các phần tử không tương tác bằng các nét vẽ cơ bản (58)
      • 5.2.5. Xây dựng một cụm: 01 máy cắt, 02 dao cách ly, 02 dao tiếp địa (58)
      • 5.2.6. Xây dựng các thông báo khi thao tác bằng các popup (64)
      • 5.2.7. Xây dựng hiển thị các thông số vận hành bằng các Display (65)
      • 5.2.8. Xây dựng các bảng cảnh báo, sự kiện, thông số bằng Alarm (67)
      • 5.2.9. Xây dựng một màn hình thông số chi tiết (68)
    • 5.3. Thiết lập giao thức OPC (68)
      • 5.3.1. Thiết lập OPC cho PLC – Unity Pro bằng OFS Configuration Tool (69)
      • 5.3.2. Thiết lập trao đổi dữ liệu qua OPC trên Matlab (70)
    • 5.4. Tính toán thông số vận hành – Matlab (72)
  • CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ (74)
    • 6.1. Chương trình mô phỏng (74)
    • 6.2. Các kết quả đạt được (80)
  • CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN (82)

Nội dung

- Dự đoán xu hướng thay đổi công suất, điện áp trong hệ thống điện sau khi thao tác và phải có biện pháp điều chỉnh thích hợp tránh quá tải, điện áp thấp hoặc quá áp theo quy định về điề

VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP

Xu hướng phát triển

Để mô hình có hiệu quả tối đa thì phải bám sát với hệ thống thực tế và đảm bảo giá trị sử dụng trong tương lai Chính vì vậy mà việc xác định xu hướng phát triển của hệ thống thực trong hiện tại và tương lai là một trong những yếu tố quan trọng nhất

Hiện tại Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) đang đẩy mạnh kế hoạch xây dựng hệ thống SCADA để tiến tới mô hình lưới điện thông minh và trạm biến áp không người trực

Trong năm 2013, Tổng Công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) đã thực hiện hoàn tất trang bị SCADA cho 26 trạm, 3 trạm lắp máy 2 và 10 trạm nâng công suất, xây dựng hệ thống HMI cho 96 trạm, hoàn chỉnh đường truyền và kết nối về Trung tâm Điều độ hệ thống điện miền Nam (A2) 4 trạm Đến cuối năm 2013, EVN SPC đã kết nối SCADA với A2 cho 21/21 trạm 110kV

EVN SPC đang quản lý 158 trạm biến áp 110kV, trong đó có 142/158 trạm được trang bị RTU và 96/158 trạm được trang bị HMI Định hướng hiện tại là khai thác xây dựng hệ thống HMI để phục vụ công tác giám sát, vận hành tại trạm và xây dựng hệ thống kết nối để giám sát từ xa tại các trung tâm

Hệ thống HMI tại trạm có các chức năng:

- Thể hiện sơ đồ một sợi toàn trạm, hiển thị trạng thái thiết bị, giá trị đo lường online và cảnh báo, thể hiện vị trí khóa Local/Remote toàn trạm, có thể điều khiển các thiết bị…;

Hiển thị trạng thái kết nối các IEDs, bao gồm chi tiết ngăn, trạng thái thiết bị, các giá trị đo lường trực tuyến và cảnh báo Thêm vào đó, còn có các thông tin quan trọng của từng ngăn như loại thiết bị, nhà sản xuất, CT, VT Người dùng có thể điều khiển trực tiếp các thiết bị trong ngăn.

- Hiển thị toàn bộ các cảnh báo của hệ thống, chọn lọc từng loại cảnh báo;

Hiển thị toàn bộ các sự kiện của hệ thống, có khả năng truy xuất các sự kiện trong quá khứ;

- Có chức năng chọn lọc dữ liệu để phục vụ báo cáo, truy xuất các dữ liệu đo lường trong quá khứ, kết xuất sang file Excel…

Hình 1: Màn hình HMI tại trạm Khu công nghiệp Cần Thơ Định hướng xây dựng và khai thác:

- Tại bàn làm việc của điều hành viên trạm: Có HMI với chức năng giám sát trạng thái, thông số vận hành, và thao tác dựa vào hệ thống SCADA hiện hữu, có máy tính (công nghiệp) nối mạng để theo dõi các thông số vận hành qua hệ thống đọc từ xa điện kế điện tử tại TBA 110kV

Tại Chi nhánh điện cao thế triển khai hệ thống đọc từ xa điện kế điện tử tại TBA 110kV Đơn vị đang nghiên cứu triển khai các Remote console kết nối qua mạng MAN từng tỉnh để theo dõi trạng thái, thông số vận hành các trạm 110kV dựa trên hệ thống SCADA hiện hữu Dự kiến khi dự án SCADA của EVN SPC hoàn thành, tại đây sẽ có Remote console để giám sát và điều khiển từ xa đối với các trạm 110kV.

- Tại các CTĐL: Có hệ thống đọc từ xa điện kế điện tử tại TBA 110kV Đang nghiên cứu triển khai các Remote console kết nối qua mạng MAN từng tỉnh để theo dõi trạng thái, thông số vận hành các trạm 110kV dựa vào hệ thống SCADA hiện hữu và khi dự án SCADA của EVN SPC hoàn tất, tại đây sẽ có Remote console để giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị trên lưới trung thế Riêng PC Đồng Nai, Lâm Đồng, Cần Thơ: tiếp tục duy trì hệ thống mini- SCADA

- Tại văn phòng CTLĐCTMN và TCT: có Remote console chia sẻ hình ảnh từ hệ thống SCADA của A2 để theo dõi vận hành lưới truyền tải, các nhà máy điện và lưới 110kV; Hệ thống đọc từ xa điện kế điện tử tại TBA 110kV và khi dự án SCADA của EVN SPC hoàn tất, ở đây sẽ là trung tâm điều khiển chính và dự phòng cho toàn bộ hệ thống SCADA/DMS.

Tìm hiểu quy trình thao tác hệ thống điện

Để có thể hỗ trợ tốt cho công tác đào tạo thì mô phỏng phải phù hợp với các quy trình, quy định trong việc vận hành trạm biến áp mà cao nhất là quy trình thao tác hệ thống điện quốc gia

3.2.1 Thực hiện thao tác: Để thực hiện thao tác trong hệ thống điện cần phải có người ra lệnh thao tác và người nhận lệnh thao tác

Trước khi ra các lệnh thao tác, người ra lệnh phải chú ý các nội dung sau:

- Tên phiếu thao tác và mục đích thao tác;

- Thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc thao tác;

- Sơ đồ kết dây hiện tại của hệ thống điện, của lưới điện khu vực hoặc của nhà máy;

- Tình trạng vận hành của các thiết bị đóng cắt Tình trạng vận hành và nguyên tắc hoạt động của rơ le bảo vệ, thiết bị tự động, cuộn dập hồ quang, điểm trung tính nối đất, thiết bị đo lường, điều khiển và tín hiệu từ xa;

- Những phần tử đang nối đất vĩnh cửu;

- Dự đoán xu hướng thay đổi công suất, điện áp trong hệ thống điện sau khi thao tác và phải có biện pháp điều chỉnh thích hợp tránh quá tải, điện áp thấp hoặc quá áp theo quy định về điều chỉnh điện áp;

- Sơ đồ hệ thống thông tin liên lạc điều độ, hệ thống SCADA, đặc biệt trong những trong những trường hợp thao tác có ảnh hưởng đến phương thức vận hành của hệ thống thông tin liên lạc và SCADA;

- Nguồn cung cấp và sơ đồ hệ thống tự dùng;

- Các biện pháp an toàn đối với người và thiết bị, các lưu ý khác liên quan đến thao tác;

- Người ra lệnh chịu trách nhiệm cuối cùng về phiếu thao tác, phải đọc kỹ phiếu thao tác, phát hiện những điểm không hợp lý và ký tên vào phiếu thao tác trước khi ra lệnh thao tác

Khi thực hiện phiếu thao tác, người nhận lệnh thao tác phải chú ý các nội dung sau:

- Đọc kỹ phiếu thao tác và kiểm tra phiếu thao tác phải phù hợp với mục đích của thao tác;

- Khi thấy có điều không hợp lý hoặc không rõ ràng trong phiếu thao tác cần đề nghị người ra lệnh thao tác làm sáng tỏ Chỉ được thực hiện thao tác khi đã hiểu rõ các bước thao tác;

- Người nhận lệnh thao tác phải ký và ghi rõ họ tên vào phiếu thao tác trước khi thao tác;

- Trước khi tiến hành thao tác phải kiểm tra sự tương ứng của sơ đồ nối dây thực tế có phù hợp với phiếu thao tác không;

- Tất cả các thao tác đều phải thực hiện đúng theo trình tự nêu trong phiếu

Không được tự ý thay đổi trình tự khi chưa được phép của người ra lệnh;

- Khi thực hiện xong các bước thao tác, phải đánh dấu từng thao tác vào phiếu để tránh nhầm lẫn và thiếu sót các hạng mục;

- Trong quá trình thao tác, nếu có xuất hiện cảnh báo hoặc có những trục trặc về thiết bị và những hiện tượng bất thường phải kiểm tra tìm nguyên nhân trước khi thực hiện các bước tiếp theo;

Sau khi thực hiện đóng ngắt dao cách ly hoặc dao tiếp đại bằng điều khiển từ xa, cần kiểm tra trực tiếp trạng thái của thiết bị tại chỗ để đảm bảo thao tác đã được thực hiện thành công Đối với các trạm GIS, cần kiểm tra tín hiệu cơ khí chỉ báo trạng thái của dao cách ly hoặc dao tiếp đại tại chỗ để xác nhận.

Mọi thao tác đều phải có hai người phối hợp thực hiện: một người giám sát và một người trực tiếp thao tác Hai người thực hiện thao tác phải biết rõ sơ đồ và vị trí của thiết bị điện tại hiện trường, đã được đào tạo và kiểm tra đạt được chức danh vận hành và được bố trí làm công việc thao tác Người trực tiếp thao tác phải có trình độ an toàn từ bậc 3 trở lên, người giám sát phải có trình độ an toàn từ bậc 4 trở lên Trong mọi trường hợp, cả hai người đều chịu trách nhiệm như nhau về thao tác của mình

Về thời điểm thao tác, hạn chế các thao tác trong giờ cao điểm và thời gian giao nhận ca Cho phép thao tác vào các thời điểm trên trong trường hợp xử lý sự cố, đe dọa an toàn đến người hoặc thiết bị, gây ra hạn chế phụ tải hoặc làm giảm ổn định của hệ thống điện Nếu thao tác được thực hiện từ trước và kéo dài đến giờ giao nhận ca thì nhân viên ca vận hành ca trước phải lựa chọn hạng mục thao tác để ngừng cho hợp lý Trong trường hợp thao tác phức tạp, nhân viên vận hành ca trước phải ở lại để thực hiện hết các hạng mục thao tác, chỉ được phép giao ca nếu nhân viên vận hành ca sau đồng ý nhận ca

Tại vị trí thao tác hoặc điều khiển, nhân viên vận hành phải kiểm tra cẩn thận lại xem tên các thiết bị có tương ứng với tên trong phiếu thao tác không Khi đã khẳng định thiết bị phải thao tác là đúng, người giám sát đọc lệnh, người thao tác nhắc lại lệnh và thực hiện từng bước thao tác theo phiếu thao tác

Sau khi kết thúc thao tác, nhân viên vận hành phải thực hiện các thủ tục giao nhận thiết bị, ghi chép đầy đủ vào sổ nhật ký vận hành, sổ giao nhận ca các nội dung sau: tên phiếu thao tác, những thay đổi trong sơ đồ rơ le bảo vệ và tự động, đặt hoặc tháo gỡ các tiếp địa di động (chỉ rõ địa điểm đặt hoặc tháo gỡ tiếp địa), các thay đổi kết dây trên sơ đồ vận hành

Trước khi vận hành trở lại, nhân viên vận hành phải kiểm tra thiết bị, đường dây đã đảm bảo an toàn, không còn người và phương tiện lưu lại, ngắt tiếp địa di động, khóa phiêu công tác Đối với thao tác xa, trừ trường hợp đặc biệt, phải có phiếu thao tác Khi thực hiện thao tác xa có kế hoạch, quản lý vận hành cử nhân viên vận hành đến trực trạm để kiểm tra an toàn, thiết bị trước khi bàn giao cho đơn vị sửa chữa Điều kiện thao tác xa cần đảm bảo an toàn trước khi thi công.

- Hệ thống giám sát, điều khiển tự động tại trung tâm điều độ, trung tâm điều khiển phải được định kỳ thí nghiệm, kiểm tra để đảm bảo thao tác xa hoạt động đúng và tin cậy, tuân thủ theo Quy định yêu cầu kỹ thuật và quản lý vận hành hệ thống SCADA/EMS/DMS do Cục Điều tiết điện lực ban hành

- Hệ thống thông tin truyền dữ liệu và tín hiệu điều khiển liên kết trung tâm điều độ, trung tâm điều khiển với trạm điện hoặc nhà máy điện phải đảm bảo hoạt động chính xác và tin cậy

- Thiết bị đầu cuối (RTU) hoặc hệ thống điều khiển (DCS) và cổng kết nối (Gateway) tại trạm điện, nhà máy điện hoạt động tốt

- Trạng thái khoá điều khiển tại tủ điều khiển thiết bị để vị trí điều khiển từ xa

- Trạng thái khoá điều khiển tại trạm điện hoặc nhà máy điện để vị trí thao tác từ xa (từ trung tâm điều độ hoặc trung tâm điều khiển)

- Hệ thống điều khiển tại trung tâm điều độ, trung tâm điều khiển hoạt động tốt

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP

Mô hình vận hành trạm lựa chọn mô phỏng

Như đã nói ở Chương 3, SCADA vận hành tại trạm sẽ là xu thế của hiện tại và tương lai gần Chính vì vậy mô phỏng sẽ bám sát theo những yêu cầu của mô hình này switches relay meter

Hình 2: Mô hình SCADA vận hành tại trạmmô phỏng hướng tới

Theo đó thì chức năng giám sát từ xa tại trung tâm đã được lược bỏ khỏi mô hình được lựa chọn để mô phỏng (Hình 2), đó là vì vốn dĩ chỉ cần bỏ qua chức năng vận hành của mô hình thì sẽ còn lại chức năng giám sát như hệ thống giám sát từ xa tại các trung tâm, điểm khác còn lại là trung tâm có thể giám sát nhiều trạm, tuy nhiên việc này có ý nghĩa hơn đối với vận hành lưới hơn là vận hành trạm

Cho đến khi mô hình trạm biến áp không người trực được sử dụng rộng rãi thì phương án vận hành từ xa dù được xây dựng vẫn sẽ là chức năng phụ so với vận hành tại trạm vì các vấn đề an toàn, độ tin cậy của hệ thống thông tin…

Bên cạnh đó, dù vận hành từ xa tại các trung tâm thì cơ bản vẫn sẽ là truy cập và màn hình thao tác của từng trạm và thao tác trên đó Chính vì vậy, mô hình được lựa chọn vẫn giữ nguyên giá trị sử dụng đến tương lai dài hạn và có khả năng mở rộng để phù hợp với hệ thống lúc đó

Cấu trúc chính của mô hình mini SCADA vận hành tại trạm (Hình 2) gồm 3 thành phần:

- Giao diện người dùng – Human machine interface (HMI): Cung cấp giao diện người – máy Tại các trạm, đây chính là màn hình vận hành thể hiện sơ đồ đơn tuyến kết lưới trạm, các thông số vận hành trực tuyến, các trạng thái đóng cắt, các cảnh báo, lịch sử vận hành và cung cấp chức năng thao tác, điều khiển trên màn hình HMI được chạy trên máy tính công nghiệp tại trạm

HMI sẽ kết nối trực tiếp với RTU hoặc thông qua switch

Thiết bị đầu cuối từ xa (Remote Terminal Unit - RTU) là thiết bị giao tiếp chính, điều khiển thiết bị, thực hiện truyền tải và giao tiếp tín hiệu giữa HMI và thiết bị Thường sử dụng bộ điều khiển lập trình được - Programmable Logic Controller (PLC) để làm RTU nên được gọi là RTU/PLC.

- Các thiết bị đóng cắt, đo đếm, thiết bị điều khiển có hỗ trợ truyền thông để giám sát và điều khiển từ xa Các thiết bị này sẽ kết nối với RTU để truyền thông dữ liệu và nhận tín hiệu điều khiển.

Thiết kế mô phỏng

Hình 3: Mô hình mô phỏng vận hành trạm biến áp

Mô hình mô phỏng được xây dựng dựa trên mô hình mini SCADA vận hành tại trạm (Hình 2)

- Vijeo Designer mô phỏng giao diện người dùng (HMI)

- Unity Pro mô phỏng RTU/PLC

- Matlab tính toán thông số vận hành trạm biến áp

Vijeo Designer cung cấp các giải pháp cấp cao về truyền thông và đồ họa cho giao diện HMI Cho phép người dùng xử lý thông tin trên nền đồ họa, tích hợp nhiều chức năng cho phép xử lý các thông tin với một tốc độ đáng kinh ngạc và tin cậy

Vijeo Designer V6.1 do công ty Schneider Electric phát triển Mục đích chính của phần mềm là lập trình đồ họa giao điện HMI cho các màn hình HMI điều khiển các quá trình tự động Ngoài mục đích trên thì phần mềm cũng tích hợp khả năng chạy ở chế độ simulation nhằm giúp người lập trình cân chỉnh và chạy thử chương trình trước khi đưa vào thiết bị HMI thực tế.

Với các công cụ hỗ trợ thiết kế cùng thư viện đồ họa sinh động, phong phú người dùng dễ dàng xây dựng giao diện HMI thể hiện sơ đồ một sợi của trạm biến áp, cũng như các màn hình chức năng khác trên các Panel

Chức năng switch setting hỗ trợ cho việc thao tác trực tiếp trên sơ đồ một sợi: đóng cắt thiết bị, điều chỉnh nấc điện áp, chuyển màn hình… Chức năng Amination sẽ thể hiện trạng thái đóng cắt của thiết bị

Với công cụ Arlam, việc thiết lập bảng lịch sử sự kiện, lịch sử cảnh báo, lịch sử thông số vận hành trở nên dễ dàng chỉ bằng cách add các biến cần thiết

Unity Pro là một phần mềm lập trình PLC mạnh mẽ và có hỗ trợ mô phỏng PLC bằng công cụ PLC/Simulation Mode Các PLC giả lập được xây dựng với đầy đủ các chức năng của một PLC thực tế, từ các biến phần cứng, cách kết nối và các mođun

Người dùng sẽ lập trình (được Unity Pro hỗ trợ đến năm ngôn ngữ lập trình khác nhau theo tiêu chuẩn IEC61131-3) trong Program sau đó đỗ chương trình vào PLC ảo ở chế độ Simulink

Chức năng chính của PLC trong hệ thống mô phỏng xây dựng là xử lý dữ liệu để thực hiện điều khiển và truyền thông từ HMI - Designer đến hệ thống điện - Matlab và ngược lại

MATLAB là một nền tảng phần mềm được tạo ra bởi MathWorks, hỗ trợ các phép tính số, trực quan hóa dữ liệu, phát triển thuật toán, thiết kế giao diện người dùng và tích hợp với các ngôn ngữ lập trình khác.

Trong hệ thống mô phỏng, Matlab giữ chức năng tính toán online các thông số vận hành ứng với trạng thái đóng cắt hiện hành

Dựa trên sự hỗ rợ của các phần mềm, ta chọn ra phương thức truyền thông giữa chúng:

- Vijeo Designer – Unity Pro: truyền thông qua Ethernet Modbus TCP/IP với địa chỉ mặc định của PLC ảo là 127.0.0.1 Port 502

- Unity Pro – Matlab: Giao tiếp thông qua phương thức OPC – OLE for Process Control OPC là một chuẩn phần mềm chung cho phép các phần mềm trên Windows dùng với các thiết bị phần cứng của các hãng khác

Hình 4: Chuẩn giao tiếp OPC

XÂY DỰNG MÔ PHỎNG

PLC – Unity Pro

Đầu tiên ta là thiết lập cấu hình cho PLC, nếu có thiết bị phần cứng thì phần này rất quan trọng, nhưng nếu chúng ta đang sử dụng chế độ mô phỏng thì ta có thể chọn một cấu hình PLC bất kỳ Ta có thể chọn khối CPU, khối truyền thông, khối DI , DO… Ví dụ: Ở đây ta chọn các khối: TSX H57 44M, TSX AEY 414, TSX DEY 08D2, TSX DSY 08T2.

Hình 6: Thiết lập cấu hình phần cứng

Hình 7: Chọn module Analog TSX AEY 414

Hình 8: Chọn module Discrete TSX DEY 08D2

Hình 9: Chọn module Discrete TSX DSY 08T2

Để thiết lập truyền thông cho PLC, bạn cần vào mạng để thiết lập Schneider đã cài đặt địa chỉ IP mặc định cho PLC ảo là 127.0.0.1 Đây sẽ là địa chỉ để kết nối với HMI - Designer mà bạn sẽ xây dựng ở mục sau.

Hình 10: Thiết lập truyền thông network cho PLC

Hình 11: Cấu hình địa chỉ IP cho PLC ảo

Chức năng chính của PLC – Unity Pro trong hệ thống mô phỏng chính là xử lý và truyền thông dữ liệu, mà ở đây chính là các biến Vào task tên Elementary Variables sau đó đánh tên biến cần tạo sau đó chọn kiểu biến Nếu biến dùng On/Off thì chúng ta chọn kiểu dữ liệu là Bool hoặc Ebool , nếu biến dùng hiển thị dữ liệu thì chúng ta chọn kiểu dữ liệu INT hoặc REAL Đây là những kiểu định dạng kiểu dữ liệu phổ biến mà chúng ta sẽ dùng trong luận văn này

Hình 12: Thiết lập các biến trong PLC - Unity Pro

Khởi chạy PLC ở chế độ simulation:

- Chạy chế độ mô phỏng PLC: PLC > Simulation Mode

- Kết nối với PLC mô phỏng: PLC > Connect.

- Transfer chương trình xuống PLC ảo: PLC > Transfer Project to PLC >

Hình 13: Khởi chạy PLC ảo

HMI – Vijeo Designer

Hình 14: Màn hình thiết lập vận hành trạm

Vijeo Designer sẽ đảm nhiệm chức năng mô phỏng HMI:

- Thể hiện sơ đồ một sợi

- Các thông số vận hành, trạng thái đóng cắt cập nhật online và thể hiện trên sơ đồ mốt sợi

- Thao tác trực tiếp trên sơ đồ một sợi

- Thể hiện các cảnh báo, ghi nhận lịch sử thao tác

- Ở đây HMI – Vijeo Designer sẽ giao thiếp với PLC – Unity Pro thông qua giao thức Modbus TCP/IP với địa chỉ của PLC ảo là 127.0.0.1 o Thiết lập truyền thông bằng task “IO Manger” o Driver sử dụng là Modbus TCP/IP o Equiment là Modbus Equipment o IP address là 127.0.0.1, đây là địa chỉ của PLC ảo, đồng thời mục IEC61131 Syntax để Vijeo Designer có thể nhìn thấy được danh sách biến trong PLC

Hình 16: Thiết lập giao tiếp từ task IO Manager

Hình 17: Thiết lập địa chỉ IP giao tiếp với PLC

- Để nhanh chóng, Vijeo Designer sẽ nạp danh sách biến từ Unity Pro chứ không cần thiết lập lại Chức năng này giúp cho việc xây dựng HMI rút ngắn được nhiều thời gian và các thuộc tính biến vẫn giữ nguyên và đồng nhất giữa hai phía, tránh được sai sót trong thao tác: o Sau khi tạo xong cách thức kết nối với PLC qua IO Manager ta bắt đầu lấy danh biến từ PLC o Click chuột phải chọn Task Variable chọn tiếp mục Link Variables cửa sổ mở ra đường dẫn đến mục chứa file đã lưu của chương trình đã lưu từ Unity Pro XL, sau đó đợi quá trình Update biến từ PLC o Sau khi quá trình update kết thúc, trong danh sách biến, ta chọn những biến cần dùng rồi add vào Vijeo Designer

- Truyền thông giữa PLC – Unity Pro và HMI – Vijeo Designer đã được thiết lập, sau khi khởi chạy, nếu giá trị biến được thay đổi từ PLC thì trong HMI cũng thay đổi và ngược lại

Hình 18: Nạp danh sách biến từ PLC – Unity Pro bằng Link Variables

Hình 19: Nạp biến từ PLC – Unity Pro thông qua file của Unity Pro

Hình 20: Chọn biến cần thiết add vào Vijeo Designer

5.2.2 Xây dựng màn hình đồ họa

Mỗi một màn hình sẽ được xây dựng bởi một panel, các panel này sẽ tùy theo thao tác người dùng mà mở ra hoặc đóng lại

Hình 21: Tạo mới Panel trong task Base Panel

5.2.3 Xây dựng các switch cho các phần tử có tương tác:

Với các phần tử tương tác động như máy cắt hay dao cách ly máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, và các nút chuyển trang cũng như giả lập sự cố sẽ được thiết lập bằng các “switch” o Click vào biểu tượng Switch trên thanh công cụ chúng ta rê chuột để tạo kích thước của nút nhấn, sau đó cửa sổ thông số của nút nhấn hiện ra tùy vào chức năng của nút nhấn mà chúng ta sẽ cài đặt các chức năng giá trị và biến khác nhau

Hình 22: Tạo mới một switch o Các chức năng khi thao tác được chia ra thành ba dạng: When Touch – khi ấn, While Touch – trong khi ấn, when Release – khi thả Thông thường trong dự án này chúng ta sẽ sử dụng các chức năng điều khiển

When Touch và chủ yếu là các kiểu chính sau đây :

 Bit: Để cài đặt nút nhấn cho một biến kiểu Ebool hoặc Bool nhằm on/off cho biến trạng thái được chọn

 Panel: Để cài đặt nút nhấn với chức năng chuyển qua một panel khác tùy theo chúng ta cài đặt

 Popup: Cũng giống như Panel nhưng lúc này sẽ mở hoặc đóng một cửa sổ popup

 Decision: Để cài đặt nút nhấn với chức năng cho chúng ta hai lựa chọn theo trạng thái on/off của một biến nào đó

 Ta cũng có thể chọn kiểu “Tyle” cho switch

Hình 23: Thiết lập chức năng cho switch

 Ví dụ: Chọn kiểu Bit cài đặt tên biến là “MC_1” ứng với máy cắt số 1 ta chọn kiểu tác động của nút nhấn là Toggle , nghĩa là khi chúng ta tác động vào nút nhấn thì cài trạng thái biến “MC_1” lên True khi chúng ta nhấn thêm một cái nữa thì trạng thái biến về False Sau khi thiết lập xong ta ấn Add Tương tự cho chức năng thứ hai sau khi thiết lập ta cũng ấn Add

Hình 24: Thiết lập chức năng switch cho biến MC_1- máy cắt 1

Hình 25: Thiết lập tương tác đồ họa khi có thao tác đóng cắt

5.2.4 Xây dựng các phần tử không tương tác bằng các nét vẽ cơ bản:

Ngoài những nút nhấn ở trên thì các nét còn lại trong hệ máy cắt dao cách ly được vẽ bằng những nét cơn bản Tùy vào thiết kế mà chúng ta có thể chọn màu, kích thước độ dày và kích thước chiều dài

Hình 26: Vẽ những đường nét cơ bản cho các phần tử không tương tác

5.2.5 Xây dựng một cụm: 01 máy cắt, 02 dao cách ly, 02 dao tiếp địa Đầu tiên với các nét vẽ cơ bản ta vẽ cho đường dây, ký hiệu tiếp địa

Các máy cắt hay dao cách ly sẽ được thực hiện bằng switch

Hình 27: Cụm máy cắt với 01 máy cắt, 02 dao cách ly, 02 dao ti ếp địa

- Dao cách ly phía nguồn thực hiện hai lệnh khi nhấn nút dao cách ly bao gồm: o Popup: Đóng hoặc mở cửa sổ thông báo khi chúng ta ấn nút o Decision: Thực hiện so sánh trạng thái của máy cắt MC_1 để có cảnh báo phù hợp Nếu máy cắt MC_1 đang đóng thì Dao cách ly không được phép đóng vì có thể gặp trường hợp dao cách ly đóng có tải, nếu máy cắt MC_1 đang mở Dao cách ly hoàn toàn có thể đóng được

Hình 28: Thiết lập switch của dao cách ly phía nguồn

Dao tiếp địa phía nguồn được lập trình liên hợp với Dao cách ly phía nguồn thông qua Decision Khi Dao cách ly thực hiện đóng xong, dao tiếp địa sẽ được mở và ngược lại.

Dao tiếp địa được lập trình tác vụ cảnh báo không được đóng khi dao cách ly đang đóng

Hình 29: Thiết lập switch của dao tiếp địa phía nguồn

- Máy cắt được đặt tên theo dạng MC_x Cũng tương tự như dao cách ly máy cắt điều khiển hai tác vụ: o Popup: Đóng hoặc mở cửa sổ thông báo khi chúng ta ấn nút o Decision: dựa vào trạng thái của dao cách ly phía tải để có tác động đúng, khi dao cách ly phía tải đang đóng thì máy cắt được đóng bình thường nhưng nếu dao cách ly phía tải đang mở thì máy cắt sẽ bị hạn chế đóng vì sẽ gây ra hiện tượng đóng dao cách ly có tải nếu dao cách ly được đóng

Hình 30: Thiết lập switch cho máy cắt

- Dao cách ly và dao tiếp địa phía tải được thiết lập liên hợp giống như dao cách ly phía nguồn và dao tiếp địa phía nguồn

Hình 31: Thiết lập switch cho dao cách ly phía tải

Hình 32: Thiết lập switch cho dao tiếp địa phía tải

Để trực quan hóa trạng thái, các lưỡi cắt cách ly, tiếp địa và máy cắt sẽ xoay 180ºC dựa trên biến trạng thái tương ứng Cài đặt Xoay hoạt hình sẽ kích hoạt tính năng này.

Hình 33: Thiết lập xoay dao của máy cắt

Với cách này tương tự ta có thể xây dựng toàn bộ các cụm máy cắt khác

Hình 34: Cụm máy cắt tụ bù

Hình 35: Cụm máy cắt máy biến áp

Hình 36: Cụm máy cắt liên thanh cái

5.2.6 Xây dựng các thông báo khi thao tác bằng các popup

Cửa sổ popup là loại cửa sổ chỉ hiện lên khi có lệnh tác động và mất đi khi có lệnh khác chèn vào hoặc lệnh tắt, một đặc điểm nữa của cửa sổ popup là có thể điều chỉnh kích thước và vị trí tọa độ xy hiển thị khi mở cửa sổ popup

Với popup ta có thể thực hiện các thông báo khi thao tác bằng cách thực hiện lệnh gọi popup trong switch setting của máy cắt, dao cách ly…

Hình 37: Thiết lập popup cho các cửa sổ thông báo

Mỗi popup thường đi kèm một hoặc vài nút nhất để xác nhận hoặc lựa chọn quyết định Việc xây dựng nút nhấn cũng bằng switch và phương pháp hoàn toàn tương tự như của máy cắt, dao cách ly

Hình 38: Thiết lập nút nhất cho popup bằng các switch

5.2.7 Xây dựng hiển thị các thông số vận hành bằng các Display

Hình 39: Xây dựng hiển thị bằng cách thiết lập các Display Để hiển thị các thông số vận hành, ta sử dụng một trong các Display:

- Numberic Display: Đây là chức năng display sử dụng chính trong mô phỏng để thể hiện các thông số như điện áp, dòng điện, công suất…

- Tring Display: thể hiện chuỗi ký tự

- Date Display, Time Display: thể hiện ngày giờ

Mỗi thông số vận hành sẽ được thiết lập bởi Numberic Display bằng cách liên kết với một biến, hoặc một biểu thức gồm các biến Ngoài ra ta sẽ thiết lập thêm các kiểu hiển thị, font chữ, kích thước và đơn vị (Unit)

Hình 40: Thiết lập Numberic Display để thể hiện hệ số công suất

5.2.8 Xây dựng các bảng cảnh báo, sự kiện, thông số bằng Alarm

Khi tạo cảnh báo mới trong tác vụ Alarms & Events, bạn có thể thêm các biến vào nhóm cảnh báo để giám sát và nhận cảnh báo khi trạng thái của biến thay đổi Các biến được thêm vào nhóm cảnh báo sẽ được theo dõi bởi cảnh báo chứa chúng.

- Alarm Summary dùng để hiển thị các cảnh báo và trạng thái của biến.

- Alarm Banner dùng chức năng như Alarm Summary nhưng kích thước nó nhỏ hơn và chỉ được hiển thị khi biến cảnh báo được set lên 1.

- Event Summary dùng để hiển thị lịch sử các sự kiện của biến.

Hình 41: Alarm summary, Alarm Banner, Event Summay (t ừ trên xuống)

Hình 42: Thiết lập một Alarm

5.2.9 Xây dựng một màn hình thông số chi tiết

Thiết lập giao thức OPC

Việc kết nối Matlab với các phần mềm khác mà cụ thể ở đầy là Unity Pro , ở đây Matlab có OPC Tool còn Unity Pro có OPC của riêng nó Hai OPC như hai phần mềm

"môi giới" giúp cho việc truyền thông dữ liệu giữa Matlab và Unity Pro mà thực chất ở đây là Matlab và PLC Simulink

Phần lớn các ứng đụng sau khi lập trình bằng công cụ Matlab đều chỉ sử hiển thị kết quả thông qua giao điện của Matlab hỗ trợ Trong phạm vi của đề tài này chúng tôi thử nghiệm phương pháp kết nối mà Matlab mới hỗ trợ người dùng trong thời gian gần đây gọi là OPC Tool nhằm mục đích kết nối Matlab ra các thiết bị phần mềm ra ngoài thông qua OPC

Việc tích hợp MATLAB với các phần mềm khác cho phép tận dụng dữ liệu và kết quả tính toán của MATLAB trong các ứng dụng khác nhau, giúp dễ dàng hình dung và phân tích thông tin Quá trình kết nối này tạo thuận lợi trong việc hiển thị trực quan các kết quả tính toán, hỗ trợ người dùng hiểu sâu hơn về các thông số và mô hình được lập trong MATLAB.

5.3.1 Thiết lập OPC cho PLC – Unity Pro bằng OFS Configuration Tool Đây là một công cụ hỗ trợ của Schneider Electric cho việc kết nối dữ liệu của các phần mềm ngoại vi với các phần mềm của hãng khi không có sự tương đồng giữa các chuẩn truyền thông công nghiệp OPC là công cụ giúp việc truyền tải dữ liệu giữa PLC ảo và Matlab được thực hiện một cách dễ dàng nhanh chóng

Giao thức OPC được thiết lập thông qua OFS Configuration Tool Sử dụng các biến được nạp từ file dữ liệu của Unity Pro

OFS Configuration Tool là công cụ do hãng Schneider Electric phát triển để hỗ trợ việc trao đổi và giao tiếp các biến trong PLC với phần mềm bên ngoài Ở trên chúng ta đã tạo một gói có tên “ sld_v1” chứa danh sách biến theo đường dẫn Sau khi tạo xong thì tất cả biến trên PLC sẽ được gói lại và đưa vào môi trường OPC

Hình 44: Thiết lập OPC Configuration Tool

5.3.2 Thiết lập trao đổi dữ liệu qua OPC trên Matlab

Hình 45: Thiết lập trao đổi dữ liệu qua OPC trên Matlab

Trên chương trình Matlab chúng ta sẽ lập trình những câu lệnh như trên nhằm tạo kết nối giữa danh biến mà OFS Tool đã tạo ra Theo đoạn chương trình trên thì đầu tiên Matlab sẽ tạo một OPCSERVER tên là “hostInfo”

Tiếp theo tạo một kết nối tên là “da” kết nối “hostInfo” với “Schneider-Aut.OFS.2” đây chính là OPC của PLC Sau đó chương trình sẽ tiếp tục tạo một nhóm tên là “grp” nằm trong kết nối “da” Sau đó chương trình sẽ tạo lần lượt tất cả các biến từ PLC được chuyển đổi qua Matlab và tất cả các biến này đều được nhóm vào nhóm

Khi khởi chạy chương trình OPC trên Matlab thì cửa sổ OPC Server sẽ được tạo ra như hình Ở cửa sổ này sẽ theo dõi toàn bộ quá trình chuyển dữ liệu từ PLC qua Matlab và ngược lại

Hình 46: Cửa sổ OPC Sever khi Matlab chạy OPC

Tính toán thông số vận hành – Matlab

Cập nhật biến trạng thái

Hệ thống điện tương đương

Tính toán thông số vận hành

OPC write Có thay đổi có không

Hình 47: Sơ đồ giải thuật trên Matlab

Sau khi OPC đã được thiết lập và khởi chạy thì Matlab sẽ thực hiện vòng lặp gồm các bước

- Bước 1 - OPC read: Thực hiện đọc về các giá trị biến từ PLC thông qua giao thức OPC, ở đây ta chỉ đọc trường giá trị của biến VD: o MC1=~RMC_1.Value; o MC4=~RMC_2.Value; o MC6=~RMC_3.Value; o t1=RT_1.Value; o t2=RT_2.Value;

- Bước 2 – Cập nhật biến trạng thái: Để dễ dàng nhận diện ta tổ hợp các biến trạng thái của các máy cắt ở dạng Boolean thành một biến X nhị phân duy nhất:

X  MC  MC   MC    MC   (1) o MCi là biến trạng thái của máy cắt i định dạng Boolean o Với việc chỉ sử dụng một biến đóng cắt duy nhất ta sẽ dễ dàng nhận diện trạng thái vận hành đóng cắt của trạm biến áp

- Bước 2 - Có thay đổi: Xét xem trên hệ thống điện có thao tác đóng cắt hoặc chỉnh nấc điện áp nào xảy ra hay không, bằng cách so sách biến trạng thái X và nấc điện áp máy biến áp hiện tại với giá trị trước đó o Nếu như giá trị không thay đổi so với trước thì ta thực hiện lại bước 1 o Nếu như giá trị có thay đổi so với trước đó thì ta tính sang bước 3

- Bước 3 – Hệ thống điện tương đương: Dựa trên biến giá trị biến X ta sẽ xây dựng sơ đồ tương đương của trạm biến áp Tuy biến X có nhiều giá trị, nhưng trong đó rất nhiều giá trị mà sơ đồ tương đương trạm biến áp là như nhau

Chính vì vậy mà số trường hợp mà ta gặp phải thực ra ít hơn nhiều Ở đây ta có thể sử dụng lệnh “switch – case”

- Bước 4 – Tính toán thông số vận hành: Sau khi lập sơ đồ tương đương của trạm biến áp ứng với giá trị biến trạng thái X thì ta thực hiện tính toán các thông số vận hành hay nói đúng hơn là giải bài toán phân bố công suất, ở đây ta có rất nhiều phương pháp như tính trực tiếp hoặc sử dụng Newton- Raphson…

- Bước 5 – OPC write: Sau khi thực hiện xong quá trình tính toán thì ta thực hiện truyền thông giá trị các biến thông số vận hành về PLC – Unity Pro bằng các lệnh write VD: o write(RVBUS_0, Ub_0); o write(RQ_7, Q2_*100); o write(RP_4, P41_*100);

Ngoài các thông số vận hành, ta còn tính thêm nhiệt độ máy biến áp, mức độ mang tải…

KẾT QUẢ

Chương trình mô phỏng

Giao diện chính của đề tài gồm các lối tắt được tạo từ các nút nhấn đề truy cập vào các trang vận hành cụ thể, ví dụ như máy biến áp T1 T2 các tải các tụ bù…

Hình 48: Màn hình giao điện chính của mô hình

Màn hình điều khiển vận hành theo sơ đồ đơn tuyến, trực quan hiển thị các thông số được cập nhật liên tục Người điều hành có thể thực hiện thao tác trực tiếp trên màn hình bằng cách nhấp chuột vào các thiết bị như máy cắt, dao cách ly hoặc điều chỉnh điện áp máy biến áp.

- Máy cắt đóng là màu xanh, chiều của dao xuôi theo chiều đường dây và nối liền đường dây

- Máy cắt cắt là màu đỏ, chiều của dao vuông góc với đường dây và không nối liền đường dây

- Dao cách ly, dao tiếp địa đóng thì chiều dao quay xuôi, nối liền đường dây

- Dao cách ly, dao tiếp địa mở thì chiều dao quay xuôi, không nối liền đường dây

Hình 49: Giao diện màn hình vận hành

Mỗi thao tác đóng cắt sẽ hiện ra một bảng thông báo để xác nhận thao tác

Hình 50: Popup xác nhận thao tác

Khi thao tác sai quy trình, quy định thì sẽ có thông báo lỗi thao tác và không thực hiện thao tác

Hình 51: Thông báo thao tác sai quy trình và t ừ chối thực hiện thao tác

Hình 52: Máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa ở trạng thái cắt

- Nhận thấy các thông số vận hành bằng 0 khi không có điện do đã cắt máy cắt

Hình 53: Điều chỉnh nấc điện áp của máy biến áp

- Quan sát mỗi lần điều chỉnh nấc thì các thông số vận hành trạm được cập nhật theo

Nếu muốn chuyển qua màn hình chi tiết của đối tượng nào thì click vào đối tượng đó

Hình 54: Màn hình chi tiết máy biến T1

Hình 55: Màn hình chi tiết một ngăn lộ xuất tuyến

Trong chế độ mô phỏng sự cố thì trên sơ đồ đơn tuyến sẽ thể hiện thêm các rơle, để nhận biết được máy cắt nào tác động và nhận lệnh từ rơle bảo vệ nào:

- Rơ le không tác động: màu xanh

- Rơ le tác động: màu đỏ

Hình 56: Màn hình mô phỏng sự cố

Hình 57: Giả lập sự cố ở xuất một xuất tuyến

Các kết quả đạt được

Thực hiện cho một trạm biến áp cụ thể

Màn hình HMI được thiết kế như một màn hình kiểu chạm thực tế:

- Sơ đồ đơn tuyến kết lưới của trạm

- Các thông số vận hành, nhiệt độ dầu máy biến áp, các sự kiện được cập nhật trực tuyến

- Thao tác trực tiếp trên sơ đồ đơn tuyến

- Mỗi lần thao tác sẽ xuất hiện cảnh báo, thao tác sai quy trình sẽ có thông báo sai thao tác và không thực hiện lệnh thao tác

- Dễ dàng chuyển đổi giữa các màn hình chi tiết của đối tượng và màn hình chính

- Chế độ mô phỏng sự cố được thể hiện được rơle nào ra lệnh và máy cắt nào tác động

Nhân viên vận hành được làm quen với việc vận hành một trạm biến áp trên nền SCADA giống như thực tế

Mô phỏng cung cấp đầy đủ các chức năng cần thiết để huấn luyện vận hành, đồng thời hỗ trợ kiểm tra lại phương án vận hành trước khi thao tác trên hệ thống thực

Chức năng mô phỏng sự cố của thiết bị này giúp nhân viên vận hành hiểu tường tận về hoạt động của các rơle bảo vệ, cách xử lý sự cố, phương án sa thải phụ tải và cách thức vận hành trong điều kiện quá tải máy biến áp Việc thể hiện nhiệt độ dầu máy biến áp cũng hỗ trợ nhân viên vận hành theo dõi sát sao tình trạng hoạt động của máy biến áp, từ đó đưa ra quyết định xử lý phù hợp, kịp thời để đảm bảo vận hành an toàn và ổn định hệ thống điện.

Tích hợp tính năng ghi lại hành động người dùng cho phép đánh giá lại các thao tác đã thực hiện, đồng thời trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực trong quá trình kiểm tra, đánh giá.

Với việc mô phỏng bám sát cấu trúc hệ thống thực tế, sử dụng các phần mềm chuyên dụng thân thiện người dùng, các chuẩn giao tiếp thông dụng, chương trình mô phỏng dễ dàng được nâng cấp và mở rộng về chức năng và quy mô.

Ngày đăng: 24/09/2024, 03:56

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w