Hệ thống Scada điện lực pdf

Trong đó, ta phải bảo đảm tính liên động về điện, nghĩa là các nhánh tải chỉ có thể vận hành khi đường mạch chính đã được cấp điện HÌNH 2.6 : 2.3 PHÂN TÍCH TÓM TẮT GIẢI THUẬT :... Các RU

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH SCADA

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

-Xây dựng hệ giám sát và điều khiển cho mạng lưới điện hạ thế, thể hiện được các chức năng cơ bản: thu thập dữ liệu,

hiển thị, điều khiển, quản lí.

-Thực hiện một mô hình thu nhỏ của hệ giám sát và điều khiển lưới cấp điện hạ thế với các chức năng cơ bản

-Tuy có tham khảo những giải pháp khác nhau, trên các hệ

thống SCADA của điện lực cũng như công nghiệp, tuy nhiên trong điều kiện thực tế khi thực hiện , đề tài đã giới hạn trong việc thực hiện ở phạm vi một lưới điện phân phối hạ thế tối

thiểu

-Tuy vậy, mô hình thực hiện vẫn có thể đại diện cho một giải pháp khả thi với qui mô lưới điện lớn hơn và mức độ phức tạp cao hơn, và chứng tỏ khả năng có thể được phát triển và hòan thiện để đạt đến các chức năng cao cấp như các hệ SCADA chuyên nghiệp

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

1 Giám sát , đo và hiển thị các thông số dòng I, áp U , công suất S-P-Q , của lưới hạ thế

2 Theo dõi &ø phát hiện kịp thời các tình huống sự cố xãy ra trên lưới hạ thế bao gồm:

Các dạng sự cố ngắn mạch 1 pha , 2 pha , 3 pha cả trên nhánh chính cũng như trên từng nhánh tải đầu cuối.

Các dạng sự cố mất áp pha (1 pha, 2 pha hay cả 3 pha ) trên nhánh chính cũng như trên từng nhánh tải đầu cuối.

Các dạng sự cố thấp áp và quá áp do biến động nguồn trên lưới hạ thế ( do tải động cơ khởi động trực tiếp , do lưới điện nguồn không ổn định , ).

Các dạng sự cố dòng rò xuất hiện trên đường dây hay dòng rò từ pha nối võ thiết bị (phối hợp với ELCB

bảo vệ so lệch).

3 Kịp thời phát tín hiệu điều khiển CONTACTOR ngắt mạch trong các tình huống cần ngắt mạch

(VD sự cố ngắn mạch hay sự cố quá tải kéo dài ) nhưng CB bảo vệ cho nhánh tải vì lý do nào đó

không ngắt mạch kịp.

4 Lưu trữ các mốc thời điểm bị sự cố, khoảng thời gian nhánh tải phải ngắt mạch do sự cố ,

nguyên nhân phát sinh sự cố (quá áp , thấp áp , ngắn mạch , mất pha hay quá tải kéo dài ) cũng như

số lần bị sự cố trên nhánh chính cũng như trên từng nhánh tải đầu cuối.

Nếu tăng cường thêm được số ngõ INPUT / OUTPUT , có thể mở rộng khả năng theo dõi và tự động bù hệ số công suất cos ϕ cho nhánh chính cũng như cho từng nhánh tải đầu cuối.

5 Hiển thị dạng đồ thị (TREND DIAGRAM) giá trị dòng I, áp U , công suất S-P-Q theo thời gian thực trên nhánh chính cũng như trên từng nhánh tải đầu cuối.

Có thể cho phép hổ trợ hiển thị tại chổ (thông qua Đèn 7 Đoạn LCD hay Đèn Ma Trận Quang Báo) các thông số I, U, cũng như tình trạng vận hành hiện tại của lưới hạ thế.

MicroSCADA ĐIỂN HÌNH

MicroSCADA ĐIỂN HÌNH

MicroSCADA ĐIỂN HÌNH

SCADA ĐIỂN HÌNH

ĐẶC TÍNH MẠNG SCADA GIÁM SÁT LƯỚI

HẠ THẾ

GIÁM SÁT VÀ THU THẬP XỬ LÝ DỮ LIỆU.

BẢO ĐẢM TÍNH LIÊN TỤC CỦA LƯỚI HẠ THẾ.

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG.

BẢO ĐẢM AN TOÀN LƯỚI HẠ THẾ.

MỤC TIÊU LẮP ĐẶT CỦA LƯỚI HẠ THẾ HIỆN ĐẠI

NÂNG CAO MỨC LINH HOẠT KHI SỬ DỤNG

ĐIỆN NĂNG.

GIẢM GIÁ THÀNH SỬ DỤNG ĐIỆN.

TIẾT KIỆM CHI PHÍ LẮP ĐẶT, BẢO TRÌ VÀ NÂNG CẤP.

BẢO ĐẢM AN TOÀN CHO NGƯỜI VẬN HÀNH.

CẢI THIỆN TIỆN NGHI KHI VẬN HÀNH LƯỚI HẠ THẾ.

CÁC ĐIỀU CẦN BIẾT ĐỐI VỚI NGƯỜI VẬN HÀNH

LƯỚI HẠ THẾ

CÀI ĐẶT ĐẦY ĐỦ CÁC CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN KHI LẮP ĐẶT

NẮM VỮNG CÁC TRẠNG THÁI VẬN HÀNH (BAO GỒM CÁC KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA CỦA KHÍ CỤ,

THIẾT BỊ).

KẾT NỐI TỐT MỌI PHẦN TỬ TRONG MẠNG HẠ THẾ, BẢO ĐẢM ĐÁP ỨNG NHANH KHI CÓ SỰ CỐ.

KHAI THÁC VÀ XỬ LÝ TỐT DỮ LIỆU THU THẬP.

ĐO VÀ HIỂN THỊ MỌI THÔNG SỐ CỦA LƯỚI PHÂN

PHỐI.

MẠNG SCADA GIÁM SÁT LƯỚI

HA ÏTHẾ BAO GỒM 4 CHỨC NĂNG :

ĐO LƯỜNG

HIỂN THỊ

ĐIỀU KHIỂN

QUẢN LÝ

THỂ HIỆN ĐẦY ĐỦ MỌI THÔNG SỐ LƯỚI CŨNG NHƯ KỊP THỜI CẢNH BÁO SỰ CỐ, NẾU CÓ.

TỪ XA MỌI THÀNH PHẦN CỦA LƯỚI HẠ THẾ.

BẢO ĐẢM GIẢM CHI PHÍ VẬN HÀNH, TĂNG

TÁC BẢO TRÌ.

Chương 02

XÂY DỰNG LƯU ĐỒ

VÀ GIẢI THUẬT

SCADA GIÁM SÁT LƯỚI HẠ-

THẾ

SƠ ĐỒ BỐ TRÍ MÔ HÌNH LƯỚI 3 PHA HẠ THẾ

XÂY DỰNG LƯU ĐỒ (FLOWCHART) VẬN HÀNH VÀ

GIÁM SÁT LƯỚI HẠ THẾ :

Lưu đồ chính vận hành giám sát lưới điện hạ thế

Lưu đồ vận hành & giám sát NHÁNH TẢI CD

Lưu đồ vận hành & giám sát NHÁNH TẢI EF

Lưu đồ vận hành & giám sát NHÁNH TẢI GH

Chương trình con phát hiện &

khắc phục sự cố

Chương trình con phát hiện

và phân loại

các sự cố về dòng :

Chương trình con theo dõi và bù công suất phản kháng:

GIẢI THÍCH THUẬT TOÁN

Khi có yêu cầu vận hành, PLC kiểm tra trạng thái điện áp lưới để cấp điện cho

nhánh chính AB

Khi có sự cố hoặc có yêu cầu bảo trì sửa chửa trên nhánh AB , thì CB chính và

Contactor chính sẽ mở ; cách ly nhánh chính AB ra khỏi lưới

Trong điều kiện lưới và tải vận hành bình thường , các contactor tải sẽ được điều khiển đóng (hoặc tại chổ , hoặc từ màn hình giám sát SCADA) để cấp điện cho các nhánh tải CD , EF & GH

PLC sẽ thu thập và xử lý các tín hiệu dòng I & áp U trên nhánh chính và các nhánh tải để lưu định kì vào cơ sở dữ liệu lưới , đồng thời thường trực hiển thị các thông số lưới như I , U , S , P , cosϕ

Khi có sự cố sẽ ghi nhận thời điểm , khoảng thời gian cũng như vị trí nhánh tải nào xãy ra sự cố PLC cũng sẽ tự động phân loại kiểu sự cố (ngắn mạch, dòng rò hay quá tải ) để lưu vào cơ sở dữ liệu , đồng thời cách ly nhánh tải sự cố và chuyển hệ thống sang chế độ khắc phục sự cố điều khiển bởi người điều hành lưới

Khi đã nhận được tín hiệu báo đã giải trừ sự cố , PLC sẽ chuyển nhánh tải đã khắc phục xong sự cố về trạng thái dừng bình thường để chuẩn bị đưa vào vận hành trở lại Nếu sự cố xãy ra trên nhánh chính , PLC sẽ cách ly toàn bộ lưới gồm nhánh chính và các nhánh tải Nếu sự cố xãy ra trên nhánh tải thì chỉ nhánh tải đó được cách ly để chờ sửa chửa , nhánh chính và các nhánh tải khác vẫn vận hành bình thường Trong khi lưới đang vận hành , PLC sẽ định kì kiểm tra cosϕ để tiến hành bù tự động khi cần thiết.

LƯU ĐỒ VẬN HÀNH VÀ GIÁM SÁT LƯỚI HẠ THẾ

Đối với ngắn mạch 3 pha đối xứng và ngắn mạch 2 pha không đối xứng , ta dựa vào 3 rơle quá dòng để phát hiện.

Đối với ngắn mạch 2 pha chạm đất , do có xuất hiện dòng thứ tự không , nên ta sử dụng 3 rơle quá dòng phối hợp với RCD để phát hiện

Đối với sự cố ngắn mạch 1 pha cũng như với sự cố dòng rò hoặc hở pha , ta dựa vào tín hiệu nhận từ Rơle quá dòng và RCD để phát hiện , cụ thể là :

 Với sự cố ngắn mạch 1 pha , sẽ nhận được cả tín hiệu từ rơle

quá dòng phối hợp với tín hiệu từ RCD.

 Với sự cố dòng rò sẽ chỉ nhận được tín hiệu từ RCD.

 Với sự cố hở pha chỉ nhận được tín hiệu từ RCD , trong khi mất tín hiệu báo về từ dòng dây đến tải.

Riêng với tải MOTOR có thể thêm Rơle nhiệt để bảo vệ quá tải cho cho Động Cơ Khi MOTOR vận hành quá tải kéo dài, rơle nhiệt sẽ tác động cắt Contactor 2

GIẢI THÍCH LƯU ĐỒ XÁC ĐỊNH CÁC LOẠI SỰ CỐ DÒNG

Trình phần mềm dùng vận hành mô hình thực nghiệm SCADA lưới hạ thế được viết bằng ngôn ngữ LADDER có cấu trúc môđun gồm:

 1 chương trình chính (MAST TASK) chứa 2 section là SCADA và

SCADAPOST cùng vớiø 12 chương trình con (subroutines)

 Mỗi chương trình con thực hiện 1 chức năng chuyên biệt & hoạt động độc lập nhau Nhờ được cấu trúc mở theo dạng môđun , chương trình sẽ dễ dàng được hiệu chỉnh hay bổ sung để phù hợp với cấu trúc có thể biến động của lưới hạ thế

• Tiện ích APPLICATION BROWSER của phần mềm PL7-PRO cho phép ta truy cập dễ dàng chương trình chính cũng như các chương trình

con (HÌNH 3.5)

• SECTION SCADA của chương trình chính dùng truy xuất thông tin

giữa PLC (thông qua các biến nội %M) với các biến đầu vào %I

và đầu ra %Q.

• Các RUNGs từ %L0 đến %L3 dùng điều khiển vận hành hay dừng đường mạch chính AB và các nhánh tải CD, EF , GH Trong đó, ta phải bảo đảm tính liên động về điện, nghĩa là các nhánh tải chỉ có thể vận hành khi đường mạch chính đã được cấp điện (HÌNH 2.6) :

2.3 PHÂN TÍCH TÓM TẮT GIẢI THUẬT :

2.1 LỰA CHỌN CẤU HÌNH PHẦN CỨNG:

Cấu hình phần cứng ở dạng hình hoạ cho ta chọn để mô phỏng các thiết bị phần cứng thật sự được sử dụng trong cấu hình PLC bao gồm: bộ xử lý

Processor, các modul I/O, các modul chuyên dùng như modul CTY

xxx( Counter) , AEYxxx (Analog Input ) , CFYxxx ( Stepper Motor ),

Simulation ( Simulation ) v v Các mục dưới đây đi kèm với hình

minh họa.

Chọn bộ xử lý Processor: TSX Premium 57352 V3.0 Non memory card

Modul nguồn bắt buộc là PSY 2600 (HÌNH 2.1).

Chọn Rack cắm: click phải chuột vào vị trí chỉ định thứ tự của Rack, vào dòng “Replay Rack” chọn loại TSY RKY8 Non-Extendable 8 Position Rack Click đúp chuột vào khung Modul, màn hình hiện ra bảng Add Module,

chọn từng loại Module theo những vị trí thích hợp tương ứng với cấu hình thực tế, sau đó kết thúc bằng cách chọn mục “Confirm” cho cấu hình

(HÌNH 2.2).

HÌNH 2.1 : CHỌN MODUL PROCESSOR TSX

PREMIUM CHO PLC

HÌNH 2.2 : KHAI BÁO CÁC MODUL THAM GIA TRONG CẤU HÌNH CỦA PLC TSX PREMIUM

HÌNH 2.3 : CỬA SỔ KHAI BÁO CẤU HÌNH CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CHUYÊN DÙNG CỦA PLC TSX PREMIUM

Ngoài ra việc xác định, hiệu chỉnh lại các khối chức năng phần

mềm chuyên dùng (TIMER, SERIES 7 TIMER, MONOSTABLES,

COUNTER, REGISTERS, DRUMS) cho phù hợp với từng mục đích

sử dụng sẽ hỗ trợ rất nhiều cho ứng dụng lập trình sau này: (HÌNH

2.3)

HÌNH 2.5 : TRÌNH DUYỆT APPLICATION BROWSER

CHO PHÉP TRUY CẬP DỄ DÀNG CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH (MAST TASK) & CÁC CHƯƠNG TRÌNH CON

HÌNH 2.6 : GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN

VẬN HÀNH / DỪNG MẠCH CHÍNH & CÁC MẠCH NHÁNH

HÌNH 2.7: GIẢI THUẬT NHẬP TRẠNG THÁI

DÒNG – ÁP CỦA MẠCH VÀO PLC

HÌNH 2.8 : XUẤT TRẠNG THÁI VẬN HÀNH HIỆN THỜI

CỦA MẠCH RA CÁC TẢI ĐÈN BÁO HIỆU ĐẦU RA

Các RUNGs từ %L5 đến %L6 dùng nhập trạng thái dòng áp của các phân đoạn vào các biến nội , sau khi đã nhận tín hiệu khẳng định

các phân đoạn vận hành an toàn (nếu có sự cố thì đã được khắc phục xong) : (HÌNH 2.7)

Các RUNGs từ %L7 đến %L10 dùng xuất trạng thái hiện hành của các phân đoạn , từ các biến nội ra các biến ngõ ra để tác động các

phần tử thừa hành đầu cuối dùng để báo hiệu (bao gồm các trạng thái vận hành an toàn, trạng thái dừng, trạng thái sự cố , trạng thái vận hành của từng pha, ) (HÌNH 2.8)

Các RUNGs từ %L0 đến %L5 dùng khởi động lưới với sự tham gia khi mất điện lưới của máy phát dự phòng Chương trình có chú ý đến thời gian WARM-UP & COOL-DOWN của máy phát : (HÌNH 2.9).

Các RUNG %L6 dùng GỌI các chương trình con %SR0 & %SR1 để kiểm tra sự cố của các phân đoạn : (HÌNH 2.10)

Các RUNGs từ %L7 đến %L9 dùng xác định loại sự cố, thời điểm sự cố, đếm thời gian sự cố cũng như xác định pha bị sự cố , trong trường hợp phân đoạn chính AB bị sự cố : (HÌNH 2.11)

HÌNH 2.9: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN CẤP NGUỒN CHO MẠCH HẠ THẾÁ

HÌNH 2.10: GIẢI THUẬT GỌI CHƯƠNG TRÌNH CON TIẾN HÀNH THU THẬP THÔNG SỐ SỰ CỐ CÁC NHÁNH MẠCH

HÌNH 2.11: GIẢI THUẬT XÁC ĐỊNH THỜI ĐIỂM & KHOẢNG THỜI GIAN BỊ SỰ CỐCỦA MẠCH CHÍNH (NẾU ĐANG GẶP SỰ CỐ)

Các RUNGs từ %L10 đến %L12 được viết cho phân đoạn CD ; RUNGs từ %L13 đến %L15 viết cho phân đoạn EF ; RUNGs từ %L16 đến %L18

viết cho phân đoạn GH dùng xác định loại sự cố, thời điểm sự cố, đếm thời gian sự cố , số lần bị sự cố cũng như xác định pha bị sự cố,

trong trường hợp có 1 trong các phân đoạn trên bị sự cố : (HÌNH 2.12).

Các RUNGs từ %L26 đến %L29 dùng xác định các thông số dòng I, áp pha và áp dây U, công suất biểu kiến S, công suất tác dụng P & hệ số công suất cosϕ của từng phân đoạn : (HÌNH 2.13).

Chương trình con %SR0 tác động RESET bảo đảm trạng thái vận

hành ban đầu an toàn (sau khi dừng hoặc sau khi khắc phục sự cố)

cho nhánh chính cũng như cho từng phân đoạn : (HÌNH 2.14).

Chương trình con %SR1 có nhiệm vụ phân loại kiểu sự cố khi có sự cố xãy ra (quá tải hay ngắn mạch, 1 pha-2 pha hay 3 pha, ) và lưu

kết quả vào biến nội tương ứng: (HÌNH 2.15).

Chương trình con %SR2 dùng cập nhật trạng thái các bit sự cố của

phân đoạn AB (từ %M3 - %M9) vào các bit nội của chương trình con

(từ %M91 - %M98). (HÌNH 2.16)

HÌNH 2.12: GIẢI THUẬT XÁC ĐỊNH THỜI ĐIỂM & KHOẢNG THỜI GIAN BỊ SỰ CỐCỦA NHÁNH MẠCH TẢI (NẾU ĐANG GẶP SỰ CỐ)

HÌNH 2.13: GIẢI THUẬT XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ I, U, S, P, COS ϕ

CỦA LƯỚI HẠ THẾ

HÌNH 2.14: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN RESET TOÀN BỘ HỆ THỐNG MẠCH

HÌNH 2.15: GIẢI THUẬT PHÁT HIỆN & PHÂN LOẠI DẠNG SỰ CỐ

HÌNH 2.16: GIẢI THUẬT RESET ĐỂ CẬP NHẬT TRẠNG THÁI SỰ CỐ

Chương trình con %SR3 dùng chuyển trạng thái các biến của

chương trình con kiểm tra sự cố nạp vào các biến nội của chương trình chính (HÌNH 2.17)

Chương trình con %SR4 dùng kiểm tra sự cố phân đoạn CD , bằng cách khai thác chương trình con %SR1 để phân loại sự cố nếu có : (HÌNH 2.18).

Chương trình con %SR5 dùng chuyển giá trị trạng thái các biến sự cố của chương trình con %SR1 về các biến nội sự cố dành cho phân đoạn CD ở chương trình chính : (HÌNH 2.19)

Chương trình con %SR6 dùng kiểm tra sự cố phân đoạn EF , bằng cách khai thác chương trình con %SR1 để phân loại sự cố nếu có : (HÌNH 2.20)

Chương trình con %SR7 dùng chuyển giá trị trạng thái các biến sự cố của chương trình con %SR1 về các biến nội sự cố dành cho phân

đoạn EF ở chương trình chính ( từ %M60 đến %M69) : (HÌNH 2.21)

Chương trình con %SR8 dùng kiểm tra sự cố phân đoạn GH , bằng cách khai thác chương trình con %SR1 để phân loại sự cố nếu có : (HÌNH 2.22)

HÌNH 2.17: GIẢI THUẬT TRẢ KẾT QUẢ KIỂM TRA TỪ SR1 VỀ BIẾN NỘI (nhánh

AB)

HÌNH 2.18: GIẢI THUẬT KIỂM TRA TRẠNG THÁI NHÁNH TẢI CD NHỜ GỌI SR1

HÌNH 2.19: GIẢI THUẬT TRẢ KẾT QUẢ KIỂM TRA TỪ SR1 VỀ BIẾN NỘI (nhánh CD)

HÌNH 2.20: GIẢI THUẬT KIỂM TRA TRẠNG THÁI NHÁNH TẢI EF NHỜ GỌI SR1

HÌNH 2.21: GIẢI THUẬT TRẢ KẾT QUẢ KIỂM TRA TỪ SR1 VỀ BIẾN NỘI (nhánh

EF)

HÌNH 2.22: GIẢI THUẬT KIỂM TRA TRẠNG THÁI NHÁNH TẢI GH NHỜ GỌI SR1

Chương trình con %SR8 dùng kiểm tra sự cố phân đoạn GH , bằng

cách khai thác chương trình con %SR1 để phân loại sự cố nếu có :

(HÌNH 2.22).

Chương trình con %SR9 dùng chuyển giá trị trạng thái các biến sự cố của chương trình con %SR1 về các biến nội sự cố dành cho phân

đoạn GH ở chương trình chính (từ %M80 đến %M88) : (HÌNH 2.23)

Chương trình con %SR11 dùng tự động ghi nhận , xuất ra giao diện hiển thị và lưu vào biến nội thời điểm bắt đầu vận hành, thời gian

đang vận hành, thời điểm sự cố nếu có , của phân đoạn chính AB

cũng như của từng nhánh tải : (HÌNH 2.24)

Chương trình con %SR12 dùng tự động cập nhật dữ liệu sự cố , lưu thông số sự cố mới vào vùng lưu trữ (ARCHIVES) của PLC mỗi khi có sự cố xuất hiện ở phân đoạn chính hay ở trên từng nhánh tải : (HÌNH 2.25)

•Việc dẫn giải này giúp cho ta hiểu thêm chi tiết về nhiệm vụ của chương trình, ý nghĩa của các đoạn lệnh Ladder và dễ kiểm soát chương trình từ đó có thể bổ xung thêm cho chương trình hay khắc phục những lỗi phát sinh (những giải thích hàm

chứa chức năng minh họa các dạng lệnh của chương trình)

HÌNH 2.23: GIẢI THUẬT CẬP NHẬT TRẠNG THÁI SỰ CỐ VÀO BIẾN NỘI (nhánh

GH)

HÌNH 2.24: GIẢI THUẬT TỰ ĐỘNG CẬP NHẬT DỮ LIỆU HIỆN HÀNH CỦA LƯỚI

HÌNH 2.25: GIẢI THUẬT TỰ ĐỘNG CẬP NHẬT DỮ LỊỆU SỰ CỐ

2.3.2.1 Giải thuật 1:

GIẢI THÍCH : lệnh trong đoạn Ladder đầu tiên của chương trình có nhiệm vụ gọi

hai chương trình con (SR0, SR4) nhằm Start/Reset một cách thích hợp các

biến của chương trình, được thao tác điều khiển bởi biến nội (%Mx) hay tác động từ ngoài (%Ix.i), giúp cho chương trình bắt đầu chạy hay chạy lại từ bước khởi đầu Khi điều kiện gọi chương trình con được thỏa, chương trình con thực hiện thao tác “Set” hay “Reset” các biến mong muốn ví dụ như hình sau: