52
Những LN được hình thành từ những khối trong IED có trong trạm. Ví dụnhư máy cắt (XCBR). Chức năng bảo vệ của các IED được thiết lập là những giá trị như điện áp hay dòng điện nhận từ các VT hay CT. Những chức năng trong thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện lỗi hay sự cốvà sau đó gửi một tín hiệu tác động đến trạm. [5]
Hình 3.11: Nguyên tắc hợp thành của khối thiết bị (IED)
3.4.2.2 Mô tả về thông tin của dữ liệu
Từ mô hình thông tin hình 3.11 về vị trí của một máy cắt "Pos", với tên là XCBR, thì vị trí được định nghĩa như một Data, nó được tạo thành từ nhiều thuộc tính và được phân loại như sau:
- Kiểm tra (trạng thái, giá trị đo lường, thiết lập). - Thay thế.
- Cấu hình, mô tả và mở rộng.
- Thuộc tính dữ liệu Pos.ctlVal đại diện cho các thông tin điều khiển (có thể được thiết lập để ON hoặc OFF). Thuộc tính dữ liệu Pos.stVal đại diện cho vị trí thực của máy cắt (có thể là trạng thái trung gian, tắt, mở, hay cảnh báo).
- Thời gian hoạt động (Operate time) nhằm xác định số lần kiểm soát từ người yêu cầu. Các giá trị hiện tại từ stVal được đọc, báo cáo hoặc được ghi lại trong bộ đệm của IED. Các giá trị về stVal có thể được điều khiển từ xa và có hiệu lực ngay lập tức khi được tác động.
53
Hình 3.12: Mô tả dạng cấu trúc về thông tin vị trí của một máy cắt
3.4.2.3 Các dịch vụtrao đổi thông tin
Các LN, Data và các thuộc tính dữ liệu được xác định nhằm ứng dụng cho việc trao đổi thông tin giữa các IED. Việc trao đổi thông tin được xác định bởi phương tiện dịch vụ.
Hình 3.13: Mô hình đoạn trích ngắn của dịch vụCác dịch vụ về thuộc tính dữ liệu cho máy cắt XCBR được mô tảnhư sau: Các dịch vụ về thuộc tính dữ liệu cho máy cắt XCBR được mô tảnhư sau:
54
- Trao đổi thông tin về trạng thái với độ tin cậy cao ➁. - Báo cáo về các thuộc tính dữ liệu ➂.
- Ghi nhận và xuất dữ liệu - theo chu kỳ hay khi có sự cố ➃. - Thay thế ➄.
- Cấu hình bằng cách thiết lập các nhóm thông số cài đặt nhằm chuyển các giá trị lấy mẫu từ các cảm biến, biến dòng, biến áp ➅.
- Tự mô tả của một thiết bị ➆.[5]
3.4.3 Phân tích chức năng ứng dụng và trao đổi thông tin
Chức năng LN dựa trên dữ liệu và các thuộc tính dữ liệu chuyên dụng. Các thông tin được mô tả là những dữ liệu và các thuộc tính dữ liệu được trao đổi bởi các dịch, 30 vụ dành riêng theo những quy tắc xác định và thực hiện theo các yêu cầu về tiêu chuẩn IEC61850 trong phần 5.
55
Hình 3.14: Khái niệm quá trình chia nhỏ và hợp thành của một LN
Một phần nhỏ chức năng từ mô hình máy cắt đã được chọn để giải thích quá trình chia nhỏ LN. Thông qua thiết bị máy cắt với thuộc tính là vị trí, được điều khiển và giám sát về sự thay đổi trạng thái như: ON, OFF, trạng thái trung gian, . . . Ngoài ra, vị trí cung cấp khảnăng kiểm soát việc thay đổi giá trịđiều khiển (ON/OFF). [5]
Tạo các mô hình thông tin từ các thành phần hợp thành
Hình 3.15: Mô tả thông tin có cấu trúc hình cây của một XCBR1
Mô hình sử dụng các LN nhằm mô tả thuộc tính dữ liệu hay cung cấp các ứng dụng cho việc trao đổi thông tin giữa các IED với nhau. Các thuộc tính dữ liệu được tiêu chuẩn hóa về tên và loại. Ví dụ, như máy cắt XCBR1.
Trao đổi thông tin. [5]
Phương thức truyền thông tin trong các mô hình phân cấp trong phần 7-4 bằng cách sử dụng các dịch vụ được định nghĩa trong phần 7-2. Các phương pháp trao đổi thông tin chủ yếu rơi vào ba loại: Mô hình đầu ra, mô hình đầu vào, mô hình quản lý trực tuyến và tự mô tả. Hoạt động của các dịch vụ dựa trên dữ liệu, thuộc tính dữ liệu, và các thuộc tính khác thường được chứa trong các LN.
56
57
Mô hình dịch vụ đầu ra được 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. [5]
Mô hình đầu ra (Output Model): Mô hình điều khiển máy cắt (XCBR) của LN với thuộc tính dữ liệu XCBR.PosctlVal. Trước khi yêu cầu dịch vụ thực hiện kiểm soát sự thay đổi vị trí của một thiết bị thực, một số điều kiện cần thỏa mãn. Ví dụ, đầu ra chỉ được 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/Remotecủa máy cắt XCBR.Loc - Thông tin trạng thái mode của máy cắt XCBR.Mod - Kiểm tra điều kiện của các thiết bị
- Các thuộctính khác như: khóa liên động, mô hình điểu khiểnvà thời gian được định nghĩa trong lớp dữ liệu dùng chung DPC.
Hình 3.17: Mô hình đầu ra
Sau khi tất cảcác 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. [5]
Khái niệm mô hình GSE: Những tin nhắn sự cố trong trạm mô tả việc trao đổi thông tin giữa dữ liệu đầu vào từ một IED với các dữ liệu đầu ra.
58
Báo cáo dữ liệu và ghi nhật kí: Các sự cố bên trong trạm được xem như một phần tử để yêu cầu báo cáo và ghi nhật kí. Thông tin này được tập hợp lại để dùng thiết lập dữ liệu. Dữ liệu này dùng làm cơ sở cho nội dung báo cáo và ghi nhật kí. Các dữ liệu được lưu lại dùng để tham khảo. Những dữ liệu và giá trị thuộc tính dữ liệu được báo cáo và ghi nhật kí được quy định cụ thể trong thiết lập dữ liệu.
Hình 3.19: Thiết lập dữ liệu và báo cáo cho một máy cắt
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. [5]
Trong trường hợp bên trái, dữ liệu gồm 9 thành phần trong đó có Pos.stVal nếu thay đổi thành stVal, thì sẽlàm thay đổi giá trị xác nhận trong báo cáo. Trường hợp bên phải có 2 thành phần dữ liệu, trong đó thành phần .Pos (có 6 thuộc tính dữ liệu: stVal, q,
t, . . .). Nếu có sựthay đổi thành phần trong Pos (thay đổi đặc tính dữ liệu stVal) sẽ tạo ra sự thay đổi cho tất cả các giá trị thuộc tính dữ liệu của tập hợp các thành phần dữ liệu
.Pos (stVal, q, t, ...). [5]
3.4.4 Quan sát theo hướng ứng dụng
Từ một ứng dụng 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 được 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 đểđóng/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.
59
Hình 3.20: Mô hình liên kết trong trạm
Theo tiêu chuẩn thì tên của máy cắt là XCBR, tên này có thể được đi kèm với một thành phần trước "Q1" và một thành phần sau "R1" để đúng theo quy ước đặt tên "Q1XCBR1". Các ứng dụng từ máy tính có thể truy cập thông tin từ máy cắt như sau:
- Máy cắt thực (tên, tình trạng, tốc độ….)
- Giao diện điều khiển cho IED (tên, tình trạng, chế độ vận hành,….).
Đáp ứng của dịch vụ trong việc xác định thông tin báo cáo trạng thái. Ngoài ra, người vận hành có thểthay đổi nhóm giá trịnhư: thiết lập chức năng bảo vệ, cấu hình cho việc báo cáo từ xa, yêu cầu thay thế giá trị vận hành, hoặc ghi lại sự cố, . . . Các chức năng được hỗ trợ bởi bộ điều khiển có ba hướng chính được chuẩn hóa bởi IEC61850 như sau:
- Những chức năng và thông tin nào là thấy được trênhệ thống và cách đặt tên và mô tả.
- Những chức năng có thể được truy cập và cách trao đổi thông tin. - Cách mà thiết bị được kết nối vào mạng để trao đổi thông tin.
3.4.4.1 Mô hình LN và Data
Mỗi LN bao gồm một số dữ liệu diễn đạt đại diện cho ý nghĩa của ứng dụng, với mô hình một máy cắt "XCBR" và bảo vệ khoảng cách ("PDIS"). Dữ liệu Pos được sử dụng để kiểm soát vị trí và báo cáo tình trạng của vị trí với chếđộ hoạt động "Mode" hiện tại của các máy cắt như: On, Blocked, Test, Test/blocked, Off. Thông tin này mang ý nghĩa tùy thuộc vào trường hợp cụ thể. [5]
60
Hình 3.21: Logical Nodes và Data
Các LN và Data (trong các LN) là những khái niệm cơ bản được sử dụng để mô tả hệ thống và chức năng thực của hệ thống. Chức năng của LN được xem như là một khối chứa dữ liệu và có thểđược đặt bất cứnơi nào trong IED. Mỗi dữ liệu định nghĩa với một nhiệm vụ cụ thểđược giao. [5]
3.4.5 Quan sát theo hướng thiết bị
Những thiết bị thực trong tiêu chuẩn IEC61850 gồm những thành phần sau:
- Các LN và Data: đại diện cho những ứng dụng thực tế và kết nối truyền thông. - Thông tin về thiết bị thực: gồm những thông tin về các dữ liệu nguồn từ Server. - Những ánh xạ đến hệ thống trao đổi thông tin: nhằm hỗ trợ trao đổi thông tin.
Hình 3.22: Mô hình kết nối giữa các LN
3.4.5.1 Mô hình thiết bị
Đối với truyền thông ngoài sự liên kết giữa các LN thì còn khái niệm về Logical Device (LD). Một LD chủ yếu là tập hợp của các LN và bổ sung thêm một số dịch vụ như: GOOSE, Sampled Value, Setting Groups.
Hình 3.23: Mô hình thiết bị (LD)
Những LD cung cấp thông tin về các thiết bị được lưu trữ trên Server (tên và trạng thái) hoặc các thiết bị bên ngoài được kiểm soát bởi LD. Trong hình 3.24 thiết bị "LD1" có chứa 3 LN. Với LLN0 - LN thiết bị ảo đại diện cho dữ liệu dùng chung của các LD,
61
và LPHD - LN thiết bị thực đại diện cho dữ liệu dùng chung của các thiết bị vật lý nơi lưu trữ LD. LLN0 và LPHD được định nghĩa trong LD bất kỳ.
Hình 3.24: Mô hình logical Device và LLN0/LPHD
3.4.6 Quan sát theo hướng trao đổi thông tin
Các dịch vụđược xác định bằng kỹ thuật mô hình đối tượng. Giao diện của dịch vụ sử dụng phương pháp mô hình trừu tượng. Trừu tượng có nghĩa là định nghĩa tập trung trên sự mô tả những gì dịch vụ cung cấp. Thông qua mã hóa để trao đổi thông tin giữa các thiết bị, được quy định cụ thể trong các ánh xạ dịch vụ truyền thông. ACSI (Dịch vụ giao tiếp truyền thông trừu tượng) xác định các dịch vụ tiện ích chung cho thiết bị trong trạm.
Hình 3.25: Phương pháp trao đổi thông tin ACSIChức năng dịch vụ truyền thông được chia làm 2 nhóm như sau: Chức năng dịch vụ truyền thông được chia làm 2 nhóm như sau:
62
- Nhóm 1 sử dụng mô hình Client/Server với các dịch vụ như điều khiển hoặc lấy giá trị dữ liệu.
- Nhóm 2 bao gồm mô hình peer - to - peer với các dịch vụ GSE (truyền dữ liệu với tốc độ cao và tin cậy giữa các IED bảo vệ hay từ một IED đến nhiều IED khác) cùng với dịch vụ giá trị lấy mẫu theo định kỳ.
Thực tế Client/Server có thểđược kết nối bởi nhiều hệ thống trao đổi thông tin khác nhau. Phương tiện trao đổi thông tin có thể có nhiều sự ràng buộc về vị trí, cách sử dụng, như giới hạn về tốc độ bit, hạn chế về thời gian sử dụng. Phương tiện trao đổi thông tin có thể có nhiều cấu hình khác nhau, như đơn điểm, đa điểm, hỗn hợp, theo phân cấp, WAN - to - LAN, thực hiện với nút trung gian như Router, Gateway, hoặc cơ sở dữ liệu tập trung. [5]
3.4.6.1 Mô hình ảo
ACSI cung cấp dịch vụ truy cập dữ liệu của thiết bị thực thông qua mô hình ảo. Mô hình 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 vụnhư: lấy giá trị dữ liệu hay ghi các báo cáo từ bộđiều khiển.
Hình 3.26: Mô hình ảo
3.4.6.2 Cơ chếtrao đổi thông tin cơ bản.
Mô hình sự cố trạm biến áp (GSE) giữ vai trò khá quan trọng bởi vì mô hình này hỗ trợ việc thực hiện các ứng dụng về thời gian thực. Hình 3.26 cho thấy một ứng dụng của mô hình GSE.
63
Hình 3.27: Áp dụng cho mô hình GSECơ chế hoạt động theo mô hình GSE được mô tảnhư sau: Cơ chế hoạt động theo mô hình GSE được mô tảnhư sau:
- Các LN bảo vệ khoảng cách "PDIS" nếu phát hiện lỗi thì kết quả là có một lệnh được truyền đi. (1)
- Các LN bảo vệ điều hướng "PTRC" sẽ xuất một thông báo và truyền đi (áp dụng tin nhắn GOOSE), lúc này máy cắt 0 "XCBR0" đã được cấu hình sẵnđể nhận tin nhắn. Sau khi xử lý, thiết bị chuyểnmạch sẽ mở máy cắt. (2)
- Thông tin đến máy cắt 0 "XCBR0.Pos.stVal" sẽ làm thay đổi từ ON sang OFF. Trạng thái mới ngay lập tức gửi một tin nhắn GOOSE với chỉ thị: “vị trí mới của Switch là Open”. Ngoài ra, đưa ra báo cáo có sự thay đổi trong mô hình. (3)
- Các LN tự đóng lại "RREC" nhận được một tin nhắn GOOSE từ XCBR0 với giá trị <Open>. Theo cấu hình, RREC quyết định đóng máy cắt lại và gửi tin nhắn GOOSE với giá trị <Reclose>. (4)
- Máy cắt 0 "XCBR0" nhận được 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)
3.4.7 Lập ánh xạ ACSI vào hệ thống trao đổi thông tin thực.
Về tổng quan thì IEC61850 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 sẽđược trao đổi. Đối với dịch vụ ánh xạ thông tin trừu tượng SCSM thì các đối tượng và thông tin sẽ
64
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.
Hình 3.28: Ánh xạ ACSI vào lớp trao đổi thông tin
Tóm lại mô hình ACSI mô tảđặc 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 người dùng. - Điều khiển thiết bị - Báo cáo và ghi nhận sự kiện.
- Xuất bản và phát hành dữ liệu - Tự mô tả thiết bị. - Kiểu dữ liệu và tìm kiếm dữ liệu - Truyền tập tin.
3.4.8 Mô hình lớp dữ liệu
Trong mô hình, lớp máy chủđược đặt tên là "abc". Tên của giá trị trạng thái "stVal" là:"xyz/myXCBR1.pos1.stVal". Mỗi lớp được đặc trưng bởi một số thuộc tính mô tả về chức năng. Mỗi thiết lập sử dụng cho một lớp thì cùng một loại thuộc tính về giá trị được