SCADA cho nhà máy điện

SCADA cho nhà máy điện

1 Giới thiệu hệ thống: quy trình, công nghệ điều khiển, giám sát.

2 Giới thiệu mạng cho hệ thống: Siemens (PCS7)

3 Các thiết bị cho các line trong nhà máy: tìm hiểu các thiết bị (đấu nối, hãng, ứng dụng…); tính các đầu I/O của từng line.

4 Thiết kế mạng truyền thông cho từng line và toàn nhà máy:

a Tổng quát các cấp: Quản lý  điều hành giám sát dk……

b Chi tiết từng cấp (dùng PCS7 vẽ, đặt cấu hình

cụ thể cho các line hay hệ thống, giao diện HMI cho các cấp (WinCC)…).

c Hoàn thiện hệ thống, mở rộng

5 Kết luận

Phân tích yêu cầu thiết kế hệ SCADA cho Nhà máy điện

November 25, 2009 at 2:18 pm | In Automation | Comments Off

Tags: SCADA

1 Votes

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là

hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát Khái niệm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và các nhà máy hiện đại Đối với một nhà máy hiện đại, khi xây dựng và đưa vào hoạt động, để có thể tạo ra được sản phẩm đạt yêu cầu về chất lượng, đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của thị trường,

nhà máy cần được trang bị các máy móc hiện đại, đạt được các tiêu chuẩn về chất lượng

và môi trường, độ an toàn, năng suất và tiết kiệm Chính vì thế, việc tích hợp tự động hóa nhà máy là một yêu cầu bức thiết được ra Các hạng mục sản xuất được trang bị máy móc

tự động, phần mềm điều khiển hiện đại để tiết kiệm nhiên liệu, điện năng, nhân công và đảm bảo chính xác theo yêu cầu

Đối với các nhà máy điện, ngoài việc tự động hóa toàn bộ dây truyền sản xuất điện năng, nhà quản lý cần được cung cấp các thông tin về tình hình sản xuất, tình trạng máy móc thiết bị, các thông số sản phẩm điện năng của nhà máy, các vấn đề liên quan đến sản xuất

và truyền tải đi xa,…Tuy nhiên mức độ thông tin ở các cấp khác nhau sẽ rất khác nhau

Thông thường được chia ra làm 3 cấp:

Cấp vận hành (Cấp trường): Là cấp độ để các kỹ sư, công nhân vận hành, theo dõi hoạt động của thiết bị, các thông số theo quy trình công nghệ đặt ra

Cấp điều khiển (Tại phòng điều khiển): Là cấp độ các kỹ sư điều khiển tự động sẽ giám sát, điều khiển các thông số, tình trạng của các thiết bị và toàn bộ dây truyền sản xuất theo quy trình đã đặt ra bằng thao tác, theo dõi trên bảng thông số, màn hình hiển thị và điều khiển qua giao diện phần mềm (HMI-Human Machine Interface) hay bàn điều khiển (Operator Panel)

Cấp giám sát, quản lý : Có 2 hình thức tương đương nhau

+ Giám sát tại nhà máy (Tại nhà vận hành): Nhà quản lý sẽ theo dõi các thông số, tình trạng thiết bị và toàn bộ hoạt động của dây truyền sản xuất theo yêu cầu qua giao diện máy tính được kết nối trực tiếp với phòng điều khiển qua đó có thể nắm được tình hình sản xuất, tình trạng vật tư thiết bị, lên kế hoạch sản xuất ,truyền tải,…

+ Giám sát từ xa (Tại trung tâm): Tại trung tâm của tổng công ty, nhà quản lý tại đây có thể theo dõi, giám sát mọi họat động của nhà máy thông qua máy tính được kết nối từ xa qua mạng Từ đó có kế hoạch sản xuất, điều độ, bán hàng và nhập hàng

Sơ đồ mô tả hệ thống SCADA cho nhà máy điện như sau:

Các thông tin trong hệ thống SCADA để giám sát điều khiển thông thường bao gồm:

• Dự trữ dầu, lượng tiêu thụ dầu trong ngày

• Sản lượng, chất lượng khí hoặc than tiêu thụ, v.v…

Các thông số này được cung cấp từ các thiết bị đo ở cấp trường, chúng được tích hợp vào các bộ điều khiển và các thông tin của chúng được dùng làm đầu vào để điều khiển các thiết bị và các thông số khác Chúng còn được truyền lên máy tính giám sát và điều khiển

và hiển thị trên màn hình giao diện điều khiển (tại phòng điều khiển), được lưu trữ trong

cơ sở dữ liệu để tạo báo cáo khi cần thiết và gửi về trung tâm qua đường internet Tại trung tâm, các thông số này cũng được hiển thị trên giao diện đồ họa và lưu trữ trong cơ

sở dữ liệu của máy tính để lập báo cáo

Thiết bị của hệ thống SCADA:

Phần cứng: Để xây dựng hệ thống SCADA cho nhà máy cần các phần cứng sau

Máy tính công nghiệp (IPC)

Bộ tích hợp thiết bị (Kết nối và thu thập dữ liệu lên máy tính)

Thiết bị mạng (Switch, Router,…)

Phần mềm:

Phần mềm cho giám sát điều khiển: Tạo ra giao diện hiển thị các thông số, điều khiển qua giao diện hiển thị, lưu trữ dữ liệu vào cơ sở dữ liệu (Mỗi máy có 1 license và theo số điểm tích hợp điều khiển I/O point)

Phần mềm giám sát, quản lý: Hiển thị các thông số, lưu trữ các dữ liệu vào cơ sở dữ liệu (Giao diện có thể là web navigator)

Các phần mềm phụ trợ: Kết nối mạng, kết nối PLC -IPC, …

Mạng kết nối:

Các hình thức có thể sử dụng:

Đường truyền lease-line: Là kênh thuê bao riêng của của bưu điện cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao bằng các thiết bị đầu cuối bằng modem truyền thống, tốc độ tối đa cho phép 19.2 kb/s (của riêng nhà máy-private line)

Đường truyền cáp quang: Dùng cáp quang để truyền dữ liệu từ nhà máy về trung tâm (có thể thuê của bưu điện hoặc tự kéo cáp nếu khoảng cách gần) với khoảng cách xa, băng thông rộng, tin cậy, tốc độ cao Tại mỗi đầu phải có thiết bị chuyển đổi quang để kết nối với máy tính

Đường truyền ADSL: Là đường truyền internet băng thông rộng, cho phép dữ liệu với tốc

độ cao, dễ kết nối (Là mạng công cộng)

Khả năng tích hợp vào các hệ thống tại trung tâm:

Tại trung tâm, nhà quản lý không chỉ thu nhận và giám sát các thông tin liên quan đến các nhà máy điện từ xa qua mạng mà còn giám sát và quản lý nhiều hệ thống khác: trung tâm

dữ liệu (thu thập toàn bộ các dữ liệu chuyên nghành và tích hợp vào các hệ thống con của tầng dữ liệu, truyền hình hội nghị (tele conference), tổng đài điện thoại (PABX), bán hàng & thương mại điện tử (e-commerce), tư vấn và các dịch vụ điện tử sử dụng nội bộ

và cho thuê, …Tất cả các dịch vụ này đều không chỉ thuần túy về kỹ thuật và còn liên quan đến các vấn đề về thông tin, quản lý, bán hàng, định hướng, phát triển và các dịch

vụ giá trị gia tăng

Hệ thống SCADA sẽ xây dựng hoàn toàn có thể tích hợp để giám sát từ xa trên cùng một máy tính tại trung tâm, luồng dữ liệu thu thập từ nhà máy được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu nên hoàn toàn có thể dùng để tạo các báo về các họat động có liên quan Tuy nhiên

hệ thống điều khiển giám sát SCADA vẫn hoạt động độc lập mà không bị phụ thuộc hay cản trở từ bất kỳ hệ thống nào khác kể cả khi các hệ thống khác gặp sự cố, hệ thống SCADA vẫn hoạt động bình thường

Các vấn đề cần làm rõ: Tại mỗi nhà máy:

+ Bộ điều khiển, dây truyền của tòan bộ hệ thống là gì? Cho phép kết nối từ xa qua bộ điều khiển hay cả qua máy tính

+ Có phòng điều khiển, giám sát tại nhà máy chưa? Đã xây dựng hệ thống SCADA tại đây chưa?

Từ đây mới xây dựng được chi tiết thiết kế cho hệ thống SCADA cho nhà máy để thu thập các thông tin và dữ liệu từ các nhà máy về trung tâm

HIENDAIHOA.COM

Giải pháp kết nối trong vận hành với các nhà máy thủy điện

Thứ sáu, 15 Tháng 1 2010 09:11 Quản trị viên

Giải pháp kết nối trong vận hành với các nhà máy thủy điện

1 Đặt vấn đề

Các Nhà máy thủy điện vừa và nhỏ (công suất lắp máy 1-30MW) khi đưa vào vận hành cần phải kết nối với hệ thống SCADA của Trung tâm điều độ-kinh doanh của Công ty điện lực đã ký hợp đồng mua điện Ngoài ra bản thân Chủ đầu tư cũng cần giám sát được quá trình vận hành của nhà máy để phục vụ công tác quản lý Tuy nhiên, hầu hết các nhà máy thủy điện nhỏ từ trước đến nay khi đưa vào vận hành đều không thực hiện được công tác này, một số lý do chủ yếu như sau:

Không thể thiết lập đường truyền hữu tuyến để kết nối

Công nghệ điều khiển và thiết bị đầu cuối không phù hợp

Chủ đầu tư không đưa ra được yêu cầu kỹ thuật và khối lượng chi tiết cho công việc này

Dưới đây là giải pháp kết nối các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ nhằm đáp ứng yêu cầu

về thông tin và dữ liệu phục vụ công tác quản lý vận hành, giám sát và kinh doanh

mua/bán điện

2 Đánh giá hiện trạng

2.1 Hệ thống điều khiển của các Nhà máy thủy điện

Thông thường các nhà máy thủy điện đều được trang bị hệ thống DCS để tích hợp toàn

bộ thông tin của Nhà máy bao gồm từ thiết bị công nghệ, năng lượng, thiết bị điện, trạm biến áp đầu ra và hệ thống phụ trợ phục vụ công tác giám sát và điều khiển tại chỗ của nhà máy Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống DCS hoàn chỉnh được cho trong hình dưới đây

Tuy nhiên, vì chỉ phục vụ cho mục đích giám sát và điều khiển tại chỗ nên các hệ thống này thường được thiết kế đóng theo các phương thức truyền tin và trao đổi dữ liệu của riêng các nhà sản xuất Việc sử dụng các hệ thống đóng sẽ làm cho khả năng trao đổi dữ liệu và can thiệp của người sử dụng khi có những yêu cầu phát sinh đối với công tác quản

lý và kinh doanh rất khó khăn do nhà sản xuất không bao giờ bàn giao hết các công cụ và thủ tục để thực hiện

2.2 Kết nối với hệ thống SCADA và đo đếm

Trong đa số các dự án do tư vấn không nắm rõ được yêu cầu kết nối của hệ thống

SCADA và đo đếm của lưới điện Việt Nam nên phần khối lượng công việc này thường không được yêu cầu rõ trong phạm vi cung cấp của Hợp đồng cung cấp và xây lắp nhà máy vì vậy hiện nay gần như 100% số nhà máy thủy điện vừa và nhỏ đều không có kết nối Ngoài ra, do được thiết kế đóng nên các hệ thống DCS rất khó có thể kết nối với hệ thống SCADA và quản lý đo đếm điện năng của các Công ty điện lực Bên cạnh đó, do các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ thường được xây dựng tại các vùng sâu nên việc thiết lập một được truyền hữu tuyến (4W) như các giải pháp kết nối hiện nay đòi hỏi chi phí rất tốn kém kể cả đầu tư ban đầu và chi phí vận hành hàng tháng

Tuy nhiên, các yêu cầu kết nối này là bắt buộc đối với các nhà máy điện theo Qui định đấu nối ban hành kèm Quyết định 37 của Bộ Công Nghiệp (nay là Bộ Công Thương) Đặc biệt với các nhà máy tham gia chương trình mua bán phát thải CDM thì việc kết nối, lưu trữ dữ liệu đo đếm điện năng phát lên lưới điện là một trong những điều kiện cần thiết

để bên mua CDM có thể tính toán được lượng phát thải được hưởng

Kiến trúc chung hệ thống DCS của các nhà máy thủy điện

2.3 Các ứng dụng trợ giúp quyết định và vận hành tối ưu

2.3.1 Dự báo thủy văn

Hiện nay tại các nhà máy mới chỉ có hệ thống ghi chép thống kê thủy văn của các dòng sông liên quan đến nhà máy điện Một hệ thống dự báo thủy văn vẫn chưa được trang bị

để tính toán vận hành hồ chứa như là một dữ kiện đầu vào phục vụ công tác lập kế hoạch vận hành nhà máy

2.3.2 Tính toán tối ưu phát điện và phối hợp các Nhà máy bậc thang

Các nhà máy chưa trang bị các phần mềm loại này để trợ giúp khác thác có hiệu quả lượng nước về hàng năm Việc bố trí lịch chạy máy hiện nay vẫn do các Trung tâm điều

độ thực hiện và kỹ sư điều hành sẽ đưa lệnh lên xuống và điểm đặt công suất của các tổ máy cho nhân viên điều hành trong từng ca trực

Đối với các nhà máy thủy điện nhỏ việc chạy máy có thể được quyết định bởi nhân viên vận hành nhưng đối với cả trường hợp này các nhà máy cũng không có công cụ gì để tối

đa hóa lợi nhuận dựa trên Hợp đồng mua bán điện đã ký với Công ty điện lực

2.3.3 Quản lý bảo dưỡng trên cơ sở tình trạng thiết bị (Condition-based Maintenance

Hiện tại các nhà máy có thể được kết nối với các đường truyền như sau:

Hệ thống viễn thông điện lực thông qua các đường cáp quang, hệ thống SDH và các cổng BTS để nối với mạng viễn thông nội bộ hoặc nối với mạng WAN của EVN

Hệ thống viễn thông công cộng với các đường kết nối hữu tuyến với VietTel hay VNPT Hệ thống viễn thống vệ tinh VSAT của các nhà cung cấp dịch vụ VietTel hoặc VNPT Kết nối bằng GPRS trên nền GSM của các nhà cung cấp dịch vụ

Tùy vào từng địa điểm cụ thể các Nhà máy thủy điện sẽ cùng với đơn vị cấp hàng lựa chọn giải pháp tối ưu nhất khi đánh giá cụ thể các chỉ tiêu ở trên

3 Giải pháp kỹ thuật

Hệ thống Quản lý vận hành (Operational Control Centre-OCC) được mô tả ở các phần sau:

3.1 Hệ thống đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

Hệ thống mở - Cấu trúc Hệ thống OCC của Công ty thủy điện sẽ tuân thủ các yêu cầu của các tiêu chuẩn Quốc tế hoặc các tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Khả năng bảo dưỡng – Cấu trúc Hệ thống OCC sẽ hỗ trợ bảo dưỡng tại chỗ các thành phần, mà không cần sự hỗ trợ của nhà cấp hàng đối với hoạt động vận hành và bảo dưỡng thường xuyên và định kỳ

Nền tảng phát triển ứng dụng – Cấu trúc Hệ thống OCC sẽ cung cấp một nền tảng mạnh

để phát triển các ứng dụng điều khiển giám sát, quản lý vận hành tối ưu, trao đổi thông tin dữ liệu với các hệ thống nội bộ và bên ngoài Ngoài ra, hệ thống sử dụng khả năng cung cấp dịch vụ số liệu cho nội bộ và người dùng bên ngoài qua các ứng dụng Web Khả năng tích hợp – Hệ thống phải có khả năng tích hợp một cách linh hoạt các thành phần mới, các giải pháp và ứng dụng nâng cao khác (như GIS hoặc Quản lý Sự cố/Hư hỏng, Quản lý nhiệm vụ nhóm công tác ), và làm nền tảng cho các ứng dụng với sự ra đời của Thị trường điện của Việt Nam trong một tương lai gần

- Hệ thống cơ sở Dữ liệu và cung cấp ứng dụng Hệ thống trung tâm cũng sẽ hỗ trợ các trung tâm điều khiển của các nhà máy điện, thông qua các hệ thống phân quyền điều khiển và giám sát các trung tâm của nhà máy sẽ đồng thời kết nối với hệ thống trung tâm Công ty thông qua các đường truyền tốc độ cao

Phần cứng cũng như phần mềm của hệ thống trung tâm sẽ dựa trên các nền tảng mở, có

tính phổ biến cao, dễ thay thế mở rộng, đơn giản và quen thuộc trong quá trình vận hành

• Phần ở nhà máy điện:

- Giải pháp 1: Hệ thống DCS ở tại các nhà máy điện sẽ trao đổi dữ liệu với hệ thống SCADA và OCC thông qua cơ sở dữ liệu thời gian thực (real-time database) với các cơ chế biến đổi dữ liệu phù hợp Cơ chế này đảm bảo việc dữ liệu được cập nhật một cách đồng thời giữa hệ thống DCS tại nhà máy và hệ thống OCC Với cách thức trao đổi dữ liệu kiểu này việc giám sát điều khiển tại OCC hoàn toàn giống như ngồi trong phòng điều khiển của các nhà máy

- Giải pháp 2: Tại các nhà máy thủy điện sẽ lắp thêm thiết bị thu thập dữ liệu đo đếm, trạng thái và cảnh báo của các thiết bị trong nhà máy để truyền về SCADA và Trung tâm Giám sát Điều khiển Các công tơ ranh giới đo đếm kể cả chính và dự phòng cũng sẽ được kết nối trên cùng đường truyền

• Hệ thống viễn thông: Hệ thống viễn thông giữa các Nhà máy điện và Trung tâm OCC sẽ

sử dụng một trong những giải pháp đã xem xét ở trên làm giải pháp chính và có thể lựa chọn thêm giải pháp dự phòng với tiêu chí cơ bản là giải pháp nào sẵn sàng nhất và chi phí thấp nhất

Giải pháp kết nối cơ bản được thể hiện trong hình vẽ dưới đây:

Kết nối cơ bản của hệ thống thu thập dữ liệu và kết nối SCADA

3.2.2 Hệ thống Phần mềm

Tại Trung tâm Điều khiển, mạng LAN sẽ được cấu hình để hỗ trợ cấu trúc Client/Server, cũng như các máy tính front-end để giao tiếp với hệ thống thu thập và trao đổi dữ liệu với các nhà máy điện cũng như các trung tâm khác

Tùy vào yêu cầu về độ tin cậy và tính sẵn sàng, hệ thống có thể được cấu hình một máy chủ chính và một máy chủ dự phòng để cung cấp chức năng theo yêu cầu của OCC, bao gồm quản lý cơ sở dữ liệu thời gian thực, xử lý cảnh báo, sự kiện quá khứ, truy nhập số liệu sự kiện quá khứ và chức năng giao diện người sử dụng dạng đồ họa Những máy chủ này phải có khả năng hỗ trợ một số lượng, theo yêu cầu của chủ đầu tư, máy trạm của người vận hành/người điều hành để thực hiện giám sát và điều khiển các đối tượng trong phạm vi quản lý

Cấu trúc hệ thống phần mềm được thiết kế theo mô hình 3 lớp, gồm:

Lớp thu thập dữ liệu:

• Đây là lớp thấp nhất trong hệ thống trung tâm sẽ làm nhiệm vụ giao tiếp trực tiếp với

các cơ sở dữ liệu thời gian thực của công tơ đo đếm, các RTU và các trung tâm điều độ liên quan

• Lớp này cũng làm nhiệm vụ theo dõi tình trạng các kênh truyền, quản lý các thông số của quá trình truyền nhận, đưa ra các cảnh báo về quá trình giao tiếp với các đầu cuối

• Lớp này thông qua các hệ thống viễn thông sẽ gửi/nhận dữ liệu đến/từ các đầu cuối thông qua các protocol được chuẩn hóa và xử lý các dữ liệu này thành các định dạng mà

hệ thống OCC có thể hiểu được trước khi chuyển tiếp nó qua lớp Data Server

Lớp Data Server:

• Lớp này sẽ tiếp nhận dữ liệu từ lớp giao diện xử lý chúng và làm chúng sẵn sàng đối với các ứng dụng Hoạt động của lớp này tương đương như phần cơ sở dữ liệu thời gian thực của DCS và thống nhất các cơ sở dữ liệu khác nhau từ các thiết bị/nguồn dữ liệu khác nhau về một định dạng duy nhất

• Một điểm quan trọng là lớp này cần được trang bị hệ thống xử lý logic dạng SoftPLC – Logic processor theo tiêu chuẩn IEC61131 để trợ giúp người xử dụng thiết lập các sơ đồ logic giám sát và điều khiển phù hợp với các ứng dụng của mình

• Đây là lớp đặc biệt quan trọng vì mọi ứng dụng đều truy cập dữ liệu thông qua nó trong

đó hệ thống SCADA trao đổi dữ liệu bằng giao thức IEC 60870-5-101

begin_of_the_skype_highlighting 60870-5-101 end_of_the_skype_highlightin

g và hệ thống đo đếm bằng giao thức IEC62056-21

Lớp ứng dụng:

• Đây là lớp cao nhất ở hệ thống trung tâm

• Người sử dụng sẽ giao tiếp với hệ thống thông qua lớp này Ở đây các ứng dụng có thể

là hệ giao diện người máy HMI, hệ thống quản lý sự kiện, hệ thống dữ liệu quá khứ … Trên cơ sở của hạ tầng của trung tâm điều khiển, hệ thống có thể cung cấp khả năng truy cập các vùng dữ liệu để hỗ trợ các khu vực chức năng khác nhau của các đơn vị liên quan, như phân tích kỹ thuật và lập kế hoạch, giám sát điện năng, quản lý thanh toán, vận hành tối ưu, quản lý bảo dưỡng Ngoài ra, hệ thống này có khả năng giám sát an ninh truy cập của khu vực IT “kết nối” tới Mạng Trung tâm Điều khiển

3.2.2.1 Tuân thủ các tiêu chuẩn

Phần mềm và phần cứng của hệ thống được sản xuất và phát triển theo các tiêu chuẩn được sử dụng phổ biến rộng rãi trong công nghiệp, chủ yếu là chuẩn ANSI/IEEE, ISO và IEC Điều đó cho phép các công ty thủy điện sử dụng và tích hợp sản phẩm của nhiều nhà sản xuất khác nhau mà không bị phụ thuộc vào một cụ thể nhà sản xuất nào

Mô hình SCADA Trong hệ thống điện

- Thu thập số liệu của các nhà máy điện, thông số của các đường dây truyền tải, các hộ tiêu thụ

- Thông tin liên lạc giữa các nhà máy, các trạm điện khác nhau

- Trao đổi cơ sở dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển

- Chỉnh định thông số của hệ thống rơ le bảo vệ

- Tự động sa thải phụ tải dựa trên phân tích hệ thống

- Điều khiển các thiết bị, thường là thiết bị FACTS(Flexible AC transmission systems) Thông tin trong hệ thống điện có thể đưọc truyền đi bằng cách sử dụng các mạng thông tin sau:

- Mạng điện thoại cố định(Mạng điện thoại cố định có rất lâu trước mạng Internet và người ta

đã sử dụng để liên lạc trong hệ thống điện, không tuân theo các chuẩn của Internet hiện nay)

- Mạng điện thoại không dây

- Mạng máy tính, bao gồm các hệ thống mạng LAN, WAN, Internet

Ngoài ba hệ thống thông tin trên, hệ thống truyền thông sử dụng vệ tinh cũng được ứng dụng trong hệ thống điện(chưa phải ở VN) Ứng dụng điển hình nhất của hệ thống thông tin vệ tinh

là điều khiển đồng bộ góc pha của các máy phát(synchroniezed phasor measurement) và rơ le

so lệch

Sự phân cấp các chức năng điều khiển và giám sát trong hệ thống điện

SCADA (Supevisory Control and Data Acquisition)- hiểu một cách nôm na là hệ thống điều khiển và thu thập số liệu Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ thống công nghiệp bất kỳ Đối với hệ thống điện, đặc thù của nó là quy mô của hệ thống sản xuất rất lớn, trải trên một không gian rộng, và bao gồm nhiều thiết bị với các chức năng, nguyên lý làm việc khác nhau Vì vậy, người ta không thể sử dụng một trạm điều khiển trung tâm để đảm nhiệm hết tất cả các chức năng điều khiển Tuỳ theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng điều khiển, các chức năng điều khiển và thu thập số liệu được phân phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau

Hệ thống SCADA cho HTĐ hợp nhất, với một công ty điện lực chịu trách nhiệm quản lý, có thể được chia thành ba cấp:

- Ở cấp thấp nhất của hệ thống SCADA, là các phần có chức năng theo dõi và điều khiển cho từng thiết bị riêng biệt Thường gặp nhất trong HTĐ là các rơ le bảo vệ Khi thiết bị gặp sự

cố, các rơle này hoàn toàn có thể tính toán và tác động theo thông số chỉnh định trước mà không cần liên lạc với hệ thống cấp trên Ngoài chức năng điều khiển, các phần tử thuộc cấp này còn có chức năngthu thập số liệu, thông số của các thiết bị để gửi lên các Substation server Trong các hệ thống hiện đại, các phần tử này được gọi chung là IED (Intelligent Electronic Devices), có các nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau, nhưng có cùng chuẩn giao tiếp, cho phép IED này có thể nói chuyện được với các IED khác trong cùng trạm (peer to peer) và trao đổi với substation server Về nguyên tắc, sự hỏng hóc hay bảo trì tại một IED sẽ không làm ảnh hưởng đến các IEDkhác trong hệ thống

- Cấp thứ hai của hệ thống SCADA là các Substation Server, với chức năng chủ yếu là thu thập số liệu từ các IED do nó quản lý, lưu lại trong cơ sở dữ liệu, phục vụ các nhu cầu đọc dữ liệu tại chỗ qua các HMI(Human Machine Interface)

- Cấp thứ ba là Trung tâm điều khiển của toàn hệ thống, nơi thực hiện việc thu thập số liệu từ các Substation Server, thực hiện các chức năng tính toán đánh giá trạng thái của hệ thống, dự báo nhu cầu phụ tải, và thực hiện các chức năng điều khiển quan trọng, như việc phân phối lại công suất phát giữa các nhà máy, lên kế hoạch vận hành của toàn hệ thống

Do quy mô rộng lớn của hệ thống truyền tải điện năng, các trạm điều khiển trung tâm còn có thể được chia thành các cấp - điều khiển trung tâm (Central control Center hay Central

Dispatching Center), và các trạm điều khiển vùng(Area Control Center) Trên đây là sơ bộ về phân cấp của hệ thống SCADA cho HTĐ Sang bài sau tôi sẽ nói rõ hơn về các chức năng của SCADA/EMS

SCADA/EMS

EMS (Energy Management System) là tập hợp các công cụ cho phép người vận hành hệ thống phân tích đánh giá, đưa ra quyết định điều khiển hệ thống EMS được sử dụng tại các trung tâm điều độ (CCC hoặc ACC tronng bài trước) Vì EMS luôn yêu cầu có một hệ thống

số liệu thu thập từ hệ thống, và bản thân nó tham gia như một bộ phận trong SCADA, nên người ta sử dụng thuật ngữ SCADA/EMS Tại ACC và CCC, với sự trợ giúp của hệ thống máy tính mạnh, và các phần mềm chuyên dụng, người vận hành thực hiện các chức năng SCADA/EMS, có thể kể ra một số chức năng quan trọng như sau:

- Đánh giá trạng thái hệ thống(SE - Online State Estimation)

- Tính toán trào lưu công suất (LF - Load Flow)

- Tính toán tối ưu trào lưu công suất(OPF - Optimal Load Flow)

- Dự báo phụ tải (LF-Load forecast)

- Đánh giá mức độ an toàn của hệ thống(DSA-Dynamic Security Assesment)

- Xây dựng các chiến lược phục hồi hệ thống khi có sự cố

ở cấp thấp nhất của hệ thống SCADA/EMS là các IED, có chức năng theo dõi và điều khiển một thiết bị cụ thể Các IED của một trạm được nối với một thiết bị đầu cuối RTU(Remote Terminal Unit) RTU thu thập toàn bộ các tín hiệu từ các IED trong trạm và gửi về điều độ trung tâm Như minh hoạ trên hình vẽ, liên lạc giữa RTU và ACC(CCC) có thể sử dụng nhiều phương tiện: Đường điện thoại, cáp truyền tín riêng của ngành điện, sóng vô tuyến, đường dây cáp quang, hoặc sử dụng chính đường dây điện làm đường truyền tin(PLC - Power Line Carrier)

Thông tin trong hệ thống được đưa đến ACC(CCC), và được chia sẻ chung trong mạng LAN của trung tâm điều độ Các máy chủ được nối vào mạng LAN và thực hiện các chức năng khác nhau: EMS, ghi số liệu, theo dõi hệ thống, huấn luyện người vận hành (dispatcher tranning)(trên số liệu thực tế) Chức năng trainning này rất thú vị vì nó kết hợp giữa hệ thống

số liệu thu thập được và một phần mềm mô phỏng toàn bộ hệ thống điện Khi ấy người được huấn luyện có thể theo dõi trực tiếp trạng thái của hệ thống, và đưa ra các quyết định Phản ứng của hệ thống sẽ được tính toán nhờ chương trình mô phỏng Sơ đồ trên cho ta một hình dung tổng quan về cấu trúc hệ thống thông tin cho SCADA trong hệ thống điện Tuy nhiên để cho hệ thống này hoạt động một cách hiệu quả là một vấn đề rất phức tạp Tại các trung tâm ACC và CCC, thường xuyên có hàng chục, hàng trăm ngàn tín hiệu phải được cập nhật thường xuyên Việc đảm bảo tính chính xác của số liệu thu thập, tốc độ điều khiển trong thời gian thực(hoặc gần với thời gian thực) đòi hỏi không những một hệ thống máy tính đủ mạnh,

mà còn có một phương thức trao đổi thông tin hợp lý Thông tin cần được trao đổi một cách nhanh chóng, tin cậy, và đôi khi là cả bảo mật

Tư vấn thiết kế, cung cấp, lắp đặt và chuyển giao: Hệ thống điều khiển bảo vệ nhà máy

Giao diện điều khiển tổng thể nhà máy