Nghiên cứu thiết kế và lập trình cho hệ đo lường điều khiển áp dụng cho mô hình trạm trung áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Hữu Ý NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH CHO HỆ ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN ÁP DỤNG CHO MÔ HÌNH TRẠM TRUNG ÁP Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS BÙI ĐĂNG THẢNH Hà Nội – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực Nội dung luận văn chưa công bố công trình khác TÁC GIẢ LUẬN VĂN Lê Hữu Ý LỜI CẢM ƠN Trong trình thực nghiên cứu mình, nhận nhiều giúp đỡ động viên chia sẻ Thầy Cô giáo, anh chị em đồng nghiệp gia đình Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến TS Bùi Đăng Thảnh, người hướng dẫn trực tiếp thực đề tài TS Bùi Đăng Thảnh có định hướng, bảo, hướng dẫn trao đổi với suốt trình học tập, thực nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện đào tạo Sau đại học, Viện Điện Bộ môn Kỹ thuật đo tin học công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp hoàn thiện nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn khoa Điện – Tự động hóa, trường Cao đẳng Nghề Dầu khí - Vũng Tàu, anh em đồng nghiệp, nơi công tác; giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành khóa học, góp ý, trao đổi nội dung trình bày luận văn Cuối cùng, xin chúc Thầy Cô, anh chị em đồng nghiệp sức khỏe thành công TÁC GIẢ LUẬN VĂN Lê Hữu Ý MỤC LỤC MỞ ĐẦU 12 Tính cấp thiết đề tài 12 Mục đích nghiên cứu 13 Đối tượng phạm vi áp dụng 13 Phương pháp nội dung nghiên cứu 14 Chương 1: TỒNG QUAN VỀ TRẠM TRUNG ÁP 16 1.1 Tổng quan hệ thống điện Việt Nam 16 1.2 Tổng quan trạm biến áp 17 1.2.1 Chức trạm biến áp 17 1.2.2 Phân loại trạm biến áp 18 1.3 Tổng quan trạm trung áp 19 1.3.1 Chức trạm trung áp .19 1.3.2 Nhiệm vụ trạm trung áp 20 1.3.3 Đặc điểm trạm trung áp .20 1.4 Cấu trúc chung trạm trung áp 22 1.5 Thao tác thiết bị đóng cắt trạm 23 1.5.1 Máy cắt 23 1.5.2 Dao cách ly: 27 1.6 Kết luận chương 29 Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRUNG ÁP 30 2.1 Các phương pháp đo 30 2.1.1 Đo dòng điện 30 2.1.2 Đo điện áp .32 2.1.3 Đo công suất, lượng, hệ số cosφ,… .34 2.2 Điều khiển giám sát trạm trung áp 35 2.2.1 Tổng quan hệ thống SCADA 35 2.2.2 Yêu cầu đo lường điều khiển trạm trung áp 37 2.2.3 2.3 Đo điều khiển trạm trung áp hệ thống SCADA 38 Giải pháp truyền thông 42 2.3.1 Các chuẩn truyền dẫn tín hiệu 42 2.3.2 Quy định giao thức truyền tin .45 2.3.3 Một số công nghệ giám sát điều khiển từ xa 45 2.4 Kết luận chương 47 Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 48 3.1 Bài toán công nghệ 48 3.2 Yêu cầu thiết kế hệ điều khiển giám sát 49 3.3 Thiết kế phần cứng 52 3.3.1 Thiết bị trường 52 3.3.2 Thiết bị điều khiển 57 3.3.3 Thiết bị vận hành trung tâm 60 3.3.4 Sơ đồ kết nối phần cứng hệ thống 60 3.4 Thiết kế phần mềm 61 3.4.1 Lập trình cho điều khiển PLC 61 3.4.2 Lập trình cho máy tính điều khiển giám sát 63 3.5 Kết luận chương 66 Chương 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 67 4.1 Các chức phần mềm SCADA mô hình 67 4.2 Phần mềm TIA Portal v13 67 4.3 Lập trình SCADA cho trạm 22kV 72 4.3.1 Giao diện hình chủ 72 4.3.2 Các giao diện điều khiển, giám sát cảnh báo 73 4.3.3 Lưu trữ liệu 78 4.4 Kết luận chương 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 Kết đóng góp đề tài 82 Kiến nghị tác giả 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC .86 Phụ lục 1: PLC Tags .86 Phụ lục 2: HMI Tags 90 Phụ lục 3: CODE lập trình cho PLC 96 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TU Máy biến điện áp TI Máy biến dòng điện HTĐ Hệ thống điện RTU Thiết bị đầu cuối (Remote Terminal Unit) PLC Bộ điều khiển khả trình (Programmable Logic Controller) IED Thiết bị điện tử thông minh (Intelligent Electronic Device) HMI Giao diện người – máy (Human-Machine Interface) IEC Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (International Electronic Technical Commission) SCADA Hệ thống thu thập liệu, giám sát điều khiển (Supervisory Control and Data Acquisition) TBA Trạm biến áp MBA Máy biến áp DCS Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System) DC Dòng điện chiều (Direct Current) AC Dòng điện xoay chiều (Alternating Current) AI Đầu vào tương tự (Analog Input ) DI Đầu vào kỹ thuật số (Digital Input) DO Đầu kỹ thuật số (Digital Output) I/O Đầu vào/ra (Input/Output) GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) A1 Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Bắc A2 Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Nam A3 Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Trung A0 Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia PC Máy tính cá nhân/ để bàn (Personal Computer) DTE Thiết bị đầu cuối xử lý số liệu (Data Terminal Equipment) DCE Thiết bị đầu cuối truyền (Data Communication Equipment) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Bảng tính chọn thiết bị trường .52 Bảng Tổng hợp số lượng DI hệ thống 57 Bảng 3 Tổng hợp số lượng DO hệ thống 58 Bảng Tổng kết số lượng DI/DO hệ thống .58 Bảng Lựa chọn PLC Module .60 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc trạm trung áp 22 Hình 1.2 Máy cắt khí SF6 trung áp trời 26 Hình 1.3 Cấu tạo dao cách ly .28 Hình Cấu tạo máy biến dòng điện 30 Hình 2 Máy biến dòng điện hạ áp 32 Hình Máy biến điện áp trung áp 32 Hình Cấu tạo máy biến điện áp 33 Hình Thiết bị đo đa chức 34 Hình Cấu trúc chung hệ thống SCADA 36 Hình Sơ đồ kết nối trạm biến áp điều khiển tích hợp 41 Hình Chuẩn RS-232 43 Hình Chuẩn RR-442 44 Hình 10 Chuẩn RS-485 44 Hình Sơ đồ sợi trạm trung áp 22kV 48 Hình Phương thức kết nối truyền thông theo chuẩn Profibus 51 Hình 3 Sơ đồ kết nối truyền thông 51 Hình Biến dòng trung pha 53 Hình Biến dòng hạ pha 54 Hình Biến áp đo lường trung pha 55 Hình Đồng hồ đa chức MFM383 .56 Hình Sơ đồ kết nối phần cứng hệ thống 61 Hình Lưu đồ thuật toán lập trình PLC 62 10 87 88 89 Phụ lục 2: HMI Tags 90 91 92 93 94 95 Phụ lục 3: CODE lập trình cho PLC 96 97 98 99 100 101 ... Nghiên cứu thiết kế lập trình cho hệ đo lường điều khiển áp dụng cho mô hình trạm trung áp cần thiết để góp phần điện đại hóa ngành điện Mục đích nghiên cứu Đề tài Nghiên cứu thiết kế lập trình. .. việc nghiên cứu phương pháp đo điều khiển trạm trung áp, nguyên tắc điều khiển thiết bị đóng cắt, liên động,… Chương trình bày phương pháp đo điều khiển trạm trung áp Ngoài nêu số hệ SCADA điển hình. .. trình cho hệ đo lường điều khiển áp dụng cho mô hình trạm trung áp thực theo định hướng phát triển ngành điện Mục tiêu nghiên cứu bao gồm: - Kiểm chứng lại mô hình tổng thể đưa Qua thể mô hình