CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VÈ MẠNG TRUYÈN THÔNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
3.1 Mạng thông tin trong HTĐ
Sự phát triển hệ thống điện năng hiện đại nằm trong xu thế chung của sự phát triển khoa học kỹ thuật và kinh tể, nhằm thỏa mãn đòi hỏi ngày càng tăng của xã hội phản ánh những bước tiến vượt bậc của khoa học kỹ thuật, đáp ứng nhiều nhu cầu đa dạng của cuộc sống. Hệ thống điện Việt Nam cũng như của nhiều nước đang phát triển trên thế giới đang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ. Có lợi thế là được áp dụng những thành tựu công nghệ mới, tiên tiến nhất để xây dựng cũng như vận hành bỏ qua những chi phí áp dụng cho việc nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm mà các nước phát triển đã trải qua.
Việc áp dụng truyền thông tin trong HTĐ đã giải quyết được các vấn đề trong
điều khiển, giám sát, thu thập số liệu...tạo điều kiện thuận lợi cho việc HTĐ có thể được mở rộng cũng như quản lý ngày một tốt hơn.
Đe nghiên cứu hệ thống điều khiển trong HTĐ hiện đại ta chia thành các cấu trúc đã tạo nên hệ thống đó là:
+ Cấu trúc mạng thông tin
+ Cấu trúc hệ thống bảo vệ, điều khiển, giám sát, quản lý
Thông tin là một trong những khái niệm quan trọng nhất trông KHKT cũng giống như vật chất hay năng lượng.
Vật chất Năng lượng Thông tin Vật chất Năng lượng Thông tin
Việc biểu diễn thông tin phụ thuộc vào mục đích tính chất của ứng dụng thông tin có thể được mô tả hay được số hóa bằng dữ liệu có thể được lữu trữ và xử lý trên máy tính. Mạng thông tin được hiểu như là một sự hòa nhập, giao tiếp trao đổi dữ liệu giữa hai đối tượng với nhau hay của một đối tượng và một hệ thống lớn. Với những thành tựu đạt được trong công nghệ thông tin khái niệm đối tượng và hệ thống đã được mở rộng ra. Không giới hạn các đối tượng như một phần tử, một thiết bị
với một hệ thống lớn như một trạm điện, nhà máy điện...
Và có thể thực hiện trong một môi trường thông tin liêng (mạng cục bộ) đang ngày càng được phổ biến, hoặc trong môi trường thông tin chung, trong phạm vi
một trạm biến áp ... thậm chí có tính chất toàn càu bao gồm cả khái niệm không gian thực và thời gian thực.
Việc áp dụng thông tin trong HTĐ trước đây được khai thác trong một phạm vi hẹp như mạng điện thoại cục bộ của ngành, thực hiện chức năng bảo vệ, điều khiển, cần sử dụng kênh thông tin cũng khá ít: bảo vệ cao tàn, bảo vệ cắt liên động, và bảo vệ so lệch dọc đường dây....
Những tiến bộ vượt bậc của công nghệ thông tin cuối thế kỷ 20, cộng với những đòi hỏi ứng dụng ngày càng cao của người sử dụng làm cho nhu càu truyền thông trong HTĐ ngày càng mở rộng và đa dạng. Các đường điện thoại viễn thông, cáp quang, kênh cao tần PLC, mạng sóng vô tuyến FM. Những thành tựu đạt được (thông tin trong trạm, từ cấp trạm đến cấp điều độ miền, trên cơ sở khai thác các ứng dụng SCADA, EMS, DSM, hoặc các ứng dụng văn phòng như truy
nhập lấy số liệu từ INTERNET,... phụ thuộc khả năng khai thác của người
dùng. Đã mở rộng phạm vi về không gian, và phạm vi quản lý khi có ngày càng nhiều đối tượng tham gia vào mạng lưới thông tin. Do vậy, một trong các yêu càu chính đặt ra là phải có một cách giao tiếp chung cho tất cả các đối tượng tham gia thông tin. Đó là phải có một hệ thống thông tin chuẩn hóa và thống nhất.
IEC (intemational electrotechnical committee) và TC57 (technical committee) đã được thành lập năm 1964 do đòi hỏi phải có một tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực thông tin giữa các thiết bị và hệ thống trong lĩnh vực thông tin điện lực: Telecontrol- điều khiển từ xa, Teleprotection- bảo vệ từ xa, và các úng dụng của công nghệ thông tin trong hệ thống điện như giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA), quản lý hệ thống năng lượng(EMS), quản lý nhu càu điện năng(DSM), tự động hệ thống phân phối(DA),.... Các nhà chuyên môn của 22 nước thành viên đã thừa nhận rằng tính canh tranh càng cao với số lượng các nhà sản xuất thiết bị ngày càng tăng. Việc nối ghép giữa các thiết bị điều khiển để tích hợp thành hệ thống đòi hỏi thiết bị và hệ thống phải có khả năng kết hợp với nhau, các ghép nối, các giao thức và định dạng dữ liệu càn thiết phải tương thích để đáp ứng các mục tiêu trên.
Viện công nghệ thông tin Bắc Mỹ (UCA™) cũng hoạt động trong lĩnh vực này và đã bổ sung các chuẩn nối ghép, chuẩn giao thức và dạng dữ liệu, nó hoàn thiện những yêu càu và IEC TC 57 đã chấp nhận chúng như là một tập con của chuẩn IEC-61850 hiện đang phát triển.
Viện nghiên cứu điện lực (EPRI- Electric Power Research Institute) đã đưa ra vấn đề này từ năm 1970 để phát triển công nghệ thông tin trong ngành điện. Từ những năm 80, EPRI đã nhận thấy lợi ích khi thống nhất phương pháp thông tin của tất cả các nhà sản xuất hiện tại. Họ đã thảo luận để tạo điều kiện dễ dàng khi kết họrp một số lớn chửng loại thiết bị và hệ thống, tư vấn cho các mục đích quản lý và điều khiển thông tin tới tất cả các tổ chức làm việc trên cùng lĩnh vực. EPRI đã ủy quyền dự án cho UCA.
Nhiều chương trình dự án được tiến hành và hàu hết thiết bị bảo vệ, IEDs (là các thiết bị thu thập thông tin, dữ liệu) được sản xuất theo tiêu chuẩn của UCA đều tỏ ra rất có hiệu quả khi chúng nối mạng thông tin.
Một đòi hỏi cụ thể là thực hiện chuyển những thông báo nhanh giữa các IEDs với đơn vị thời gian (ms) khi phát hiện có sự cố trong hệ thống điện vì nó liên
quan đến tính điều khiển tức thời (tính tác động nhanh) trong hệ thống truyền dữ liệu. Do vậy, mạng LAN đã được sử dụng trong trạm điện thay cho một khối lượng đấu dây lớn giữa các IEDs và các thiết bị sơ cấp.
Một đặc điểm khác khi áp dụng quản lý theo các lớp thông tin nhằm đáp ứng những yêu càu rong hơn cho điều khiển trạm.
Trong đó, những lớp thấp hơn của hệ thống các dự án khảo sát đã đề xuất rất nhiều giải pháp Bus công nghiệp, như công nghệ LAN văn phòng với các lớp giao thức ETHENET và INTERNET.
Giữa năm 1996, sau quá trình nghiên cứu chi tiết được tiến hành dưới sự đỡ đàu của EPRI và làn đàu tiên công bố việc phân chọn ra những lớp cụ thể và tạo ra những luận chứng có tính hệ thống.
Dự án này đã xác định ra những chuẩn để các hệ độc lập và cạnh tranh như những thế hệ Rơ Le, đồng hồ đo lường, điều khiển, giao tiếp với người sử dụng và các hệ IEDs khác nhau có thể liên kết thông tin khi sử dụng mạng LAN cho tất cả các hoạt động điều khiển. Với sự liên tục hỗ trợ của EPRI, đã có một bảng danh sách dài của Relay, Metter, IEDs của các nhà sản xuất tuân thủ theo tiêu chuẩn sản phẩm UCA. Cũng nhắc lại rằng các nhà sản xuất đã nhận thức ra tàm quan trọng của việc liên kết và thống nhất trong thông tin, nhưng sản phẩm và thiết kế của từng nhà sản xuất vẫn mang đặc thù riêng, đó chính là cốt lõi của tính cạnh tranh.
Đe cập lại tiêu chuẩn IEC 61870-5 do yêu càu của người dùng những năm 80, IEC của Châu Âu đã tạo ra bộ chuẩn thông tin IEC 60870-5 Năm 1995, IEC đưa ra một dự án mới, dùng 61850 để xác định thế hệ tương lai của thông tin trong bảo vệ và điều khiển trạm tốc độ cao. Mục tiêu chính cũng giống như EPRI là sẽ có nhiều nhà cấp hàng và cùng các tiện ích trong ứng dụng để xác định một cơ sở hạ tầng thông tin trong điều khiển và giám sát trạm điện. Thế hệ chuẩn này sẽ đảm bảo tính mở khi kết hợp được nhiều thế hệ IEDs của nhiều nhà sản xuất, tránh xây dựng những hệ thống đóng trọn gói không tương
thích. Tổ chức dự án IEC với nhiệm vụ tạo ra bộ chuẩn thông tin, tập trung dưới TC57, Teleprotection và Power System Control. Các tổ công tác của nó bao gồm (WG- Working Group) 10,11,12 đã được trao từng phàn nhiệm vụ của IEC 61850 như:
WG10 - Trong lĩnh vực chức năng, cấu trúc thông tin và các yêu càu chung. WG11 - Trong lĩnh vực thông tin trong và giữa các khối (Unit) và mức trạm (Substation Levels).
WG12 - Trong lĩnh vực thông tin trong và giữa Xử lý (Process) và các mức khối (Unit Levels).
Đến năm 1996, cả hai nhóm EPRI UCA2.0 và IEC61850 đều làm việc trên các chuẩn của mình để đánh địa chỉ và kết nối IEDs trong ứng dụng tự động điều khiển ữạm.
Tháng 10/1997, Edinburgh TC 57 WG10-12 đã nhóm họp lại đưa ra thỏa thuận chỉ phát triển một bộ chuẩn cho tự động trạm và thông tin để tiến tới hợp nhất Bắc Mỹ và Châu Âu. Một phương án khả thi nhất là xây dựng và hoàn thiện theo tiêu chuẩn UCA, dĩ nhiên 61850 chiếm phàn lớn (Superset) của UCA và sẽ được tiếp tục viết, cải tiến và trao đổi để tạo ra một bộ chuẩn có phương hướng và tham số bao quát được UCA và Châu Âu. Khả năng thu thập dữ liệu và điều khiển trong cấu trúc của thông tin có thể tạo được từ mỗi IED trong trạm điện. Phát triển công nghệ thông tin đang mang lại hiệu quả to lớn về khả năng, quy mô và giá thành. Các sản phẩm đã được đưa vào và đang được cải tiến tạo ra mạng LANs trong trạm điện.
Một chú ý quan trọng, chuẩn đang dựa vào công nghệ IT có tính thương mại văn phòng, mà giữa văn phòng và trạm điện hay hệ thống điện có khá nhiều điểm khác nhau. Môi trường IT văn phòng hỗ trợ ít dữ liệu SERVER và nhiều dữ liệu CLIENT với ít hoặc không có thông tin kiểu PEER to PEER. Một trạm LAN đòi hỏi rất nhiều đấu nối PEER to PEER và được hỗ trợ rất nhiều từ dữ liệu trạm chủ và một ít dữ liệu trạm tớ. Thêm vào đó môi trường làm việc trong trạm điện
đòi hỏi những thành phần ở các mức độ cao nhất và thiết bị phải có khả năng mạnh. Như vậy công việc vẫn là tiếp tục nâng cao công nghệ thông tin (IT) văn phòng theo tính bảo vệ, tính quyết định, độ tin cậy, và tính duy trì sử dụng trong trạm điện.
Phân cấp HTĐ theo mức độ quản ỉỷ
Luồng dữ liệu
A
Luồng dữ liệu điều khiển
- AO: SCADA, DSM,...
- AI: Quản lý miền với cấp điện áp lớn nhất là 220kV
- Công trình: Cung cấp các thông tin liên quan đến (U,I,f,...Costp) - Đường dây: Các thông tin về rơ le, RTU,PLC...