bài giảng tự động hoá trong hệ thống điện

Bài giảng tự động hoá hệ thống điện T ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN (Tiết 1) Với thời lượng 45 tiết, mơn học “Tự động hóa hệ thống điện” dành cho sinh viên học ngành kỹ thuật điện giới thiệu cách trình tự động hóa hệ thống điện Khi học mơn học này, sinh viên phải học trước môn: Hệ thống cung cấp điện; Nhà máy điện trạm biến áp; Bảo vệ rơle hệ thống điện; Ngắn mạch * Mục tiêu môn học: - Trang bị cho sinh viên số kiến thức trình tự động hóa hệ thống điện: Tự động đóng nguồn dự trữ, tự động đóng lặp lại, tự động hòa đồng bộ, tự động điều chỉnh điện áp công suất phản kháng, tự động điều chỉnh tần số - Học xong mơn học này, sinh viên có khả năng: + Trình bày nguyên lý hoạt động sơ đồ, trình tự động hệ thống điện + Áp dụng kiến thức học để ứng dụng sang rơle số * Nội dung môn học: Gồm chương Chương - Tự động đóng nguồn dự trữ Chương - Tự động đóng lặp lại Chương - Tự động hòa đồng Chương - Tự động điều chỉnh điện áp công suất phản kháng Chương - Tự động điều chỉnh tần số Chương – Tổ chức thông tin, đo lường điều khiển hệ thống điện * Tài liệu tham khảo: Bảo vệ rơle tự động hóa hệ thống điện Lê Kim Hùng – Đoàn Ngọc Minh Tú, NXB giáo dục 1998 Bảo vệ rơle tự động hóa hệ thống điện TS Trần Quang Khánh, NXB giáo dục Tự động hóa hệ thống điện lực Đại học Bách Khoa 1979 Tự động hóa hệ thống điện VS.GS Trần Đình Long, Đại học Bách Khoa HN 2004 Automation in electrical power systems A Barzam, * Cách đánh giá Điểm chuyên cần 0.1; Điểm kì x 0.3; Điểm thi cuối kì x 0.6 Kiểm tra kì thi cuối kì theo hình thức thi viết Điểm kì bao gồm điểm kiểm tra gia kỡ v im thớ nghim Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện Bài giảng tự động hoá hƯ thèng ®iƯn (Tiết 1) MỞ ĐẦU Ý nghĩa hiệu tự động hóa hệ thống điện Các hệ thống điện đại mang đầy đủ đặc thù hệ thống lớn, có: tính rộng lớn phương diện lãnh thổ, phức tạp cấu trúc, đa mục tiêu, chịu ảnh hưởng mạnh bất định thơng tin, q trình sản xuất truyền tải, phân phối sử dụng điện thời gian thực, thay đổi chế độ làm việc phần tử có ảnh hưởng đến phần tử khác hệ thống điện Hệ thống điện hoạt động theo quy luật xác định, thời điểm hệ thống trạng thái xác định với tập hợp tương ứng trạng thái phần tử hệ thống Mặt khác nhà máy trạm biến áp lớn có hệ thống điều khiển cũ đòi hỏi nhiều thiết bị, dụng cụ phụ kiện riêng lẻ số lượng đấu nối lớn, nhược điểm thể mặt sau: - Chất lượng điều khiển hệ thống thấp có nhiều thiết bị khác sử dụng để thực chức khác nhau, đơn giản phức tạp thường khó chuẩn đốn cho đối tượng cụ thể Độ dự phòng cho hệ thống mạng điều khiển hạn chế, hư hỏng phần tử ảnh hưởng đến độ tin cậy chung hệ thống - Lắp đặt thử nghiệm tốn nhiều thời gian công sức - Kiểm tra bảo dưỡng phức tạp, thường bảo dưỡng thiết bị hệ thống phải can thiệp vào sơ đồ đấu dây Ngoài ra, việc thử nghiệm kiểm tra toàn hệ thống điều khiển khó thực liên quan đến số lượng lớn phần tử khác Để giải vấn đề ngày người ta thực tự động hóa hệ thống điện 1.1 Ý nghĩa Tự động hóa hệ thống điện nâng cao đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện: tính liên tục, chất lượng điện, đảm bảo thời gian điện hộ tiêu thụ nhỏ nhất… 1.2 Hiệu - Nâng cao độ tin cậy làm việc cho thiết bị - Giảm số lượng lớn người vận hành, - Hạn chế kinh phí xây dựng giảm kích thước cơng trình, - Nâng cao chất lượng điện nhờ hoàn thiện điều chỉnh U, f, - Nâng cao tốc độ điều khiển, - Nâng cao độ tin cậy, giảm xuất cố người vận hành gây lên, - Giá thành điện giảm chi phí vận hành giảm; - Cải thiện chế độ điều kiện làm việc cho người vận hành, thiết bị Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện Bài giảng tự động hoá hệ thống điện Cỏc quỏ trỡnh c tự động hóa Ngày hầu hết cơng đoạn nhà máy điện trạm biến áp tự động hóa mức độ khác Mức độ tự động hóa phụ thuộc vào loại nhà máy, công suất số lượng tổ máy, loại trang thiết bị thiết bị phụ trợ Có thể liệt kê số trình tự động điều khiển sau: - Tự động điều chỉnh tần số phân bố công suất tác dụng tổ máy làm việc song song nhà máy điện hệ thống - Đối với nhà máy điện có nhiều tổ máy tự động hóa việc mở máy, tự hòa đồng hòa đồng máy phát - Tự động dập tắt từ trường kích thích chế độ cố; - Tự động điều chỉnh phụ tải để điều chỉnh tần số - Tự động đóng nguồn dự phòng - Trong q trình truyền tải tự động đóng lặp lại (đối với đường dây, MBA…) - Tự động khởi động dừng tổ máy - Tự động kiểm tra chế độ làm việc nhà máy điện trạm biến áp (Thông số, trạng thái) * Mức độ tự động hóa hệ thống điện có hiệu hay khơng phụ thuộc vào phức tạp sơ đồ tự động hóa giá thành thiết bị * Việc tự động hóa tất khâu gặp khó khăn thiết kế khơng tính đến khả tự động hóa sau Những u cầu sơ đồ tự động hóa: - Đơn giản đến mức có thể, - Làm việc tin cậy chắn; - Tốc độ thực nhanh; - Tốc độ điều chỉnh xác theo ngưỡng yêu cầu; - Hiệu cao… Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện Bài giảng tự ®éng ho¸ hƯ thèng ®iƯn Chương - TỰ ĐỘNG ĐÓNG NGUỒN DỰ TRỮ (TĐD) 1.1 Ý nghĩa nguyên tắc sử dụng sơ đồ TĐD 1.1.1 Ý nghĩa Tự động đóng nguồn dự trữ biện pháp hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện hệ thống Hộ tiêu thụ cấp điện từ nhiều nguồn nguồn Cấp điện từ hai hay nhiều nguồn điện đảm bảo độ tin cậy cao cắt cố nguồn không làm cho hộ tiêu thụ bị điện đòi hỏi chi phí vận hành xây lắp lớn, sơ đồ phức tạp Cấp điện từ nguồn (qua máy biến áp, đường dây…) có độ tin cậy thấp thường chi phí xây lắp vận hành hơn, sơ đồ đơn giản nhiều trường hợp làm giảm dòng ngắn mạch, giảm tổn thất điện máy biến áp, đơn giản bảo vệ rơle… Khi phát triển mạng điện, việc cung cấp từ phía thường giải pháp lựa chọn thiết bị điện bảo vệ đặt trước khơng cho phép làm việc song song nguồn cung cấp Có hai sơ đồ cung cấp cho hộ tiêu thụ từ phía có nhiều nguồn điện: - Một nguồn nối vào cung cấp cho hộ tiêu thụ, nguồn thứ hai để dự phòng - Tất nguồn điện nối vào làm việc riêng lẻ hộ tiêu thụ tách biệt Sự phân chia thực máy cắt Nhược điểm việc cung cấp điện từ phía cắt cố nguồn làm việc ngừng cung cấp cho hộ tiêu thụ khác Độ tin cậy cung cấp điện trường hợp nâng cao cách đặt thêm phần tử dự phòng đóng máy cắt mà thực việc phân chia mạng điện, phần tử tự động đưa vào thay phần tử làm việc có cố vừa bị cắt Thiết bị tự động làm nhiệm vụ chuyển đổi gọi thiết bị tự động đóng dự phòng (TĐD) TĐD sử dụng rộng rãi lưới điện phân phối hệ thống tự dùng nhà máy điện Kinh nghiệm vận hành cho thấy có hiệu sử dụng TĐD cao, xác suất thành công lớn 90% (Tiết 2) 1.1 Ý nghĩa nguyên tắc sử dụng sơ đồ TĐD (tiếp) 1.1.2 Nguyên tắc sử dụng sơ đồ TĐD Có nguyên tắc: - Phụ tải lấy điện từ chung cấp từ nguồn điện Khi phải sửa chữa nguồn điện chính, thiết bị bảo vệ tác ng ct mỏy ct ca ngun lm Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện Bài giảng tự động hoá hƯ thèng ®iƯn việc, đồng thời tự động đóng nguồn dự trữ Khi thời gian điện phụ tải thời gian đóng nguồn dự trữ Hình 1.1 - Các nguyên tắc thực TĐD Hình 1.1a: Phụ tải cấp điện đường dây D1 từ trạm A, đường dây D2 từ trạm B làm dự trữ (máy cắt 4MC bình thường mở) Khi có cố đường dây D1 2MC có tác dụng cắt đường dây D1 khởi động TĐD tự động đóng 4MC Như vậy, phụ tải cấp điện từ trạm B TĐD TĐD chiều - Phụ tải cấp từ MBA riêng Khi MBA bị hỏng TĐD đóng để đưa MBA lại cung cấp điện cho phụ tải Hình 1.1b: Hai phụ tải cấp điện từ hai máy biến áp riêng Máy biến áp B2 liên hệ với hai phụ tải qua máy cắt 6MC (B1); 7MC (B3) 6MC, 7MC trạng thái chờ Khi MBA bị cố, thiết bị TĐD đóng MBA B2 vào để cung cấp nguồn cho phụ tải máy biến áp bị cố Giả sử B1 bị cố 1MC, 2MC bị cắt 5MC, MC đóng Tương tự B3 bị cố 3MC, MC bị cắt 5MC, 7MC đóng MBA B2 chọn cơng suất theo cơng suất ca B1 hoc B3 Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện Bài giảng tự động hoá hệ thống điện - Hai máy biến áp làm việc khơng làm việc song song, phía hạ áp chúng nối với hệ góp khác Hình 1.1c: MBA B1, B2 làm việc, phía hạ áp MBA nối với hệ góp khác Bình thường 5MC mở, có cố MBA bất kỳ, TĐD tự động đóng 5MC nối phụ tải góp bị nguồn cung cấp vào góp Trong trường hợp này, MBA cần có cơng suất đủ để cung cấp cho tất phụ tải trạm Nếu công suất MBA không đủ để cung cấp cho phụ tải trạm, TĐD tác động đồng thời cần có biện pháp để cắt bớt số phụ tải quan trọng trạm So sánh sơ đồ 1b sơ đồ 1c: Ở sơ đồ 1b công suất máy biến áp dự phòng chọn theo cơng suất máy biến áp làm việc Còn sơ đồ 1c công suất máy biến áp phải chọn lớn công suất phụ tải - Trạm C D (Hình 1.1d) bình thường cấp điện từ trạm A B (thiết kế lưới hạ áp) Đường dây D3 có điện áp 2MC đóng, khơng có dòng 5MC bình thường mở Khi cố D2, thiết bị TĐD đặt trạm D đóng 5MC nhờ việc cung cấp cho trạm D chuyển sang cho trạm C Khi cố D1 đường dây D3 điện áp, thiết bị TĐD tác động đóng 5MC đưa nguồn cung cấp từ trạm D đến phụ tải trạm C 1.2 Phân loại thiết bị TĐD yêu cầu 1.2.1 Các yêu cầu thực TĐD a) Sơ đồ TĐD không tác động trước máy cắt nguồn làm việc cắt (tránh đóng nguồn dự trữ vào ngắn mạch nguồn làm việc, loại trừ khả đóng khơng đồng nguồn cung cấp, đóng khơng thành cơng nguồn dự phòng vào cố thống qua loại trừ sau cắt điện) Vì đó: - Nếu cố tạm thời thiết bị bảo vệ tác động máy cắt mở đóng lặp lại đóng TĐD mà máy cắt nguồn làm việc chưa kịp cắt ta đóng nguồn khác vào với tức đóng khơng đồng hai nguồn cung cấp - Nếu cố bền vững, thiết bị bảo vệ mở mà máy cắt nguồn làm việc chưa mở đóng TĐD ta cung cấp nguồn cho điểm cố Hình 1.1a: Khi ngắn mạch đường dây AC bảo vệ đường dây cắt 1MC 2MC đóng, TĐD tác động đóng đường dây dự trữ BC ngắn mạch lại xuất b) Sơ đồ TĐD phải tác động điện áp hộ tiêu thụ lý (khi cắt cố, cắt nhầm, cắt tự phát MC nguồn làm việc, điện áp TC nguồn làm việc ngắn mạch TC hộ tiêu thụ) ngoại trừ trường hợp hộ tiêu thụ bị cắt tác động thiết bị tự động cắt tải theo tần số (khi phải cấm TĐD) c) Thiết bị TĐD tác động lần cố TC hộ tiêu thụ cố bền vững, ngăn chặn khả đóng nguồn dự phòng nhiều lần vào ngắn mạch trì d) Để giảm bớt thời gian ngừng cung cấp điện việc đóng nguồn dự trữ cần phải nhanh sau cắt nguồn làm việc: - tmđ > tkhử ion : thời gian điện nhỏ phải thỏa mãn lớn thời gian khử ion húa ca cỏc in cc mỏy ct Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện Bài giảng tự động hoá hƯ thèng ®iƯn - tmđ < ttkđ : thời gian điện phải nhỏ thời gian tự khởi động động (Khi TĐD phải đảm bảo điều kiện tự khởi động động Nếu điều kiện tự khởi động khơng thực q trình tự khởi động kéo dài q mức cắt bớt số phụ tải quan trọng sau tự động đóng lặp lại TĐL) e) Để tăng tốc độ cắt nguồn dự trữ ngắn mạch tồn tại, cần tăng tốc độ bảo vệ nguồn dự trữ sau thiết bị TĐD tác động Điều đặc biệt quan trọng hộ tiêu thụ bị nguồn cung cấp thiết bị TĐD nối với nguồn dự trữ mang tải Cắt nhanh ngắn mạch lúc cần thiết để ngăn ngừa việc phá hủy làm việc bình thường nguồn dự trữ làm việc với hộ tiêu thụ khác Gia tốc bảo vệ sau TĐD Đối với bảo vệ kèm theo TĐD thời gian tác động nhanh bảo vệ rơle bình thường Khi đóng nguồn dự trữ mà TC hộ tiêu thụ bị cố cắt để bảo vệ TĐD (giảm khả ổn định nguồn) 1.2.2 Phân loại thiết bị TĐD Thiết bị TĐD đa dạng, chúng phân theo nhiều cách: - Theo phần tử trang bị TĐD: + TĐD máy biến áp, + TĐD đường dây, + TĐD phân đoạn góp, + TĐD trang thiết bị tự dùng nhà máy điện trạm biến áp - Theo chiều tác động: + TĐD tác động chiều, + TĐD tác động hai chiều Nếu TĐD tác động theo chiều định nguồn điện HT1 luôn nguồn làm việc máy cắt MC1 bình thường ln ln đóng, nguồn thứ hai HT2 nguồn dự phòng MC2 bình thường mở Khi điện, TĐD tác động đóng MC2 Việc đưa sơ đồ lại chế độ làm việc bình thường thực tự động tay Nếu TĐD tác động theo hai chiều nguồn điện nguồn làm việc nguồn dự phòng Hình 1.2 - Chiều tác động TD a) Mt chiu b) Hai chiu Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện Bài giảng tự động hoá hƯ thèng ®iƯn - Theo nguồn điện thao tác sử dụng: + TĐD dùng nguồn điện thao tác chiều + TĐD dùng nguồn thao tác xoay chiều - Theo phương thức dự phòng: + TĐD nguồn dự phòng nguội, + TĐD nguồn dự phòng nóng Dự phòng nguội dạng hồn tồn cắt khỏi lưới đóng điện khơng mang tải Dự phòng nóng phụ tải phân bố nguồn nguồn thường làm việc non tải để nguồn hỏng nguồn gánh lấy phần phụ tải nguồn cắt (Tiết 3) 1.3 Một số nguyên lý thực sơ đồ TĐD 1.3.1 Bộ phận khởi động thiết bị TĐD Việc khởi động TĐD gửi tín hiệu đóng nguồn dự phòng thực tiếp điểm phụ máy cắt phần tử làm việc tiếp điểm rơle trung gian phản ánh vị trí máy cắt Tuy nhiên hộ tiêu thụ điện máy cắt phần tử làm việc trạng thái đóng hư hỏng từ phía hệ thống phần tử làm việc Trong trường hợp để đảm bảo thiết bị TĐD tác động cần phải sử dụng phận khởi động riêng, thường khởi động điện áp Nhiệm vụ phận khởi động tác động máy cắt phần tử làm việc điện áp hộ tiêu thụ Sau máy cắt phần tử làm việc cắt ra, máy cắt phần tử dự phòng đóng vào Khởi động bảo vệ rơle Bảo vệ rơle bảo vệ rơle MBA TC Hình 1.3 - Khởi động TĐD bảo vệ rơle Khi có ngắn mạch MBA TC C hộ tiêu thụ, bảo vệ tác động cắt 2MC Tiếp điểm phụ 2MC đóng lại làm khởi động thiết bị TĐD Sau thiết bị TĐD đưa tín hiệu đóng 3MC 4MC cấp điện cho phụ tải Tức rơle làm nhiệm vụ đóng nguồn thao tác cho TĐD đưa nguồn điện đến cuộn đóng MC nguồn dự trữ Khoa C¬ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện Bài giảng tự động hoá hƯ thèng ®iƯn Ưu điểm: đơn giản, khơng cần thêm rơle làm nhiệm vụ khởi động Nhược điểm: Nếu đường dây nối từ nguồn đến góp A bị hỏng TĐD khơng khởi động Khởi động rơle điện áp thấp U< dùng để kiểm tra trạng thái nguồn dự phòng có sẵn sàng làm việc hay khơng, tiếp điểm U< ln đóng Hình 1.4 - Khởi động TĐD rơle điện áp thấp Vì lý mà góp C bị điện U< tác động làm khởi động rơle thời gian RT Sau khoảng thời gian, tiếp điểm RT đóng đưa tín hiệu cắt 2MC khởi động TĐD Ưu điểm: khởi động TĐD lý (hư hỏng MBA, hỏng đường dây nối từ nguồn đến TC A) Nhược điểm: U< lấy điện áp nên bảo vệ qua cầu chì Do cầu chì bị đứt, U< tác động nhầm Bộ phận khởi động TĐD tác động cắt máy cắt phần tử làm việc khi: - Hư hỏng mạch thứ cấp máy biến áp; - Ngắn mạch ngồi thống qua khơng làm điện áp nguồn làm việc, nguồn tạm thời sau TĐL; - Nguồn dự phòng khơng có điện áp, điện áp thấp mức để động điện khởi động Ta xét trường hợp cụ thể sau: 1.3.2 Đề phòng mạch rơle làm việc sai đứt cầu chì mạch áp Hình 1.5 - Bộ phận khởi động ca TD s dng cu chỡ Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện Bài giảng tự động hoá hệ thèng ®iƯn Sử dụng U< mắc song song có tiếp điểm mắc nối tiếp Do đó, TĐD đóng tiếp điểm đóng Nếu TC C bị điện, phía thứ cấp BU khơng có điện áp làm cho hai tiếp điểm đóng đồng thời thiết bị TĐD khởi động Còn đứt cầu chì mạch rơle RU cung cấp từ máy biến điện áp 2BU nối với mạch dự trữ Nếu nguồn dự trữ có điện, RU> ln tác động TĐD khởi động nguồn làm việc bị cố Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 10 Bài giảng tự động hoá hệ thống điện Cp iu khu vc (miền): chấp hành huy cấp điều độ quốc gia thực huy giám sát quản lý lưới điện khu vực, có: - Lập sơ đồ kết dây HTĐ khu vực; - Lập phương thức vận hành HTĐ khu vực sở phương thức huy động nguồn điều độ quốc gia; - Huy động nguồn điện thuộc quyền điều khiển cấp điều độ khu vực; - Điều chỉnh nguồn công suất phản kháng, nấc phân áp máy biến áp để giữ điện áp ở nút qui định khu vực giới hạn cho phép; - Tính tốn đề yêu cầu chỉnh định thiết bị bảo vệ tự động HTĐ khu vực; - Trực tiếp huy thao tác xử lý cố HTĐ khu vực; - Báo cáo cung cấp thông tin liệu cho điều độ quốc gia Cấp điều độ cơng trình (NMĐ, TBA) lưới điện địa phương: chấp hành huy cấp điều độ khu vực và/hoặc cấp điều độ trung ương, theo dõi, giám sát, quản lý đối tượng cụ thể cơng trình lưới điện địa phương, có: - Lập phương thức vận hành hàng ngày; - Điều chỉnh nguồn công suất phản kháng, nấc phân áp MBA trạm; - Tính tốn chỉnh định thông số thiết bị bảo vệ tự động thuộc phạm vi nhà máy trạm; - Thao tác xử lý cố phạm vi nhà máy trạm; - Báo cáo cung cấp thông tin, liệu cho điều độ khu vực quốc gia Tùy theo đặc thù nước, quan trọng hệ thống quản lý sản xuất kinh doanh ngành điện mà hệ thống điều độ phân cấp khác nhau,dẫn đến quan hệ trực thuộc khác Chẳng hạn, mạng lưới điều độ HTĐ Việt Nam tổ chức thành cấp (hình 6.2): - Điều độ quốc gia (A0); - Điều độ miền: Bắc (A1), Trung (A3), Nam (A2); - Điều độ lưới điện phân phối: cho tỉnh số thành phố lớn Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải phòng, Đồng Nai… Mỗi cấp điều độ ngồi quan hệ trực thuộc “trên – dưới” có quan hệ điều khiển trực tiếp với công trình tùy theo mức độ quan trọng cơng trình Chẳng hạn, Điều độ quốc gia có quyền điều khiển trực tiếp nhà máy điện lớn, hệ thống truyền tải điện 500kV Điều độ miền có quyền điều khiển trực tiếp số nhà máy điện phân cấp theo qui định riêng, lưới điện truyền tải 110 220 kV Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 101 Bài giảng tự động hoá hệ thống điện Hỡnh 6.2 - Sơ đồ phân cấp điều độ hệ thống điện Việt Nam 6.1.2 Nhiệm vụ cụ thể cấp điều khiển Nhiệm vụ cấp điều khiển xác định cho chế độ làm việc hệ thống a) Trong chế độ vận hành bình thường Nhiệm vụ cấp điều khiển đảm bảo liên tục trình sản xuất, truyền tải phân phối điện với chi phí thấp nhất, chất lượng tần số điện áp nằm giới hạn cho phép b) Chế độ cố Nhiệm vụ cấp điều khiển thiết bị bảo vệ tự động tương ứng phải phát hiện, cách ly loại trừ phần tử hư hỏng khỏi hệ thống nhanh tốt, đảm bảo an toàn cho người thiết bị, hạn chế đến mức thấp tác hại cố Nhiệm vụ xử lý cố thường thiết bị bảo vệ tự dộng cấp thấp (đường dây, MBA, góp, Máy phát điện…) thực Trường hợp xảy cố cấp (bảo vệ máy cắt từ chối hoạt động) hệ thống tự động cấp độ cao (TBA NMĐ) can thiệp Tương lai nhiệm vụ bảo vệ thực thơng qua máy tính điều khiển, việc xử lý cố thực máy tính cấp cao c) Chế độ khơi phục lại hệ thống Nhằm nhanh chóng khơi phục lại việc cấp điện bình thường cho hộ tiêu thụ lộ cấp điện phần hệ thống bị bảo vệ cắt chế độ cố Hin ch cú mt s Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 102 Bài giảng tự động hoá hệ thèng ®iƯn thiết bị hạn chế thực nhiệm vụ thiết bị tự động đóng trở lại nguồn điện, tự động đóng phần tử dự phòng, tự động hòa đồng bộ… * Nhiệm vụ cấp điều khiển sở: lộ cấp điện, MBA, TG, Máy phát điện… - Thu thập, kiểm tra tập trung liệu: thực tất chế độ hệ thống Dữ liệu thu thập gồm: điện áp nút kiểm tra, dòng điện chạy qua phần tử, góc pha điện áp dòng điện, f, … - Phát tín hiệu cảnh báo hoạt động chế độ khơng bình thường cố, có tải, chạm đất lưới điện có trung điểm không nối đất trực tiếp… - Bảo vệ hoạt động yếu chế độ cố nhằm phát tín hiệu tách nhanh phần tử hư hỏng khỏi hệ thống - Thao tác tự động gồm tự động đóng trở lại máy cắt, tự động đóng phần tử nguồn điện dự phòng, tự động cắt tải theo tần số… thực chế độ cố khôi phục lại hệ thống - Tự động kiểm tra chẩn đoán: kiểm tra tải, điện áp… - Phát ghi chép dao động hệ thống - Xác định vị trí điểm cố - Đo ghi tín hiệu tương tự - Trao đổi liệu hệ thống máy tính * Nhiệm vụ cấp điều khiển cơng trình (NMĐ, TBA, lưới phân phối) Ngồi nhiệm vụ giống cấp điều khiển sở còn: - Bảo vệ chung cho cơng trình - Điều khiển cơng suất phát NMĐ phụ tải TBA - Tối ưu hóa mức ổn định - Tự động phục hồi hệ thống - Xác định trình tự cắt - Điều chỉnh điện áp - Tối ưu hóa phụ tải trạm biến áp - Kiểm tra thiết bị phụ trợ - Phân tích chức hệ thống máy tính giao diện vói thiết bị điều khiển khác * Nhiệm vụ cấp điều khiển khu vực trung ương Ngoài nhiệm vụ chung tương tự cấp điều khiển sở cơng trình nhiệm vụ sau: - Xác định cấu hình hệ thống - Xác định luồng công suất tác dụng phản kháng lưới điện điện áp nút ca h thng Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 103 Bài giảng tự động hoá hệ thống điện - Chọn NMĐ tổ máy điện làm nhiệm vụ chủ đao việc điều chỉnh tần số HTĐ, NMĐ tổ máy cần cắt trình xử lý cố tần số tăng cao - Kiểm tra cơng suất dự phòng nóng hệ thống - Điều chỉnh công suất tác dụng - Điều chỉnh công suất phản kháng - Đánh giá hiệu thay đổi cấu hình hệ thống độ tin cậy vận hành - Tạo mức dự phòng cao cho bảo vệ hạn chế tác hại cố - Phân tích xu phát triển q trình - Đo lường lưu giữ thông số chọn trước nhằm phục vụ việc tối ưu hóa hệ thống - Phân tích cố - Lập báo cáo 6.2 Các giai đoạn phát triển hệ thống thông tin, đo lường, điều khiển, bảo vệ tự động hóa hệ thống điện Q trình đại hóa cơng nghệ thơng tin, đo lường điều khiển, bảo vệ tự động hóa HTĐ bao gồm giai đoạn chủ yếu sau: Hình 6.3 – Các giai đoạn phát triển chức trung tâm điều khiển 6.2.1 Xây dựng hệ thống giám sát điều khiển thu thập liệu vận hành (Supervisory Control And Data Acquisition System – SCADA) Hệ thống thông qua thiết bị thông tin đầu cuối (Remote Terminal Unit – RTU) cung cấp liệu dòng điện, điện áp, cơng suất, tần số, trạng thái máy cắt,… trung tâm điều khiển Nhân viên điều độ vào thông tin tiến hành phân tích, tính tốn định gửi tín hiệu điều khiển đến đối tượng khác HTĐ Ở giai đoạn thông tin liệu thu thập theo yêu cầu nhân viên vận hành hiển thị máy tính bảng điều khiển Phần tính tốn định nhân viên vận hành định 6.2.2 Điều khiển trình lượng (Energy Management Systems EMS) Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 104 Bài giảng tự động hoá hệ thống điện - Giải tích lưới điện: Phân tích tính tốn thông số vận hành thời gian thực, xác định luồng công suất lưới điện, phân bố công suất tổ máy, điện áp nút, tổn thất điện áp cơng suất lưới, tính tốn lượng bù cơng suất phản kháng nút, tính tốn dòng điện ngắn mạch… - Tối ưu hóa chế độ vận hành hệ thống: tìm phương án huy động nguồn tối ưu theo tiêu kinh tế, phương án đảm bảo độ tin cậy tăng cường mức độ dự phòng thay đổi cấu hình lưới Từ giai đoạn SCADA chuyển sang giai đoạn EMS đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có bước tiến lớn phần cứng lẫn phần mềm Các thiết bị thừa hành đối tượng điều khiển phải tương thích với thơng số thiết bị điều khiển 6.2.3 Quản lý thông tin liệu (Data Management Systems – DMS) Bước phát triển hệ thống quản lý thơng tin liệu, có số liệu dự báo nhu cầu phụ tải, điều khiển nhu cầu phụ tải điện, giải đáp kiện xảy hệ thống điện, lập trình sửa chữa thiết bị điện, hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – GIS) Việc mở rộng khả thu thập quản lý thơng tin đòi hỏi đầu tư lớn, để tăng hiệu sử dụng số liệu tính tương thích liệu thu thập cần phải có hệ thống quản lý liệu hợp lý Xu quản lý liệu phân tán hệ thống gửi nhận thông tin cần thiết từ hệ thống khác, trao đổi thay đổi thông tin ghi lại hệ thống sử dụng thơng tin Ưu điểm hệ thống quản lý liệu phân tán: - Mỗi phần sở thuộc hệ thống con; - Mỗi hệ thống chịu trách nhiệm liệu thuộc lĩnh vực quản lý; - Các hệ thống sử lý liệu ngang nhau; - Việc mở rộng đổi hệ thống không làm ảnh hưởng đến sở liệu chung toàn hệ thống 6.2.4 Quản lý kinh doanh (Business Management Systems – BMS) Xu chung hoạt động điện lực giới tăng cường cạnh tranh, đa dạng hóa sở hữu, giảm độc quyền phi điều tiết hóa, tạo lập thị trường điện lực tự do, nhiều thành phần Việc mua bán điện nhiều nước có thị trường điện lực phát triển thực theo kiểu thị trường chứng khốn hàng giờ, chí nửa ngày Trong điều kiện việc quản lý kinh doanh điện ngồi phần quản lý kỹ thuật đòi hỏi phải xử lý lượng thông tin thương mại khổng lồ, để điều hành thị trường động, đa dạng nhằm đảm bảo cho khách hàng dùng điện có biểu giá điện thấp nhất, chất lượng phục vụ cao hệ thống điện phát triển liên tục bền vững 6.3 Một số nguyên tắc hệ t h ố ng SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) 6.3.1 Khái niệm chung Trong hệ thống điện có khu vực cần phải thực thao tác Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 105 Bài giảng tự ®éng ho¸ hƯ thèng ®iƯn đóng mở máy cắt, chi phí để trì nhân viên vận hành chỗ lại tỏ khơng hợp lý Ngồi việc chậm trễ cử nhân viên kỹ thuật đến địa bàn xảy cố kéo dài thời gian khắc phục cố làm giảm chất lượng phục vụ khách hàng Khả thực thao tác vận hành từ xa, việc đảm bảo cho thao tác đỏ theo yêu cầu cho phép tiết kiệm nhiều chi phí vận hành hệ thống điện Từ nguyên nhân hệ thống SCADA phát triển Các hệ thống SCADA có khả thực thao tác đo lường, điều khiển từ xa, truyền liệu báo cáo lại với trung tâm điều hành kết thực thao tác Hệ thống SCADA tỏ phương tiện hỗ trợ hiệu kinh tế vận hành hệ thống điện, góp phần trợ giúp đắc lực cho nhân viên vận hành 6.3.2 Điều khiển giám sát Thuật ngữ điều khiển giám sát thường dùng để vận hành từ xa (điều khiển) trang bị điện động cở máy cắt việc thông tin ngược trợ lại (giám sát) để chứng tỏ thao tác yêu cầu thực Trong thời kỳ đầu việc vận hành Hệ thống điện việc giám sát thực đèn báo xanh, đỏ Khi thao tác mở máy cắt thực điều khiển từ xa, sử thay đổi từ đèn đỏ sang đèn xanh trung tâm điều hành xác định thao tác thực thành công Tại trung tâm điêu hành Hệ thống SCADA thực việc truyền tín hiệu thơng tin qt tuần từ trạm biến áp xa Các tram biến áp trang bị thiết bị đầu cuối giám sát từ xa RTU (Remote Terminal Unit) cho phép trung tâm điều hành điều khiển trạm biến áp thơng qua Hơn RTU có Hệ thống báo lại cho trung tâm điều hành thao tác thực thông số chệ độ dòng điện, điện áp, cơng suất tác dụng, cơng suất phản kháng thông số trạng thái phần từ trạng thái đóng hay mở máy cắt, nhiệt độ dầu MBA nhiều đại lượng khác cần giám sát Để giảm bớt số lượng liệu truyền trạm biến áp xa trung tâm điều hành, liệu truyền chúng thay đổi vùng giới hạn cho trước Trong hầu hết Hệ thống vậy, thiêt bị chủ trung tâm điều hành quét thiết bị đầu cuối xa RTU cách gửi thông báo ngắn tới RTU để xem RTU có vấn đề phải báo cáo Nếu có, RTU gửi thơng báo ngược lại cho thiết bị chủ liệu nhận lưu trữ nhớ máy tính Nếu cần, tín hiệu điều khiển gửi tới RTU xét thơng báo tín hiệu cảnh báo máy in thiết bị chủ in hiển thị hình kiểu tivi (CRT) hay hình tinh thể long Phần lớn Hệ thống có chương trình qt tất RTU thực khoảng vài giây Tuy nhiên trường hợp cố trạm đó, thơng báo gửi từ RTU máy chủ, qua trình quét bình thưởng bị dừng lại thời gian đủ để thiết bị nhận thông báo phát tín hiệu cảnh báo cho ngưởi vận hành phản ứng tức Khi có kiện thay đổi trạng thái tất trạm trang bị RTU, thông tin truyền trung tâm điều hành thời gian ngắn Như trung tâm điều hành cấp thơng tin tình trạng Hệ thống điện Hầu hết Hệ thống điều khiển giám sát trang bị máy tính Thiết bị chủ thưc cht Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 106 Bài giảng tự động hoá hệ thống điện l mt mỏy tính số có khả chuyển tín hiệu tới RTU nhận thông tin từ chúng Thông tin nhận hiển thị lên hình in báo cáo 6.3.3 Kênh thông tin cho Hệ thống SCADA Các Hệ thống SCADA bao gồm trạm (trung tâm điều hành), RTU vài tuyến thông tin liên lạc thiết bị chủ tai trạm với thiết bị đầu cuối RTU Đưởng dây thơng tin đường dây điện thoại, tun cáp quang, kênh viba hoăc kênh tải ba Bất kỳ đưởng thơng tin có tỉ số tín hiệu/nhiễu (S/N) đủ lớn có dải tần đủ cho tốc độ truyền tín hiệu số sử dụng Các tốc độ truyền tín hiệu cao đòi hỏi phải mở rơng dải tần kênh truyền liệu Trong số trường hợp kênh truyền tín hiệu điện thoại bình thường với dải tần từ 300 ÷ 3400 Hz hoàn toàn thỏa mãn Đối với việc truyền liệu số, người ta sử dùng rộng rãi cáp quang Tốc độ truyền tín hiệu số đo bit/s (còn gọi la baud) Tốc độ truyền đạt tới 19200 baud, cón bình thường người ta thưởng sử dụng tốc độ truyền từ 600 đến 9600 baud Kênh thơng tin có tầm quan trọng đặc biệt hệ thống SCADA Trong Hệ thống SCADA, độ tin cậy hệ thống thường phụ thuộc vào chất lượng kênh thơng tin phận có hệ số tin cậy thấp Hệ thống Hệ thống SCADA làm việc bình thường thiếu kênh thơng tin tin cậy đủ mạnh 6.3.4 Các dạng Hệ thống SCADA : Hệ thống SCADA bao gồm thiết bị chủ RTU Trên thực tế có số cấu trúc mạng SCADA sử dụng, dạng chọn xuất phát từ yêu cầu hệ thống, kha truyền tin yếu tố giá thành Sau số sơ đồ cấu trúc mạng dùng hệ thống SCADA Ký hiệu: Thiết bị chủ (Master gọi tắt M); Thiết bị xa (Remote gọi tắt R) + Hình a: thiết bị chủ phục vụ trực tiếp phần từ xa theo kênh thông tin riêng biệt + Hình b: Hệ thống hình sao, với thiết bị chủ phục vụ vài thiết bị xa mi thit b Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 107 Bài giảng tự động hoá hệ thống điện xa sử dùng kênh thông tin riêng biệt + Hình c: sơ đồ nối mạng kiểu dây theo nhóm, với kênh thông tin phục vu vài thiết bị xa + Hình d: sơ đồ kết hợp mạng hình dây theo nhóm 6.3.5 Tổng quan thiết bị Hệ thống SCADA: a) Thiết bị chủ Hệ thống giám sát hạt nhân Hệ thống Tất thao tác v i RTU người điều hành thực thông qua thiết bị RTU báo cáo lại cho Bộ phận cho phép liên lạc thiết bị chủ RTU Modem dùng để chuyển đổi tín hiệu số máy tính thành dạng phát thu qua kênh thơng tin b) Các thiết bị phục vụ bao gồm : + Bàn điều khiển với máy vi tính có trang bị phần mềm quản lý việc trao đổi thông tin, cở sở liệu dạng thông tin sơ đồ + Các cửa số thông tin cảnh báo điều khiển hình + Bàn phím máy in Hệ thống điện cần giám sát hiển thị hình máy tính theo ngun tắc TNM trình bày Thơng tin gửi đến thiết bị chủ lưu trữ thiết bị nhớ thông tin đĩa cứng, từ, hiển thị hình, hiển thị số (kiểu thanh) đồng hồ kim Việc tái tạo tín hiệu tương tự thực chuyển đổi D/A c) Các thiết bị xa có chức giám sát (RTU) Các thiết bị xa Hệ thống giám sát đặt trạm biến áp, nối dây để thực chức định Trong RTU đại có trang bị vi xử lý với nhớ khả suy luận lôgic RTU thực vài thao tác mà khơng cần thị thiết bị chủ Ngồi RTU điều khiển số thiết bị chỗ khác điều khiển lôgic PLC Các sơ đồ đo lường RTU chuyển đổi tín hiệu từởng từ dòng điện, điện áp, cơng suất tác dùng v.v thành dòng điện hay điện áp chiều tỉ lệ với đại lượng cần đo nhờ chuyển đổi tương tự - số (A/D) chuyển thành dạng tín hiệu số để chuyển vê thiêt bị chủ thông qua môđem Một số RTU trang bị chức ghi nhận kiện Sự kiện la cố, thao tác vận hành hay trạng thái làm việc nhiễu loạn trang thiết bị Thường chức ghi nhận kiện ghi lại thơng số trang thiết bị có cố 6.3.6 Nhật ký vận hành với Hệ thống SCADA Ngoài chức điều khiển giam sát, hệ thống SCADA có khả ghi lại nhật ký vận hành trạng thái lưới mà có nhiệm vụ theo dõi Nhật ký vận hành cóthể báo gồm thời gian xảy kiện, trạng thái trang thiết bị, tổng điện tiêu thụ v.v 6.4 Cấu trúc chức hệ thống SCADA/EMS SCADA/EMS (Supervisory Control And Data Acquisition/Energy Management System): Là Hệ thống giám sát điều khiển thu thập liệu/ Hệ thống quản lý lượng Hệ thống SCADA phân chia thành nhiều dạng tùy thuộc việc xây dựng quy mụ Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 108 Bài giảng tự động hoá hệ thống điện ca H thống lượng, theo kết cấu Hệ thống SCADA lớn hay nhỏ, đơn giản hay phức tạp Cấu trúc Hệ thống SCADA thường báo gồm phần chính: Hardware (Phần cứng): gồm máy tính, thiết bị đầu cuối RTU, thiết bị giao diện với ngưởi sử dụng, thiết bị giao diện thông tin Software (Phần mềm): gồm phần mềm hệ thống, phần mềm trợ giúp, phần mềm ứng dụng, Support (Phân bổ trợ): Sử dụng để kiến tạo sơ đồ Hệ thống, trợ giúp tình trạng cố hệ thống 6.4.1 Chức Hệ thống SCADA/ EMS Tiền điều độ (Pre-Dispatch) : − Dự báo phụ tải − Phương thức vận hành − Phân tích Hệ thống để nghiên cứu − Điều độ thời gian thực (Real-time Dispatch) Điều độ (Dispatch): − Thu thập chuyển đổi liệu − Giám sát điều khiển − Đánh dấu (Tagging) − Xử lý liệu − Hệ thống thông tin qua khứ Giao diện người sử dụng: − Xử lý tín hiệu kiện − Biểu thị xu hướng − Hệ thống phông hình − Các hiển thị hình Phân tích Hệ thống thời gian thực: − Mơ hình Hệ thống − Tính trạng thái Hệ thống − Điều khiển trào lưu công suất theo thời gian thực Điềù độ tiếp sau (Post-Dispatch): Kê tốn lượng Mơ đào tạo điều viờn (Dispatch-Training Simulator) Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 109 Bài giảng tự động hoá hệ thống điện 6.4.2 Các chức hệ thống SCADA a) Chức giám sát (Supervision) Chức cho phép người điều hành quan sát liên tục trình làm việc thiết bị * Chỉ trạng thái cố (Status and fault indication) Trạng thái thiết bị cố hiển thị biểu tượng màu sắc thay đổi Trong trường hợp thay đổi trạng thái không tuân theoleenhj điều khiển, trạng thái liên quan hay báo cố chiếu sáng lên nhấp nháy báo động âm thanh, cân nhắc cảnh báo xuất bảng điều khiển *Chỉ thị giá trị đo lường (Measured value indication) Các giá trị đo lường (điện áp, dòng điện, công suất…) báo số Mỗi giá trị đo lường so sánh với giá trị kiểm tra cao hay thấp Trong trường hợp giá trị đo lường vượt giá trị giới hạn đặt thị giá trị đo lường liên quan sáng nhấp nháy báo động âm thanh, câu nhắc cảnh báo xuất bảng điều khiển b) Chức điều khiển (Control) Chức cho phép điều hành thiết bị giám sát mức độ thành công hay thất bại mênh lệnh bảng điều khiển Việc điều khiển thực thi hệ thống “Chọn lựa trước điều khiển sau” để ngăn chặn việc điều khiển không Việc điều khiển cho hệ thống xử lý theo bước sau: - Chọn lựa biểu tượng thiết bị bảng điều khiển - Chọn lựa phím bấm chức bảng điều khiển Và sau lệnh điều khiển đánh dấu việc lựa chọn nút nhấn EXECUTE bảng điều khiển c) Đánh dấu (Tagging) Chức cho phép người điều hành ngăn cản việc điều khiển thiết bị thiết bị đưa sửa chữa hay công tác d) Dữ kiện ưu tiên (Overriding Data) Chức nawgn cho phép điều hành đặt giá trị ưu tiên đo lường trạng thái thiết bị bảng điều khiển, đặt chế độ thiết bị thời gian thực hay tay Ở chế độ thời gian thực, cho phép việc thu thập liệu từ thiết bị điều khiên đầu cuối Ở chế độ tay, việc thu thập liệu từ thiết bị điều khiển đầu cuối không cho phép e) Thu thập liệu khứ (History Data Collection) Chức thu thập liệu tức thời từ sở liệu thòi gian thực hiển thị liệu báo cáo háy để hiển thị xu hướng dng Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 110 Bài giảng tự động hoá hệ thống điện Cỏc liệu tức thời thường thu thập lưu trữ qua chu kỳ thời gian bao gồm giờ, tháng, năm Các liệu tức thời, min, max, trung bình lũy kế lưu trữ trực tiếp khoảng thời gian xác định (trong sở liệu khứ) f) Nhật ký kiện (Event log) Chức cho phép người điều hành có thơng tin cố kiện Nhật ký kiện dòng nhắc in tự động máy in nhật ký Tất nhật ký kiện lưu trữ sở liệu khứ g) Hiển thị xu hướng phụ tải hệ thống (Trending) Chức cho phép người điều hành có quan sát liên tục tình trang vận hành thiết bị với đồ thị hiển thị xu hướng (thời gian thực khứ) hình điều khiển h) Báo cáo (Report) Chức cho phép người vận hành biết tình trang vận hành thiết bị báo cáo cụ thể Các báo cáo hàng ngày, hàng tháng tự động in hay in thời gian định trước máy in báo cáo i) Trang ghi chép hệ thống (System Notepad) Chức cho phép người điều hành lưu lại liệu quan trọng, thông tin lời nhác lưu ý cho người khác j) Quản lý người sử dụng (User Management) Chức cho phép người quản lý hệ thống quản lý công việc người điều hành Người quản lý dễ dàng sửa đổi hệ thống quản lý sử dụng * Quản lý phân quyền cho người sử dụng (managemant for user category) Người điều hành trao cá quyền điều hành đặc biệt ( quyền xem, quyền điều khiển, quyền quản lý, quyền lập trình, …) hệ thống quản lý người sử dụng * Các phạm vi tương ứng với phân quyền (Areas of responsibility) Người điều hành định vùng làm việc tương ứng với phân quyền hệ thống quản lý người sử dụng qui định người điều hành giam sát điều khiển định 6.4.3 Các chức nâng cao hệ thống SCADA a) Chức điều khiển sản xuất điện b) Chức giám sát an toàn c)Chức lập kế hoạch vận hành thời biểu d) Chức đào tạo 6.5 Giới thiệu hệ thống SCADA trung tâm điều độ Hệ thống điện quốc gia Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia trang bị hệ thống giám sát vad xử lý liệu SCADA với trung tâm điều độ 15 điểm trạm 500kV, nh mỏy in ln v cỏc Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 111 Bài giảng tự động hoá hệ thèng ®iƯn trạm 220 kV lớn Hệ thống cung cấp cho điều độ viên thông tin cần thiết hệ thống điện cho phép thực điều khiển cần thiết để đảm bảo cho hệ thống điện hoạt động an toàn hiệu Hệ thống SCADA trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia xây dựng có hệ thống thiết bị sau: - Hệ thống 15 thiết bị đầu cuối (Remote terminal unit – RTU) đătk trạm biến áp nhà máy điện hệ thống - Hệ thống máy tính chủ dặt trung tâm điều khiển CC (Control centre) - Các kênh thông tin tiêu chuẩn trực thơng nối RTU vói CC - Hệ thống thơng tin liên lạc - Các thiết bị cấp điện: nguồn liên tục UPS 48 V DC cho hệ máy chủ, RTU thông tin CC cúng trạm nhà máy * Mô tả hoạt động chung: 1- Hệ máy tính chủ Hệ máy tính chủ có chức nawgn sau: - Yêu cầu RTU gửi thông tin hệ thống điện - Yêu cầu RTU thực lệnh điều khiển đóng, cắt thiết bị hệ thống điện - Yêu cầu RTU chuẩn thời gian theo đồng hồ hệ thống - Tạo giao tiếp người/máy dạng đồ họa, tạo mơi trường để điều độ viên thuận tiện thao tác máy - Trên sở thông tin thu từ RTU, tiến hành lưu trữ, in ấn, đưa cảnh báo lập báo cáo theo yêu cầu laapj sở liệu - Quản lý thao tác ca trực điều độ viên, vào ca, vào ca, hết ca… - Cho phép thực thao tác đóng cắt, khóa, mở khóa - Tự chuẩn đốn hỏng hóc tự động chuyển sang làm việc máy dự phòng cần thiết - Thơng báo hỏng hóc thiết bị ngoại vi (máy in, bảng Mimic…) – RTU Các RTU có chức - Thu thập thơng tin hệ thống điện gửi CC qua kênh truyền theo yêu cầu từ CC - Nhận thông tin điều khiển, đồng thời gian từ CC, thực chúng gửi kết CC - Tự kiểm tra gửi thơng tin CC - Quản lý truyền số liệu 3- Các kờnh thụng tin Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 112 Bài giảng tự động hoá hệ thống điện - Đây kênh truyền thông tin số 64kb/s, trực tuyến thiết kế riêng nằm tổng thể mạng thông tin liên lạc hệ thống SCADA - Truyền tín hiệu sau Modem vào mạng thơng tin trao đổi thông tin 15 RTU CC 4- Các thiết bị cấp điện - Nguồn UPS cấp điện xoay chiều 220VAC liên tục cho hệ máy tính chủ CC điện thời gian tối đa 30 phút - Nguồn 48 VDC cấp điện chiều liên tục cho RTU, thiết bị thông tin máy tiền xử lý Chúng lắp đặt CC trạm cung cấp điện liên tục điện thời gian tối đa 5- Hệ thống thông tin liên lạc - Thỏa mãn kênh thông tin trực thông cho thiết bị bảo vệ - Kết nối mạng điện thoại - Cung cấp đường điện thoại nóng phục vụ điều độ * Sự phân cấp chức điều khiển giám sát hệ thống điện SCADA (Supevisory Control and Data Acquisition) - hiểu cách nôm na hệ thống điều khiển thu thập số liệu Việc giám sát, thu thập số liệu điều khiển cần thiết hệ thống công nghiệp Đối với hệ thống điện, đặc thù quy mơ hệ thống sản xuất lớn, trải không gian rộng, bao gồm nhiều thiết bị với chức năng, nguyên lý làm việc khác Vì vậy, người ta khơng thể sử dụng trạm điều khiển trung tâm để đảm nhiệm hết tất chức điều khiển Tuỳ theo mức độ quan trọng yêu cầu tính điều khiển, chức điều khiển thu thập số liệu phân phối phân cấp cho thiết bị khác Hệ thống SCADA cho HTĐ hợp nhất, với công ty điện lực chịu trách nhiệm quản lý, chia thành ba cấp: - Ở cấp thấp hệ thống SCADA, phần có chức theo dõi điều khiển cho thiết bị riêng biệt Thường gặp HTĐ rơ le bảo vệ Khi thiết bị gặp cố, rơle hồn tồn tính tốn tác động theo thơng số chỉnh định trước mà không cần liên lạc với hệ thống cấp Ngoài chức điều khiển, phần tử thuộc cấp có chức thu thập số liệu, thông số thiết bị để gửi lên Substation server Trong hệ thống đại, phần tử gọi chung IED (Intelligent Electronic Devices), có nguyên lý làm việc chức khác nhau, có chuẩn giao tiếp, cho phép IED nói chuyện với IED khác trạm (peer to peer) trao đổi với substation server Về nguyên tắc, hỏng hóc hay bảo trì IED khơng làm ảnh hưởng đến IED khác hệ thống - Cấp thứ hai hệ thống SCADA Substation Server, với chức chủ yếu thu thập số liệu từ IED quản lý, lưu lại sở liệu, phục vụ nhu cầu đọc liệu chỗ qua HMI (Human Machine Interface) - Cấp thứ ba Trung tâm điều khiển toàn hệ thống, nơi thực việc thu thập số liệu từ Substation Server, thực chức tính toán đánh giá trạng thái hệ thống, dự Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 113 Bài giảng tự động hoá hệ thống điện bỏo nhu cu ph ti, thực chức điều khiển quan trọng, việc phân phối lại công suất phát nhà máy, lên kế hoạch vận hành toàn hệ thống Do quy mô rộng lớn hệ thống truyền tải điện năng, trạm điều khiển trung tâm chia thành cấp - điều khiển trung tâm (Central control Center hay Central Dispatching Center - CCC), trạm điều khiển vùng(Area Control Center - ACC) * SCADA/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 trước) Vì EMS ln u 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 Tại ACC CCC, với trợ giúp hệ thống máy tính mạnh, phần mềm chuyên dụng, người vận hành thực chức SCADA/EMS, kể số chức quan trọng sau: - Đánh giá trạng thái hệ thống (SE - Online State Estimation); - Tính tốn trào lưu cơng suất (LF - Load Flow); - Tính tốn tối ưu trào lưu cơng suất (OPF - Optimal Load Flow); - Dự báo phụ tải (LF - Load forecast); - Đánh giá mức độ an toàn hệ thống (DSA - Dynamic Security Assesment); - Xây dựng chiến lược phục hồi hệ thống có cố Ở cấp thấp hệ thống SCADA/EMS IED, có chức theo dõi điều khiển thiết bị cụ thể Các IED trạm nối với thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit) RTU thu thập tồn tín hiệu từ IED trạm gửi điều độ trung tâm Như minh hoạ hình vẽ, liên lạc RTU ACC (CCC) sử dụng nhiều phương tiện: Đường điện thoại, cáp truyền tín riêng ngành điện, sóng vơ tuyến, đường dây cáp quang, sử dụng đường dây điện làm đường truyền tin (PLC - Power Line Carrier) Thông tin hệ thống đưa đến ACC (CCC), chia sẻ chung mạng LAN trung tâm điều độ Các máy chủ nối vào mạng LAN thực chức khác nhau: EMS, ghi số liệu, theo dõi hệ thống, huấn luyện người vận hành (dispatcher tranning) (trên số liệu thực tế) Chức trainning thú vị kết hợp hệ thống số liệu thu thập phần mềm mơ tồn hệ thống điện Khi người huấn luyện theo dõi trực tiếp trạng thái hệ thống, đưa định Phản ứng hệ thống tính tốn nhờ chương trình mơ Từ cho ta hình dung tổng quan cấu trúc hệ thống thông tin cho SCADA hệ thống điện Tuy nhiên hệ thống hoạt động cách hiệu vấn đề phức tạp Tại trung tâm ACC CCC, thường xun có hàng chục, hàng trăm ngàn tín hiệu phải cập nhật thường xuyên Việc đảm bảo tính xác số liệu thu thập, tốc độ điều khiển thời gian thực (hoặc gần với thời gian thực) ũi hi khụng nhng mt h Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện 114 Bài giảng tự động hoá hệ thèng ®iƯn thống máy tính đủ mạnh, mà có phương thức trao đổi thông tin hợp lý Thông tin cần trao đổi cách nhanh chóng, tin cậy, bảo mật UCA xây dựng để tạo tiếng nói chung không can thiệp nhiều vào chuẩn truyền tin sẵn có Mơ hình truyền tin lớp OSI (dùng TCP/IP, Novell, DNP) UCA sử dụng Nơi mà UCA can thiệp lớp kiến trúc OSI Application Layer Tại lớp này, nhà sản xuất cần tuân theo chuẩn sau UCA: - MMS (Manufacturing Message Specification), ngôn ngữ trao đổi cấp application layer thiết bị nhằm thực chức điều khiển đọc số liệu - CASM (Common Application Service Model) phương thức trao đổi thơng tin Nó quy định bước mà thiết bị hệ thống phải tuân theo để trao đổi với Hiểu nơm na, trình tự message MMS trao đổi phải tuân theo CASM Các dịch vụ CASM kể đến gồm có nhóm sau: Truy xuất đối tượng(nhận dạng đối tưọng đọc số liệu), điều khiển, tạo đối tượng, tạo report, kiểm tra bảo mật - GOMSFE(Generic Object Model for Subsation and Feeder Equipment), cách thức mô tả đối tượng mạng thông tin, bao gồm loại đối tượng, thông tin đối tượng Có lẽ cần nói kỹ chút GOMSFE Đây tiêu chuẩn mô tả đối tượng hệ thống điện Trường thông tin mà đối tượng phải có loại đối tưọng (RTU, máy biến áp, Rơ le tụ bù, .), tuỳ vào loại đối tượng mà ta có trường thơng tin khác dòng, áp pha, tần số Trong tên gọi thiết bị có chứa thơng tin Domain-vị trí thiết bị hệ thống Vì thiết bị giống hệ thống có tên gọi khác Khả phát triển thêm thiết bị dễ dàng không gây xung đột ICCP (Inter Control Center Communications Protocol) chuẩn trao đổi thông tin lớp application, giống MMS Tuy nhiên, ICCP phục vụ cho việc trao đổi thông tin trung tâm điều khiển, không hướng vào đối tượng MMS Vì phương thức trao đổi thông tin ICCP không tuân theo CASM, GOMSFE Việc sử dụng ICCP có ý nghĩa tương thích phần mềm phần cứng thiết bị - phần mềm EMS cần tuân theo chuẩn ICCP để trao đổi số liệu với Một câu hỏi đặt phương sử dụng rộng rãi thành công TCP/IP lại không tận dụng, mà nhà SX điện thiết bị điện lại phải đẻ UCA Câu trả lời nằm yêu cầu trao đổi số liệu điều khiển thời gian thực: TCP/IP gây trễ thời gian lớn phương thức truyền tin mà sử dụng UCA xây dựng cho ứng dụng đặc thù vậy, chắn tốt Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cÊp & Sư dơng ®iƯn 115 .. .Bài giảng tự động hoá hệ thống điện (Tit 1) MỞ ĐẦU Ý nghĩa hiệu tự động hóa hệ thống điện Các hệ thống điện đại mang đầy đủ đặc thù hệ thống lớn, có: tính rộng lớn... dụng điện Bài giảng tự động hoá hệ thống điện - tmđ < ttkđ : thời gian điện phải nhỏ thời gian tự khởi động động (Khi TĐD phải đảm bảo điều kiện tự khởi động động Nếu điều kiện tự khởi động không... b Khoa Cơ Điện Trường ĐHNN Hà Nội Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện Bài giảng tự động hoá hệ thống ®iƯn Các q trình tự động hóa Ngày hầu hết công đoạn nhà máy điện trạm biến áp tự động hóa mức