Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ MAI VĂN LÊ HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM ĐIỆN CHUẨN IEC 61850 S K C 0 9 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ MAI VĂN LÊ HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM ĐIỆN CHUẨN IEC 61850 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGÔ CAO CƯỜNG Tp Hồ Chí Minh, 2012 50 LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LỊCH KHOA HỌC LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: MAI VĂN LÊ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1977 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Ấp Giồng Trôm – Xã Nhuận Phú Tân – Huyện Mỏ Cày Bắc – Tỉnh Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 10/23/3 – Đặng Văn Bi – F Trường Thọ - Q Thủ Đức – TP HCM Điện thoại quan: 08 37313513 Điện thoại nhà riêng: 0937.743388 Fax: E-mail: maivle77@yahoo.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Đại Học Chính Quy Thời gian đào tạo từ 9/1998 đến 2/2003 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Ngành học: Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện Môn thi tốt nghiệp: Chuyên đề cung cấp điện Giao tiếp với máy tính Quản lý dự án III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2/2003 – Nơi công tác Công Ty TNHH TM Nguyên Hà HVTH: MAI VĂN LÊ -i- Công việc đảm nhiệm Kỹ Thuật Viên GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LỊCH KHOA HỌC 5/2004 5/2004 – 11/2005 11/2005 – 10/2012 Kỹ Thuật Viên Công Ty PepSiCo - VN Trường Cao Đẳng Công Thương TP HCM HVTH: MAI VĂN LÊ -i- Giảng Viên GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Ngô Cao Cường trực tiếp hƣớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô khoa Điện – Điện Tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM truyền đạt kiến thức, định hƣớng nghiên cứu suốt trình học tập trƣờng Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi anh kỹ sư nhƣ anh công nhân vận hành trạm Đặc biệt anh Trưởng trạm biến áp 200/110/22kV Thuận An Tôi xin gởi lời cảm ơn chân tình đến bạn bè, đồng nghiệp, người thân gia đình động viên hỗ trợ sống, học tập nghiên cứu Xin trân trọng cảm ơn! Mai Văn Lê HVTH: MAI VĂN LÊ - iii- GVHD: TS NGÔ CAO CƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 10 năm 2012 (Ký tên ghi rõ họ tên) Mai Văn Lê HVTH: MAI VĂN LÊ - ii - GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT ABSTRACT Nowadays, the most power systems are operated at the maximum efficient The power flow has to be guaranteed by using the data system of the components of the power system management system The main objective is to secure the supply and quality of power that is satisfied when the data is supplied for the protection system The standard IEC 61850 for communication in substations is the main role for a lot of solutions for the power system since it standardizes not only the communication but also provides object oriented data model suitable to the power system The all requirements for the power system are performed by standard IEC 61850 HVTH: MAI VĂN LÊ -v- GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT TÓM TẮT Ngày hầu hết hệ thống điện hoạt động công suất tối đa Việc phân bố công suất đảm bảo cách sử dụng liệu thành phần hệ thống quản lý lượng Mục tiêu đảm bảo nguồn cung cấp chất lượng điện năng, điều thỏa mãn liệu thông tin cung cấp đầy đủ cho hệ thống bảo vệ Chuẩn IEC 61850 truyền thông trạm điện giữ vai trò nhiều giải pháp hệ thống điện không chuẩn hóa truyền thông mà cung cấp mô hình liệu hướng đối tượng thích hợp cho toàn hệ thống điện Tất yêu cầu hệ thống điện đáp ứng chuẩn IEC 61850 HVTH: MAI VĂN LÊ -v- GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC MỤC LỤC Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục iv Tóm tắt v Danh sách hình vi Danh sách bảng vii Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài……………………………………………………………1 1.2 Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………2 1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể, đối tượng nghiên cứu………………………2 1.4 Phạm vi nghiên cứu……………………………………………………………2 1.5 Nội dung luận văn…………………………………………………………… 1.6 Ý nghĩa đề tài………………………………………………………………… Chương 2: TỔNG QUAN TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP ……………………4 2.1 Giới thiệu hệ thống tự động trạm biến áp………………………… 2.2 Cấu trúc hệ thống tự động hóa trạm biến áp……………………… 2.3 Quá trình phát triển hệ thống điều khiển tích hợp……………………… 2.4 Tổng quan hệ thống điều khiển tích hợp………………………………… 2.5 Các thiết bị điện tử thông minh IEDs……………………………………… 10 2.6 Giới thiệu LN………………………………………………………………12 2.7 Giao thức trạm biến áp (Protocol)…………………………………… 15 2.8 Sự phát triển dự án truyền thông…………………………………… 21 2.9 Kiến thức truyền thông…………………………………………… 25 Chương 3: CÁC MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG THEO TIÊU CHUẨN TRUYỀN THÔNG IEC 61850………………………………………………………………… 28 3.1 Giới thiệu tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850…………………………… 28 3.2 Cấu trúc tạm biến áp tự động hóa theo tiêu chuẩn IEC 61850……………… 31 3.3 Mô hình theo hướng tiếp cận………………………………………………… 40 3.4 Quan sát theo hướng ứng dụng……………………………………………… 49 3.5 Quan sát theo hướng thiết bị………………………………………………… 51 3.6 Quan sát theo hướng trao đổi thông tin……………………………………… 53 3.7 Điểm liên kết trao đổi thông tin thiết bị vật lý mô hình ứng dụng… 56 3.8 Mối quan hệ IEC 61850 – 7-2, 7-3, 7-4………………………………… 57 HVTH: MAI VĂN LÊ - iv - GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC 3.9 Lập bảng đồ ACSI vào hệ thống trao đổi thông tin thực…………………… 60 3.10 Mô hình lớp liệu………………………………………………………… 64 3.11 Thiết lập tên………………………………………………………………… 67 Chương 4: NHỮNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850………………………………………………………………………………… 68 4.1 Mô hình hóa thực lớp Logical Nodes………………………………… 68 4.2 Thực mô hình liệu (Data) đặc tính liệu (Data Attributes)…… 77 4.3 Mô hình hóa thực DataSet………………………………………… 84 4.4 Mô hình hóa thực Logical Devices……………………………… 88 4.5 Mô hình hóa thực máy chủ (Server)…………………………… 91 4.6 Mô hình cố trạm tổng thể (GSE-Generic substation event class model)… 93 4.7 Truyền liệu Sampled Value (SV)………………………………………… 99 4.8 Mô hình thực khối Setting Group Control Block………………… 103 4.9 Báo cáo ghi nhật ký:…………………………………………………… 108 Chương 5: PHÂN TÍCH CẤU HÌNH NGÔN NGỮ VÀ MÔ TẢ CẤU TRÚC TRẠM THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850……………………………………… 111 5.1 Giới thiệu ngôn ngữ SCL (Substation Configuration Language)………… 111 5.2 Phân tích bước thiết kế trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850……… 115 5.3 Mở rộng ứng dụng tiêu chuẩn IEC 61850-GOOSE: ……………………122 5.4 Áp dụng giao thức theo IEC 61850 cho trạm cũ…………………… 123 5.5 Các yêu cầu cho hệ thống dự phòng:……………………………………… 126 Chương 6: HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22kV THUẬN AN…………………………………………………… 127 6.1 Giới thiện trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An……………………… 127 6.2 Sơ đồ đường dây đơn tuyến trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An……… 128 6.3 Điều khiển xa trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An……………………….129 6.4 Tủ thiết bị điều khiển ngăn lộ trạm………………………………130 6.5 Đánh giá ưu điểm trạm tích hợp 220/110/22kV Thuận An…………… 131 Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI………………… 133 7.1 Kết luận………………………………………………………………………133 7.2 Hướng phát triển đề tài…………………………………………………… 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO HVTH: MAI VĂN LÊ - iv - GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC HÌNH DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Các thành phần trạm biến áp tự động hóa Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống điều khiển kiểu truyền thống Hình 2.3: Cấu hình truyền thông hệ thống trạm tích hợp với giao thức IEC 61850 Hình 2.4: Mô hình giao diện chức hệ thống tích hợp 10 Hình 2.5: Mô tả chức thiết bị điện từ thông minh hãng ABB 11 Hình 2.6: Mô tả chức LN IED .12 Hình 2.7: Thông điệp truyền thông mô hình OSI lớp theo IEC 61850 .16 Hình 2.8: Cấu trúc sử dụng mạng Enternet trạm……………………………17 Hình 2.9: Mô hình OSI giao thức TCP/IP…………………………………… 18 Hình 2.10: Mô hình truyền thông Modbus……………………………………… 20 Hình 2.11: Mô hình giao thức IEC 870-5-101…………………………………….21 Hình 2.12: Mô hình hợp UCA IEC ………………………………….22 Hình 2.13: Minh họa tiêu chuẩn UCA …………………………………………….23 Hình 2.14: Đặc điểm mô hình dự án IEC 61850 ………………………………….25 Hình 2.15: Mô hình truyền thông tin Client/Server ……………………………….26 Hình 2.16: Mô hình truyền thông Publish/Subscribe …………………………… 27 Hình 3.1: Mô hình cấu trúc trạm biến áp tự động ……………………………… 31 Hình 3.2: Mô tả loại thông tin LN ………………………………………….34 Hình 3.3: Nguyên tắc hợp thành khối thiết bị (IED) …………………………34 Hình 3.4: Mô tả thông tin vị trí dạng cấu trúc hình thông tin ……………… 35 Hình 3.5: Mô hình trích ngắn đoạn dịch vụ …………………………… 37 Hình 3.6: Ví dụ đồ truyền thông IEC 61850 ……………………… 38 Hình 3.7: Mô hình chung tiêu chuẩn IEC 61850 …………………………… 39 Hình 3.8: Khái niệm trình chia nhỏ hợp thành LN ………………40 Hình 3.9: Mô tả thông tin có cấu trúc XCBR1 ………………………41 Hình 3.10: Mô hình hợp thành IED …………………………………… 42 Hình 3.11: Nguyên tắc mô hình đầu đầu vào ……………………………….43 Hình 3.12: Mô hình đầu (bước 1) ………………………………………………44 Hình 3.13: Mô hình đầu (bước 2) ………………………………………………45 Hình 3.14: Khái niệm mô hình ngõ GSE ………………………………………45 Hình 3.15: Khái niệm thiết lập liệu ………………………………………… 46 Hình 3.16: Khái niệm mô hình ngõ vào với tín hiệu Analog …………………….47 Hình 3.17: Khái niệm mô hình báo cáo ghi nhật kí ……………………………48 Hình 3.18: Thiết lập liệu báo cáo ………………………………………… 48 Hình 3.19: Mô hình liên kết trạm ………………………………………… 49 Hình 3.20: Logical Nodes Data ……………………………………………… 50 HVTH: MAI VĂN LÊ - vi - GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 3.21: Mô hình kết nối LN …………………………………………51 Hình 3.22: Mô hình khối Logical device ………………………………………….51 Hình 3.23: Mô hình Logical device LLN0/LPHD …………………………… 52 Hình 3.24: Phương pháp trao đổi thông tin ACSI ……………………………… 53 Hình 3.25: Mô hình ảo …………………………………………………………….54 Hình 3.26: Mô hình hướng trao đổi thông tin IED ………………………… 55 Hình 3.27: Áp dụng cho mô hình GSE ……………………………………………55 Hình 3.28: Cấu trúc thành phần hướng quan sát khác …………… 56 Hình 3.29: Trao đổi ngôn ngữ lớp Data …………………………………58 Hình 3.30: Mô hình cài đặt lớp liệu ………………………………………… 60 Hình 3.31: Ánh xạ ACSI vào lớp ứng dụng ………………………………………60 Hình 3.32: Ánh xạ ACSI vào lớp trao đổi thông tin ………………………………61 Hình 3.33: Ánh xạ chi tiết cho ánh xạ có biến tên MMS …………………….62 Hình 3.34: Sử dụng MMS đặt tên biến danh sách tên biến ……………………63 Hình 3.35: Mô hình tóm tắt liệu IEC 61850-7-x ……………………… 64 Hình 3.36: Sơ đồ trình tự ………………………………………………………….66 Hình 3.37: Mô hình tên tham khảo tiêu chuẩn …………………………… 67 Hình 4.1: Cấu trúc mô hình giao thức truyền thông IEC 61850 ……………….68 Hình 4.2: Mô hình liên kết nút nút liên kết ………………………… 69 Hình 4.3: Mô hình áp dụng khái niệm logical node ………………………… 70 Hình 4.4: Mô tả chức bảo vệ nút logical …………………………71 Hình 4.5: Phân tích chức LN tương tác cấp độ khác …………72 Hình 4.6: Khối cấu trúc thiết bị logical ………………………………………… 74 Hình 4.7: Thiết bị Logical LLN0/LPHD ………………………………………74 Hình 4.8: Lớp liệu XCBR LN …………………………………………… 78 Hình 4.9: Dịch vụ hoạt động liệu …………………………………………79 Hình 4.10: Khái niệm mô hình liệu ………………………………………… 79 Hình 4.11: Sơ đồ lớp Data ……………………………………………………… 80 Hình 4.12: Sơ đồ lớp CommonData ………………………………………………80 Hình 4.13: Mô hình lớp khái niệm DAType ………………………………….81 Hình 4.14: Mạng lưới DataAttributes …………………………………………… 82 Hình 4.15: Thành phần DataSet ………………………………………………… 85 Hình 4.16: Sơ đồ lớp DataSet …………………………………………………… 85 Hình 4.17: Mô hình khối Logical device ………………………………………….88 Hình 4.18: Mô hình đối tượng LD IEC 61850 …………………………… 89 Hình 4.19: Mô hình chức LD ……………………………………………… 89 Hình 4.20: Mô hình truyền thông Client/Server ………………………………… 91 Hình 4.21: Các khối xây dựng máy chủ …………………………………… 92 Hình 4.22: Sơ đồ lớp máy chủ ……………………………………………… 92 HVTH: MAI VĂN LÊ - vi - GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 4.23: Mô hình cố dùng Goose ……………………………………………94 Hình 4.24: Mô hình GOOSE …………………………………………………… 95 Hình 4.25: Sơ đồ lớp GoCB ………………………………………………………96 Hình 4.26: Định nghĩa thông điệp GOOSE ……………………………………….98 Hình 4.27: Mô hình SV 97 ………………………………………………………100 Hình 4.29: Mô hình SGCB ………………………………………… 101 Hình 4.30: Sơ đồ lớp SGCB …………………………………………………… 104 Hình 4.31: Mô hình báo cáo ghi nhật ký …………………………………… 108 Hình 5.1: Mô hình trao đổi thông tin trình xử lý cấu trúc trạm ………112 Hình 5.2: Các đối tượng mô hình trạm ……………………………………113 Hình 5.3: Cách đặt tên cho đối tượng khác ……………………………113 Hình 5.4: Mô hình cấu hình ngôn ngữ SCL …………………………………… 114 Hình 5.5: Cấu trúc hệ thống SAS môi trường trao đổi thông tin ……… 119 Hình 5.6: kết nối trao đổi thông tin IEC 61850-GOOSE ……………………… 123 Hình 6.1: Trạm biến áp tích hợp 220/110/22kV Thuận An Hình 6.2: Sơ dồ đường dây đơn tuyến trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An Hình 6.3: Hệ thống điều khiển trạm Thuận An 220/110/22kV Hình 6.4: Màn hình hiển thị trạng thái làm việc trạm Hình 6.5: Tủ điều khiển ngăn lộ trạm HVTH: MAI VĂN LÊ - vi - GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC BẢNG DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Mô tả nhóm Logic node ……………………………………………… 13 Bảng 2.2: Mô tả số lớp Logical Nodes ……………………………… 14 Bảng 2.3: Các lớp liệu Logical Nodes …………………………………………14 Bảng 3.1: Trích dẫn thiết lập trạng thái nguyên ………………………………47 Bảng 3.2: LN cho máy cắt ……………………………………………………… 59 Bảng 3.3: Định nghĩa lớp nút Logical (LN) ………………………………………65 Bảng 3.4: Bảng tóm tắc thông số dịch vụ …………………………………………66 Bảng 4.1: Định nghĩa lớp Logical-Node (LN) ……………………………………73 Bảng 4.2: Mô tả tên LN LD ……………………………………………….75 Bảng 4.3: Thông số dịch vụ GetLogicalNodeDirectory …………………… 76 Bảng 4.4: Thông số dịch vụ GetAllDataValues ………………………………77 Bảng 4.5: Tham số dịch vụ GetDataDirectory ……………………………… 82 Bảng 4.6: Tham số dịch vụ GetDatadefinition ……………………………….83 Bảng 4.7: Tham số dịch vụ GetDataValues ………………………………… 83 Bảng 4.8: Tham số dịch vụ SetDataValues ………………………………… 84 Bảng 4.9: Tham số dịch vụ CreateDataSet ………………………………… 86 Bảng 4.10: Tham số dịch vụ DeleteDataSet ………………………………….86 Bảng 4.11: Tham số dịch vụ SetDataSetValues …………………………… 87 Bảng 4.12: Tham số dịch vụ GetDataSetValues …………………………… 87 Bảng 4.13: Tham số dịch vụ GetDatasetDirectory ………………………… 88 Bảng 4.14: Mô hình đồ lớp LD ………………………………………………… 90 Bảng 4.15: Tham số dịch vụ GetLogicalDeviceDirectory ………………… 90 Bảng 4.16: Tham số dịch vụ GetServerDirectory…………………………………93 Bảng 4.17: Tham số dịch vụ …………………………………………………96 Bảng 4.18: Tham số dịch vụ GetGoCBValues ………………………………97 HVTH: MAI VĂN LÊ - vii - GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 4.19: Tham số dịch vụ GetGoReference ………………………………97 Bảng 4.20: Tham số dịch vụ GetGOOSEElementNumber ………………… 98 Bảng 4.21: Tham số dịch vụ SetMSVCBValues ……………………………101 Bảng 4.22: Tham số dịch vụ GetMSVCBValues ………………………… 102 Bảng 4.23: Định dạng thông điệp SV ……………………………………………102 Bảng 4.24: Tham số dịch vụ SelectActiveSG ………………………………… 105 Bảng 4.25: Tham số dịch vụ SelectEditSG ………………………………….105 Bảng 4.26: Tham số dịch vụ SetSGValues ………………………………….106 Bảng 4.27: Tham số dịch vụ ConfirmEditSGValues ……………………… 106 Bảng 4.28: Tham số dịch vụ GetSGCBValues …………………………… 107 Bảng 4.29: Tham số dịch vụ GetSGValues ……………………………… 107 HVTH: MAI VĂN LÊ - vii - GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài Hầu hết trạm biến áp Việt Nam với cấp điện áp từ 110kV, 220kV đến 500kV xây dựng trước thiết kế xây dựng theo phương pháp truyền thống Trạm biến áp xây dựng theo kiểu truyền thống có nhiều ưu điểm: độ tin cậy cung cấp điện chứng minh, công nhân vận hành, sửa chữa bảo hành bảo trì trạm, sơ đồ nối dây đơn giản Tuy nhiên, với phát triển nay, độ tin cậy cung cấp điện đòi hỏi ngày cao, phát triển nhanh chóng phụ tải làm cho trạm khó thích nghi khả mở rộng, có cố không cảnh báo kịp thời nên khó phát khắc phục cố dẫn đến thời gian điện kéo dài Trước tình hình chuẩn quốc tế việc xây dựng trạm tự động hóa đời khắc phục nhược điểm trạm truyền thống chuẩn IEC 61850 Đề tài tập trung nghiên cứu chuẩn IEC 61850 việc thiết kế xây dựng trạm tự động hóa có tên gọi: Hệ thống tích hợp bảo vệ điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850 Với mục đích nghiên cứu tìm hiểu chuẩn IEC 61850 để trở thành tài liệu tham khảo phục vụ cho công việc thiết kế trạm vận hành trạm Bên cạnh đề tài tìm hiểu kiến thức thực tế trạm tự động hóa thiết kế xây dựng theo tiêu chuẩn trạm tích hợp, tự động điều khiển chuẩn IEC 61850 Cụ thể trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An EVN đầu tư xây dựng vào hoạt động Trong trình làm việc trạm chứng minh tính đắn thực tế lý thuyết tiêu chuẩn IEC 61850 bộc lộ ưu điểm vượt bậc mà trạm biến áp truyền thống IEC 61850 chuẩn trạm tích hợp, tự động điều khiển trở thành tiêu chuẩn quốc tế xây dựng trạm tự động hóa mà nhiều nước giới áp dụng có Việt Nam HVTH: MAI VĂN LÊ -1- LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG 1.2 Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu chuẩn IEC 61850_Full_Standard bao gồm 14 phần chia thành 10 chủ đề chính, trình bày cách đầy đủ, chi tiết yêu cầu công việc thiết kế, vận hành, giao tiếp, trạm biến áp tự động hóa Đề tài tìm hiểu báo đăng tải tác giả nước nói mảng cụ thể tiêu chuẩn, kinh nghiệm có tác giả công việc thiết kế, xây dựng vận hành trạm tự động hóa Bên cạnh tác giả tìm hiểu trình xây dựng vận hành trạm biến áp Việt Nam đầu tư xây dựng theo tiêu chuẩn IEC 61850 Trong trình nghiên cứu phần tổng hợp kiến thức thực tế góp phần vào hiểu biết đắn tiểu chuẩn trạm tích hợp IEC 61850 1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể đối tƣợng nghiên cứu: - Mục đích nghiên cứu: cung cấp tài liệu tham khảo việc thiết kế, xây dựng trạm biến áp tự động hóa theo chuẩn IEC 61850 cho kỹ sư công nhân vận hành trạm - Khách thể nghiên cứu: Trạm biến tích hợp 220/110/22kV Thuận An - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống tích hợp bảo vệ điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850 1.4 Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu tiêu chuẩn quốc tế xây dựng trạm biến áp tự động hóa IEC 61850 việc ứng dụng xây dựng trạm Việt Nam 1.5 Nội dung luận văn: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Tổng quan tự động hóa trạm biến áp Chương 3: Các mô hình đối tượng theo tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850 Chương 4: Những giao thức truyền thông theo tiêu chuẩn HVTH: MAI VĂN LÊ -2- LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG Chương 5: Phân tích cấu hình ngôn ngữ mô tả cấu trúc trạm theo tiêu chuẩn IEC 61850 Chương 6: Hệ thống tích hợp bảo vệ điều khiển trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An Chương 7: Kết luận hướng phát triển đề tài 1.6 Ý nghĩa đề tài Đề tài tài liệu tham khảo cho quan tâm đến tự động hóa trạm biến áp, cụ thể xây dựng trạm biến áp tự động hóa tích hợp theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 61850 Trong đề tài mô tả chi tiết cấu trúc trạm biến áp tự động hóa, mô hình đối tượng, giao thức truyền thông ngôn ngữ cấu hình trạm Đề tài giúp cho kỹ sư, người vận hành tìm hiểu công nghệ, chuẩn thiết kế điều khiển trạm tự động hóa đại Đề tài phần giúp kỹ sư thiết kế xây dựng trạm tự động hóa, giúp cho người vận hành nhìn tổng quát trạm biến áp tự động hóa theo tiêu chuẩn IEC 61850, qui trình làm việc cụ thể trạm tích hợp góp phần nâng cao khả vận hành trạm nhằm khắc phục cố Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng, an ninh lượng quốc gia HVTH: MAI VĂN LÊ -3- LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP 2.1 Giới thiệu tự động hóa trạm biến áp Tự động hóa trạm biến áp việc sử dụng liệu thiết bị điện tử thông minh IEDs (Intelligent Electronic Devices) trạm biến áp lệnh điều khiển từ xa để điều khiển thiết bị hệ thống điện trạm biến áp Tự động hóa hệ thống trạm biến áp tự động điều khiển trạm thông qua thiết bị với chức bảo vệ, đo lường điều khiển Tích hợp hệ thống điện liên quan đến việc giao tiếp liệu thiết bị điện tử thông minh hệ thống đo lường - điều khiển người sử dụng từ xa Sự tích hợp trạm biến áp trình kết hợp liệu đo lường điều khiển chỗ thiết bị điện tử thông minh với trạm biến áp để có nhiệm vụ chung kết nối truyền thông tin liên lạc trạm biến áp Hệ thống điều khiển tích hợp tự động hóa trạm biến áp (Integrated Substation Automation Control System) hệ thống tự động dựa sở hệ thống máy tính áp dụng trạm biến áp hệ thống điện nhằm điều khiển, giám sát tự động thiết bị trạm tích hợp liệu thu vào chung hệ thống để phục vụ cho công tác quản lý vận hành trạm Dữ liệu thu thập bao gồm thông tin liên lạc, thông tin từ rơle bảo vệ, điều khiển, thiết bị bảo vệ dòng, áp, đo lường, báo cố, điều khiển tự động hệ thống phân phối, thông tin đưa vào hệ thống lưu trữ liệu, sau xử lý, điều khiển thống trạm Sự tích hợp trạm dựa khuôn khổ chung nhằm tạo điều kiện cho việc phối hợp hoạt động thiết bị điện tử thông minh IEDs, thiết bị điện có dự kiến lắp tương lai từ tạo tính đồng cao, tạo thuận lợi cho việc thiết kế, lắp đặt hay qui hoạch thiết kế tương lai Từ trình tích hợp HVTH: MAI VĂN LÊ -4- LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG trạm nâng cao hiệu tính tiết kiệm việc điều khiển giám sát hệ thống trạm biến áp 2.2 Cấu trúc hệ thống tự động hóa trạm biến áp Cấu trúc hệ thống tự động hóa trạm biến áp bao gồm: Hệ thống máy tính, khối xử lý chính, rơle bảo vệ Các thiết bị trạm chia thành ba tầng chính: Tầng điều khiển Hệ thống máy tính Tầng bảo vệ rơ le, đo lường, điều khiển Khối xử lý Các rơ le bảo vệ Tầng thiết bị thứ CT, VT, máy cắt Hình 2.1: Các thành phần trạm biến áp tự động hóa 2.3 Quá trình phát triển hệ thống điều khiển tích hợp 2.3.1 Hệ thống điều khiển truyền thống Các trạm biến áp xây dựng bao gồm thiết bị thứ như: máy biến áp, máy cắt (LBS), dao cách ly, dao tiếp đất làm nhiệm vụ truyền tải phân phối điện hệ thống điện Đi kèm với thiết bị thứ hệ thống nhị thứ lắp đặt nhằm giám sát điều khiển thiết bị thứ Hệ thống điều khiển kiểu truyền thống thiết kế lắp đặt trạm biến áp từ hàng trăm năm nay, đặc điểm hệ thống bao gồm thiết bị điện điện tử kết nối với mạch điện để thực chức riêng biệt như: HVTH: MAI VĂN LÊ -5- LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG - Chức bảo vệ hệ thống điện thực rơle bảo vệ kiểu điện kiểu tĩnh nối đến CT (Current Transfer) VT (Voltage Transfer) bảo vệ, rơle đảm nhận chức bảo vệ riêng biệt Ví dụ: rơle bảo vệ dòng 50/51, rơle bảo vệ khoảng cách 21, - Chức đo lường đo đếm điện thực đồng hồ công tơ nối đến CT VT đo lường - Chức giám sát trạng thái thực đèn báo, thiết bị thị, - Chức điều khiển thực mạch điều khiển riêng lẽ thực mức điều khiển - Giao diện người sử dụng thực bảng điều khiển thông qua công tắc điều khiển Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống điều khiển kiểu truyền thống Các thiết bị hệ thống lắp đặt tủ điện kết nối với cáp nhị thứ (cáp nhiều sợi) rãnh cáp Hệ thống điều khiển truyền thống có ưu điểm như: người vận hành (công nhân) có khả vận hành bảo trì hệ thống, độ tin cậy hệ thống chứng minh hàng trăm năm qua, việc kết nối thiết bị HVTH: MAI VĂN LÊ -6- [...]... chuẩn trạm tích hợp, tự động và điều khiển chuẩn IEC 61850 Cụ thể là trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An đã được EVN đầu tư xây dựng và hiện nay đi vào hoạt động Trong quá trình làm việc của trạm đã chứng minh tính đúng đắn và thực tế của lý thuyết tiêu chuẩn IEC 61850 và bộc lộ những ưu điểm vượt bậc mà trạm biến áp truyền thống không có được IEC 61850 về chuẩn trạm tích hợp, tự động và điều khiển. .. cứu chuẩn IEC 61850 về việc thiết kế và xây dựng trạm tự động hóa có tên gọi: Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850 Với mục đích nghiên cứu tìm hiểu về chuẩn IEC 61850 để trở thành tài liệu tham khảo phục vụ cho công việc thiết kế trạm cũng như vận hành trạm Bên cạnh đó đề tài cũng tìm hiểu những kiến thức thực tế về trạm tự động hóa được thiết kế và xây dựng theo tiêu chuẩn. .. lạc trong trạm biến áp Hệ thống điều khiển tích hợp tự động hóa trạm biến áp (Integrated Substation Automation Control System) là hệ thống tự động dựa trên cơ sở một hệ thống máy tính được áp dụng tại các trạm biến áp trong hệ thống điện nhằm điều khiển, giám sát tự động các thiết bị trong trạm và tích hợp các dữ liệu thu được vào chung một hệ thống để phục vụ cho công tác quản lý vận hành trạm Dữ liệu... từ rơle bảo vệ, điều khiển, thiết bị bảo vệ quá dòng, quá áp, đo lường, báo sự cố, điều khiển tự động hệ thống phân phối, những thông tin này được đưa vào một hệ thống lưu trữ dữ liệu, sau đó được xử lý, điều khiển thống nhất trong trạm Sự tích hợp trạm dựa trên một khuôn khổ chung nhằm tạo điều kiện cho việc phối hợp hoạt động giữa các thiết bị điện tử thông minh IEDs, thiết bị điện đang có và dự kiến... thể nghiên cứu: Trạm biến tích hợp 220/110/22kV Thuận An - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850 1.4 Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu một tiêu chuẩn quốc tế về xây dựng trạm biến áp tự động hóa IEC 61850 và việc ứng dụng xây dựng trạm ở Việt Nam 1.5 Nội dung luận văn: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Tổng quan tự động hóa trạm biến áp Chương... bảo vệ, đo lường và điều khiển Tích hợp hệ thống điện liên quan đến việc giao tiếp dữ liệu hoặc giữa những thiết bị điện tử thông minh trong hệ thống đo lường - điều khiển và người sử dụng từ xa Sự tích hợp trong trạm biến áp là quá trình kết hợp các dữ liệu như đo lường và điều khiển tại chỗ của những thiết bị điện tử thông minh với một trạm biến áp để có một nhiệm vụ chung là kết nối và truyền thông... trong trạm được chia thành ba tầng chính: Tầng điều khiển Hệ thống các máy tính Tầng bảo vệ rơ le, đo lường, điều khiển Khối xử lý chính Các rơ le bảo vệ Tầng thiết bị nhất thứ CT, VT, máy cắt Hình 2.1: Các thành phần chính của trạm biến áp tự động hóa 2.3 Quá trình phát triển của hệ thống điều khiển tích hợp 2.3.1 Hệ thống điều khiển truyền thống Các trạm biến áp được xây dựng bao gồm các thiết bị... nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng trong hệ thống điện Đi kèm với các thiết bị nhất thứ là hệ thống nhị thứ được lắp đặt nhằm giám sát và điều khiển các thiết bị nhất thứ Hệ thống điều khiển kiểu truyền thống đã được thiết kế và lắp đặt trong trạm biến áp từ hàng trăm năm nay, đặc điểm cơ bản là hệ thống bao gồm các thiết bị cơ điện và điện tử được kết nối với nhau bằng mạch điện để thực hiện... HÓA TRẠM BIẾN ÁP 2.1 Giới thiệu tự động hóa trạm biến áp Tự động hóa trạm biến áp là việc sử dụng dữ liệu của các thiết bị điện tử thông minh IEDs (Intelligent Electronic Devices) trong trạm biến áp và các lệnh điều khiển từ xa để điều khiển các thiết bị của hệ thống điện trong trạm biến áp Tự động hóa hệ thống trạm biến áp là tự động trong điều khiển trạm thông qua các thiết bị với chức năng bảo vệ, ... CƯỜNG - Chức năng bảo vệ hệ thống điện được thực hiện bởi các rơle bảo vệ kiểu cơ điện và kiểu tĩnh nối đến các CT (Current Transfer) và VT (Voltage Transfer) bảo vệ, mỗi rơle chỉ đảm nhận một chức năng bảo vệ riêng biệt Ví dụ: rơle bảo vệ quá dòng 50/51, rơle bảo vệ khoảng cách 21, - Chức năng đo lường và đo đếm điện năng được thực hiện bởi các đồng hồ và công tơ nối đến các CT và VT đo lường - Chức