RTU: là một thiết bị đầu cuối cú nhiệm vụ thu thập cỏc dạng tớn hiệu khỏc nhau
tuỳ thuộc vào thực tế yờu cầu của người sử dụng. Bao gồm cỏc tớn hiệu số (trạng thỏi
Trạm điện Trạm điện Trạm điện Trạm điện Trung tõm điều khiển 1 Trung tõm điều khiển 1 Trạm điện Trđiạệm n Trạm điện Trạm điện
mỏy cắt, dao cỏch ly…), cỏc tớn hiệu tương tự (điện ỏp, dũng điện, cụng suất). Sau khi
được xử lý RTU sẽ gửi chỳng về trung tõm điều khiển.
Ngược lại, RTU sẽ nhận cỏc lệnh từ trung tõm điều khiển và truyền cỏc lệnh đú đi
điều khiển cỏc đối tượng bờn ngoài (đúng cắt cỏc mỏy cắt, tăng giảm nấc phõn ỏp) hay là trả lời cỏc yờu cầu khỏc. RTU là một thiết bị cú tớnh mở cao, nú cú thể dễ dàng mở
rộng, sử dụng nhiều dạng giao thức truyền tin khỏc nhau, cú thể nối vào cỏc hệ thống khỏc, cú thể hiển thị và in bỏo cỏo tại chỗ.
PLC: cũng là một thiết bị đầu cuối cú nhiệm vụ thu thập cỏc dạng tớn hiệu khỏc nhau tuỳ thuộc vào thực tế yờu cầu của người sử dụng, tuy nhiờn PCL cú nhiều modul khỏc nhau và cần lập trỡnh cho cỏc modul đú, để thu thập, điều khiển và giỏm sỏt được cỏc đối tượng hệ thống điện như tớn hiệu số (trạng thỏi mỏy cắt, dao cỏch ly…) cỏc tớn hiệu tương tự (điện ỏp, dũng điện, cụng suất…). Sau khi bộ vi xử lý trung tõm của PLC xử lý cỏc tớn hiệu sẽ gửi chỳng về trung tõm điều khiển.
Ngược lại, PLC sẽ nhận cỏc lệnh từ trung tõm điều khiển và truyền cỏc lệnh đú
đến cỏc rard modul tương ứng để điều khiển cỏc đối tượng bờn ngoài như (đúng cắt cỏc mỏy cắt, tăng giảm nấc phõn ỏp…) hay là trả lời cỏc yờu cầu khỏc.
Mỗi loại PLC đều cú 1 loại phần mềm chuyờn dụng của hóng sản xuất. Viết chương trỡnh điều khiển sử dụng việc lập giản đồ thang, dễ dàng, mềm dẻo cho sự thay
đổi cả phần cứng và phần mềm, giỏ thành rẻ rất phự hợp cho cỏc xớ nghiệp, cỏc dự ỏn nhỏ, thậm chớ cú thể thiết kế cả 1 cụng tơđiện tử thụng minh. 2.3.5 Chức năng của hệ thống SCADA - Thu thập dữ liệu - Xử lý dữ liệu nhiễu - Giỏm sỏt dữ liệu xử lý - Xử lý sự kiện - Điều khiển giỏm sỏt - Xử lý dữ liệu lịch sử - Tớnh toỏn a Thu thập dữ liệu
* Tổng quỏt
Hệ thống thu thập dữ liệu được thiết kếđể thu thập dữ liệu từ cỏc nhà mỏy, trạm… Nú cú thể thu thập tựđộng hoặc bằng tay, sau đú được xử lý và lưu trong cơ sở dữ liệu (CSDL) như mụ tả trong hỡnh 2.6.
Hỡnh 2.5: Quỏ trỡnh thu thập dữ liệu
Cỏc RTU lắp đặt trong cỏc trạm sẽ thu thập dữ liệu trong hệ thống điện. Dữ liệu thu thập bao gồm:
Indication: được thu thập khi đúng cụng tắc ở cỏc bo mạch đầu vào digital trong RTU. RTU sẽđọc trạng thỏi của indication và lưu vào trong CSDL của RTU. Indication cú hai kiểu là single point và double point. Nú cú thể là trạng thỏi đúng mở của mỏy cắt,
đúng mở dao cỏch ly, cảnh bỏo...
Mỗi khi thay đổi trạng thỏi, indication sẽ được tự động truyền từ RTU về trung tõm hoặc khi cú yờu cầu từ trạm Master.
Giỏ trịđo lường: gồm hai loại:
- Giỏ trị analog: qua bộ chuyển đổi A/D → định dạng nhị phõn - Giỏ trị digital
Cả hai giỏ trị này được quột theo chu kỳ và lưu vào trong CSDL RTU. Mỗi khi lưu giỏ trị mới thỡ nú sẽ ghi đố lờn giỏ trị cũ.
Giỏ trị cộng dồn: lấy từ cỏc xung sinh ra trong một process và được cộng dồn vào cỏc bộđếm xung trong RTU. Dữ liệu truyền về trạm Master trong cỏc trường hợp sau:
- End OfPeriod (EOP) read-off: thực hiện tại cuối chu kỳ
- Intermediate (INT) read-off: thực hiện vài lần trong một chu kỳ
Kiểm tra trạng thỏi/dữ liệu (SC)
SC cú thể thực hiện trong toàn bộ hệ thống hoặc chỉ một trạm trong hệ thống. Mỗi khi yờu cầu kiểm tra trạng thỏi ở một trạm thỡ:
SCI - message được truyền tới từng RTU
Thu thập tất cả cỏc indication, giỏ trị đo lường và giỏ trị cộng dồn cho RTU ở
những điểm khụng thu thập thỡ sẽ sinh ra cảnh bỏo. * Nhập dữ liệu bằng tay
Nhập dữ liệu bằng tay trong cỏc trường hợp sau:
- Dữ liệu ở trạm khụng sử dụng hệ thống thu thập tựđộng
- Dữ liệu khụng được cập nhật do lỗi ở hệ thống thu thập dữ liệu - Dữ liệu bị cập nhật sai do lỗi transducer
hiệu là chữ M. Indication và giỏ trịđo lường cũng cú thể thu thập bằng tay.
b. Giỏ trị tớnh toỏn
Giỏ trị tớnh toỏn được lấy từ cỏc giỏ trị thu thập tựđộng, giỏ trị nhập bằng tay và giỏ trị tớnh toỏn trước. Việc tớnh toỏn thực hiện theo cụng thức đó cho trước. Cỏc giỏ trị
này cú thể xử lý và lưu trong CSDL giống như dữ liệu thu thập tựđộng.
c. Xử lý và lưu trong cơ sở dữ liệu
* Xử lý sự kiện:
Được thực hiện trước khi lưu vào trong CSDL * Cờ Quality:
Được sử dụng để đỏnh dấu cỏc giỏ trị khi hiển thị. Nú gồm cỏc cờ như Invalid, Manual entry, updated, alarm, implemented, deactivated, corrected. Trong đú, một số
cờ được thiết lập tự động khi thu thập dữ liệu, số khỏc thỡ được thiết lập bằng tay bởi người vận hành hoặc cỏc chức năng ứng dụng. Vớ dụ như:
- Khúa thu thập dữ liệu: nghĩa là việc cập nhật CSDL mà được thu thập tựđộng bị
hệ thống phần mềm lờđi. - Khúa xử lý cảnh bỏo - Khúa nhận biết cảnh bỏo - Khúa dữ liệu nhập bằng tay * Indication:
Trước khi truyền về trạm Master, sẽ kiểm tra xem trạng thỏi indication cú thay đổi so với lần trước khụng. Nếu cú thỡ mới truyền về CSDL.
- Giỏ trịđo lường: biến đổi những giỏ trị này thành cỏc đơn vị đo lường trong RCS trước khi truyền về CSDL SCADA. Trước khi gửi về trạm Master, thỡ sẽ kiểm tra sự
thay đổi giỏ trị từ lần truyền trước. Nếu nú vượt quỏ dải deadband cho trước thỡ mới
được truyền về. Dải deadband này cú thể đặt cho từng giỏ trị. Sau mỗi chu kỳ quết, deadband sẽ bằng 0.
- Giỏ trị cộng dồn: số lượng xung đầu vào từ lần reset trước được lưu trong CSDL RTU và gửi ngay về CSDL SCADA. hoặc theo chu kỳ (1giờ/lần). Khi đú, sẽ reset bộ
2.3.6 Cỏc tiờu chuẩn thụng tin trong hệ thống điện
a. Giao thức
Giao thức, trong thụng tin liờn lạc và truyền thụng, được hiểu là "cỏc quy tắc truyền dữ liệu" cho phộp cỏc mỏy tớnh hoặc cỏc mỏy tớnh và cỏc thiết bị đầu cuối (Remote Terminal Unit) trao đổi dữ liệu với nhau. Khụng giống như "đối thoại" giữa con người, truyền dữ liệu khụng thể linh hoạt để cho phộp những mệnh lệnh khú hiểu. Bởi vậy, để thực hiện được việc trao đổi dữ liệu một cỏch chớnh xỏc, quy tắc liờn lạc chớnh xỏc cũng phải được thiết lập. Một quy chuẩn giao thức bao gồm cỏc thành phần sau:
* Cỳ phỏp (syntax):
Quy định về cấu trỳc bức điện, gúi dữ liệu dựng khi trao đổi, trong đú cú phần thụng tin hữu ớch (dữ liệu) và cỏc thụng tin bổ trợ như địa chỉ, thụng tin điều khiển, thụng tin kiểm tra lỗi…
* Ngữ nghĩa (semantic):
Quy định ý nghĩa cụ thể của từng phần trong một bức điện, như phương phỏp định
địa chỉ, phương phỏp bảo toàn dữ liệu, thủ tục điều khiển dũng thụng tin, xử lý lỗi…
* Định thời (timing):
Quy định về trỡnh tự, thủ tục giao tiếp, chế độ truyền (đồng bộ hay khụng đồng bộ), tốc độ truyền thụng…
b. Kiến trỳc giao thức OSI
* Cơ sở về sự xuất hiện OSI
Thực tế là cỏc hệ thống truyền thụng được phỏt triển bởi từng nhà sản xuất đơn lẻ
và kiến trỳc giao thức được thiết kế cho cỏc sản phẩm của riờng họ. Khú cú thể xõy dựng được một mụ hỡnh chi tiết thống nhất về chuẩn giao thức và dịch vụ cho tất cả cỏc hệ thống. Nhưng do yờu cầu ngày càng cao về việc liờn kết và tớch hợp cỏc hệ thống nờn cần thiết phải cú một kiến trỳc mạng mở. Vào năm 1984, Tổ chức tiờu chuẩn húa quốc tế ISO (International Organization for Standardization) và Uỷ ban tư vấn vềđiện bỏo và điện thoại quốc tế CCITT (International Telegraph and Telephone Consultative
Committee) đó hợp tỏc khuyến nghị mụ hỡnh tham chiếu OSI (Open System Interconnection).
* Mụ hỡnh tham chiếu OSI
Đõy khụng phải là một chuẩn thống nhất về giao thức, cũng khụng phải là một chuẩn chi tiết về dịch vụ truyền thụng. Chuẩn này khụng đưa ra bất kỳ một quy định nào về cấu trỳc một bức điện, cũng như khụng định nghĩa bất cứ một chuẩn dịch vụ cụ
thể nào. OSI chỉ là một mụ hỡnh kiến trỳc phõn lớp với mục đớch phục vụ việc sắp xếp và đối chiếu cỏc hệ thống truyền thụng cú sẵn, trong đú cú cả việc so sỏnh, đối chiếu cỏc giao thức và dịch vụ truyền thụng, cũng như cơ sở cho việc phỏt triển cỏc hệ thống mới.
* Xõy dựng cỏc lớp
Theo mụ hỡnh tham chiếu OSI, chức năng hay dịch vụ của một hệ thống truyền thụng được chia thành 7 lớp như hỡnh 2.7. Với việc định nghĩa 7 lớp như vậy, OSI đưa ra một mụ hỡnh trừu tượng cho cỏc quỏ trỡnh giao tiếp phõn cấp. Nếu hai hệ thống thực hiện cựng cỏc dịch vụ và trờn cơ sở một giao thức giống nhau ở một lớp, thỡ cú nghĩa là hai hệ thống cú khả năng tương tỏc ở lớp đú.
Lớp ứng dụng (Application layer)
Lớp ứng dụng là lớp cao nhất trong mụ hỡnh tham chiếu OSI. Nú cung cấp cỏc dịch vụ ứng dụng cho cỏc phương tiện truy nhập đến mụi trường OSI để xử lý cỏc ứng dụng trong hệ thống mở.
Lớp biểu diễn dữ liệu (Prentation layer)
Khi cú nhiều cỏc định dạng khỏc nhau để thể hiện thụng tin (mó ký tự, cỏch sẵp xếp...) được trao đổi giữa cỏc lớp ứng dụng, lớp biểu diễn dữ liệu sẽ cung cấp cỏc dịch vụ nhằm chuyển đổi cỏc dạng biểu diễn dữ liệu khỏc nhau về cỳ phỏp thành một dạng chuẩn.
Lớp phiờn (Session layer)
Lớp phiờn cú chức năng kiểm soỏt mối liờn kết truyền thụng giữa cỏc chương trỡnh
ứng dụng, bao gồm việc tạo lập, quản lý, kết thỳc và thiết lập điểm đồng bộ trong dũng dữ liệu.
Lớp vận chuyển (Transport layer)
Lớp vận chuyển cú chức năng thiết lập kờnh logic giữa cỏc hệ thống đầu cuối, như
giữa thiết bị đầu cuối và mỏy chủ, để lớp phiờn ngay trờn nú đảm bảo việc truyền dữ
liệu qua cỏc thủ tục dũ tỡm lỗi, phục hồi,... và nõng cao độ tin cậy. Lớp này cũng bự những sự khỏc nhau trong chất lượng kết nối mạng để cung cấp kết nối ở lớp vận chuyển cú chất lượng cao cho cỏc lớp trờn.
Lớp mạng (Network layer) Lớp mạng sử dụng cỏc chức năng truyền dữ liệu giữa cỏc nỳt kế tiếp do lớp liờn kết dữ liệu cung cấp để thực hiện trao đổi dữ liệu giữa cỏc hệ thống đầu cuối. Lớp mạng cú bốn vai trũ như sau: - Ấn định hướng để chuyển dữ liệu tới - Xỏc định kờnh để gửi dữ liệu - Truyền và chuyển tiếp dữ liệu
- Loại trừ sự khỏc biệt trong chất lượng dịch vụ mạng con (bởi một hệ thống mạng diện rộng thường là sự liờn kết của nhiều mạng con, tồn tại độc lập).
Lớp liờn kết dữ liệu (Data link layer)
Lớp này sử dụng cỏc chức năng truyền và nhận cỏc bit dữ liệu được cung cấp bởi lớp vật lý để thực hiện việc truyền và nhận dữ liệu với độ tin cậy cao. Lớp liờn kết dữ
liệu bao gồm cỏc chức năng sau: - Truyền dữ liệu
- Xỏc nhận việc phõn phối dữ liệu
- Xử lý khụi phục một lỗi được phỏt hiện ra
Hỡnh 2.6: Mụ hỡnh tham chiếu OSI Lớp vật lý (Physical layer)
Đõy là lớp dưới cựng trong mụ hỡnh phõn lớp chức năng. Lớp này đảm nhiệm toàn bộ cụng việc truyền dẫn dữ liệu bằng phương tiện vật lý. Cỏc quy định sau đõy mụ tả
giao diện vật lý giữa một trạm thiết bị và mụi trường truyền thụng: - Cỏc chi tiết về cấu trỳc mạng (bus, cõy, hỡnh sao...)
- Kỹ thuật truyền dẫn (RS-485, truyền cỏp quang...)
Bờn gửi Bờn nhận Application Presentation Session Transport Network Datalink Physical Application Presentation Session Transport Network Datalink Physical
- Phương phỏp mó húa bit.
- Chếđộ truyền tải (dải rộng/dải cơ sở/dải mang, đồng bộ/khụng đồng bộ). - Cỏc tốc độ truyền cho phộp.
- Giao diện cơ học (phớch cắm, giắc cắm...)
c. Cỏc chuẩn thụng tin liờn lạc
Trờn thị trường điện hiện nay cú một số lượng lớn cỏc nhà cung cấp với cỏc giải phỏp định hướng phần cứng khỏc nhau. Do đú, như một hệ quả, cú một số lượng lớn cỏc giao thức thụng tin liờn lạc đang được sử dụng. Cỏc giao thức đang được sử dụng nhiều trong thực tế của hệ thống SCADA, RTUs, IEDs, PLC, đo lường… như là:
- IEC 61850: là giao thức truyền thụng cho mạng và hệ thống ở cỏc trạm điện. - IEC 60870-5-101: là giao thức truyền thụng trong điều khiển từ xa.
- IEC 60870-5-103: là giao thức truyền thụng cho cỏc thiết bị bảo vệ.
- IEC 60870-5-104: là giao thức truy cập Ethernet (TCP/IP) cho IEC 60870-5-101. - IEC 60870-6: là giao thức thụng tin cho việc điều khiển từ xa của thiết bị và hệ
thống.
- UCA 2.0TM: là giao thức truyền thụng của hóng SEL tương đương với IEC61850. - DNP3.
- ICCP/TASE.2 (IEC 60870-6)
- DLMS-COSEM/IEC 62056: giao thức thụng tin phục vụ cho cỏc thiết bị đo lường.
- MODBUS RTU/MODBUS TCP: giao thức thụng tin liờn lạc với RTU hoặc giao thức truyền thụng truyền tải.
- ABB SPA Bus là một giao thức master/slave được dựng để giao tiếp với RTU. - ABB RP570/RP571 là một giao thức thụng tin hỗ trợ cho chếđộ master/slave. - Areva Courier là một giao thức truyền thụng đơn chiều.
- Altus Modbus Protocol là một chuẩn giao thức truyền thụng thụng qua cổng RS232.
Hỡnh 2.7: Cỏc tiờu chuẩn thụng tin liờn lạc được sử dụng trong trạm
Hỡnh 2.7 thể hiện cỏc tiờu chuẩn cú thể ỏp dụng cho thụng tin liờn lạc giữa cỏc IEDs trong một trạm, hỡnh 2.8 thể hiện chuẩn giao tiếp ngoài trạm. Ngăn bờn trỏi thể
hiện cấu trỳc truyền thống, trong đú phần xử lý (thiết bị đúng cắt, cỏc mỏy biến ỏp đo lường) được nối qua cỏc dõy dẫn song song. Ngăn bờn phải nối cỏc mỏy biến ỏp đo lường thụng qua một liờn kết điểm - điểm (point-to-point) và thụng tin liờn lạc với thiết bị đúng cắt qua một bus trạm. Ngăn giữa sử dụng một bus xử lý, bus này cú thể được nối với bus trạm qua một bộ lọc nhằm trỏnh việc cỏc giỏ trị lấy mẫu đo lường làm tắc nghẽn bus trạm.
Hỡnh 2.8: Cỏc chuẩn thụng tin liờn lạc với bờn ngoài
Do sự tiến triển của thị trường điện phi điều tiết, cú rất nhiều dữ liệu phụ là cần thiết. Như vậy, cỏc giao diện mở và được chuẩn húa là cần thiết. Trong tương lai, thiết bị điện lực phải được trang bị kốm một giao diện thụng tin liờn lạc nối tiếp; cú nghĩa là, cỏc bộ phận của thiết bị lực sẽ trở thành IEDs.
Hỡnh 2.9 thể hiện cỏc tiờu chuẩn cú thể thống trị kiến trỳc thụng tin liờn lạc trong tương lai. IEC 61850 được tạo ra để trở thành một tiờu chuẩn mang tớnh quốc tế trong thụng tin liờn lạc và tớch hợp với khả năng xõy dựng cỏc hệ thống từ nhiều IEDs của cỏc hóng khỏc nhau, phối hợp hoạt động để thực hiện cỏc chức năng bảo vệ, giỏm sỏt, tự động húa, đo lường và điều khiển.
Hỡnh 2.9: Xu hướng trong tương lai
2.4 Kết luận
Chương này giỳp ta hỡnh dung một cỏch tổng quỏt hệ thống cỏc thiết bị bảo vệ,
điều khiển, đo lường của trạm điện. Từ đú càng nhận thức sõu sắc hơn về tầm quan