trạm biến áp
3.2.1Sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 áp dụng cho SCADA của trạm biến áp
3.2.1.1 Nhiệm vụ
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) là một trong những nhiệm vụ cơ bản của một hệ thống tự động hóa trạm biến áp. Nó bao gồm:
- Các hoạt động địa phương và từ xa của thiết bị chuyển mạch và thiết bị điện áp cao khác
- Tiếp nhận thông tin về các thiết bị chuyển mạch và hệ thống đo lường - Xử lý sự kiện và báo động.
Hình 3.2 Truyền thông theo chiều dọc trong các hệ thống tự động hóa trạm biến áp với giao diện quá trình Hardwired
Ứng dụng SCADA có liên quan đến hoạt động của con người đối với mạng và được thực hiện bằng cách điều hành tại chỗ hoặc từ xa. Truyền thông dữ liệu cho ứng dụng này được định hướng theo chiều dọc, tức là từ một điều khiển thứ bậc cao hơn cấp xuống một bậc thấp hoặc ngược lại như có thể được nhìn thấy từ hình 3.2. Nó cho phép hoạt động và giám sát hệ thống điện.
3.2.1.2 Mô hình
Đối với mối quan hệ theo chiều dọc này tiêu chuẩn IEC 61850 sử dụng khái niệm client - server. Server là các mức IED quá trình hoặc các mức IED ngăn lộ, nó cung cấp tất cả các dữ liệu cho client tại trạm hoặc bất kỳ cấp từ xa nào. Các dữ liệu được cung cấp theo yêu cầu của server hoặc tự động gửi một báo cáo đến server nếu một điều kiện nhất định được đáp ứng. Client chủ yếu là đại diện cho một máy tính nơi làm việc của nhà điều hành. Client có thể gửi lệnh đến máy chủ để thay đổi dữ liệu trong các máy chủ để:
- Cấp lệnh hoạt động cho các thiết bị chuyển mạch
- Sửa đổi hành vi của các máy chủ thông qua sự thay đổi dữ liệu nội bộ (ví dụ thay đổi bộ tham số, thiết lập các điểm tương tự, cho phép hoặc vô hiệu hóa chức năng)
Trong truyền thông của client - server, client kiểm soát việc trao đổi dữ liệu.Vì vậy, truyền thông client – server giao tiếp là rất linh hoạt về các dữ liệu được truyền đi. So với một hệ thống master - slave, khái niệm client – server cho phép thực hiện nhiều clients trong cùng một hệ thống (ví dụ như hình 1cả hai gateway và HMI đều là client). Truyền thông client – server dựa trên toàn bộ bảy lớp ngăn xếp sử dụng một
lớp truyền dẫn xác nhận hệ quả là rất đáng tin cậy nhưng tương đối tốn thời gian. Do đó, truyền thông client – server không phù hợp với thời gian truyền dữ liệu quan trọng nhưng rất tốt cho các truyền thông với một hoạt động có một thời gian đáp ứng trên 1s.
IEC 61850 không chỉ xác định phương pháp truyền dữ liệu mà nó còn định nghĩa dữ liệu quá trình của các server.Với mục đích đó, IEC 61850 sử dụng một cách tiếp cận hướng đối tượng với các nút logic (LN) là đối tượng cơ bản.Một nút logic là một nhóm chức năng của dữ liệu và đại diện cho các chức năng nhỏ nhất, mà có thể được thực hiện độc lập trong thiết bị.Ví dụ như tất cả các dữ liệu của một máy cắt có trong nút logic XCBR hoặc tất cả các dữ liệu của một quá trình bảo vệ chứa trong nút logic PTOC. Do đó, trạm biến áp hoặc các kỹ sư bảo vệ xác định dễ dàng các đối tượng của họ biết từ công việc hàng ngày của mình. Có khoảng 90 tiêu chuẩn hóa khác nhau về các nút logic quy định bởi IEC, sau đây là một số nút logic thường gặp:
- PTOC – AC time over current protection: Bảo vệ quá dòng có thời gian - RREC – Automatic reclosing: Tự đóng lại
- CSWI – Swith controller: Khóa điều khiển
- MMXU – Measuring for operative purpose: Thiết bị đo lường - XCBR – Circuit breaker: Máy cắt
- TCTR – Current Trasformer: Biến dòng - TVTR – Voltage Trasformer: Biến áp
- YPTR – Power Trasformer: Biến áp công suất - YLTC – Tap changer: Nấc thay đổi
Hình 3.3 Mô hình phân cấp dữ liệu
Như đã trình bày trong hình 3.3 tất cả các nút logic có dữ liệu, và tất cả các dữ liệu đều có thuộc tính. Ví dụ, các LN lớp XCBR (Q0_XCBR) có một dữ liệu được gọi là Pos, với một thuộc tính stVal đã được chỉ ra vị trí (các trạng thái hoạt động thông thường: tắt, bật, trạng thái ẩn, trạng thái cơ bản) và một ctlVal dành cho thuộc tính đóng và mở (giá trị: tắt, bật). Các nút logic, dữ liệu và các thuộc tính bao gồm cả tên của chúng và giải thích ngữ nghĩa được xác định bởi các tiêu chuẩn.
Các nút logic được nhóm lại trong Thiết bị logic. Ví dụ: thiết bị logic Tampa_Protection khoảng cách hai khu vực được bảo vệ toàn diện sử dụng một nút logic PDIS trên mỗi khu vực (PDIS1 và PDIS2 trong hình 3.3). Bằng cách cho phép hoặc cấm một thiết bị logic, nó có thể cho phép hoặc cấm cả một nhóm nút logic có trong nhóm đó.
Các thiết bị logic được thực hiện trong các thiết bị vật lý (IED).Có một số thông tin thực tế cần thiết không chỉ về các nút logic và các thiết bị logic mà còn bổ xung thêm IED giống như tình trạng của nguồn cung cấp điện thông thường. Thông tin này được mô hình hóa trong các nút logic LPHD trong thiết bị logic (xem hình 3.3).
Một khía cạnh khác quan trọng của một mô hình dữ liệu là định nghĩa rõ ràng các dữ liệu. Theo IEC 61850, tên được tạo ra bằng cách ghép nối các thành phần riêng biệt của mô hình dữ liệu phân cấp: thiết bị logic, nút logic, dữ liệu và thuộc tính dữ liệu. Ví dụ cho tình trạng của khóa Q0 trong ngăn lộ Tampa: Tampa_Control/Q0_XCBR.pos.stVal (hình 3.3).
Để truy cập vào dữ liệu, một số dịch vụ được tiêu chuẩn hóa như một phần của khái niệm client-server. Những phổ biến nhất bao gồm:
- Đọc: đọc dữ liệu như giá trị của một thuộc tính - Viết: ví dụ viết giá trị của một thuộc tính cấu hình
- Điều khiển: điều khiển các thiết bị chuyển mạch và các đối tượng điều khiển khác bằng cách sử dụng phương pháp tiêu chuẩn như "chọn trước khi hoạt động " hoặc " hoạt động trực tiếp "
- Báo cáo: ví dụ báo cáo sau khi thay đổi giá trị
- Lưu trữ: lưu trữ nội bộ các sự kiện hoặc dữ liệu lịch sử khác
- Nhận thư mục: nói cách khác, để đọc các mô hình dữ liệu (phần quan trọng của tự mô tả) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chuyển tập tin: cho cấu hình, ghi lại nhiễu hoặc lịch sử dữ liệu
- GOOSE: GOOSE là viết tắt chung của hệ thống sự kiện của các đối tượng định hướng chung (Generic Object Oriented System Event) và là một dịch vụ được sử dụng để nhanh chóng truyền tải thông tin quan trọng như thay đổi trạng thái, nghẽn mạch, đóng hoặc ngắt giữa các IED
- Giá trị lấy mẫu (SV): dịch vụ SV nhanh chóng truyền tải một cách đồng bộ dòng thông tin của các trích mẫu dòng điện và điện áp của điện áp và dòng điện
Bên cạnh các dịch vụ cơ bản để truy cập vào mô hình dữ liệu (đọc hoặc ghi dữ liệu), dịch vụ phức tạp hơn được định nghĩa.Ví dụ, đối với các ứng dụng SCADA, truyền có định hướng sự kiện của dữ liệu là một điều cần thiết.Trong IEC 61850, dịch vụ báo cáo được định nghĩa cho mục đích đó.Dịch vụ báo cáo không được truy cập dữ liệu riêng biệt mà phải là một nhóm các dữ liệu được gọi là bộ dữ liệu.Các chi tiết của việc truyền có định hướng sự kiện của dữ liệu được định nghĩa trong các khối cấu hình báo cáo. Một sự kiện gây ra một truyền có thể là một sự thay đổi của một giá trị nhị phân, sự vượt qua giới hạn báo động được xác định trước hoặc hết một chu kỳ thời gian. Dựa trên các khối cấu hình báo cáo và các bộ dữ liệu có liên quan, báo cáo được gửi đến client.Nó bao gồm cả thẻ thời gian của sự kiện như một phần của bộ dữ liệu và danh sách sự kiện có thể được tạo ra.Với mục đích đó, các IED thường được đồng bộ với độ chính xác tầm 1ms.
3.2.1.3 Áp dụng
Một ứng dụng điển hình của SCADA là tạo ra các danh sách báo động và danh sách sự kiện.Ngày nay, nội dung dữ liệu của danh sách báo động và danh sách các sự kiện được xác định thông qua danh sách các tín hiệu.Với IEC 61850, bộ dữ liệu sử dụng cùng với báo cáo dịch vụ có thể được sử dụng cho mục đích đó.Ví dụ như một
tiện ích có thể chỉ định một bộ dữ liệu mỗi IED có chứa tất cả các dữ liệu cho danh sách cảnh báo.Gateway NCC cung cấp giao diện từ NCC tới trạm biến áp. Nó có hai nhiệm vụ cơ bản:
- Chuyển đổi giao thức và dữ liệu - Thu thập dữ liệu
Đối với việc thu thập dữ liệu, gateway NCC là một client trong IEC 61850 dựa trên hệ thống tự động hóa trạm biến áp. Dữ liệu được thu thập được thường sử dụng trong mô hình báo cáo. Các bộ dữ liệu được sử dụng trong trường hợp tương ứng với danh sách tín hiệu truyền xác định các thông tin từ trạm biến áp được chuyển đến các NCC.
3.2.2Sử dụng IEC 61850 giới hạn thời gian truyền tin
3.2.2.1 Nhiệm vụ
Có một số chức năng tự động trong hệ thống tự động hóa trạm biến áp đòi hỏi phải giới hạn thời gian truyền của các thông tin nhị phân giữa các chức năng nằm trong cùng một ngăn lộ hoặc trong các ngăn lộ khác nhau. ví dụ:
- Trao đổi giữa bảo vệ đường dây và thiết bị tự động đóng cắt - Trao đổi giữa ngăn lộ và khóa bị hỏng
- Trao đổi giữa các ngăn lộ và các khớp nối
Thông thường, các chức năng này không sử dụng sự tương tác với con người và được giới hạn thời gian. Chúng bị giới hạn về thời gian vì chúng cần độ an toàn cao. Các thông tin được chấp nhận trễ tối đa trong khoảng vài phần nghìn giây. Nếu các chức năng trao đổi thông tin được đặt tại các IED khác nhau thì thông tin trao đổi có thể được thực hiện bằng dây đồng với địa chỉ liên lạc và role phụ trợ hoặc sử dụng truyền thông nối tiếp. Việc trao đổi thông tin này là một truyền thông ngang giữa các thiết bị ở cùng một mức phân cấp giống như trình bày ở hình 3.4.
Hình 3.4 Truyền thông ngang trong hệ thống tự động hóa trạm biến áp
Về mặt lý thuyết, việc trao đổi thông tin có thể thực hiện bằng cách sử dụng truyền thông client-server. Tuy nhiên, truyền thông client-server sử dụng bảy lớp đầy và do đó tương đối tốn thời gian. Một khái niệm truyền thông khác phù hợp được sử dụng là truyền thông publisher-subscriber. Publisher phân phối thông tin qua mạng lưới truyền thông, subscriber có thể nhận được các thông tin theo nhu cầu của mình. Trong IEC 61850 truyền thông publisher-subscriber không sử dụng dịch vụ xác nhận và do đó cách truyền trên làm giảm các ngăn xếp truyền thông dẫn đến kết quả thời gian truyền rất ngắn.
3.2.2.2 Mô hình
Các khái niệm về nút logic đã được giới thiệu tại phần 3.2.1. Ví dụ, cho việc trao đổi thông tin giữa các chức năng bảo vệ và chức năng hỏng máy cắt thì các nút logic sau có liên quan đến:
- PTRC (Protection Trip Conditioning) đại diện cho logic trong một thiết bị bảo vệ tạo ra các kết quả đầu ra nhị phân (bắt đầu và ngắt đầu ra các thiết bị ví dụ thiết bị bảo vệ đường dây)
- RBRF đại diện cho chức năng bảo vệ liên quan đến hỏng máy cắt
Trao đổi thông tin giữa các nút logic cũng có chế độ như là dữ liệu.Dữ liệu là một phần của các nút logic và là nguồn gốc của việc trao đổi thông tin. Ví dụ, các nút logic PTRC có một dữ liệu Tr đại diện cho thuộc tính chung của ngắt đầu ra của các thiết bị bảo vệ đối với ngắt chung. Các tín hiệu này không chỉ được sử dụng để vận hành máy
cắt mà nó còn được sử dụng giống như một tín hiệu kích hoạt ví dụ khích hoạt chức năng hỏng máy cắt (xemhình 3.5 và 3.6).
Hình 3.6 Bảo vệ hỏng máy cắt
Để trao đổi các loại thông tin (nhị phân) trên truyền thông nối tiếp, IEC 61850 giới thiệu một dịch vụ trao đổi thông tin đặc biệt được gọi là GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) dựa trên khái niệm publisher-subscriber. Nội dung của tin nhắn GOOSE được định nghĩa với một bộ dữ liệu (tương tự như đối với các mô hình báo cáo mô tả ở trên). Các tin nhắn GOOSE được gửi dưới dạng tin nhắn đa phương tiện trên mạng truyền thông.Điều đó có nghĩa rằng nhiều thiết bị có thể nhận được thông báo và lấy các thông tin cần thiết từ tin nhắn.Các dịch vụ truyền thông không phải xác nhận thay vào đó tin nhắn được lặp đi lặp lại nhiều lần.
Trong ví dụ về chức hỏng máy cắt một tin nhắn GOOSE được cấu hình trong thiết bị bảo vệ phải chứa ít nhất là dữ liệu thuộc tính PTRC.Tr.general.Ngay sau khi PTRC.Tr.general thay đổi giá trị của nó đến TRUE thì các tin nhắn GOOSE được gửi đi.Thiết bị thực hiện chức năng hỏng máy cắt nhận được tin nhắn này và phát hiện PTRC.Tr.general đã thay đổi giá trị của nó đến giá trị TRUE.Một tin nhắn GOOSE khác được gửi khi giá trị thay đổi trở lại FALSE.
3.2.2.3 Ứng dụng
Về cơ bản, có hai loại ứng dụng, tùy thuộc vào việc trao đổi thông tin là giữa các thiết bị bên trong ngăn lộ hoặc giữa các thiết bị được đặt trong các ngăn lộ khác nhau.
Đối với trao đổi thông tin trong ngăn lộ: Một ví dụ điển hình là việc trao đổi thông tin giữa thiết bị logic "bảo vệ khỏang cách" bao gồm các trường hợp của LN PDIS mỗi khu vực và LN PTRC (và các thiết bị logic "tự đóng" có chứa các LN RREC), trong trường hợp cả hai chức năng được cài đặt riêng trong thiết bị (Hình 3.5). LD " bảo vệ khoảng cách " gửi thông tin tới LD "tự đóng": khởi động các thành phần khởi động trong LN PTRC (PTRC.Str) và ngắt trong LN PTRC (PTRC.Op). Dựa trên những thông tin và tùy thuộc vào cách thiết lập (tự đóng một pha hoặc tự đóng ba pha; RREC.TrMod) chức năng tự đóng đại diện bởi RREC sẽ gửi thông tin (RREC.TrBeh) cho LD " bảo vệ khoảng cách" để kích hoạt ngắt dự kiến (nếu một hoặc ba pha PTRC.Tr) tới máy cắt. Lệnh mở máy cắt phát ra do chức năng tự động đóng (RREC.Op).
Trao đổi thông tin giữa ngăn lộ: Việc trao đổi thông tin giữa các thiết bị bảo vệ và sự cố máy cắt được sử dụng để bắt đầu các chức năng hỏng máy cắt đã được sử dụng như ví dụ để giải thích các mô hình ở trên. Trong trường hợp máy cắt có liên quan không thực hiện mở được thì chức năng ngắt có thể thất bại ngắt lại (RBRF.OpIn) và vẫn không thành công thì một ngắt sẽ được gửi tới tất cả các máy cắt xung quanh. Điều này được xác định ở chế độ với các dữ liệu RBRF.OpEx. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong hình 3.6, các chế độ của chức năng hỏng máy cắt được xắp xếp trên hai thanh cái. Bảo vệ máy cắt hỏng được bắt đầu bởi chỉ lệnh ngắt từ LD " bảo vệ ngăn lộ" (PTRC.Op). Tiêu chuẩn để bảo vệ máy cắt hỏng thường là dòng điện (RBRF.FailMod=current) với các thiết lập RBRF.DetValA. Sau bước đầu tiên chức năng máy cắt hỏng sẽ đưa ra một ngắt lại tới mạch máy cắt (RBRF.OpIn) sau đó là một giới hạn thời gian trễ nhất định (RBRF.SPTrTmms cho ngắt một cực; RBRF.TPTrmms cho ngắt ba cực).Nếu máy cắt không mở trước thời gian trễ lần thứ hai (RBRF.FailTmms) trôi qua thì chức năng hỏng máy cắt sẽ khởi động một ngắt ngoài (RBRF.OpEx). Ngắt bên ngoài này được chuyển tiếp theo hình ảnh thanh cái đến các máy cắt xung quanh. Trong khi trong công nghệ thông thường được thực hiện với hai role dự trữ thì trong IEC 61850 hai trường hợp của các LN PTRC được sử dụng trong chế độ này. Một tin nhắn GOOSE có chứa các dữ liệu và PTRC1.Op và