CASMô hình đố i t ượ ng
1.2Các tiêu chuẩn đang sử dụng và khả năng áp dụng vào Việt Nam 1 Giới thiệu tiêu chuẩn IEC 6
Cấu trúc của tiêu chuẩn IEC 61850 “Hệ thống và mạng truyền thông trong trạm biến áp” bao gồm các phần:
Hình 1.11 Hệ thống và mạng truyền thông trong trạm biến áp Trong đó: + Phần 1: Giới thiệu và tổng quan. + Phần 2: Giới thiệu các thuật ngữ. + Phần 3: Các yêu cầu chung. + Phần 4: Quản lý dự án và hệ thống.
+ Phần 5: Các yêu cầu về truyền thông cho các chức năng và mô hình thiết bị.
+ Phần 6: Ngôn ngữ mô tả cấu hình cho truyền thông trong trạm biến áp liên kết với các IEDs.
+ Phần 7-1 đến 7-4: Cấu trúc truyền thông cơ bản cho trạm biến áp và thiết bị các lộ.
+ Phần 8-1: Dịch vụ Thông tin trên Bản đồ (SCSM) - với MMS-TCP/IP (ISO 9506-1 và ISO 9506-2) và ISO / IEC 8802-3.
+ Phần 9-1: Dịch vụ Thông tin trên Bản đồ (SCSM) - các giá trị lấy mẫu trên điểm nối đa điểm một chiều đến điểm kết.
+ Phần 9-2: Dịch vụ Thông tin trên thể Bản đồ (SCSM) - các giá trị lấy mẫu trên ISO / IEC 8802-3.
+ Phần 10: Kiểm tra sau khi thí nghiệm.
Tiêu chuẩn IEC 61850 là tiêu chuẩn truyền thông quốc tế mới cho các ứng dụng tự động hoá trạm. Mục đích chính của tiêu chuẩn này là kết hợp tất cả các chức năng như bảo vệ, điều khiển, đo lường và kiểm tra các thiết bị ngoại vi, nhằm cung cấp đầy đủ phương tiện cho các ứng dụng bảo vệ của thiết bị ngoại vi với tốc độ cao, giúp cho các thiết bị này hoạt động ăn khớp với nhau hay tự ngắt kết nối. Những thiết bị này thông thường có liên hệ với các thiết bị điện tử thông minh (IED). Sử dụng tiêu chuẩn ưu tiên IEC 61850 để đưa ra liên kết có lôgíc giữa các thiết bị ngoại vi, các thiết bị cơ sở trong quá trình kết nối, và các thiết bị trung gian. Khi ta sử dụng phương pháp này như là một biện pháp chủ yếu thì tiêu chuẩn IEC 61850 tách rời từng loại dữ liệu từ thông tin chi tiết. Điều này cũng xác định rõ quá trình sắp xếp và kiểm tra tổng thể.
Với ưu điểm của chuẩn truyền thông TC/IP Enternet, giao thức IEC 61850 có hiệu năng làm việc cao, xử lý thông tin đạt tốc độ 100Mbps và đơn giản trong việc thực hiện kết nối trên mạng LAN. Để đảm bảo cho tất cả các ứng dụng về tự động hoá trạm hiện tại và tương lai đều có khả năng được hỗ trợ bởi tiêu chuẩn, IEC 61850 xây dựng mô hình dữ liệu trên cơ sở các mô hình đối tượng và thiết bị trong hệ thống, qua đó hệ thống được mô tả trên cơ sở tập hợp các quy tắc trao đổi dữ liệu giữa các đối tượng trên một cơ chế truyền thông linh hoạt. Trên nền tảng giao thức truyền thông IEC 61850, các hệ thống SA sẽ tăng tính linh hoạt, tăng khả năng tương đồng của các thiết bị, đơn giản hoá việc thiết kế phần cứng, giảm chi phí lắp đặt, hạn chếđược lỗi và sự can thiệp bằng tay từ người vận hành.
Đối tượng chính của tiêu chuẩn IEC 61850 là thiết kế hệ thống thông tin có khả năng cung cấp sự tương đồng giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau, để phối hợp thực hiện cùng một chức năng. Trên cơ sở đó, mô hình dữ liệu đối tượng của tiêu chuẩn sẽ chia các chức năng của trạm thành những chức năng con, những chức năng con này được định nghĩa là các node logic (Logical Nodes –LNs), LNs là
thành phần cơ bản, các thông tin chủ yếu được trao đổi trên các LNs. Ví dụ chức năng bảo vệ quá dòng (PTOC) sẽ lấy thông tin từ biến dòng (TCTR) và trạng thái máy cắt (XCBR). Việc xác định các LNs trên một thiết bị vật lý phụ thuộc vào khả năng của thiết bị do nhà sản xuất cung cấp. Kèm theo định nghĩa LNs, tiêu chuẩn còn định nghĩa thiết bị logic (LDs - Logical Devices) và thiết bị vật lý (PDs - Physical Devices). Mổi thiết bị logic LDs được tập hợp từ nhiều node logic (LNs) và luôn hoạt động trên một thiết bị vật lý cụ thể. Thiết bị vật lý PDs có thể bao gồm một số thiết bị logic khác nhau, kèm theo đó thiết bị vật lý sẽ được xác định bằng một địa chỉ mạng (IP address) cụ thể.
Hình 1.12 : Mô hình dữ liệu của một rơle bảo vệđường dây: PD, LDs, LNs
Trên Hình 1.11 ta có thể thấy một rơle bảo vệ đường dây được định nghĩa là một PD, các chức năng chính của rơle có thể thực hiện được như sau: bảo vệ (LD#1 Protection), điều khiển máy cắt (LD#2 Control) và đo lường (LD#3 Meas). Với chức năng bảo vệ bao gồm bảo vệ quá dòng (LN1: PTOC) và bảo vệ khoảng cách (LN2: PDIS), tương tự các chức năng điều khiển và đo lường của rơle cũng được chia thành nhiều chức năng con (LNs) riêng biệt.
Trong thực tế các ứng dụng tựđộng hoá trạm phát triển chậm hơn so với khả năng phát triển, nâng cấp của công nghệ truyền thông. Do đó để đảm bảo khả năng hoạt động của các ứng dụng khi hệ thống thông tin được nâng cấp, tiêu chuẩn định nghĩa các giao tiếp dịch vụ truyền thông cơ bản (ACSI) như đọc ghi dữ liệu (Get
DataValue, Set DataValue).., các định nghĩa này được quy định trong IEC 61850-7- 2. ACSI(Abstract Communications Services Interface) tách biệt với các ứng dụng SA về mặt truyền thông, nghĩa là dịch vụ ACSI sẽ tham chiếu trên giao diện truyền thông TCP/IP để thực hiện các ứng dụng SA, các tham chiếu này vẫn phù hợp khi giao diện truyền thông TCP/IP được nâng cấp.
Về cơ bản các thiết bị trong TBA được chia thành 2 loại: thiết bị sơ cấp và thiết bị thứ cấp. Các thiết bị sơ cấp bao gồm: máy biến áp, máy cắt, dao cách ly. Các thiết bị thứ cấp bao gồm: thiết bị bảo vệ, điều khiển, đo lường và các thiết bị thông tin. Theo tiêu chuẩn IEC 61850, các thiết bị thứ cấp của TBA được sắp xếp theo 3 mức:
+ Mức trạm (Station Level) + Mức ngăn lộ (Bay Level) + Mức quá trình (Process Level).
Sơđồ sắp xếp theo 3 mức của các thiết bị thứ cấp trạm được thể hiện ở Hình 1.12
Hình 1.13: Cấu hình truyền thông cơ bản hệ thống tựđộng hoá trạm với giao thức IEC 61850
Giao diện người máy(HMI - Human Machine Interface) và thiết bị truyền thông(ComU - Communication Unit) thuộc về mức trạm.Các thiết bị ở mức trạm được kết nối với các thiết bị ở mức ngăn lộ thông qua bus trạm (Station Bus). Hệ thống điều khiển trạm liên lạc với các thiết bị bảo vệ điều khiển bằng hệ thống Staion Bus, được định nghĩa trong IEC 61850-8-1. HMI là nhóm các phần mềm SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) với giao diện đồ họa trực quan cho phép người vận hành có thể thao tác, giám sát các thiết bịở mức ngăn lộ (Bay Level). Các hệ thống SCADA sử dụng công cụ OPC Server để để trao đổi dữ liệu giữa HMI với các thiết bị IEDs. OPC là một công cụ cho phép biên dịch dữ liệu của các đối tượng điều khiển (IEDs, RTUs) thông qua các hàm của hệ điều hành. Thiết bị ComU có thể là một thiết bị định tuyến (Router) để kết nối với mạng diện rộng (WAN) của trung tâm điều khiển, hoặc là một thiết Gateway/Converter chuyển đối giao thức thường gặp như IEC 61850/IEC 6870-5-101.
Mô hình thiết bị IEC 61850 bắt đầu với một thiết bị vật lý. Thiết bị vật lý này có thể nối với mạng và được xác định bởi địa chỉ mạng của nó. Trong mỗi thiết bị vật lý có thể có một hoặc nhiều thiết bị logic. Mô hình thiết bị logic IEC 61850 cho phép một thiết bị vật lý đơn lẻ thực hiện nhiệm vụ của một proxy hoặc cổng vào cho nhiều thiết bị do đó chuẩn này cung cấp sự mô tả cho bộ dữ liệu. Điều này giảm thiểu được nhiều cấu hình hệ thống không hiệu quả vì các thiết bị trạm có thể tự cấu hình.
Mỗi thiết bị logic bao gồm một hoặc nhiều nút logic. Một nút logic trong bảng ( Bảng 1.3) là một mô hình thiết bị logic theo tiêu chuẩn IEC 61850, một nhóm dữ liệu tên và kết hợp với các dịch vụ có quan hệ logic với một vài chức năng của hệ thống điện.
Bảng 1.3 Name Description
Axxx Điều khiển tự động (4). ATCC (Bộ biến
đổi), AVCO (volt. Ctrl.), etc.
Cxxx Điều khiển giám sát (5).CILO (Khóa liên
Gxxx Chức năng chung (3). GGIO (địa chỉ chung
I/O), etc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ixxx Interfacing/Lưu trữ (4). IARC (Lưu trữ),
IHMI (HMI), etc.
Lxxx Hệ thống nút logic (2). LLN0 (Thông
thường), LPHD (Thiết bị vật lý)
Mxxx Chức năng đo đếm (8). MMXU (meas.),
MMTR (đo đếm.), etc.
Pxxx Chức năng bảo vệ(28). PDIF, PIOC, PDIS,
PTOV, PTOH, PTOC, etc.
Rxxx Liên kết bảo vệ(10). RREC (Tự động đóng
lại), RDRE (Khử nhiễu)..
Sxxx Theo dõi, Giám sát (4). SARC (archs),
SPDC (partial discharge), etc.
Txxx Thiết bị đo lường (2). TCTR (Dòng điện),
TVTR (Điện áp)
Xxxx Bộ chuyển mạch (2). XCBR (Máy cắt),
XCSW (Khóa)
Yxxx Máy biến áp (4). YPTR (Biến áp), YPSH
(Sun từ), etc.
Zxxx Thiết bị khác (15). ZCAP (cap ctrl), ZMOT
(Động cơ), etc.
Wxxx Gió (Set aside for other standards)
Oxxx Mặt trời (Set aside for other standards)
Hxxx Thủy điện (Set aside for other standards)
Nxxx Nhà máy (Set aside for other standards)
Bxxx Bình điện (Set aside for other standards)
Nhưng nút logic tựđộng điều khiển có tên tất cả bắt đầu bằng chữ “A”. Các nút logic có chức năng đo đếm có tên bắt đầu bởi chữ “M”. Tương tự, nút logic giám sát điều khiển( Supervisory Control) bắt đầu bằng chữ C, Generic Functio (G), Interfacing/Archiving (I), System logical nodes (L), Protection (P), Protection Related (R), Sensor (S), Instrument Transformes (T), Switchgear (X), Power Transformers (Y), và Other Equipment (Z), Mỗi nút logic có một LN-Instance-ID như một hậu tố cho tên của nút logic. Ví dụ, giả thiết có 2 thông số đo ở đầu vào của một thiết bịđểđo 2 trong 3 pha của lộ ra. Tên của nút logic theo tiêu chuẩn này cho một đơn vịđo cho 3 pha là MMXU. Để mô tả các thông sốđo giữa 2 pha của 2 lộ ra tên nút logic theo tiêu chuẩn này là MMXU1 và MMXU2. Mỗi nút logic cũng có thể dùng một ứng dụng tùy chọn riêng, LN- hậu tố để cung cấp sự xác nhận rõ hơn mục đích của một nút logic. Bảng 1.4 Lớp XCBR Tên thuộc tính (1) Attr. Kiểu (2) Chú giải (3) T (4) M/O (5) Tên LN Shall beinherited from Logical-Node Class
Dữ liệu
Thông tin chung về các nút logic
LN shall inherit all Mandatory Data from common Logical Node Class
M Loc SPS Vị trí vận hành (local means without substation (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
automation communication, hardwared control)
M EEHealth INS Sự hoạt động bên ngoài thiết bị O EEName DPL External equipement name plate O
OpCnt INS Đếm số lần hoạt động M
Điều khiển
BlkOpn SPC Khóa đang mở M
BlkCls SPC Khóa đang đóng M
ChaMotEna SPC Cho phép nạp động cơ O
Giá trị đo đếm
SumSwARs BCR Sum of Switched Amperes, resettable O
Thông tin tình trạng
CBOpCap INS Circuit breaker operating capability M POWCap INS Point On Ware switching capability O
MaxOpCap INS Circuit breaker operating capability when full charged O (1) Tên dữ liệu (2) Lớp dữ liệu chung (3) Mô tả (4) Bắt buộc/ Tùy chọn
Mỗi nút logic bao gồm một hoặt nhiều phần tử dữ liệu. Mỗi phần tử dữ liệu có một tên duy nhất. Các tên dữ liệu này được xác định bởi tiêu chuẩn và liên quan đến mục đích của hệ thống, Ví dụ, một máy cắt có nút logic mẫu là XCBR. Nó bao gồm sự thay đổi dữ liệu như Loc để xác định nếu điều khiển từ xa hoặc tại chỗ, OpCnt cho việc đếm các chức năng, Pos cho vị trí, BlkOpn cho lệnh mở máy cắt, BlkCls cho lệnh đóng máy cắt và CBOpCap cho khả năng hoạt động của máy cắt. Mỗi phần tử dữ liệu trong nút logic thích ứng với việc xác định lớp dữ liệu chung (CDC) qua IEC 61850-7-3. Mỗi CDC mô tả kiểu và cấu trúc của dữ liệu trong nút logic. Ví dụ, có các CDC cho trạng thái thông tin, thông số đo thông tin, khả năng điều khiển trạng thái thông tin, khả năng kiểm tra cài đặt điểm thông tin tương tự, trạng thái cài đặt và các cài đặt tương tự. Mỗi CDC được xác định một tên và cài đặt mỗi thuộc tính của CDC với một tên xác định, kiểu xác định và mục đích rõ ràng. Mỗi thuộc tính riêng của CDC phụ thuộc sự cài đặt chức năng của nó(FC), các nhóm thuộc tính này đã được phân loại. Ví dụ, trong điểm trạng thái đơn( Single
Point Status-SPS) có các ràng buộc chức năng cho thuộc tính trạng thái (ST), thuộc tính thay thế gí trị (SV), thuộc tính mô tả (DC), thuộc tính mở rộng định nghĩa (EX). Trong ví dụ này các thuộc tính trạng thái của lớp SPS bao gồm trạng thái giá trị(stVal), chất lượng(q) và thời gian.
Bảng 1.5 Lớp SPS Tên thuộc tính Attr. Kiểu
FC TrgOp Giá trị/Khoảng giá trị
M/O
Tên dữ liệu Ảnh hưởng từ lớp dữ liệu( see IEC 61850-7-2)
Thuộc tính dữ liệu Tình trạng
stVal BOOLEAN ST Dcgh TRUE/FALSE M
Q Chất lượng ST Qchg M
T TimeStamp ST M
Chuyển đổi
subEna BOOLEAN SV PIC_SUBST
subVal BOOLEAN SV TRUE/FALSE PIC_SUBST
subQ Quanlity SV PIC_SUBST
subID VISIBLE STRING 64 SV PIC_SUBST
Cấu hình, Sự miêu tả và mở rộng
D VISIBLE STRING 255 DC Text O
dU UNICODE STRING 255 DC O (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cdcNs VISIBLE STRING 255 EX AC_DLDA_M
cdcName VISIBLE STRING 255 EX AC_DLDA_M
dataNs VISIBLE STRING 255 EX AC_DLN_M
FC: Tính năng ràng buộc M/O: Bắt buộc/Tùy ý
xạ tới một ngăn xếp giao thức xác định trong IEC 61850-8-1 xác định một phương thức chuyển đổi mô hình thông tin vào các biến đối tượng MMS được tạo ra trong tham chiếu duy nhất đối với mỗi thành phần của dữ liệu trong mô hình. Ví dụ, giả