Mô hình sử dụng các LN nhằm mô tả thuộc tính dữ liệu hay cung cấp các ứng dụng cho việ trao đổi thông tin giữa các IED với nhau. Các thuộc tính dữ liệu đƣợc tiêu chuẩn hóa về tên và loại. Ví dụ, nhƣ máy cắt XCBR1.
Hình 2. 7: Mô tả thông tin có cấu trúc cây của một XCBR1 2.3.3. Mô hình trao đổi thông tin.
2.3.3.1. Giới thiệu.
Có thể đƣợc truyền đạt các thông tin chứa trong các mô hình phân cấp của IEC 61850-7-4 bằng cách sử dụng các dịch vụ đƣợc định nghĩa trong IEC 61850-7-2. Các phƣơng pháp trao đổi thông tin chủ yếu rơi vào ba loại:
33
- Mô hình đầu vào
- Mô hình quản lý trực tuyến và tự mô tả.
Một vài dịch vụ đƣợc quy định cho mô hình. Hoạt động của các dịch vụ dựa trên dữ liệu, thuộc tính dữ liệu, và các thuộc tính khác thƣờng đƣợc chứa trong các LN. Các con số này đƣợc đặt trong vòng tròn nhƣ trong Hình 2.8.
Hình 2. 8: Nguyên tắc mô hình đầu vào và đầu ra
Mô hình dịch vụ đầu ra đƣợc tác động từ những lệnh bên trong để có thể xuất tín hiệu đầu ra thông qua quá trình giao tiếp, hoặc thay đổi trạng thái của một thuộc tính dữ liệu sau đó báo cáo kích hoạt. Nếu quá trình giao tiếp là một IED theo tiêu chuẩn IEC 61850, dịch vụ này sẽ xuất một tín hiệu đầu ra trực tiếp. Các dịch vụ truyền thông đầu vào có thể mang thông tin trực tiếp từ giao diện hoặc đã đƣợc tính toán trong IED.
2.3.3.2. Mô hình đầu ra (Output Model).
Mô hình điều khiển đƣợc minh họa trong hình. Ví dụ, máy cắt (XCBR) của LN với thuộc tính dữ liệu XCBR.Pos-ctlVal. Trƣớc khi yêu cầu dịch vụ thực hiện kiểm soát sự thay đổi vị trí của một thiết bị thật, cần phải thỏa mãn một số điều khiện. Ví
34
dụ, đầu ra chỉ đƣợc tạo ra khi công tắc Local/Remote ở vị trí “remote” và nút khóa liên động (CILO) đã cho phép. Các chuỗi điều kiện cần thỏa mãn có thể là:
- Công tắc Local/Remote của máy cắt XCBR.Loc
- Thông tin trạng thái mode của máy cắt XCBR.Mod
- Kiểm tra các điều kiện của thiết bị
- Các thuộc tính khác nhƣ: Khóa liên động, cấu hình xung, mô hình điều khiển, và thời gian đƣợc định nghĩa trong lớp dữ liệu dùng chung DPC (Controllable Double point).
Hình 2. 9: Mô hình đầu ra (bƣớc 1)
Sau khi tất cả các điều kiện đã thỏa mãn, tín hiệu đầu ra có thể thỏa mãn điều kiện và điều khiển thiết bị thực. Tín hiệu điều khiển có thể xuất lệnh qua giao diện kiểu đi dây truyền thống hoặc có thể thông qua giao diện bus.
Khi thay đổi trạng thái của máy cắt thực sẽ làm thay đổi trong thông tin trạng thái đƣợc mô hình với thuộc tính dữ liệu XCBR.Pos.stVal. Thay đổi trạng thái xuất ra một đáp ứng dịch vụ điều khiển. Một điểm kết nối lệnh hoàn tất việc trao đổi thông tin điều khiển.
35
Hình 2. 10: Mô hình đầu ra (bƣớc 2) 2.3.3.3. Khái niệm mô hình GSE.
Những tin nhắn sự kiện trong trạm biến áp (GSE – GOOSE và GSSE) trao đổi thông tin peer-to-peer giữa các giá trị dữ liệu đầu vào của một IED đến các dữ liệu đầu ra của nhiều IED khác (multicast). Các tin nhắn GOOSE và GSSE nhận đƣợc từ một IED có thể đƣợc sử dụng dữ liệu để tính toán cho các mục tiêu bên trong, các điều kiện của tin nhắn đƣợc lồng vào nhau tại một địa chỉ.
Hình 2. 11: Khái niệm mô tả hình ngõ ra GSE
Các điều kiện thỏa mãn và cần kiểm tra để hoạt động trƣớc khi sử dụng các tín hiệu đầu ra nó đƣợc mô tả nhƣ một khóa liên động để xác định địa chỉ phạm vi ứng dụng.
36
2.3.3.4. Mô hình đầu vào.
Tín hiệu chƣa xử lý sẽ đƣợc xử lý bởi bộ xử lý tín hiệu. Với mô hình đầu ra, một đầu vào tƣơng tự tồn tại nhƣ là dữ liệu sau khi đƣợc biến đổi từ tƣơng tự sang số. Tốc độ lấy mẫu xác định khoảng thời gian mà giá trị sẽ đƣợc lấy mẫu. Điều kiện cần để giá trị có thể đƣợc trao đổi bao gồm các giá trị của các thuộc tính sau:
- Thay thế/không thay thế (Substiture/Unsubtiture) - Khóa/Không khóa (Blocked/Unblocked)
Hình 2. 12: Khái niệm mô hình ngõ vào với tín hiệu Analog (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả của các bƣớc đầu tiên này là “giá trị trung gian” kèm theo thông tin chất lƣợng tƣơng ứng.
2.3.3.5. Báo cáo dữ liệu và ghi nhật ký.
Các sự kiện nội bộ (xử lý, sự cố, thời gian thông tin) đƣợc sử dụng nhƣ một yếu tố để yêu cầu báo cáo và ghi nhận lại. Thông tin này đƣợc tập hợp lại sử dụng để thiết lập dữ liệu. Dữ liệu này dùng làm cơ sở cho nội dung báo cáo và ghi nhận lại. Các dữ liệu lƣu đƣợc dùng làm tài liệu tham khảo cho cơ sở dữ liệu và thuộc tính dữ liệu sẽ cài đặt.
37
Hình 2. 13: Thiết lập dữ liệu và báo cáo
Xét thuộc tính dữ liệu stVal của dữ liệu MyLD/XCBR1.Pos về vị trí để thấy sự khác nhau trong thiết lập dữ liệu.
- Trong trƣờng hợp bên trái, dữ liệu thành viên gồm 9 thành viên trong đó có
Pos.stVal nếu thay đổi thành stVal, thì sẽ làm thay đổi giá trị xác nhận trong báo cáo.
- Trƣờng hợp bên phải có hai dữ liệu thành viên .Pos (có 6 thuộc tính dữ liệu:
stVal, q, t,…) là một trong hai thành viên. Nếu có sự thay đổi thành viên trong Pos (thay đổi đặc tính dữ liệu stVal) sẽ tạo ra sự thay đổi giá trị tất cả các thuộc tính dữ liệu của tập hợp thành viên dữ liệu Pos (gồm tất cả các thuộc tính dữ liệu stVal, q, t,…).
2.4. Quan sát theo hƣớng ứng dụng. 2.4.1. Giới thiệu. 2.4.1. Giới thiệu.
Một ví dụ đơn giản cho chức năng liên kết trong trạm là việc vận hành để điều khiển máy cắt từ màn hình HMI thông qua máy tính. Đầu tiên, máy tính cần phải biết thông tin nào cần đƣợc truyền đến IED đại diện cho máy cắt. Thứ hai, máy tính cần biết tên và địa chỉ của IED. Máy tính sẽ thực hiện chức năng này thông qua HMI gửi lệnh điều khiển đến máy cắt để đóng/cắt, sau đó nếu thao tác hoàn thành, thì IED phải gửi báo cáo về HMI rằng vị trí của máy cắt đã thay đổi.
38
Hình 2. 14: Mô hình liên kết trong trạm
Trong tiêu chuẩn tên của máy cắt là XCBR, tên này có thể đƣợc đi kèm với một thành phần trƣớc và một thành phần sau: “Q1XCBR1” đối với quy ƣớc đặt tên. Các ứng dụng trong máy tính có thể truy vấn thông tin về:
- Máy cắt vật lý thực (bảng tên, tình trang, trạng thái…)
- Thiết bị thực IED chứa giao diện chấp hành (bảng tên, tình trạng, chế độ vận hành…)
- Đáp ứng dịch vụ báo cáo để xác định sự truyền dẫn của báo cáo trạng thái. Ngoài ra, ngƣời vận hành có thể thay đổi nhóm giá trị nhƣ: thiết lập chức năng bảo vệ, cấu hình đáp ứng báo cáo từ xa, yêu cầu thay thế giá trị vận hành, hoặc nhận thứ tự ghi sự kiện, …
Các chức năng đƣợc hỗ trợ bởi bộ điều khiển có ba hƣớng chính đƣợc chuẩn hóa bởi IEC 61850 nhƣ sau:
- Chức năng nào và thông tin nào là thấy đƣợc trên hệ thống và cách nó đƣợc đặt tên và mô tả.
- Cách mà chức năng nó có thể đƣợc truy nhập và cách thông tin đƣợc trao đổi.
39
2.4.2. Các LN và data (dữ liệu)
Trong phần 7-4 đƣợc xác định khoảng 90 LN. Ví dụ, một máy cắt (viết tắt là “XCBR” và bảo vệ khoảng cách (“PDIS”). Mỗi LN bao gồm một số dữ liệu thể hiện cho ý nghĩa ứng dụng.
Hình 2. 15: Logical Nodes và Data
Dữ liệu Pos đƣợc sử dụng để kiểm soát vị trí và báo cáo tình trạng của các vị trí, “Mode” cho chế độ hoạt động hiện tại của các máy cắt (on, blocked, test, test/blocked, off). Thông tin này mang ý nghĩa tùy thuộc vào bối cảnh cụ thể.
Các LN và dữ liệu (chứa trong các LN) là những khái niệm cơ bản đƣợc sử dụng để mô tả hệ thống và chức năng thực sự của mình. Chức năng của LN đƣợc xem nhƣ là một khối chứa dữ liệu và có thể đƣợc đặt bất cứ nơi nào trong một IED. Mỗi dữ liệu định nghĩa có một nhiệm vụ cụ thể đƣợc giao.
2.5. Quan sát theo hƣớng thiết bị. 2.5.1. Giới thiệu. 2.5.1. Giới thiệu.
Thiết bị thực chứa các phần chính nhƣ sau:
- Nút logic và dữ liệu: đại diện cho các chức năng ứng dụng thực tế và liên kết thông tin có thể nhìn thấy từ các mạng truyền thông. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Thông tin về thiết bị thực: đại diện cho thông tin về các nguồn tài nguyên của máy chủ hay của chính nó (nếu có) về sự kết nối các thiết bị thực với các thiết bị máy chủ.
- Các dịch vụ ánh xạ đến hệ thống trao đổi thông tin đặc trƣng: đại diện hỗ trợ các dịch vụ trao đổi thông tin.
40
2.5.2. Mô hình thiết bị.
Đối với mục tiêu truyền thông (ngoài LN) thì còn khái niệm về thiết bị logical (Logical device –LD). Một LD chủ yếu là tập hợp của các LN và thêm một số dịch vụ (ví dụ, GOOSE, sampled value exchange, setting groups) nhƣ Hình 2.16.
Hình 2. 16: Mô hình khối Logical device
Những LD cung cấp thông tin về các thiết bị vật lý mà nó sử dụng nhƣ đƣợc lƣu trữ trên máy chủ (tên nhãn và tình trạng) hoặc các thiết bị bên ngoài đƣợc kiểm soát bởi LD (tên nhãn bên ngoài và tình trạng), LD đƣợc đặt trong các thiết bị vật lý.
41
2.6. Quan sát theo hƣớng trao đổi thông tin. 2.6.1. Các mô hình dịch vụ của IEC 61850. 2.6.1. Các mô hình dịch vụ của IEC 61850.
Các dịch vụ đƣợc xác định bằng kỹ thuật mô hình đối tƣợng. Giao diện dịch vụ sử dụng phƣơng pháp mô h ình trừu tƣợng. Trừu tƣợng có nghĩa là định nghĩa tập trung trên sự mô tả những gì dịch vụ cung cấp. Các thông điệp (mã hóa) để đƣợc trao đổi giữa các thiết bị, đƣợc quy định cụ thể trong các bản đồ dịch vụ truyền thông.
ACSI (Dịch vụ giao tiếp truyền thông trừu tƣợng) xác đinh các dịch vụ tiện ích chung cho thiết bị trạm.
Hình 2. 18: Phƣơng pháp trao đổi thông tin ACSI
Nhóm một sử dụng mô hình Client/Server với các dịch vụ nhƣ điều khiển hoặc lấy giá trị dữ liệu. Nhóm hai bao gồm mô hình peer-to-peer với các dịch vụ GSE (ví dụ, truyền tốc độ cao và tin cậy dữ liệu giữa các IED bảo vệ, từ một IED đến nhiều IED khác) và với dịch vụ giá trị lấy mẫu cho truyền dẫn theo định kỳ.
42
Thực tế Client/Server có thể đƣợc kết nối bởi nhiều hệ thống trao đổi thông tin khác nhau. Phƣơng tiện trao đổi thông tin có thể có nhiều sự ràng buộc về vị trí, cách sử dụng, nhƣ giới hạn về tốc độ bit, lớp liên kết dữ liệu độc quyền, hạn chế về thời gian sử dụng. Phƣơng tiện trao đổi thông tin có thể có nhiều cấu hình khác nhau, nhƣ đơn điểm, đa điểm, hỗn hợp, theo phân cấp, WAN - to - LAN, thực hiện với nút trung gian nhƣ Router, Gateway, hoặc cơ sở dữ liệu tập trung.
2.6.2. Mô hình ảo.
ACSI cung cấp truy cập đến dữ liệu thực và các thiết bị thực thông qua một hình ảnh ảo nhƣ mô tả trong Hình 2.19. Một ảnh ảo đại diện cho dữ liệu thực của các thiết bị thực có thể nhìn thấy và có thể truy cập thông qua các dịch vụ ACSI. Một máy tính có thể yêu cầu dịch vụ. Ví dụ, lấy giá trị dữ liệu, hoặc có thể nhận đƣợc giá trị báo cáo từ bộ điều khiển một cách tự nhiên.
Hình 2. 19: Mô hình ảo 2.6.3. Cơ chế trao đổi thông tin cơ bản.
Việc sử dụng các mô hình sự kiện trạm biến áp (GSE) là khá quan trọng bởi vì mô hình này hỗ trợ việc thực hiện các ứng dụng thời gian thực. Hình 2.20 sau cho thấy một ứng dụng của mô hình GSE.
43
Hình 2. 20: Áp dụng cho mô hình GSE
Trong ví dụ trên có 5 LN, cơ chế hoạt động với tin nhắn GOOSE là nhƣ sau:
- Các LN (PDIS) “Bảo vệ khoảng cách” phát hiện lỗi, kết quả là có một quyết định đƣợc truyền đi. (1)
- Các LN (PTRC) “Bảo vệ điều hƣớng” một thông báo đƣợc truyền đi (áp dụng tin nhắn GOOSE), “máy cắt 0” (XCBR0) đã đƣợc cấu hình để nhận tin nhắn. Sau khi xử lý, thiết bị chuyển mạch mở máy cắt. (2)
- Thông tin (XCBR0.Pos.stVal) “máy cắt 0” thay đổi từ ON sang OFF. Trạng thái mới là ngay lập tức gửi một tin nhắn GOOSE với chỉ thị: “vị trí mới của Switch là open”. Ngoài ra, đƣa ra báo cáo có sự thay đổi trong mô hình. (3)- - Các LN (RREC) “Tự đóng lại” nhận đƣợc một tin nhắn GOOSE từ các
XCBR0 với giá trị <open>. Theo cấu hình, RREC quyết định đóng lại máy cắt và gửi tin nhắn GOOSE với giá trị <reclose>. (4)
44
- Máy cắt 0 (XCBR0) nhận đƣợc tin nhắn GOOSE có giá trị <reclose>. Sau khi xử lý, bộ chuyển mạch đóng máy cắt. Nếu XCBR gửi tin nhắn GOOSE khác <vị trí mới của switch= close>. (5)
Các ứng dụng của tin nhắn GOOSE có thể đơn giản nhƣ mô tả trong ví dụ. Nhƣng nó có thể đƣợc sử dụng phức tạp hơn trong các dự án trong trạm.
2.7. Điểm liên kết trao đổi thông tin giữa thiết bị vật lý và mô hình ứng dụng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thiết bị vật lý đƣợc đặt ở vị trí trung tâm của các thành phần.
Hình 2. 21: Cấu trúc thành phần của các hƣớng quan sát khác nhau
Tất cả các hƣớng “gặp nhau” tại Server. Mỗi hƣớng có một mối quan hệ đến các hƣớng khác bên trong thiết bị vật lý. Các hƣớng nhìn khác đƣợc trình bày ở đây để chỉ ra rằng có thể tính đến việc bổ sung vào IEC 61850 nhiều hƣớng khác khi thiết bị thực tế đƣợc triển khai. Trong đó Server là thành phần chính. Cần thiết phải phân biệt các hƣớng sau đây:
- Server đại diện, từ hƣớng mô hình dữ liệu ứng dụng cho đến mạng ngoài. - Server đại diện tất cả các hƣớng của mạng trao đổi thông tin và quá trình
vào/ra, cho đến ứng dụng của thiết bị vật lý.
45
- Server, SCSM và chức năng ứng dụng đƣợc ánh xạ đến nguồn của thiết bị vật lý.
Với các thiết bị thực, tất cả các hƣớng (ứng dụng, hƣớng nhìn, ánh xạ, mối quan hệ) phải đƣợc triển khai. Các thiết bị hợp chuẩn IEC 61850 làm cho hƣớng nhìn theo IEC 61850 có thể nhìn thấy đƣợc bởi bất cứ thiết bị nào nối vào mạng, nhằm tạo khả năng trao đổi lẫn nhau với các ứng dụng đang chạy trên các thiết bị này. Các thiết bị khác không đƣợc mô hình (nhƣ dịch vụ, thiết bị logic, nút logic, dữ liệu, thuộc tính dữ liệu, nhóm cài đặt, điều khiển báo cáo v.v…) sẽ không nhìn thấy từ mạng trao đổi thông tin.
2.8. Sơ đồ ACSI vào hệ thống trao đổi thông tin thực. 2.8.1. Giới thiệu. 2.8.1. Giới thiệu.
Về tổng quan thì IEC 61850 cho phép các thiết bị khác nhau có thể chia sẻ dữ liệu và dịch vụ, do đó các thiết bị phải chấp nhận các dạng dịch vụ và dữ liệu cụ thể sẽ đƣợc trao đổi. Đối với dịch vụ ánh xạ thông tin trừu tƣợng SCSM thì các đối tƣợng và thông tin sẽ truyền đến các lớp ứng dụng cụ thể. Các lớp ứng dụng này cung cấp việc mã hóa cụ thể. Phụ thuộc vào công nghệ của mạng trao đổi thông tin, các ánh xạ này có thể có những sự phức tạp khác nhau. Một ứng dụng có thể dùng một hoặc nhiều hơn một lớp.
46
Tóm lại mô hình ACSI mô tả đặc tính cơ bản cho việc định nghĩa mô hình thông tin đặc thù trong trạm biến áp với những chức năng sau:
- Truy cập dữ liệu thời gian thực và tìm kiếm thông tin cho ngƣời dùng. - Điều khiển thiết bị.
- Báo cáo và ghi nhận sự kiện.