SCADA là hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu, cĩ các chức năng:
- Điều khiển (Luận văn này khơng đề cập đến vấn đề điều khiển, chỉ thực
hiện chức năng giám sát, theo dõi): Lệnh điều khiển từ Trung tâm điều khiển
của hệ thống SCADA thơng qua kênh truyền gửi đến các RTU/Gateway, IEDs để điều khiển các thiết bị điện đĩng cắt từ xa. Các lệnh điều khiển như:
+ Lệnh đĩng/cắt máy cắt, Recloser, LBS, Dao cách ly, dao tiếp địa… + Lệnh điều khiển thay đổi nấc phân áp MBA (chỉ đối với các MBA thuộc các trạm nguồn 110kV và 220kV và dành cho phịng Điều độ).
+ Lệnh điều khiển thay đổi giá trị thơng số cài đặt chỉnh định rơ le chỉ dành cho phịng Điều độ.
-Giám sát: Mọi thay đổi trạng thái của thiết bị như: đĩng/cắt máy cắt, rơle
bảo vệ tác động, các thơng số vận hành chi tiết (dịng, áp, cơng suất P, Q và tín hiệu kết nối xa)…đều được thu thập về Trung tâm giám sát và được máy tính xử lý:
+ Khi cĩ sự thay đổi dữ liệu trạng thái (máy cắt, DCL, các cảnh báo của rơle, các hiện tượng mất kết nối xa ...) hệ thống SCADA sẽ phát cảnh báo bằng âm thanh, đổi màu trên biểu tượng, thơng báo dịng sự kiện để nhân viên vận hành chú ý và đưa ra hướng xử lý phù hợp với từng loại cảnh báo.
+ Đối với dữ liệu giá trị đo xa: dữ liệu nhận được sẽ được kiểm tra so sánh với ngưỡng định mức, nếu giá trị đo được bị quá mức so với quy phạm thì hệ thống SCADA sẽ phát cảnh báo cho người vận hành (quá dịng, quá áp, quá ngưỡng tần số cho phép...).
- Thu thập dữ liệu: tại các TBA, thiết bị đĩng cắt trên LĐPP được chia
thành các loại thơng tin như sau:
Danh sách các dữ liệu (datalist) lấy từ các thiết bị điện trên lưới điện như RMU, Recloser, LBS…ít nhất phải bao gồm các dữ liệu như sau:
a/ Recloser:
Các tín hiệu điều khiển xa:
- Trạng thái Recloser (cắt/đĩng);
- Chức năng cho phép đĩng lặp lại/ khố đĩng lặp lại; - Bộ chạm đất nhạy (SEF): khố/ cho phép (nếu cĩ);
Các chỉ báo trạng thái:
- Chỉ báo từ xa trạng thái của Recloser (mở/đĩng); - Chức năng cho phép đĩng lặp lại/ khố đĩng lặp lại; - Bộ chạm đất nhạy (SEF): khố/ cho phép (nếu cĩ);
Các chỉ báo an tồn Recloser:
- Trạng thái điều khiển từ xa;
Các tín hiệu đo lường:
- Điện áp (kV); - Dịng điện (A);
- Cơng suất P, Q(W, VAr);
b/ LBS-C cĩ kết nối SCADA: Các tín hiệu điều khiển xa:
- Giám sát dao cắt cĩ tải (mở/đĩng);
Các chỉ báo trạng thái:
- Chỉ báo từ xa trạng thái của LBS (mở/đĩng); - Trạng thái khố điều khiển tại chỗ/từ xa;
Các chỉ báo an tồn LBS:
- Trạng thái điều khiển từ xa;
- Hư hỏng thiết bị (sự cố LBS, sự cố nguồn DC, sự cố rơle…);
Các tín hiệu đo lường:
- Điện áp (kV); - Dịng điện (A);
- Cơng suất P, Q(W, VAr);
c/ Tủ RMU cĩ kết nối SCADA: Các tín hiệu điều khiển xa:
- Giám sát xa cho mỗi xuất tuyến (tình trạng đĩng/cắt);
- Giám sát xa các PĐ, NR thuộc tài sản ngành điện hoặc khách hàng đối với các PĐ, NR sử dụng cáp ngầm và tủ RMU cĩ kết nối SCADA.
- Trạng thái khố điều khiển tại chỗ/từ xa;
Các chỉ báo trợ giúp thao tác:
- Chỉ báo sự cố trên mỗi xuất tuyến;
- Chỉ báo khả năng điều khiển tại chỗ/từ xa đối với tồn bộ trạm;
Các tín hiệu đo lường trên mỗi xuất tuyến: Các tín hiệu, dữ liệu này được cập nhật và lấy thơng qua chương trình đo xa MDMS
- Điện áp (kV); - Dịng điện (A);
- Cơng suất P, Q (W, VAr);
Chỉ báo an tồn:
Sự cố nguồn AC của thiết bị RTU hoặc hỏng hĩc thiết bị.
Ngồi ra, hệ thống SCADA cịn cĩ các chức năng ứng dụng: Phân tích, xử lý dữ liệu, tính tốn phân bố trào lưu cơng suất, ngắn mạch, độ tin cậy, quản lý nhu cầu phụ tải, cung cấp cơ sở dữ liệu cho các mục đích khác…Sơ đồ quản lý và trao đổi thơng tin của hệ thống SCADA như hình 2.1.
Hình 2.1 Sơ đồ quản lý và trao đổi thơng tin của hệ thống SCADA
2.1.2. Phần mềm hệ thống SCADA LĐPP:
- Phần mềm SCADA gồm: Thu thập, trao đổi, lưu trữ, xử lý dữ liệu
thời gian thực. Điều khiển giám sát từ xa. Quản lý thứ tự đĩng/cắt. Tự động sa thải phụ tải khi vượt ngưỡng cơng suất cho phép. Xử lý đĩng/khép vịng giảm tải cho hệ thống điện đối với các xuất tuyến liên kết qua các MC, LBS phân đoạn. Đồng bộ thời gian và chỉnh thời gian chuẩn (hoạt động theo Real time).
- Ngồi ra, cịn cĩ các phần mềm: Phần mềm quản lý lưới điện trên bản đồ Google Earth, SCADA GIS, Thơng tin hiện trường quản lý về vị trí đĩng cắt trên bản đồ; phần mềm OMS giám sát, theo dõi cảnh báo về khu vực mất điện tính tốn độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng. Phần mềm hệ
điều hành, phần mềm chẩn đốn, bảo dưỡng máy chủ. Phần mềm phân tích giao thức. Phần mềm RTU và giao thức truyền thơng.
- Đối với luận văn này, phần mềm hiển thị mơ phỏng giao tiếp giữa các TBĐC và Nhân viên trực ca sử dụng phần mềm SmartHMI Studio; tính tốn ngắn mạch và phán đốn vị trí sự cố bằng phần mêm Mơ phỏng Recloser/LBS.
2.1.3. Hệ thống thơng tin:
Hệ thống thơng tin cĩ thể sử dụng các phương tiện truyền dẫn như: cáp quang, vi ba, tải ba; đường điện thoại, UHF... để truyền và nhận tin giữa Trung tâm điều khiển/giám sát với các thiết bị đầu cuối (RTU/Gateway).
Hệ thống SCADA thường sử dụng một hệ thống thơng tin làm việc chính và một hệ thống thơng tin dự phịng để đảm bảo độ tin cậy. Hiện nay đường truyền chủ yếu được sử dụng thơng qua cáp quang, đường truyền GPRS sử dụng qua sim Viettel (chính) và một số nhà mạng khác
a/ Yêu cầu kỹ thuật đối với các thiết bị thơng tin
Tín hiệu từ RTU là dạng tín hiệu V.24 hoặc 2/4W sẽ được ghép kênh thơng qua thiết bị PCM thành luồng 2Mb/s và truyền về Trung tâm giám sát thơng qua OLTE.
Tiêu chuẩn kỹ thuật của cáp quang, OLTE, PCM: Cáp quang:
Các tiêu chuẩn:
Đặc tính cáp quang tuân theo các tiêu chuẩn sau: - ITU-T G.652
- IEC 60793-1 - IEC 60793-2
- IEC 60794-1 - IEC 60794-4
- EIA/TIA598: Mã màu cho cáp quang.
Đặc tính của sợi quang:
- Tiêu chuẩn :ITU-T G.652.
- Loại sợi :Đơn mode.
- Biên dạng chỉ số chiết suất :Dạng chiết suất bậc.
- Đường kính lớp bảo vệ :245 μm ± 5 μm
- Đường kính lớp vỏ phản xạ :125 μm ± 1 μm
- Đường kính trường mode bước sĩng 1310nm :9,2 μm ± 0,4 μm
- Đường kính trường mode bước sĩng 1550nm :10,5 μm ± 1 μm
- Sai số đồng tâm trường mode : ≤ 0,5 μm - Độ khơng trịn đều vỏ phản xạ : ≤ 1 % - Bước sĩng cắt : ≤ 1260 nm - Hệ số suy hao 1310nm : ≤ 0,36 dB/km - Hệ số suy hao 1550nm : ≤ 0,22 dB/km - Hệ số tán sắc (1285-1330)nm : ≤ 3,5ps/nm.km - Hệ số tán sắc 1550nm : ≤ 18ps/nm.km - Bước sĩng tán sắc khơng :1300nm ≤ λ0 ≤ 1324nm. - Độ dốc tán sắc về khơng : ≤ 0,092ps/nm2.km. - Hệ số mode phân cực PMD : ≤ 0,3 ps/sqrt(km).
Điều kiện mơi trường làm việc:
- Độ ẩm trung bình : 90%, khơng đọng sương.
- Độ ẩm lớn nhất : 100%.
- Độ cao tuyệt đối : 1000 m.
- Áp lực giĩ tối đa : 125daN/m2
- Nhiệt độ lưu trữ : 0oC – 70oC.
- Nhiệt độ khi lắp đặt : 0oC – 40oC.
Thiết bị đầu cuối quang (OLTE): Loại STM-1 Giao diện quang STM-1:
- Theo các tiêu chuẩn : ITU-T G.957.
- Tốc độ bit : 155.520 Kb/s.
- Dung sai : ≤ 20ppm.
- Bước sĩng : 1310nm và/hoặc 1550nm.
- Cấp cơng suất : S1.1, L1.1, L1.2.
- Mã đường truyền : NRZ (Non Return to Zero).
- Khoảng cách truyền tối đa : 85km.
Giao diện nhánh về điện STM-1:
- Tuân theo ITU-T G.703, G707, G.708, G.709 - Tốc độ bit : 155.520 Mbit/s
- Mã : CMI
- Trở kháng : 75 Ω Nhánh 2Mbit/s
- Tuân theo ITU-T G.703, G.823 - Tốc độ bit : 2.048 kBit/s
- Mã : HDB3
- Trở kháng :120 Ω /75 Ω
- Số cổng mở rộng tối đa : 63 cổng - Số cổng yêu cầu : 21 cổng
- Các thơng số vật lý và điện: : Theo ITU-T G.703
- Jitter : Theo ITU-T G.823
Thiết bị ghép kênh (PCM):
Thiết bị cĩ các đặc tính kỹ thuật như sau: - Cấu hình xen rẽ kênh (ADM)
- Giao tiếp số 2 Mbit/s: Cấu trúc khung 2 Mbit/s sẽ tương thích với khuyến nghị CCITT G.732. Tốc độ bit tại cổng 2 Mbit/s tuân theo khuyến nghị CCITT G703.6 là 2.048 kbit/s ± 50 ppm và mã HDB3. Trở kháng tại cổng 2 Mbit/s là 75/ 120 Ω.
- Các giao tiếp kênh dữ liệu: Giao tiếp và các đặc tính về điện cho kênh 64 kbit/s sẽ tuân theo khuyến nghị CCITT X.21.
Phần mềm cài đặt cấu hình cho OLTE, MUX giao diện với PC trên mơi trường Windows 98, 2000, XP, NT.
Thiết bị UHF:
Tín hiệu từ RTU được nối trực tiếp đến ngõ vào của modem UHF. Modem UHF khơng sử dụng các chuẩn chung cho việc điều chế tín hiệu đường truyền do đĩ chỉ các modem của cùng một hãng (cùng kiểu điều chế tín hiệu) mới cĩ thể bắt tay nhau.
- Trường hợp kết nối với 1 modem master hiện cĩ: cần đảm bảo khoảng cách của modem slave – modem master; modem slave cùng chủng loại với modem master.
- Trường hợp sử dụng 1 tuyến UHF mới: modem master và slave cùng loại; chủng loại modem đảm bảo khoảng cách của modem slave – modem master.
Tiêu chuẩn kỹ thuật của modem UHF, anten:
Thiết bị vơ tuyến UHF phải tương thích với các đặc tính sau:
- Băng tần : Dải tần số dự kiến sử dụng 400 MHz – 470
MHz (theo quy hoạch của Cục quản lý Tần số Vơ tuyến điện)
- Độ ổn định tần số : ± 2.0 ppm
- Khoảng cách kênh : 12,5 / 25 kHz
- Cơng suất RF đầu ra trên mỗi kênh của trạm gốc: 10 W
- Cơng suất RF đầu ra trên mỗi kênh tại các trạm cắt hợp bộ, LBS, Recloser: 1-10W (lập trình được).
- Cơng suất RF cố định : 10 W - Độ nhạy ở 12 dB SINAD: 0,28µV
- Giao tiếp giữa máy thu phát UHF với RTU tại các trạm LBS, recloser hoăc Trung tâm điều khiển với thiết bị tiền xử lý: V.24/V.28 – RS232, RS485,... Cáp đồng trục: - Dải tần làm việc : 400 - 470MHz - Suy hao : <5dB/100m - Trở kháng :50 Ω Anten tại trạm gốc:
- Dải tần làm việc : (400 - 470)MHz
- Độ tăng ích : (3-7) dB
- Đặc tính hướng : Đẳng hướng
- Trở kháng : 50 Ω
Anten tại trạm đầu xa:
- Dải tần làm việc : (400 - 470)MHz
- Độ tăng ích : > 10 dB
- Đặc tính hướng : cĩ hướng (Yagi) - Hệ số sĩng đứng < 1.5 :1
- Trở kháng : 50 Ω
Các tiêu chuẩn tham khảo:
- DTI MPT 1326, đặc tính hiệu năng, thiết bị vơ tuyến UHF và VHF điều biến gĩc để sử dụng cho các trạm cố định và di động
- DTI MPT 1331, mã thực hành cho kỹ thuật vơ tuyến - ETSI ETS 300086
- ETSI ETS 300113 - ETSI ETS 300279 Mordem PSTN:
Trong dự án miniSCADA 4 thành phố, modem PSTN được dùng cho tuyến thơng tin dự phịng.
Tiêu chuẩn kỹ thuật của modem PSTN:
Các đặc tính kỹ thuật của modem như sau:
- Tương thích dữ liệu theo các chuẩn ITU-T V.34, V.32bis, V.32, V.22bis, V.22, V.21, V.23, lệnh AT&T,
- Tốc độ dữ liệu đường dây: 300 – 33.600 bit/s,
- Định dạng dữ liệu DTE : 7 bit, 8 bit, chẵn / lẻ / parity, đồng bộ, khơng đồng bộ, lập trình được,
- Tốc độ khơng đồng bộ DTE: 19.200, 14.400, 9.600, 7.200, 4.800, 2.400, 1.200, 600, 300 bit/s lập trình được,
- Tốc độ đồng bộ DTE : cùng tốc độ đường dây,
- Chỉ thị LED : tất cả các mạch,
- Hiệu chỉnh lỗi : MNP, ITU-T V.42,
- Nén dữ liệu : MNP class 5, ITU-T V.42bis,
- Giao tiếp đầu cuối : ITU-T V.24/V.28-RS232
2.1.4. Bộ phận tự động hố TBA và các thiết bị trên LĐPP:
Bộ phận tự động hố TBA cĩ thể sử dụng các giải pháp thu thập dữ liệu như: RTU tập trung; RTU phân tán và Gateway:
- RTU tập trung: được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật vi xử lý. Mỗi RTU
cĩ khả năng tiếp nhận hàng trăm tín hiệu đo lường, điều khiển và giám sát. RTU gồm cĩ các card chức năng: CPU, bộ nhớ, card vào/ra, card truyền thơng, card giám sát. Tuỳ theo dung lượng RTU mà số lượng card khác nhau.
- RTU phân tán: Cơng nghệ này khơng gom tín hiệu vào tủ RTU tại
trạm như giải pháp RTU tập trung mà RTU chia nhỏ thành các phần nhỏ (IED, BCU) lắp đặt phân tán trong trạm. Mỗi phần nhỏ của RTU đảm nhiệm chức năng như của một RTU nhỏ. Các phần nhỏ nĩi trên được liên kết với nhau bằng cáp thơng tin và cả hệ thống làm việc thống nhất như trên một RTU.
- Gateway: Tất cả các thiết bị điều khiển, giám sát trong trạm sử dụng
thống gọi là hệ thống tự động hố trạm. Các thiết bị điện và hệ thống điều khiển, bảo vệ được thiết kế trong một thể thống nhất bằng cơng nghệ mạng và kết nối với Trung tâm điều khiển/giám sát bằng gateway
RTU/Gateway cĩ nhiệm vụ thu thập dữ liệu gửi về Trung tâm điều khiển, đồng thời nhận lệnh từ Trung tâm điều khiển đưa đến các thiết bị chấp hành. Kích thước của RTU phụ thuộc vào số lượng dữ liệu thu thập tại TBA, thiết bị điện. Sơ đồ khái quát thể hiện giao tiếp giữa RTU với thiết bị điện và Trung tâm điều khiển.
Trong hệ thống SCADA, thiết bị đầu cuối RTU/Gateway là phần tử rất quan trọng cĩ nhiệm vụ thu thập và phản ánh tình trạng của các thiết bị đang tham gia hoạt động trong hệ thống. Nĩ là cơng đoạn đầu tiên trong tồn bộ quá trình xử lý thơng tin của hệ thống SCADA.
2.2. Các bộ phận chính của hệ thống SCADA LĐPP:
Hệ thống SCADA LĐPP gồm 3 bộ chính: Trung tâm điều khiển/giám sát; Hệ thống thơng tin liên lạc các thiết bị trên LĐPP. Sơ đồ tổng quát hệ thống SCADA LĐPP như hình 2.2.
Trung tâm điều khiển/giám sát:
Đây là thành phần quan trọng nhất của hệ thống SCADA, tồn bộ thơng tin cần thiết cho việc điều hành LĐPP được Trung tâm điều khiển thu thập, xử lý, phân phối đến các ứng dụng, phần mềm cần thiết để nhân viên vận hành cĩ thể tương tác và giao tiếp với tồn bộ thiết bị cần giám sát. Hệ thống cĩ thể chia sẻ thơng tin vận hành qua việc phân quyền điều khiển, giám sát. Phần cứng cũng như phần mềm của hệ thống trung tâm sẽ dựa trên các nền tảng mở, cĩ tính phổ biến cao, dễ thay thế mở rộng, đơn giản và quen thuộc trong quá trình quản lý vận hành.
Phần cứng hệ thống SCADA LĐPP:
Hình 2.2 Sơ đồ cây thiết bị cấu thành một mơ hình hệ thống SCADA hồn chỉnh