Bài viết này đề xuất ứng dụng thiết bị đo năng lượng đa năng MFM 384, kết hợp với PLC để tạo thành hệ điều khiển và giám sát đảm bảo tính đơn giản, hiệu quả và giá thành thấp, chấp nhận được. Một mô hình được xây dựng, các kết quả thực nghiệm thể hiện tính hiệu quả và khả thi của giải pháp đưa ra.
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO TRẠM ĐIỆN PHÂN PHỐI Đào Huy Du* Tóm tắt: Hiện nay, hệ thống điều khiển giám sát (SCADA) ngày ứng dụng rộng rãi, đặc biệt công nghiệp phân phối truyền tải điện Hầu hết trạm điện phân phối nước ta trang bị đồng hệ thống SCADA Tuy nhiên, trạm phân phối nhỏ, đặc biệt trạm hạ áp dùng quan, xí nghiệp việc trang bị hệ thống tốn không hiệu Bài báo đề xuất ứng dụng thiết bị đo lượng đa MFM 384, kết hợp với PLC để tạo thành hệ điều khiển giám sát đảm bảo tính đơn giản, hiệu giá thành thấp, chấp nhận Một mơ hình xây dựng, kết thực nghiệm thể tính hiệu khả thi giải pháp đưa Từ khóa: SCADA, Giám sát, Điều khiển, Trạm phân phối, Trạm hạ áp ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống điện Việt Nam đầu tư xây dựng ngày nhiều đường dây trạm biến áp (TBA) mở rộng TBA đầu tư xây dựng trước đây: xây dựng máy biến áp (MBA) số hai xuất tuyến trung áp nhằm mục đích đảm bảo cung cấp điện, đảm bảo tăng trưởng phụ tải Mặt khác, hệ thống điện Việt Nam ngày đại hóa thiết bị điện đại Việc quản lý, giám sát, điều khiển vận hành hệ thống điện không ngừng nâng cao với trợ giúp thiết bị tự động hóa, thiết bị truyền tin điều khiển từ xa với hệ thống giám sát điều khiển hệ thống điện SCADA (Supervisory Control And Data Acquision) Hơn nữa, xảy cố TBA trình nhận dạng, phát hiện, cách ly xác định xác tình trạng cố nhanh có lợi, giúp cho việc khơi phục lại chế độ làm việc bình thường hệ thống điện, giảm thiệt hại kinh tế nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hộ tiêu thụ [1], [2] Tuy nhiên, trạm phân phối nhỏ, trạm hạ áp (THA) sử dụng phạm vi quan, nhà máy xí nghiệp, khơng trang bị hệ thống tự động hóa; việc điều khiển giám sát người đảm nhiệm Trong báo này, tác giả xây dựng mơ hình thu nhỏ trạm điện phân phối ứng dụng đồng hồ đo đa Selec MFM384-C PLC S7-1200 kết nối với giao diện HMI để điều khiển, giám sát thu thập liệu từ trạm Thông tin truyền tải qua hệ thống mạng cục (LAN), giao diện HMI xây dựng tảng phần mềm WinCC hãng Siemens giúp cung cấp thông tin như: cơng suất tiêu thụ, lượng sử dụng, tình trạng thiết bị, TBA thao tác điều khiển trạm cách có hiệu Giải pháp đơn giản, hiệu giúp việc vận hành bảo dưỡng TBA, quản lý lượng tiêu thụ đơn vị tốt XÂY DỰNG MƠ HÌNH TBA PHÂN PHỐI Các TBA đóng vai trò quan trọng việc truyền tải phân phối điện Tuy nhiên cấu trúc TBA hoàn chỉnh thường phức tạp, gồm nhiều thiết bị đo lường, đóng cắt bảo vệ khác Vì vậy, để xây dựng mơ hình đầy đủ TBA thường khó khăn Nhằm thể khả hệ thống SCADA việc điều khiển giám sát cho TBA, đặc biệt trạm nhỏ, trạm hạ áp, tác giả xây dựng mơ hình giản lược trạm điện phân phối Xét sơ đồ nguyên lý chung trạm điện hạ áp sau: 180 Đào Huy Du, “Mơ hình hệ thống điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối.” Thơng tin khoa học cơng nghệ Hình Sơ đồ nguyên lý TBA phân phối hạ áp Từ nguyên lý chung, ta có sơ đồ khối tủ điện mơ hình hệ thống điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối hình Hệ thống thiết kế bao gồm phần tử sau: Mơ hình máy cắt MC: dùng khởi động từ (LS Contactor 32A) làm mơ hình thay cho máy cắt TBA Thiết bị đo lượng (RTU): sử dụng đồng hồ đa MFM384-C có khả truyền thơng Tín hiệu dòng pha lấy đồng hồ qua máy biến dòng CT có tỷ số 50/5A Tín hiệu áp pha lấy trực tiếp từ lưới đưa vào đồng hồ Thiết bị điều khiển: PLC S7-1200 Siemens, phục vụ cho việc điều khiển tủ thu thập gửi liệu lên máy tính PC Màn hình điều khiển HMI: xây dựng phần mềm WinCC hãng Siemens, giao tiếp với điều khiển qua mạng cục (LAN) Một số thành phần khác: đèn báo trạng thái, nút bấm, … Tủ có hai chế độ vận hành: Local (tại chỗ) Remote (từ xa) chọn thông qua chuyển mạch Mode Select mặt tủ: Local Mode: Hoạt động tủ điều khiển giám sát chỗ Trên mặt tủ có nút: Đóng MC, Cắt MC dùng cho thao tác đóng/mở máy cắt tay Trạng thái MC hiển thị đèn trạng thái (Đ,M) Đồng thời, tín hiệu trạng thái trạm như: dòng điện, điện áp, cơng suất, lượng pha… đo hiển thị lên hình mặt tủ, giúp cho người vận hành giám sát, đánh giá hoạt động trạm Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 51, 10 - 2017 181 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Remote Mode: Tủ giám sát vận hành từ xa Giao diện người máy HMI thiết kế hình PC giúp cho người dùng giám sát thông số tủ thực lệnh điều khiển từ xa Hình Sơ đồ khối tủ điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối 2.1 Đồng hồ đa MFM384-C Đóng vai trò thiết bị RTU hệ SCADA, dòng sản phẩm MFM384-C hãng Selec đo hầu hết tất tham số khác mạng pha pha như: điện áp, dòng điện, cơng suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến, đo lượng, hệ số công suất tần số Sơ đồ đấu dây: MFM384 cài đặt với nhiều sơ đồ nối dây khác nhau, báo này, tác giả sử dụng sở đồ pha dây kết hợp với TI để lấy thu thập thông tin trạng thái TBA: Hình Đồng hồ Selec MFM384-C 182 Đào Huy Du, “Mơ hình hệ thống điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối.” Thông tin khoa học cơng nghệ Hình Sơ đồ pha dây dùng 3TI 2.2 Bộ điều khiển S7-1200 Được thiết kế để thay dần cho S7-200 lạc hậu, điều khiển logic khả trình S71200 Siemens có tính trội nhiều so với dòng tiền nhiệm Với thiết kế nhỏ gọn, S7-1200 cung cấp CPU với tập lệnh mạnh, nhiều module mở rộng khác nhau: cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP, 13 module tín hiệu số tương tự khác nhau, module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP, Hình Bộ điều khiển S7-1200 2.3 Phần mềm WinCC Giao diện điều khiển giám sát máy tính xây dựng dựa phần mềm WinCC hãng Siemens Đây phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) phục vụ việc xử lý lưu trữ liệu hệ thống SCADA Hiện nay, WinCC Siemens tích hợp phiên phần mềm TIA Portal CÁC KẾT QUẢ Từ sơ đồ nguyên lý, sau thi công lắp ráp ta kết mơ hình tủ điều khiển – giám sát cho trạm điện phân phối sau: Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 51, 10 - 2017 183 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Hình Mơ hình tủ điều khiển – giám sát trạm điện phân phối Ứng dụng đồng hồ đo đa MFM384-C, PLC S7-1200 phần mềm WinCC, sau lập trình ta kết sau: Hình Giao diện điều khiển trạm chưa làm việc Lưu ý: trạm chưa làm việc (Máy cắt mở) trạng thái phần tử mang điện (máy cắt, đường dây, phụ tải) có màu đen Khi trạm làm việc (Máy cắt đóng), trạng thái phần tử mang điện thể màu đỏ.Các thông số giám sát trạm hiển thị hình là: dòng điện, điện áp, cơng suất (P, Q, S), lượng, tần số hệ số công suất 184 Đào Huy Du, “Mơ hình hệ thống điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối.” Thông tin khoa học cơng nghệ Hình Giao diện điều khiển trạm làm việc KẾT LUẬN Bài báo phân tích, cấu trúc, hoạt động trạm phân phối từ ứng dụng tảng PLC Siemen để thiết kế hệ SCADA với chức giám sát/điều khiển Các thiết bị tính chọn, lắp đặt tủ mơ hình điều khiển, giám sát cho trạm phân phối Lập trình giao diện kết nối với PLC cho phép giám sát từ xa trạm điện, qua báo tính tốn xây dựng được: mơ hình tủ máy cắt thực giám sát, điều khiển, xử lý trạm điện phân phối chỗ từ xa Lời cảm ơn: Nghiên cứu hỗ trợ đề tài: "Nghiên cứu, thiết kế ứng dụng hệ SCADA cho trạm điện phân phối", mã số T2016-12, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Bách, "Lưới điện hệ thống điện", NXB Khoa học Kỹ thuật (2000) [2] Hồng Minh Sơn, "Mạng truyền thơng cơng nghiệp", NXB Khoa học Kỹ thuật (2006) [3] Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2007 [4] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà, Tự động hoá với Simatic S7-300, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2002 [5] Tập đoàn Điện lực Việt Nam, EVN (11/2015), văn số 4725/EVN-KTSX, “Về việc định hướng phát triển Trung tâm điều khiển xa TBA không người trực” [6] James Northcote – Green Robert Wilson, “Control and automation of electrical power distribution systems”, 2007 [7] Juri Murakami, Hirofumi Kimoto, Manabu Ono, Kuniyoshi Kasahara, Yasushi Hayasaka and Yahsuhide Ueno, “Development of New SCADA system for 500kV Substations”, 2013 [8] European Commision, M/490 EN, “Smart Grid Mandate, Standardization Mandate to European Standardization Organizations (ESOs) to support European Smart Grid deployment”, 2011 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 51, 10 - 2017 185 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử [9] Website: - www.siemens.com; - www.selec.com ABSTRACT THE MODEL OF SUPERVISORY CONTROL SYSTEM FOR ELECTRIC DISTRIBUTION STATION Supervisory control systems (SCADA) are increasingly being used, especially in the power distribution and transmission industry Most of the power stations in our country have been equipped with SCADA system However, for small distribution stations, especially low voltage stations used in agencies, the establishment of such a system is expensive and ineffective In this paper, the application of the MFM 384 multimeter energy meter in combination with the PLC to form a control and monitoring system that ensures simplicity, efficiency and low cost is proposed A model has been developed and experimental results demonstrate the effectiveness and feasibility of the solution Keywords: SCADA, Electric System, Distribution Station, Low voltage station Nhận ngày 23 tháng năm 2017 Hoàn thiện ngày 06 tháng năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 25 tháng 10 năm 2017 Địa chỉ: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên * Email: daohuydu@tnut.edu.vn 186 Đào Huy Du, “Mơ hình hệ thống điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối.” ... khoa học cơng nghệ Hình Sơ đồ nguyên lý TBA phân phối hạ áp Từ nguyên lý chung, ta có sơ đồ khối tủ điện mơ hình hệ thống điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối hình Hệ thống thiết kế bao... thông số giám sát trạm hiển thị hình là: dòng điện, điện áp, cơng suất (P, Q, S), lượng, tần số hệ số công suất 184 Đào Huy Du, “Mơ hình hệ thống điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối. ” Thông... mơ hình điều khiển, giám sát cho trạm phân phối Lập trình giao diện kết nối với PLC cho phép giám sát từ xa trạm điện, qua báo tính tốn xây dựng được: mơ hình tủ máy cắt thực giám sát, điều khiển,