Thiết kế và tích hợp hệ thống điều khiển giám sát nhà máy thủy điện nhỏ

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ Error! Bookmark not defined Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề .8 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung thực 1.4 Phương pháp nghiêm cứu 1.5 Bố cục luận văn .9 Chương 2: THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NHỎ TẠI VIỆT NAM 11 2.1 Các thành phần nhà máy thủy điện .11 2.1.1 Turbine thuỷ lực .11 2.1.2 Máy phát thuỷ điện 11 2.1.3 Các thiết bị khí nhà máy thuỷ điện 12 2.1.4 Thiết bị điện .12 2.2 Thực trạng hệ thống điều khiển giám sát nhà máy thủy điện nhỏ Việt Nam 13 2.3 Giải pháp cho hệ thống điều khiển giám sát nhà máy thủy điện nhỏ 16 Chương 3: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN - GIÁM SÁT NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NHỎ THEO TIÊU CHUẨN IEC 19 3.1 Các tính hệ thống điều khiển giám sát cần đáp ứng 20 3.1.1 Chức điều khiển 20 3.1.2 Chức thu thập giám sát liệu 31 3.1.3 Chức tạo báo cáo 35 3.1.4 Chức hỗ trợ quản lý bảo trì 36 3.1.5 Chức chuẩn đoán xử lý báo động 37 -1- 3.2 Cấu trúc hệ thống, truyền thông sở liệu 37 3.2.1 Phân chia hệ thống 37 3.2.2 Cấu trúc mạng 39 Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT CHO NHÀ MÁY THUY ĐIỆN TẮT NGOẴNG – SƠN LA 47 4.1 Giới thiệu chung nhà máy 48 4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát 48 4.2.1 Các chức .48 4.2.2 Cấu trúc hệ thống 49 4.2.3 Phương thức điều khiển 51 4.3 Chi tiết đầu vào vào 60 4.4 Thiết lập liên kết hệ thống điều khiển 60 4.4.1 Sơ đồ điều khiển chung cho toàn nhà máy 60 4.4.2 Kết nối từ PLC đến rơle số công tơ số trạm điều khiển tổ máy 62 4.4.3 Thiết lập mạng nội LAN – kết nối IED trạm 62 4.4.4 Giải pháp kết nối nhà máy tới trung tâm điều độ 63 4.5 Giới thiệu phần mềm điều khiển giám sát máy tính SCADA .64 Chương 5: KẾT LUẬN 67 5.1 Kết đề tài 67 5.2 Ý nghĩa thực tiễn 67 5.3 Khả mở rộng .68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 70 -2- LỜI CẢM ƠN Để hồn hành luận văn này, tác giả ln ghi nhận tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến toàn thể người Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Hoàng Minh Sơn, người giúp đỡ nhiệt tình kịp thời mặt chuyên môn cho suốt trình thực luận văn Bên cạnh đấy, tác giả bày tỏ lòng biết ơn đến tập thể thầy cô Bộ môn Điều khiển Tự động – Trường đại học Bách khoa Hà Nội, người truyền đạt kiến thức sở quý báu cần thiết để giúp tơi có đầy đủ kiến thức hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện thủy điện Năng lượng tái tạo đồng nghiệp tạo điều kiện, giúp đỡ động viên thời gian nghiên cứu thực luận văn Xin cảm ơn ban lãnh đạo nhà máy thủy điện: Nậm Má – Hà Giang, Suối Sỉu – Hà Giang, Suối Tân – Sơn La tạo điều kiện cho khảo sát giúp cho tơi có kinh nghiệm quý báu Xin chân thành cảm ơn gia đình, vợ con, người luôn bên cạnh động viên tinh thần giúp đỡ nhiều trình thực luận văn Và cuối xin chân thành cảm ơn đến bạn lớp Điều khiển & Tự động hóa – 2011B động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập làm luận văn tốt nghiệp Xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất người! Hà Nội, tháng năm 2013 Vũ Tuấn Anh -3- LỜI CAM ĐOAN Tên là: Vũ Tuấn Anh Sinh ngày 10 tháng 2013 Học viên lớp cao học Điều khiển Tự động hóa – Khóa 2011B – Trường đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan: Đề tài “Thiết kế tích hợp hệ thống điều khiển, giám sát nhà máy thủy điện nhỏ” thầy giáo, PGS.TS Hồng Minh Sơn hướng dẫn cơng trình riêng tơi Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tôi xin cam đoan tất nội dung luận văn nội dung đề cương yêu cầu thầy giáo hướng dẫn Nếu có vấn đề nội dung luận văn tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Học Viên Vũ Tuấn Anh -4- DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT IEC International Electrochemical Commission SCADA Supervisory Control And Data Acquisition LAN Local Area Network WAN Wide Area Network GAN Global Erea Network MAN Metropolitan Area Network IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers CPU Central Processing Unit HMI Human Machine Interface CT Current Transformer VT Voltage Transformer NO Normally Open CMMS Computerized Maintenance Management Systems RTU Remote Terminal Unit PLC Programmable Logic Controller NIC Network Interface Card IED ntelligent Electronic Device EMS Energy Management System OSI Open Systems Interconnection Reference Model TCP/IP transmission control protocol / internet protocol MMS manufacturing message specification CDC Common Data Class SPS Single Point Status HTĐ Hệ thống điện MBA Máy biến áp NMTĐ Nhà máy thủy điện -5- DANH MỤC BẢNG Bảng 3- 1: Phân loại điều khiển nhà máy thủy điện nhỏ 20 Bảng 3- 2: Phân chia kiến trúc hệ thống điều khiển 38 Bảng PL3- 1: Tổ chức vùng nhớ modbus 79 Bảng PL5- 1: Phương thức truyền dẫn không đối xứng 93 Bảng PL5- 2: Phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng 94 Bảng PL5- 3: Sự kết nối lớp thông tin chuẩn 97 Bảng PL5- 4: Cấu trúc điện 98 Bảng PL5- 5: Giới thiệu loại liệu vùng địa 99 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2- 1: Hệ thống rơle le bảo vệ nhà máy Nậm Má 14 Hình 2- 2: Hệ thống tủ điều khiển nhà máy Suối Sỉu 15 Hình 2- 3: Hệ thống tủ điều khiển tổ máy NMTĐ Suối Tân 16 Hình 3- 1: Sắp xếp thứ tự điều khiển nhà máy thủy điện nhỏ 21 Hình 3- 2: Cấu hình trạm điều khiển cục .22 Hình 3- 3: Trinh tự khởi động tổ máy 24 Hình 3- 4: Trình tự dừng tổ máy bình thường 25 Hình 3- 5: Trình tự dừng khẩn cấp tổ máy 26 Hình 3- 6: Cấp điều khiển nhà máy 28 Hình 3- 7: Mạng máy tính 39 Hình 3- 8: Mạng LAN đường truyền liệu đa điểm 42 Hình 3- 9: Cấu trúc liên kết dạng 44 Hình 3- 10: Cấu trúc liên kết dạng vịng 45 Hình 3- 11: Cấu trúc liên kết dạng tuyến 46 Hình 4- 1: Cấu trúc hệ thống điều khiển nhà máy 49 Hình 4- 2:Sơ đồ điều khiển cho toàn nhà máy 61 -6- Hình 4- 3: Giao diện điều khiển giám sát cho NMTĐ Tắt Ngoẵng sử dụng phần mềm IWS Ver7.1 65 Hình 4- 4: Giao diện sát điều khiển trạm đưa ABB (tham khảo) 65 Hình 4- 5: Giao diện sát điều khiển trạm đưa Siemens(tham khảo) .66 Hình PL3- 2: Chu trình yêu cầu - đáp ứng 76 Hình PL3- 3: Cấu trúc đoạn tin giao thức modbus 78 Hình PL4- 1: Phân tích máy cắt (XCBR) 82 Hình PL4- 2: Minh họa cấp bậc liệu 83 Hình PL4- 3: Ví dụ IED nút logic 84 Hình PL4- 4: Phân tích Single Point Status (SPS) 85 Hình PL4- 5: Mã tên đối tượng 86 Hình PL4- 6: Ví dụ MVC .88 Hình PL4- 7: Sơ lược chức liên kết truyền thông IEC 61850 89 Hình PL4- 8: Mơ hình mẫu trạm theo IEC 61850 91 Hình PL5- 1: Giao thức truyền thông 60870-5-101 92 Hình PL5- 2: Khung định dạng IEC 60870-5-1 93 Hình PL5- 3: Mối quan hệ khối liệu 96 Hình PL5- 4: Tổng quan cách thu thập liệu 97 -7- Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Đầu năm 90, kinh tế đất nước bắt đầu phát triển, nhu cầu điện ngày tăng cao Với điều kiện địa lý thuận lợi nguồn tài nguyên thủy điện lớn, hàng loạt nhà máy thủy điện (NMTĐ) với nhiều mức công suất khác xây dựng, đặc biệt nhà máy thủy điện nhỏ Bởi lẽ nhà máy thủy điện nhỏ dễ dàng xây dựng nhiều, lựa chọn địa điểm xây dựng cách dễ dàng, vốn đầu tư khơng q lớn… Điều đáp ứng phần nhu cầu điện góp phần phát triển ngành điện lực cách đắc lực Tuy nhiên, khơng thể nói thành cơng thủy điện so với nguồn tài nguyên coi vơ dồi có Thực tế là, nhà máy thủy nhỏ chưa coi hoạt động có hiệu quả, có nhiều nhà máy đưa vào hệ thống đại hóa, trang thiết bị tối tân Có nhiều nguyên nhân dẫn tới không hiệu là: số nhà máy thường thiết kế cách thô sơ, sơ sài, thiếu quán, nhiều nhà máy xây dựng mang tính chất kế thừa theo kinh nghiệm, hệ thống tồn nhiều hệ, nhiều công nghệ sản xuất thiết bị Tư thiết kế cịn mang nặng tính bảo thủ, thiết kế chủ yếu dựa vào yếu tố kinh nghiệm, chưa có khả cập nhật tiếp nhận công nghệ dẫn đến khả thông tin liên lạc với nhà máy khác, với cấp quản lý cấp cao kém, dự liệu thông tin cập nhật khơng kịp thời, khơng đầy đủ… Điều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu nhà máy nói riêng cho tồn hệ thống điện lực nói chung mà cịn có khả gây cố tiếc nhà máy thiên nhiên, người khu vực phạm vi gần nhà máy Với mục tiêu thúc đẩy hợp tác quốc tế việc tiêu chuẩn hóa lĩnh vực điện – điện tử, đơn giản hoá sở liệu kiểm soát tất chức tự động hố vấn đề có liên quan khác Tổ chức kỹ thuật điện quốc tế - IEC -8- đưa nhiều tiêu chuẩn, hướng dẫn cụ thể cho việc thiết kế hệ thống điều khiển giám sát nhà máy điện nói chung NMTĐ nói riêng Để giải vấn đề mình, hệ thống điều khiển thủy điện nhỏ Việt Nam cần phải xem xét bám sát tiêu chuẩn thiết kế cho hệ thống thiết kế bảo trì nâng cấp hệ thống sẵn có Điều giúp cho hiệu nhà máy thủy điện nhỏ nâng cao, giảm tải chi phí vận hành, quản lý tránh xảy hư hỏng, tai nạn khơng đáng có Phần hỗ trợ cho ngành điện lực nói chung 1.2 Mục tiêu đề tài Thơng qua việc nghiên cứu tiêu chuẩn IEC cho NMTĐ đưa trình tự thiết kế nội dung thiết kế bám sát tiêu chuẩn cho hệ thống điều khiển giám sát nhà máy thủy điện nhỏ xây dựng 1.3 Nội dung thực Tìm hiểu thực trạng hệ thống điều khiển giám sát nhà máy thủy điện nhỏ Việt Nam đưa giải pháp khắc phục nâng cao hiệu hệ thống Phân tích yêu cầu hướng dẫn tiêu chuẩn IEC cho hệ thống điều khiển giám sát NMTĐ Thiết kế áp dụng cho NMTĐ Tắt Ngoẵng – Sơn La công suất 2x3.5MW 1.4 Phương pháp nghiêm cứu Để đạt mục tiêu, yêu cầu đặt đề tài, việc thực đề tài tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu: Các tài liệu khoa học ngồi nước có liên quan đến IEC hệ thống điều khiển NMTĐ - Phương pháp khảo sát thực tế: Tham khảo thiết kế, vẽ thực tế hệ thống điều khiển nhà máy thủy điện nhỏ - Phương pháp tổng hợp, phân tích, đánh giá, xử lý liệu 1.5 Bố cục luận văn Bài làm bố cục thành chương với nội dung bao gồm: khảo sát đánh giá thực trạng hệ thống điều khiển giám sát nhà máy thủy điện nhỏ nay, -9- đưa giải pháp để nâng cao hiệu nhà máy thiết kế cần hướng theo tiêu chuẩn IEC Thơng qua phân tích yêu cầu chức năng, cấu trúc cho HTĐK nhà máy thủy điện nhỏ Tác giả đưa bước thiết kế theo quan điểm phân cấp điều khiên IEC, cấp điều khiển, việc cấu hình hay ghép nối thành phần cấp xuất phát từ chức mà cấp điều khiển cần phải đảm nhiệm Chương 1: Mở đầu Chương 2: Thực trạng giải pháp cho hệ thống điều khiển giám sát cho nhà máy thủy điện nhỏ Việt Nam Chương 3: Phân tích hệ thống điều khiển giám sát nhà máy thủy điện nhỏ theo tiêu chuẩn IEC Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho nhà máy thủy điện Tắt Ngoẵng – Sơn La Chương 5: Kết luận - 10 - phần Sau đó, mơ hình trừu tượng ánh xạ tới ngăn xếp giao thức cụ thể phần IEC 61850-8-1 dựa MMS (ISO9506), TCP / IP, Ethernet Trong trình lập anh xạ đối tượng tới MMS, IEC 61850-8-1 đưa phương pháp chuyển thông tin mơ hình thành biến MMS tên đối tượng có kết mã số rõ ràng cho thành phần liệu mơ hình Ví dụ, giả sử ta có có thiết bị logic có tên "Relay1" có chứa máy cắt đơn, nút logic XCBR1 mà ta muốn để xác định xem máy cắt hoạt động chế độ từ xa hay chỗ Để xác định điều đọc đối tượng thể hình PL55 Relay1/XCBR1$$T$Loc$stVa Thuộc tính Dữ liệu Rằng buộc Nút logic Thiết bị logic Hình PL4- 5: Mã tên đh_PLượã b Thiết lập ánh xạ để đưa giao thức thực Các liệu trừu tượng mơ hình đối tượng IEC 61850 định nghĩa phương thức tiêu chuẩn hóa cho việc mơ tả thiết bị HTĐ mà cho phép tất IED biểu diễn liệu sử dụng cấu trúc giống hệt Tóm tắt mơ hình giao diện dịnh vụ truyền thông (ACSI) IEC 61850 định nghĩa tập hợp dịch vụ đáp ứng cho dịch vụ cho phép tất IED hoạt động theo phương thức giống hệt nhau, đứng từ góc độ động thái mạng Trong mơ hình trừu tượng quan trọng để đạt mức độ khả tương tác này, mơ hình cần phải vận hành giao thức thực sư Đó thực tế để thực hoạt động mạng máy tính ngành công nghiệp lượng IEC 61850-8-1 Ánh xạ dịch vụ truyền thông đặt biệt (SCSM) vẽ đồ tới MMS (ISO /IEC 9506) Tại giao thức thiết kế sở lại sử dụng cho sản xuất? Vì MMS chung (tiêu chuẩn ISO) 86 giao thức mà chứng minh dễ dàng hỗ trợ việc đặt tên phức tạp mơ hình dịch vụ IEC 61850 Trong ta có lý thuyết ánh xạ IEC 61850 cho bất kỳgiao thức, phép ánh xạ phức tạp cồng kềnh cố gắng để ánh xạ đối tượng dịch vụ IEC 61850 tới giao thức mà cung cấp đọc / ghi báo cáo dịch vụ cho biến đơn giản truy cập số ghi hay số mục Đây lý mà MMS lựa chọn cho UCA vào năm 1991 lý giữ cho IEC 61850 MMS lựa chọn tốt hỗ trợ đối tượng có tên phức tạp tập hợp phong phú dịch vụ linh hoạt, hỗ trợ việc ánh xạ tiêu chuẩn IEC 61850 cách đơn giản Các phép ánh xạ đối tượng mơ hình dịch vụ IEC 61850 tới MMS dựa phép ánh xạ mà dịch vụ MMS cụ thể lựa chọn phương tiện để thực dịch vụ khác ACSI Ví dụ, mơ hình quản lý ACSI ánh xạ tới MMS dịch vụ đọc viết Sau đó, mơ hình đối tượng khác IEC c Bus trình Khả số hóa số lượng sở giá trị nguồn truyền tải giá trị mẫu kết trở lại trạm biến áp trở nên cần thiết Ngồi giá trị lấy mẫu, khả để có điều khiển từ xa thông tin trạng thái thiết lập, điều khiển đầu mong muốn hướng tới Những địa IEC 61850 cần thông qua định nghĩa lấy mẫu dịch vụ giá trị đo (MVC - Sampled Measured Values) việc thực Bus trình Lớp trình trạm biến áp có liên quan đến thu thập thơng tin, chẳng hạn điện áp, dịng điện thơng tin trạng thái từ MBA chuyển đổi kết nối với q trình HTĐ – truyền tải điện IEC 61850 định nghĩa tập hợp cá liệu thông qua hai định nghĩa giao thức khác nhau, cụ thể là, Phần 9.1: định nghĩa Multidrop Point-to-Point liên kết cố định nhiều hướng mang theo liệu cố định Phần 9.2 định nghĩa "cấu hình" liệu truyền sở multi-cast từ Publisher tới nhiều thuê bao 87 Hình 4-16, trên, cho thấy khái niệm Bus q trình Tín hiệu từ nguồn điện áp dòng (mức lượng thấp cao)cũng tình trạng thơng tin đầu vào "Merging Unit" (MU) Merging Unit mẫu trạm đưa tín hiệu thể đồng ý hòa đồng Theo cách này, IED nhập liệu từ nhiều MU tự động xếp xử lý liệu Lúc này, có thỏa thuận thực để định nghĩa: tỷ lệ mẫu sở 80 mẫu chu kỳ HTĐ Cho bảo vệ giám sát 256 mẫu chu kì cho ứng dụng tần số cao chất lượng điện Hình PL4- 6: Ví d Hình_PL Phần 9.1 tiêu chuẩn đưa cấu hình chung, liệu định nghĩa IEC 60044-8 Bộ liệu bao gồm pha điện áp, điện áp cái, điện áp trung tính, dịng pha cho bảo vệ, dịng pha đo lường hai word 16 bits cho tình trạng Lưu ý giá trị liệu tương tự ánh xạ vào ghi 16-bit ánh xạ Cả 9.1 9.2 định phép ánh xạ trực tiếp lên Ethernet truyền tải (xem hình 4-16) Tùy thuộc vào tốc độ liệu mẫu, nơi từ đến thiết bị ánh xạ vào liên kết Ethernet đơn 100MB Sau nhiều dịng 88 liệu Ethernet 100MB kết hợp vào chuyển mạch Ethernet với xương sống 1GB Sample values (Multicost) Generic Object Oriented Substation Event SV GOOSE (Type 4) (Type 1, 1A) Time Sync Core ACSI services Generic Substation Status event GSSE TimeSync (SNTP) ( Type 6) UDP/IP MMS Protocol Suite ( Type 1, 1A) ( Type 2,3,5) TCP/IP TProfile ISO CO TProfile GSSE T - Profile ISO/IEC 8802 - - LLC ISO/IEC 8802 - Ethertype ISO/IEC 8802 - Hình PL4- 7: Sơ lượl5- Hình_PL4- \* ARABIC et trunh_PL4- \* ARABIC e50 d Ngơn ngữ cấu hình trạm IEC 61850-6-1 xác định ngơn ngữ cấu hình tạm (SCL) dựa eXtensible Markup Language ( XML ) để mơ tả cấu hình hệ thống dựa IEC 61850 SCL hệ thống tập tin cấu hình cho phép nhiều cấp độ hệ thống mô tả rõ ràng theo chuẩn XML Các tập tin SCL khác bao gồm: tập tin mô tả đặc điểm kỹ thuật hệ thống (SSD) , tập tin mô tả khả IED ( ICD ), tập tin mơ tả cấu hình trạm biến áp (SCD ) , tập tin mô tả cấu hình IED (CID ) tập tin Tất cảnhững tập tin xây dựng phương pháp định dạng tương tự nhưngcó phạm vi khác tùy thuộc vào nhu cầu Mặc dù IEC 61850 Client trích xuất cấu hình IED từ IED 89 kết nối với IED qua mạng Tuy nhiên có số tình mà sẵn có ngơn ngữ mơ tả off-line mang lại lợi ích lớn để người dùng bên ngồi cấu hình tiêu chuẩn ứng dụng IEC 61850 client Những lợi ích bao gồm : - SCL cho phép off-line công cụ phát triển hệ thống để tạo tập tin cần thiết cho cấu hình tự động IED từ việc thiết kế HTĐ giảm đáng kể chi phí nhân lực cho việc cấu hình IED tay - SCL cho phép chia sẻ cấu hình IED người dùng nhà cung cấp để giảm loại bỏ mâu thuẫn hiểu lầm cấu hình hệ thống yêu cầu hệ thống Người dùng cung cấp file SCL riêng họ để đảm bảo IED chuyển giao cho họ cấu hình - SCL cho phép ứng dụng IEC 61850 cấu hình off-line mà khơng địi hỏi kết nối mạng đến IED client - SCL sử dụng phù hợp với yêu cầu người dùng Một người sử dụng định sử dụng file CID để có giúp đỡ việc sử dụng cấu hình IED Hoặc SCL sử dụng để cấu lại toàn trình thiết kế HTĐ để loại bỏ cấu hình sử dụng, loại bỏ lỗi nhập liệu sử dụng, giảmsự hiểu lầm khả hệ thống yêu cầu e Trạm mẫu Tại lớp "quá trình", liệu từ điện áp dịng điện thơng tin trạng thái thu thập số hóa Merging Units (MUs) Dữ liệu từ MUs thu thập thơng qua mạng Ethernet cáp quang 100MB có dự phòng Các điểm thu thập dự phòng với chuyển mạch Ethernet với 1GB bus liệu nội uplinks 1GB, có hỗ trợ Ethernet ưu tiên Ethernet LAN ảo (VLAN) VLAN cho phép chuyển đổi Ethernet để cung cấp liệu tới cổng / IED đăng ký liệu Trong việc chuyển đổi sang thực thi Bus trình, nhà sản xuất cần phải cung cấp khả tích hợp liệu từ CTs PTs với liệu từ cảm biến Một đồng hồ hòa đồng dự phòng phải định địa Khi phát thất bại đồng hồ 1, đồng hồ phải tự động bám lên đường dây tiếp tục cung cấp lấy mẫu hòa đồng 90 Hình PL4- 8: Mơ hình m_PL4- \* ARABIC đồng h Ở cấp trạm biến áp, có Station Bus Bus dựa Ethernet 10MB với chuyển đổi rõ ràng đường dẫn đến Ethernet 100MB Station Bus cung cấp truyền thơng nút logic khác nhau, cung cấp chức bảo vệ trạm, chức điều khiển, chức giám sát, chức ghi giữ Truyền thông hoạt động kết nối sở định hướng (ví dụ - theo yêu cầu thơng tin, cấu hình,…) sở kết nối (IEC Generic Object Oriented Substation Event - GOOSE) Một lần nữa, kiến trúc truyền thông dự phòng khuyến cáo áp dụng với IED tới IED để đề phòng trường hợp đường truyền bị lỗi Cuối cùng, cấu trúc hỗ trợ truy cập mạng từ xa cho tất loại liệu đọc viết Như tất thông tin liên lạc mạng cho phép, nhiều "clients” từ xa mong muốn truy rộng nhiều thơng tin có sẵn “Clients” điển hình bao gồm HMI chỗ, trạm vận hành, trạm bảo dưỡng, trạm kỹ thuật lập kế hoạch Các điểm truy cập từ xa vị trí hợp lý để thực chức bảo mật mã hóa xác thực 91 Phụ lục TIÊU CHUẨN IEC 60870-5-101 Chuẩn truyền thông dùng HTĐ phục vụ để liên kết thông tin phàn tử hệ thống, sử dụng chuẩn IEC60870-5-X giao diện truyền thông IEC60870-5-101 định rõ tài liệu 60870- 5-101, xuất hội đồng kỹ thuật điện quốc tế Cấu trúc IEC 60870-5-101 Giao diện truyền thông IEC 60870-5-101 chuẩn quốc tế cho việc điều khiển từ xa thiết bị hệ thống, giao diện truyền thông minh họa đây: S.P.I.D.E.R AS RCS PCU Giao thức truyền thơng IEC 870 -5-101 RTU Hình PL5- 1: Giao thức truyền thông 60870-5-101 - PCU: Process communication server - RCS: Remote communication Server - RTU: Remote terminal unit - AS: Application Server (central system) Tốc độ truyền IEC 60870-5-101 điều khiển giống phần điều khiển quan trọng chuẩn cho phép tốc độ khác chế độ truyền khác Giao diện chuẩn IEC 60870-5-101 xây dựng từ chuẩn IEC 60870-5-1 đến IEC 60870-5-5 IEC 60870 bao gồm hệ thống thiết bị điều khiển từ xa giao diện truyền thông 92 a Chuẩn 60870-5-1 Các khung định dạng 60870-5-1 dựa lớp vật lý lớp liên kết IEC 60870-5-1 (Link Service Classes Provided) xác định theo ba lớp dùng ba mức khác Ta có hình minh hoạ sau: Trạm khởi tạo Link layer Trạm tiếp nhận Gửi/ không trả lời (data) Link layer S1 Gửi (data) S2 Xác nhận Yêu cầu S3 Đáp ứng Hình PL5- 2: Khung định dạng IEC 60870-5-1 Bảng mô tả cách sử dụng loại dịch vụ theo mô tả chức đặc trưng: Loại dịch vụ liên kêt Chức S1 Gửi/ không phản hồi Gửi/ xác nhận S2 S3 S2 Yêu câu/ đáp ứng Cách dùng Không sử dụng thiết bị Các loại liệu tông hợp đến trạm điều khiển chủ yêu dùng cho liệu thu Bhủ yêu dùError! Bookmark not defined.: Phương th! Bookmark not definđốg th! 93 Phương thức truyền dẫn không đối xứng (unbalanced mode): Là phương thức sử dụng điện áp dây dẫn so với đất để thể trạng thái logic (1 0) tín hiệu số Ưu điểm phương thức nhiều càn đường dây đất chung cho nhiều kênh tín hiệu trường hợp cần thiết Loại dịch vụ liên kêt Chức Cách dùng S1 Gửi/ không phản hồi Không sử dụng thiết bị Gửi/ xác định Các loại liệu tông hợp đến/từ trạm điều khiển Yêu câu/ đáp ứng dùng suôt việc thiết lập đường truyền SI S2 S3 Bược dùng Error! Bookmark not defined.: Phương thBùng suôt việc thiếđốg tứg Phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng: Sử dụng điện áp hai dây dẫn (A B hay dây - +) để biểu trạng thái logic (1 0) tín hiệu Khơng phụ thuộc vào đất Có loại khung định dạng truyền thơng là: FT1.1, FT1.2, FT2 FT3 Chuẩn IEC 60870-5-101 sử dụng khung định dạng FT1.2 với khoảng cách hamming Chuẩn 60870-5-101 dùng loại khung FT1.2 - Khung với độ dài định vị - Khung với độ dài khác - Khung với đặc tính điều chỉnh đơn - Khung với độ dài định vị (Frames with flxed length) bao gồm hai trường liệu sử dụng trường điều khiển trường địa Các khung sử dụng cho phương pháp truyền tải thông tin thông thường giống việc cài đặt lại đường dẫn phương pháp hỏi (polling) liệu sử dụng Trường điều khiển trường địa có quan hệ mật thiết với chức liên kết khơng xem liệu sử dụng 94 Khung với chiều dài thay đổi Được sử dụng cho việc truyền liệu sử dụng khác nhau: Khung với chức điều khiển đơn (Frames with a single control character) Chỉ loại điểu khiển đặc trưng I sử dụng IEC 60870- 5-101 b Chuẩn 60870-5-2 Phương thức liên kết đường truyền (lìnk transmission procedures) dịch vụ ban đầu miêu tả sau: - REQ: Yêu càu ban đầu - CON: Xác lập ban đầu -IND: Biểu thị ban đầu - RESP: Đáp ứng ban đầu Những trạng thái ban đầu sử dụng giao diện lớp liên kết phương thức liên kết đường truyền hay liên kết dịch vụ đề cập đến như: - Gửi/ không phản hồi - Gửi/ xác nhận - Yêu cầu/ đáp ứng Đây biểu mối quan hệ dịch vụ ban đàu phương thức truyền dẫn c Chuẩn 60870-5-3: Cấu trúc chung liệu ứng dụng IEC 60870-5-3 định rõ cấu trúc chung chuẩn cho ứng dụng trường liệu việc điều khiển từ xa khung truyễn dẫn Nó mơ tả điều lệ để định rõ việc ứng dụng khối liệu 95 Application user data User process APCI Application layer LPCI ÁSDU ÁSDU LSDU LPDU Link layer Hình PL5- 3: Mối quan hệ khối liệu d Chuẩn 60870-5-4: định dạng phương thức chuẩn liệu ứng dụng IEC 60870-5-4 định dạng phương thức chuẩn liệu ứng dụng đưa thiết lập thành phàn thơng tin: loại liệu , kích thước liệu Chuẩn 60870-5-5: Chức ứng dụng Chuẩn dùng hệ thống điều khiển từ xa Một vài phương thức tạo thành chuỗi tiếp nối môt tả việc chuyển đổi khối liệu trạm điều khiển trạm điều khiển Ví dụ chức sau: - Thu thập liệu phương pháp tuần hoàn - Đường truyền Điều hành - Khoá điều chỉnh e Chuẩn 870-5-101: Chuẩn kết hợp cho nhiệm vụ điều khiển từ xa Đây chuẩn kết hợp gồm chuẩn định rõ từ phần 8705-1 870-5-5 Bảng rõ kết nối lớp thông tin chuẩn 96 Lựa chọn chức ứng dụng Quá trình sử dụng(User process) IEC 870-5-5 Lựa chọn thành phân thông tin ứng dụng (IEC 870-5-4) Lựa chọn khôi liệu dịch vụ ứng dụng (IEC 870-5-3) Lựa chọn phương thức liên kêt đường truyền( IEC 807-5-2) Lựa chọn khung định dạng đường truyền (IEC 870-5-1) Lựa chọn yêu câu ITU-T Lớp ứng dụng (7) Application layer Lớp liên kêt (2) Link layer Lớp vật lý (1) Physical layer Bớp vật lýError! Bookmark not defined.: SQ Bt lý (1) Physical layerđư tin chuẩn 2.Chức IEC 60870-5-101 Cách thức thực giao thức thông tin IEC 60870-5-101 RTU thực RCS 210/PCU 400 thiết bị PCU kết nối với IEC 60870-5-101 phía RSP phía Điều phản ảnh hình S.P.I.D.E.R AS Ứng dụng RSC Trạm điều khiển RCS Giao thức truyền thông RSP PCU Giao thức truyền thông IEC 870-5-101 RTU Các trạm điều khiển RTU Hình PL5- 4: Tổng quan cách thu thập liệu 97 a Địa trạm Một điện (telegram) giao thức thuộc lớp frofĩbus gọi khung (frame) Ba loại khung có khoảng cách Hamming loại khung đặc biệt đánh dấu token quy định sau: Có hai trường sử dụng cho địa trạm, cấu trúc điện mô tả đây: Variable length Fixed length Start ( khởi đâu) Start Length (chiêu dài) Control field Length Address field, that is Lữik address Start Checksum Control field (trường điêu khiên) End character Address field, that is Link address (địa liên kết địa trường ) Type identiíication Variable structure Qualities ( chât lượng câu trúc biến) Cause ofTransmission Common address of ASDU Iníịrmation object address (thơng tin địa đối tượng) Set of information elements Time tag Checksum End character Bnd characError! Bookmark not defined.: Cấ CQ Baracterati Khung với chiều dài cố định (không mang liệu) sử dụng kết nối 98 Sự xếp địa khơng có hỗ trợ trạm RTU Các địa thơng thường ASDU địa liên kết (link address) Nó tái lại địa trạm Trong phương diện điều khiển(control direction), địa đích (RTU) Trong phương diện hệ thống truyền phát (monitor direction), địa nguồn ( RTU) Sự xếp địa có hơ trợ trạm RTU Trường hợp 1: Đích/ nguồn router RTU Trường hợp 2: Đích/nguồn SubRTU b Địa điểm (Addressing of points) Quy ước dùng cho địa đối tượng thơng tin địa đối tượng (IOA- infomation object address) Mỗi điểm xác định với 10 A chủ Ta có bảng giới thiệu loại liệu vùng địa chỉ: Data type System Indication IEC Addr Range (IOA) 96 Comment ASDU Single Indication 101 2212 ASDU 1,2,30 Double Indication 5001 5936 ASDU 3, 4, 31 Analogue Measured value 10001 10255 ASDU Digital Measured value 15001 15255 ASDU 5, Pulse Counter (Integrated Totals) 16001 16255 ASDU 37 Object Command (On/Off command) Regulation Command 21001 21510 ASDU 45, 46 26001 26255 ASDU 47 Set point Command (raise/lower) General Output 27001 27255 ASDU 48 28001 28255 ASDU 51 Ba có bảngError! Bookmark not defined.: Gi Bbảng giới thiệu loại liệu vùn Địa điểm(addressing of points) bao gồm: - Xây dựng sở liệu (building database) 99 - Địa điểm với RTU 232 (ABB RTU type) - Sự tồn RTU với xếp địa khác (existing RTUs with another addressing scheme) c ASDUs ASDUs bao gồm: - ASDUs thông tin tiến hành phương diện hệ thống truyền dẫn (ASDUs for process infomation in monitor direction) - ASDUs thông tin tiến hành phương diện điều khiển (ASDUs for process infomation in control direction) - ASDUs hệ thống thông tin phương diện hệ thống truyền dẫn (ASDUs for s ystem infomation in monitor direction) - ASDUs hệ thống thông tin phương diện điều khiển (ASDUs for system infomation in control dữection) - ASDUs tham số phương diện điều khiển (ASDUs for parameter in control direction) Phụ lục Bộ vẽ sơ đồ sợi cho nhà máy thủy điện Tắt Ngoẵng 100 ... cho hệ thống điều khiển giám sát cho nhà máy thủy điện nhỏ Việt Nam Chương 3: Phân tích hệ thống điều khiển giám sát nhà máy thủy điện nhỏ theo tiêu chuẩn IEC Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển. .. dùng TỦ ĐIỀU KHIỂN PHỤ Hình 4- 1: C nh 4-1h_4- * ARđiều khiển nhà máy Hệ thống điều khiển, giám sát nhà máy tổ chức với cấp điều khiển bản, phù hợp với quan điểm IEC điều khiển nhà máy thuỷ điện. .. Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT CHO NHÀ MÁY THUY ĐIỆN TẮT NGOẴNG – SƠN LA Với phân tích yêu cầu hương dẫn tiêu chuẩn IEC cho việc thiết kế hệ thống điều khiển giám sát dựa sở máy