Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA1

-INghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ III DANH MỤC CÁC BẢNG .V DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT VI MỞ ĐẦU .VIII CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 Định nghĩa SCADA/EMS 1.1 SCADA .1 1.2 EMS Các ứng dụng hệ SCADA/EMS 3 SCADA hệ thống điện .4 Nội dung nghiên cứu đồ án 4.1 Nội dung nghiên cứu 4.2 Hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp 4.2.1 Giới thiệu hệ thống tích hợp 4.2.2 Quy mô hệ thống tích hợp .7 CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG SCADA VÀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG ĐIỆN LỰC SCADA/EMS hệ thống điện Việt Nam .9 1.1 Phân cấp điều độ hệ thống Điện Quốc gia: 1.2 Hiện trạng hệ thống SCADA hệ thống điện Việt Nam .10 Hiện trạng hệ thống viễn thông điện lực 13 2.1 Hệ thống truyền dẫn quang có 13 2.2 Hệ thống truyền dẫn quang xem xét tương lai 15 2.3 Hệ thống thông tin tải ba PLC .17 2.4 Hệ thống tổng đài mạng truy cập .17 Đánh giá trạng hệ thống viễn thông điện lực hệ thống Điện Việt Nam .19 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP TRẠM BIẾN ÁP CHO TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM 21 Tổng quan 21 Giải pháp cho hệ SCADA/EMS 21 2.1 Lựa chọn giao thức để xây dựng hệ SCADA/EMS IP 21 2.2 Tổng quan tiêu chuẩn IEC 61850 .29 2.2.1 Tổng quan mô hình thông tin trạm tự động 29 2.2.2 Mô hình trao đổi thông tin 38 2.2.3 Quan điểm ứng dụng 42 2.2.4 Quan điểm thiết bị 43 2.2.5 Quan điểm truyền tin 44 2.2.6 Sự ánh xạ ACSI thành hệ thống truyền tin thực 51 Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - II Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA 2.2.7 Phương pháp quy định hình thức 52 2.2.8 Vùng tên (Name spaces) 55 2.2.9 Các lớp liệu chung 56 2.2.10 Các lớp liệu lớp node logic tương thích 70 2.2.11 Giao diện dịch vụ truyền tin trừu tượng ACSI 74 Giải pháp cho hệ thống viễn thông điện lực 85 3.1 Lựa chọn công nghệ 85 3.1.1 Mạng truyền dẫn 85 3.1.2 Các hệ thống viễn thông phục vụ điều khiển tích hợp trạm 85 3.2 Tổng quan SDH hệ sau (Next Generation SDH) 86 3.3 Các chế bảo vệ SDH 97 3.3.1 Bảo vệ tuyến tính 97 3.3.2 Bảo vệ mạch vòng 98 CHƯƠNG 4: TỔ CHỨC XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP TRẠM BIẾN ÁP CHO TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM 100 Nhiệm vụ hệ thống tích hợp 100 Các mức trao đổi liệu hệ thống điều khiển tích hợp 101 Các liệu cần thu thập hệ thống điều khiển tích hợp 103 3.1 Các liệu tương tự .103 3.2 Dữ liệu trạng thái 104 3.3 Thông tin trình tự kiện (SOE) 105 3.4 Các liệu dạng sóng 105 3.5 Các thông tin cố chất lượng điện 105 3.6 Khả truy nhập vào thiết bị IED 106 Xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp 108 4.1 Cấu trúc logic hệ thống tích hợp 108 4.2 Kiến trúc hệ thống điều khiển tích hợp 109 4.2.1 Mô hình hệ thống SCADA 109 4.2.3 Mô hình hệ thống điều khiển tích hợp .109 4.3 Tổ chức phân hệ hệ thống điều khiển tích hợp 109 4.3.1 Tổ chức mạng SCADA/EMS 109 4.3.2 Tổ chức hệ thống viễn thông trạm điện .116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ IX TÀI LIỆU THAM KHẢO .X Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - III Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Kiến trúc hệ SCADA điển hình .3 Hình 1.2: SCADA/EMS hệ thống điện .6 Hình 2.1: Phân cấp điều độ hệ thống điện Việt Nam 10 Hình 2.2: Hệ thống SCADA A0 12 Hình 2.3: Hiện trạng mạng truyền dẫn quang ngành Điện 16 Hình 2.4: Hiện trạng hệ thống viễn thông điện lực 19 Hình 3.1: Topo trạm tự động mẫu 29 Hình 3.2: Mô hình thông tin 30 Hình 3.3: Các loại thông tin node logic 32 Hình 3.4: Xây dựng thiết bị (nguyên lý) .32 Hình 3.5: Thông tin vị trí trình bày theo lược đồ (khái niệm) 33 Hình 3.6: Phần trích liệu .35 Hình 3.7: Ví dụ ánh xạ truyền tin 37 Hình 3.8: Tổng quan mô hình thông tin trạm theo IEC 61850 38 Hình 3.9: Mô hình đầu vào đầu (nguyên lý) 38 Hình 3.10: Mô hình đầu .39 Hình 3.11: Mô hình đầu GSE (khái niệm) 39 Hình 3.12: Dữ liệu cài đặt (khái niệm) .40 Hình 3.13: Mô hình đầu vào cho giá trị tương tự 40 Hình 3.14: Giá trị dải chết (khái niệm) 41 Hình 3.15: Các giá trị dải 41 Hình 3.16: Mô hình đăng nhập báo cáo (khái niệm) 41 Hình 3.17: Mô hình xuất giá trị liệu ngang hàng .42 Hình 3.18: Thiết bị thật .42 Hình 3.19: Khối xây dựng thiết bị logic 43 Hình 3.20: Các thiết bị logic LLN0/LPHD 44 Hình 3.21: Phương pháp truyền thông ACSI 45 Hình 3.22: Sự ảo hoá 48 Hình 3.23: Sự ảo hoá sử dụng 49 Hình 3.24: Luồng thông tin mô hình hoá .49 Hình 3.25: Ứng dụng mô hình GSE 50 Hình 3.26: Các khối xây dựng server .50 Hình 3.27: Sự ảnh hưởng lẫn lớp ứng dụng tiến trình ứng dụng (client/server) 51 Hình 3.28: Sự ánh xạ ACSI tới lớp ứng dụng 51 Hình 3.29: Sự ánh xạ ACSI thành profile/stack truyền tin 52 Hình 3.30: Sự ánh xạ ACSI thành profile/stack truyền tin 52 Hình 3.31 trình bày mô hình lớp .53 Hình 3.32: Định nghĩa tên ngữ nghĩa liệu 55 Hình 3.33: Tổng quan lớp liệu node logic tương thích 70 Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - IV Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA Hình 3.34: Trích đoạn mô hình khái niệm 75 Hình 3.35: Mô hình lớp khái niệm ACSI .76 Hình 3.36: Mô hình dịch vụ khái niệm ACSI .77 Hình 3.37: Khái niệm dạng thuộc tính liệu 79 Hình 3.38: Sơ đồ truyền dẫn lưu lượng Ethernet qua mạng SDH 86 Hình 3.39: Mô hình tổng quát SDH hệ sau .87 Hình 3.40: Cấu trúc khung GFP .90 Hình 3.41: GFP-F 94 Hình 3.42: GFP-T .94 Hình 3.43:Khuôn dạng trường điều khiển LCAS/VCAT 96 Hình 3.44: Sơ đồ bảo vệ tuyến tính 98 Hình 3.45: Mạch vòng bảo vệ đơn hướng 98 Hình 3.46: Mạch vòng bảo vệ hai hướng 99 Hình 4.1 Kiến trúc logic hệ thống tích hợp EVN 108 Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 -VNghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Tổng quan (so sánh IEC 61850 với tiêu chuẩn khác) 22 Bảng 3.2: Mô tả xử lý liệu (so sánh IEC 61850 với tiêu chuẩn khác) 23 Bảng 3.3: Các dịch vụ vận hành (so sánh IEC 61850 với tiêu chuẩn khác) 24 Bảng 3.4: Các dịch vụ selfdescription (so sánh IEC 61850 với tiêu chuẩn khác) 25 Bảng 3.5: Cấu hình online (so sánh IEC 61850 với tiêu chuẩn khác) 25 Bảng 3.6: Cấu hình offline (so sánh IEC 61850 với tiêu chuẩn khác) 26 Bảng 3.7: Các ứng dụng tích hợp (so sánh IEC 61850 với tiêu chuẩn khác)27 Bảng 3.8: Kiến trúc truyền tin (so sánh IEC 61850 với tiêu chuẩn khác) .27 Bảng 3.9: Các nhóm LN 31 Bảng 3.10: Mô hình ACSI dịch vụ .48 Bảng 3.11: Định nghĩa lớp ACSI 53 Bảng 3.12: Lớp liệu chung trạng thái điểm đơn .54 Bảng 3.13: Định nghĩa thuộc tính thành phần chất lượng 54 Bảng 3.14: Định nghĩa lớp node logic (LN) 55 Bảng 3.15: Danh sách nhóm node logic 71 Bảng 3.16: Các lớp ACSI .78 Bảng 3.17: Các dạng thuộc tính liệu 80 Bảng 3.18: Dạng ObjectName 80 Bảng 3.19: Dạng ObjectReference 81 Bảng 3.20: Dạng ServiceError 81 Bảng 3.21: Dạng Packed-List 81 Bảng 3.22: Dạng TimeStamp 82 Bảng 3.23: Định nghĩa TimeQuality .82 Bảng 3.24: TimeAccuracy 83 Bảng 3.25: Dạng TriggerCondition .83 Bảng 3.26: So sánh thuộc tính dịch vụ liệu SDH 86 Bảng 3.27: So sánh GE FC 87 So sánh hiệu sử dụng dịch vụ có không dùng VCAT 88 Bảng 3.28: So sánh GFP-F GFP-T 93 Bảng 3.29: H4/K4 H4/Z7 95 Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - VI Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt AA ACSI Tên tiếng Anh APPLICATIONASSOCIATION Abstract Communication Service Interface ADSS All-dielectric Self Supporting ASN.1 Abstract Syntax Notation One API Application Program Interface BRCB CB CDC CT DA DAType DataRef BUFFERED-REPORTCONTROL-BLOCK Circuit Breaker Common Data Class Current Transformer Data Attribute Data Attribute Type Data Reference dchg data change trigger option DS DATA-SET dupd data-update trigger option EMS GFP GoCB Energy Management System Generic Framing Procedure GOOSE-CONTROL-BLOCK Generic Object Oriented Substation Events Generic Substation Event GSSE-CONTROL-BLOCK Generic Substation Status Event Intelligent Electronic Device Internet Protocol International Telecom Union Link Capacity Adjustement GOOSE GSE GsCB GSSE IED IP ITU LCAS Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 Tên tiếng Việt Kết hợp - Ứng dụng Giao diện dịch vụ truyền tin trừu tượng Cáp quang phi kim loại tự treo cột Ký hiệu cú pháp trừu tượng Giao diện chương trình ứng dụng Khối-Điều khiển-Báo cáo-bộ đệm Máy cắt Lớp liệu chung Biến dòng điện Thuộc tính liệu Dạng thuộc tính liệu Tham chiếu liệu Tùy chọn trigger thay đổi liệu Tập-Dữ liệu Tùy chọn trigger nâng cấp-dữ liệu Hệ thống quản lý lượng Thủ tục tạo khung chung Khối-Điều khiển-GOOSE Các kiện trạm hướng đối tượng chung Sự kiện trạm chung Khối-Điều khiển-GSSE Sự kiện trạng thái trạm chung Thiết bị điện tử thông minh Giao thức internet Liên minh viễn thông quốc tế Sơ đồ điều chỉnh dung lượng - VII Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA NG SDH Scheme Logical Device Logical Node Logical Node Zero Logical Node Physical Device Manufacturing Message Specification Next Generation SDH OPGW Optical Ground Wire PBX PHD PICOM Private Branch Exchange Plesiochronous Digital Hierarchy Physical Device Piece Of Communication qchg quality change trigger option SBO SDH SoE TrgOp Select Before Operate Supervision Control and Data Acquistion substation configuration language Specific Communication Service Mapping Synchronous Digital Hierarchy Sequence Of Events Trigger Option UML Unified Modelling Language VCAT VMD VT XML Virtual Concatenation Virtual Manufacturing Device Voltage Transformer eXtended Markup Language LD LN LLN0 LPHD MMS PDH SCADA SCL SCSM Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 liên kết Thiết bị logic Node logic Node logic Node logic thiết bị vật lý Đặc tính tin chế tạo SDH hệ sau Cáp quang kết hợp với dây chống sét Tổng đài tự động tư nhân Phân cấp số cận đồng Thiết bị vật lý Mảnh truyền tin Tùy chọn trigger thay đổi chất lượng chọn trước vận hành Điều khiển giám sát thu thập số liệu Ngôn ngữ cấu hình trạm Sự ánh xạ dịch vụ truyền tin đặc trưng Phân cấp số đồng Chuỗi kiện Tùy chọn trigger Ngôn ngữ mô hình hóa hợp Ghép nối ảo VCAT Thiết bị sản xuất ảo Biến dòng điện Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng - VIII Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA MỞ ĐẦU Hiện nay, Việt Nam đà phát triển với tốc độ vũ bão, nhu cầu lượng điện lớn, ảnh hưởng to lớn đến phát triển đất nước Với việc Thủ tướng phủ ký định ban hành “Quy hoạch phát triển hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2006 – 2015 có tính đến 2025 (Tổng sơ đồ VI)” thấy hệ thống điện Việt Nam trải dài tới miền đất nước Với mở rộng hệ thống truyền tải, nhu cầu ngày tăng khách hàng, nhu cầu trao đổi thông tin ngày tăng Các chức quan trọng hệ thống truyền thông tin hệ thống điện kể đến như: - Thu thập số liệu nhà máy điện, thông số đường dây truyền tải, hộ tiêu thụ - Thông tin liên lạc nhà máy, trạm điện khác - Trao đổi sở liệu trung tâm điều khiển - Chỉnh định thông số hệ thống rơ le bảo vệ - Tự động sa thải phụ tải dựa phân tích hệ thống - Điều khiển thiết bị, thường thiết bị FACTS (Flexible AC transmission systems) Tuy nhiên, thừa hưởng sở hạ tầng thông tin quang mạnh (từ xây dựng đường dây 500kV Bắc – Nam mạch xem xét treo cáp quang) hệ thống viễn thông điện lực lại chưa tận dụng hết mạnh hạ tầng truyền dẫn quang, thông tin hệ thống điện mang tính rời rạc, chưa tích hợp với dẫn tới việc chưa mạng lại hiệu cao cho công tác Điều khiển – Điều độ vận hành hệ thống điện Hệ thống viễn thông điện lực phục vụ công tác Điều độ hệ thống điện truyền thống bao gồm chủ yếu sử dụng phương thức TDM/Điểm-tới-điểm với phân hệ rời rạc sau: - Các kênh thông tin phục vụ Rơle bảo vệ - Các kênh thông tin phục vụ SCADA/EMS (sử dụng kênh 4W thiết bị ghép kênh PCM-30) - Các kênh thông tin phục vụ thoại Hotline (sử dụng kênh 2W thiết bị ghép kênh PCM-30) Với xu hướng công nghệ tích hợp hệ thống dựa IP Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA” hy vọng Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - IX Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA giải pháp giúp cho việc xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp trạm EVN triển khai nhanh chóng Nội dung luận văn trình bày gồm bốn chương, cụ thể sau: Chương 1: Tổng quan: Nêu vấn đề nghiên cứu mục tiêu luận văn Chương 2: Hiện trạng hệ thống SCADA hệ thống viễn thông điện lực: Trình bày trạng hệ thống thông tin điện lực EVN Chương 3: Giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp Trạm biến áp cho Tập đoàn Điện lực Việt Nam: Phân tích lựa chọn giải pháp công nghệ cho việc xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp trạm Chương 4: Tổ chức xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp Trạm biến áp cho Tập đoàn Điện lực Việt Nam: Dựa kết chương để tổ chức xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp trạm Tôi xin trân trọng cảm ơn quan tâm giúp đỡ hướng dẫn nhiệt tình Tiến sỹ Nguyễn Văn Khang trình thực luận văn Xin cảm ơn thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tận tình giảng dạy, trang bị cho kiến thức tổng hợp lĩnh vực Kỹ thuật Điện tử Viễn thông Xin cảm ơn đồng nghiệp đóng góp cho nhiều ý kiến bổ ích trình thực đề tài Bản thân có nhiều cố gắng, nỗ lực trình nghiên cứu, thực đề tài, khả thời gian có hạn nên tránh khỏi sai sót Tôi mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy cô, chuyên gia đồng nghiệp Tôi hy vọng luận văn đóng góp phần nhỏ vào nghiệp phát triển đại hóa ngành Điện Việt Nam Hà Nội, tháng 11 năm 2007 Dương Xuân Hiếu Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 -1Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Định nghĩa SCADA/EMS 1.1 SCADA SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu, nói cách khác hệ thống hỗ trợ người việc giám sát điều khiển từ xa, cấp cao hệ điều khiển tự động thông thường Để điều khiển giám sát từ xa hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải liệu hệ giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface) Trong hệ thống điều khiển giám sát HMI thành phần quan trọng không cấp điều khiển giám sát mà cấp thấp người ta cần giao diện người – máy để phục vụ cho việc quan sát thao tác vận hành cấp điều khiển cục Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống hệ thống mạng thiết bị có nhiệm vụ tuý thu thập liệu từ trạm xa truyền tải khu trung tâm để xử lý Trong hệ thống hệ truyền thông phần cứng đặt lên hàng đầu cần quan tâm nhiều 1.2 EMS EMS (Energy Management System) tập hợp công cụ cho phép người vận hành hệ thống phân tích đánh giá, đưa định điều khiển hệ thống EMS sử dụng trung tâm điều độ (CCC ACC tronng trước) Vì EMS yêu cầu có hệ thống số liệu thu thập từ hệ thống, thân tham gia phận SCADA, nên người ta sử dụng thuật ngữ SCADA/EMS ™ Kiến trúc hệ thống SCADA/EMS: Hệ SCADA/EMS truyền thống bao gồm thiết bị sau: - Operator (Trực vận hành): Người trực vận hành người giám sát thực hành chức giám sát cho việc vận hành nhà máy từ xa Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 107 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA Com Prot/Relay Screen -Input/Alarm/Output status Alarms Screen -Active Alarm Display -Alarm Acknowledge Communication Screen -Communication Layout Manufacture Screen -Relay Software -Website Clearance Tags -Apply/Remove Tags -Red, Orange, Yelow, Blue Station Overview -Station Layout -Equipment Status -Entry Alarm -Alarm Summary Miscellaneous Screens -Battery System -Relay Instructions -Switching Pro -Login Screen Sequence of Events -SOE Display Last Trip Information -Fault Location and Magnitude Additional Screens (future) -Statistical Data -Relay Setting Detail One-Line -Load Flow -Amps,Volts,Watts,Vars -Reclose Auto/Manual -Status -Clearance Tags Equiment Screen -Metering Data -Control Panel -Element Blocking -LO Reset -Critical Alarm Ind -Relay Targets Display -Setting Group Select -Transformer Control -Cap Bank Auto/Manual Metering Data/ Breaker Data -Energy Data -Demand -Equipment Counter -Breaker Data -Counters -Accumulated KA % -Percentage Wear -Metering Resets Equipment Operate Screen -One-Line Load Flow -Operate Equipment (Open/Close) Status Data/ Transformer Data -Enviroment Temp -Oil & Winding Temp -Tap Position -Cooling System Status -Main Tank Status -OLTC status -Aging level calculation -Transf Loading calculation Module Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 108 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA Xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp 4.1 Cấu trúc logic hệ thống tích hợp Giao diện người sử dụng Các ứng dụng Ứng dụng Giao diện kho liệu Kho liệu (Tại chỗ từ xa) Kho liệu Giao diện xử lý chủ trạm Bộ xử lý chủ trạm Bộ xử lý chủ trạm Giao diện IED Mạng LAN nội trạm Các thiết bị điện tử thông minh (IED) Các thiết bị lắp đặt hệ thống điện Hình 4.1 Kiến trúc logic hệ thống tích hợp EVN Hệ thống tích hợp phải có cấu trúc minh hoạ hình Mức thấp cấu trúc thiết bị IED, dùng để điều khiển thu thập số liệu từ thiết bị lắp đặt hệ thống Lớp cấu trúc xử lý chủ trạm có nhiệm vụ xác định cấu hình giao tiếp với thiết bị IED, tiện ích công ty cung cấp liệu cho kho liệu Kho liệu sở liệu với mức độ an toàn cho mức truy nhập khác ngươì sử dụng Tại đỉnh cấu trúc chương trình ứng dụng EVN sử dụng liệu kho liệu Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 109 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA 4.2 Kiến trúc hệ thống điều khiển tích hợp 4.2.1 Mô hình hệ thống SCADA 100Mbit/s 4.2.3 Mô hình hệ thống điều khiển tích hợp 4.3 Tổ chức phân hệ hệ thống điều khiển tích hợp 4.3.1 Tổ chức mạng SCADA/EMS 1) Hệ điều hành áp dụng Windows NT/2000 phiên Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 110 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA 2) Tất thiết bị liên kết vận hành mạng cáp quang kép Ethernet 10/100Mbps, mạng mạng chính, mạng làm dự phòng để đảm bảo hệ thống mạng hoạt động liên tục trường hợp có phần tử đơn lẻ hệ thống mạng bị cố Mạng LAN tương thích với giao thức TCP/IP 4) Giao thức truyền tin mạng LAN máy tính chủ thiết bị điện tử thông minh (IEDs) khối giao diện mạng (NIM) cho việc truyền tải liệu thời gian thực từ sở liệu trạm lên hệ thống SCADA hữu lựa chọn giao thức IEC 61850 5) Các chức điều khiển giám sát hệ thống thực rơ le kỹ thuật số và/hoặc khối vào lắp đặt trạm Các rơ le kỹ thuật số và/hoặc khối vào chịu trách nhiệm chấp hành lệnh điều khiển đóng, cắt máy cắt tự động, chỗ từ xa Các rơ le và/hoặc khối vào gửi trả lại trạng thái máy cắt với liệu bảo dưỡng vận hành thiết bị trạm 6) Tất tủ điều khiển bảo vệ lắp đặt trời ngăn lộ tương ứng chúng bảo vệ điều khiển để giảm thiểu chi phí cáp Tủ trời phải có thiết kế phù hợp để tạo môi trường làm việc thích hợp loại rơ le và/hoặc khối vào sử dụng (ví dụ: trang bị quạt, máy điều hoà, điện trở sấy, thiết kế phù hợp, sử dụng vật liệu sơn phủ đặc biệt ) Giải pháp nhóm thiết bị điều khiển bảo vệ từ đến ngăn lộ để chung container để trời (tại vị trí ngăn lộ) có trang bị thiết bị thông gió điều hoà nhiệt độ phù hợp áp dụng giải pháp thay 7) Các vi xử lý làm nhiệm vụ thu thập liệu, truy xuất thiết bị từ xa thông qua cổng Các vi xử lý liên kết rơ le và/hoặc khối vào với máy tính chủ trạm 8) Việc điều khiển thiết bị ngăn tụ bù thực thông qua rơ le bảo vệ và/hoặc khối vào ngăn tụ Rơ le bảo vệ cho ngăn tụ và/hoặc khối Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 111 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA vào phải cấu hình để thực việc đóng cắt ngăn tụ cách phù hợp 9) Các liệu tương tự từ ngăn lộ phải đo rơ le kỹ thuật số và/hoặc khối vào Các liệu bao gồm điện năng, điện áp, dòng điện, giá trị công suất tác dụng, công suất phản kháng tức thời, 10) Chức giám sát điều kiện làm việc máy cắt thực rơ le kỹ thuật số Nó bao gồm đếm số lần làm việc máy cắt, dòng điện cố trung bình cực đại tích luỹ, phần trăm hao mòn tiếp điểm 11) Bộ ghi trình tự diễn biến kiện (SER) phải thực rơ le kỹ thuật số Các ghi trình tự diễn biến kiện tự động gửi máy tính chủ, nơi chúng lưu trữ, phân loại thể lên hình Một phần mềm tìm kiếm Web sử dụng để hiển thị ghi SER từ xa 12) Các ghi cố phải tự động tạo rơ le Bất cố xảy ra, rơ le cắt máy cắt, ghi cố tạo ghi lại 13) Việc định vị cố tính toán rơ le, giá trị sau lấy máy tính chủ để hiển thị lên hình giao diện 14) Rơ le và/hoặc khối vào thực chức thu thập tín hiệu cảnh báo trạm Các tín hiệu cảnh báo phải thu thập máy tính chủ để lưu trữ hiển thị Các liệu cảnh báo đồng thời chuyển sang máy tính lưu trữ sở liệu khứ trạm để phục vụ việc truy xuất từ xa Một phần mềm tìm kiếm Web sử dụng để hiển thị tín hiệu cảnh báo từ xa 15) Việc treo biển thiết bị (Đỏ, vàng, đỏ tía xanh) thể hình rơ le hình máy tính giao diện trạm Bản ghi lần treo biển phải lưu trữ sở liệu khứ + Màu đỏ có nghĩa "có người làm việc, cấm thao tác" Khi biển đỏ gán, thao tác thiết bị bị cấm + Màu vàng có nghĩa "đang sửa chữa nóng, cấm đóng lặp lại" Khi gắn Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 112 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA biển vàng chức tự động đóng lặp lại bị cấm Việc treo biển vàng thực chức đóng lặp lại khoá Một biển vàng treo, chức tự động đóng lặp lại đưa vào vận hành không dỡ biển + Biển màu tím đỏ sử dụng cho máy cắt phân đoạn Biển màu tím đỏ cho biết có số thông tin cần phải kiểm tra trước thao tác máy cắt Một biển màu tím đỏ gắn việc thao tác máy cắt thực người trực vận hành xác nhận biết thông tin + Biển màu xanh sử dụng để người vận hành tuỳ ý xác lập điều kiện theo yêu cầu 16) Hệ thống điều khiển giám sát bao gồm: - Hệ thống điều khiển giám sát - Hệ thống điều khiển giám sát dự phòng - Hệ thống điều khiển mức ngăn với logic dây cứng Các chức điều khiển, giám sát hiển thị số liệu dự phòng rơ le và/hoặc khối vào Chức điều khiển giám sát trạm không dựa vào máy tính giao diện, toàn chức điều khiển giám sát thực thông qua vi xử lý, rơ le kỹ thuật số và/hoặc vào thông qua hệ thống điều khiển kiểu dây truyền thống dùng khoá chuyển mạch, nút ấn đèn thị trạng thái 17) Tất thiết bị bảo vệ máy tính chủ đồng với nguồn tín hiệu thời gian IRIG -B qua vệ tinh 18) Giao diện người sử dụng Giao diện người sử dụng (UI) hệ thống tích hợp trạm phải thật đơn giản Màn hiển thị liệu đo thay cho bảng gắn đồng hồ Bên cạnh điểm tín hiệu tương tự, tín hiệu điểm trạng thái điều khiển hiển thị giao diện người sử dụng Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 113 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA Giao diện người sử dụng bao gồm thành phần sau: a) Các hiển thị sơ đồ sợi trạm Hệ thống tích hợp trạm phải bao gồm hiển thị sơ đồ sợi trạm tương tự hệ thống sơ đồ sợi có EMS EVN Những thống hiển thị bao gồm hiển thị đồ hoạ tất thiết bị trạm kết nối chúng, giá trị động thông tin tình trạng thiết bị thu nhận hệ thống tích hợp Mỗi thiết bị điện trạm thể hiển thị, có vùng cho menu thao tác điều khiển thiết bị b) Các hình hiển thị giá trị đo Chức bảng thiết bị đo tương tự (volmét, ampemét, wattmét, VAmét, ) gộp hệ thống tích hợp Hệ thống hiển thị cung cấp để theo dõi trị số đo dạng khác nhau, chẳng hạn hiển thị giá trị đơn dạng số, bảng xu hướng, biểu đồ xu hướng sơ đồ sợi Hệ thống hiển thị giá trị đo hệ thống tích hợp tạo điều kiện cho nhân viên trạm quan sát giá trị độ lớn pha sau: – Các điện áp – Đòng điện lộ dòng trung tính, công suất tác dụng kW, công suất phản kháng kVAr, điện hữu công kWh vô công kVARh – Phụ tải phía điện áp cao điện áp thấp máy biến áp (kW, kVAr) c) Các hình cảnh báo Hệ thống tích hợp trạm phải bao hàm hệ thống hiển thị cảnh báo, giúp quan sát thông tin cảnh báo thiết bị Một vài dạng hiển thị cảnh báo áp dụng bao gồm cảnh báo liệt kê hiển thị thành bảng theo trình tự thời gian hay hiển thị cảnh báo dạng đồ hoạ tương tự hệ thống hiển thị bảng báo cảnh báo truyền thống sử dụng thêm nữa, hệ thống đồ hoạ thiết bị tình trạng cảnh báo sáng lên hiển thị, thiết bị đổi màu, sử dụng ký tự phông Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 114 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA đặc biệt, nhấp nháy hay dạng khác phần tử sáng 19) Hệ thống an ninh an toàn vào bảo mật a) Bảo mật lớp IP Bảo mật cho hệ thống mạng truyền dẫn: Việc đảm bảo an toàn cho hệ thống mạng thực theo mức từ thấp đến cao: Mức vật lý; Mức hệ thống mạng; Mức hệ điều hành Mức ứng dụng + Firewall, ISS: Tại Firewall, ISS thiết lập sách cho phép/cấm việc kết nối vùng Các sách tổ chức cách chặt chẽ, chi tiết đến loại dịch vụ, nhánh kết nối để đảm bảo mức an toàn cao cho hệ thống Các phiên truy cập ghi thành logfile để làm sở cho tham chiếu sau + Để đảm bảo an ninh, an toàn liệu VPN, kiến nghị sử dụng giải pháp VPN dựa IPSec (Internet Protocol Security) IPSec (Internet Protocol Security) giao thức mạng bảo mật thường liên kết với VPN (tất nhiên dùng IPSec mạng cục LAN) IPSec cho phép việc truyền tải liệu mã hóa an toàn lớp mạng (Network Layer) theo mô hình OSI thông qua mạng công cộng Internet.VPN lớp mạng đề cập đến thách thức việc dùng Internet môi trường truyền đưa lưu lượng đa giao thức nhạy cảm + Việc thiết lập đường hầm IPSec (Ipsec tunnel) hai thực thể, trước tiên, phải thỏa thuận sách an ninh (security policy) giải thuật mã hóa (encryption algorithm), kiểu xác thực (authentication method) dùng để tạo lập kênh Trong IPSec tất nghi thức lớp lớp mạng (từ lớp 4) TCP, UDP, SNMP, HTTP, POP, SMTP, KaZaa… mã hóa kênh IPSec thiết lập Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 115 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA − Tại mức hệ điều hành: Bảo mật mức hệ điều hành đảm bảo qua việc thắt chặt an ninh cho hệ điều hành máy chủ sau cài đặt: + Tắt dịch vụ không cần thiết chạy máy chủ + Xóa disable account ngầm định + Thực update security patch hotfix cho hệ điều hành + − Thực audit user máy chủ Tại mức ứng dụng: Bảo mật mức ứng dụng đảm bảo qua việc thực giải pháp sau: + Thực kiểm tra update thường xuyên bug phần mềm ứng dụng + Thiết lập chế độ authencation sử dụng LDAP cho hoạt động truy cập lấy thông tin cập nhật liệu + Phân quyền cho user tác vụ cụ thể + Thực chế ghi giám sát logfile b) An ninh truy nhập Biện pháp an ninh cho điều khiển sử dụng thông tin phải ưu tiên hàng đầu hệ thống tích hợp Đối với việc truy nhập vào hệ thống tích hợp chỗ hay từ xa, hệ thống tích hợp trước hết phải áp dụng biện pháp đòi hỏi mật mã để tạo mức độ an ninh thích hợp Phải đặc biệt nhấn mạnh vào biện pháp an ninh truy nhập vào hệ thống thông tin trạm chức điều khiển thiết bị thông qua thiết bị giao tiếp không phổ biến, chẳng hạn đường điện thoại truy nhập Hệ thống an ninh phải bảo vệ chống lại truy nhập nhân viên không phép vào chức điều khiển quan trọng thông tin nhạy cảm tránh hành động điều khiển sơ suất cẩu thả việc thay đổi trị số đặt nhân viên trách nhiệm Yêu cầu hệ thống phải có mã an ninh (ngăn không cho truy nhập trái Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 116 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA phép) đăng ký người sử dụng Nó phải có khả xây dựng lại thay đổi khứ tất phận hệ thống, bao gồm thiết bị IED, xác định có khả truy nhập theo mức an ninh vào thiết bị IED nào, điểm thời điểm Việc truy nhập vào mức điều khiển khác đặt lại cấu hình hệ thống phải gán với mức cho phép truy nhập khác Ví dụ, kỹ sư rơ le phép thay đổi trị số đặt rơ le không phép điều khiển máy cắt Sự cho phép dành cho nhân viên có nhiệm vụ vận hành thiết bị trạm Việc truy nhập ghi lại để cung cấp đăng ký người sử dụng tài liệu thao tác điều khiển thay đổi cấu hình hệ thống Sự truy nhập người sử dụng vào máy chủ trạm xác định sở liệu nhận dạng người sử dụng EVN, truyển thông qua mạng WAN EVN, mạng khách hàng -server, quản lý IT Hệ thống tích hợp phải có chức quản trị an ninh để gán quyền truy nhập thông tin quyền điều khiển cho cá nhân, văn phòng bàn điều khiển 4.3.2 Tổ chức hệ thống viễn thông trạm điện 4.3.2.1 Mạng truyền dẫn quang Tổ chức mạng truyền dẫn quang SDH hệ để truyền liệu hệ thống điều khiển giám sát từ trạm Trung tâm điều độ a) Cáp quang Yêu cầu kỹ thuật sợi quang Đặc tính sợi quang cáp Non-Metallic (NMOC) theo tiêu chuẩn ITU-T G.655 Tiêu chuẩn: ITU-T G.655 Bước sóng công tác : 1550nm Số sợi quang (NZ-DSSM) : 24 sợi đơn mốt tán sắc dịch chuyển khác Đường kính trường mốt : (8 ÷11)µm Sai số đường kính trường mốt : ≤ 0,7% Sai số đồng tâm trường mốt : ≤ 0,8 µm Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 117 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA : ≤ 2% Độ không tròn lớp vỏ phản xạ Đường kính lớp vỏ phản xạ : 125µm ± 1µm Đường kính lớp phủ : 245µm ± 1µm Bước sóng cắt : ≤ 1450nm Tiêu hao vi uốn cong bước sóng 1550nm: • Bán kính uốn cong : 30mm • Số vòng uốn cong : 100 turn • Giá trị tiêu hao lớn Khả chịu nén : 0,5dB : ≥ 0,69GPa Hệ số suy hao sợi quang • Tại 1550nm : ≤ 0,22dB/km Hệ số tán sắc đơn sắc • Tại 1550nm : ≤ 6ps/nm.km Nhiệt độ hoạt động cho phép sợi quang : -200C ÷ + 850C Mã màu: Theo tiêu chuẩn EIA/TIA 598 Đặc tính sợi quang cáp Non-Metallic (NMOC) theo tiêu chuẩn ITU-T G.652 Tiêu chuẩn: ITU-T G.652D TCN:68-160 Bước sóng công tác : 1550nm Số sợi quang : 12,24,36,48 sợi đơn mốt (SM) Đường kính trường mốt : (8,6 ÷9,5)µm Sai số đường kính trường mốt : ≤ 0,7% Sai số đồng tâm trường mốt Độ không tròn lớp vỏ phản xạ : ≤ 0,8 µm : ≤ 2% Đường kính lớp vỏ phản xạ : 125µm ± 1µm Đường kính lớp phủ : 245µm ± 1µm Bước sóng cắt : ≤ 1260nm Tiêu hao vi uốn cong bước sóng 1550nm: • Bán kính uốn cong : 30mm • Số vòng uốn cong : 100 turn Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 118 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA • Giá trị tiêu hao lớn Khả chịu nén : 0,5dB : ≥ 0,69GPa Hệ số suy hao sợi quang • Tại 1310nm : ≤ 0,4dB/km • Tại 1550nm : ≤ 0,25dB/km Hệ số tán sắc đơn sắc • Tại 1310nm : ≤ 3,5ps/nm.km • Tại 1550nm : ≤ 18ps/nm.km Nhiệt độ hoạt động cho phép sợi quang : -200C ÷ + 850C Mã màu: Theo tiêu chuẩn EIA/TIA 598 b) Thiết bị truyền dẫn quang NG SDH Yêu cầu thiết bị Hãng sản xuất thành viên diễn đàn CORBA (Common Request Broker Architecture), MSF (Mutil-Service Switching Forum) Thiết bị phải có cấu hình linh hoạt cho phép hoạt động trạm đầu cuối, xen rẽ hay đấu chéo, có khả nâng cấp lên cấp đồng STM-16, STM-64 cách thay thế, bổ sung card module Hỗ trợ truyền thông tin dạng gói qua mạng SDH (Packet over SDH) theo tiêu chuẩn ITU-T G.7041 (Generic Framing Procedure), LCAS, VCAT Ma trận chuyển mạch toàn thông với khả 100% xen rẽ Các giao diện quang tuân theo tiêu chuẩn ITU-T G.707, ITU-T G.708, ITU-T G.709, ITU-T G.957, ITU-T G.958, ITU-T G.691 Giao diện điện STM-1 tuân theo chuẩn ITU-T G.703, ITU-T G.707 Giao diện điện 140Mbit/s (E4), 34Mbit/s (E3) 2Mbit/s (E1) tuân thủ theo chuẩn ITU-T G.703 Giao diện Ethernet theo tiêu chuẩn IEEE 802.3 Cấu trúc ghép kênh mạng SDH theo tiêu chuẩn ITU-T G.709 Khả kết nối chéo: Nhánh-đường, Đường-đường Nhánh- nhánh Mức chuyển mạch: VC-12, VC-2, VC-3 AU-4 Cung cấp khả đồng từ/đến cổng 2Mbit/s, STM-1 có khả tái tạo tín hiệu đồng có độ xác cao từ mạng SDH Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 119 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA Có giao diện cho kênh nghiệp vụ (EOW) kênh số liệu Có cổng cho báo cảnh đo xa Có giao diện cho thiết bị quản lý phần tử LCT (giao diện F) cho quản lý mạng (giao diện Q) Có khả quản lý truyền dẫn thông qua mạng SDH Chuẩn giám sát ITU-T Q.811, ITU-T Q.812, ITU-T G.774, ITU-T G.784 Cơ chế bảo vệ theo tiêu chuẩn ITU-T G.841, ITU-T G.842 ETSI Yêu cầu thiết bị phải sẵn sàng phần cứng phép khai thác chế bảo vệ 1+1 MSP, SNCP MS-SPRing Các khối : 1+1 Protection Có sử dụng nguồn dự phòng Nguồn cung cấp : 48V DC, Cực dương nối đất Điều kiện môi trường : theo tiêu chuẩn ETS 300 019 TCN 68-149:1995 c) Cơ chế bảo vệ Tất mạng truyền dẫn quang phục vụ hệ thống điều khiển tích hợp trạm xem xét bảo vệ theo chế 1+1 Ngoài ra, phụ thuộc vào điều kiện thực tế tuyến truyền dẫn xem xét kết hợp bảo vệ theo chế SNCP MS-SPRing 4.3.2.2 Mạng thoại, CCTV Mạng thoại: Trước mắt, sử dụng tổng đài IP-PBX để tổ chức mạng thuê bao nội trạm biến áp kết nối hòa mạng với mạng điện thoại EVN Trong tương lai, xem xét sử dụng công nghệ VoIP để thiết lập mạng điện thoại cho hệ thống điều khiển tích hợp trạm EVN CCTV: Sử dụng camera IP để tổ chức mạng CCTV tất trạm điện, sau truyền Trung tâm điều độ theo mạng truyền dẫn quang EVN Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - IX Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Từ kết nghiên cứu, rút số kết luận sau: • Đối với phần thông tin trạm điện Trung tâm điều độ: Sử dụng thiết bị theo tiêu chuẩn IEC 61850 • Đối với phần thông tin từ trạm điện đến Trung tâm điều độ: Sử dụng thiết bị truyền dẫn quang hệ sau NG SDH Kiến nghị • Do tính đặc thù hệ thống SCADA/EMS đòi hỏi thời gian thực yêu cầu an ninh, an toàn bảo mật cao Tuy nhiên, không đủ thời gian nghiên cứu nên phạm vi đồ án chưa đề cập sâu đến giải pháp bảo mật an ninh, an toàn Do đó, đề nghị xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp trạm cần nghiên cứu sâu đến vấn đề • Hiện nay, ngành Điện tiến hành xây dựng đường trục truyền dẫn quang mạch dựa công nghệ DWDM, đó, đề nghị xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp thiết bị truyền dẫn quang trang bị trạm quan trọng cần phải có khả nâng cấp lên thành thiết bị DWDM Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 -XNghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] TS.Vũ Tuấn Lâm, ThS.Vũ Hoàng Sơn (2001), Xu hướng tích hợp IP/quang mạng hệ sau, Tạp chí Bưu Viễn thông Tiếng Anh [2] Ronald L.Krutz, (2006), Securing SCADA System, Wiley Publishing Inc [3] IEC 61850, Communication networks and systems in substations [4] IEC 60870-5-101, Transmission protocols – Companion standard for basic telecontrol task [5] ITU-T Recommendation G.841, Types and characteristics ò SDH network protection architectures [6] ITU-T Recommendation G.7041, Generic Framing Procedure (GFP) [7] ITU-T Recommendation G.7042, Link capacity adjustment scheme (LCAS) for virtual Concatenated signals [8] Bala Rajagopalan (2002), IP over Optical networks: A Framwork, IETF Internet Draft [9] J M Caballero (2004), SDH Next Generation,TrenComb, Inc Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 ... Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA” hy vọng Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - IX Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA giải pháp giúp cho việc xây dựng hệ thống... - 2007 - 18 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 19 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA Hình 2.4: Hiện trạng hệ thống viễn... 16 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng hệ SCADA Hình 2.3: Hiện trạng mạng truyền dẫn quang ngành Điện Dương Xuân Hiếu – Cao học khóa 2005 - 2007 - 17 Nghiên cứu ứng dụng chuẩn IP để xây dựng