CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP TRẠM BIẾN ÁP VÀ TIÊU CHUẨN TRUYỀN THÔNG IEC 61850
2.2. Giao thức truyền thông IEC 61850
Trong những năm đầu thập kỷ 1990, viện nghiên cứu EPRI và IEEE bắt đầu phát triển một tiêu chuẩn để xác định các truyền thông trong TBA. Dự án được đặt tên UCA.
Phiên bản đầu tiên của UCA tập trung vào thông tin liên lạc giữa các trung tâm điều khiển và giữa trung tâm điều khiển với TBA. EPRI và IEEE bắt đầu làm việc với UCA 2.0 vào năm 1994, trong đó tập trung chủ yếu vào bus truyền thông trong TBA. [6]
Vài năm sau, Ủy ban Kỹ thuật 57 (Technical Committee 57) của IEC bắt đầu một dự án tương tự để xác định bus trạm (station bus) được đặt tên IEC 61850. Năm 1997, cả ba tổ chức EPRI, IEEE và IEC liên kết với nhau để tạo ra một tiêu chuẩn quốc tế, đặt tên IEC 61850 và được xuất bản năm 2004. IEC 61850 chứa hầu như tất cả các đặc điểm
DUT.LRCC
kỹ thuật từ UCA 2.0 với các tính năng bổ sung hỗ trợ nhiều chức năng khác nhau. Tiêu chuẩn mới được tạo ra trong việc hợp tác của một số lượng lớn các chuyên gia và các nhà sản xuất chính để đảm bảo rằng tiêu chuẩn mới sẽ đáp ứng người dùng. [6]
2.2.2. Những ưu điểm của IEC 61850
Tiêu chuẩn IEC 61850 được tạo ra với chức năng mềm dẻo và khả năng mở rộng linh hoạt. Tiêu chuẩn này sử dụng công nghệ thông tin, hỗ trợ nhiều dịch vụ với việc lựa chọn các yêu cầu thực hiện khác nhau. Truyền thông tốc độ cao giữa các IED độc lập cho phép thực hiện việc truyền thông giữa các ngăn lộ với nhau. Với giao tiếp giữa các ngăn lộ, các liên động có thể được thực hiện thông qua đường truyền thông.
IED là các thiết bị dựa trên nền tảng vi xử lý và công nghệ vi xử lý đang phát triển nhanh chóng. Trong một TBA có nhiều loại IED và để TBA tự động hóa vận hành tự động, các IED phải có khả năng giao tiếp với nhau. [5]
Một ưu điểm của IEC 61850 là nó hỗ trợ công nghệ NCIT (Non-Conventional Instrument Transformer). Công nghệ NCIT đã được phát triển hơn trong vài năm so với mười lăm năm trước khi có IEC 61850. Công nghệ NCIT có nhiều lợi ích so với các CT và VT thông thường như loại bỏ sự quá độ, cải thiện an toàn, độ chính xác và giảm lượng dây nối. [7]
2.2.3. Các thành phần trong mô hình IEC 61850 2.2.3.1. Mô hình hóa IED
Các IED kết nối với hệ thống mạng bằng một địa chỉ IP. Một thiết bị vật lý có thể được xác định bởi một hoặc nhiều thiết bị logic. Nhiều thiết bị logic được dùng để phân chia các chức năng riêng biệt trong một thiết bị vật lý, hoạt động như một gateway cho các thiết bị logic khác trong nó. Việc ảo hóa thiết bị được thực hiện theo cách này nhằm làm cho cấu hình và toàn bộ hệ thống được hiểu một cách dễ dàng hơn. Một rơle bảo vệ hiện đại có nhiều chức năng ví dụ như bảo vệ, điều khiển và truyền thông. Các chức năng sẽ được quản lý dễ dàng hơn khi được phân loại phân cấp. Hình 2.2 minh họa các mức mô hình IED. [4]
DUT.LRCC
Hình 2.2: Các lớp dữ liệu mô hình IED [4]
Các logical node được xây dựng từ các lớp dữ liệu, mỗi lớp trong số đó chứa các thuộc tính dữ liệu. Tiêu chuẩn định nghĩa các khái niệm và các quy tắc cho các thiết bị vật lý và thiết bị logic, nhưng định nghĩa khắc khe hơn từ các logical node đến các thuộc tính dữ liệu. Các lớp dữ liệu khác nhau được chia thành 7 nhóm. Các nhóm này là: thông tin hệ thống, thông tin thiết bị vật lý, các bộ đo lường, các giá trị đo đếm, dữ liệu điều khiển, thông tin trạng thái và các cài đặt. Các lớp dữ liệu là rất chung chung và phải được sử dụng một cách cẩn thận.
Các điểm dữ liệu chuẩn được xây dựng theo cùng một cách như các IED được mô hình hóa. Chuẩn này sắp đặt dữ liệu thành dạng dễ hiểu thay cho số chỉ mục. Thông tin có thể được hiểu mà không cần thêm các giải mã bổ sung. Bằng việc sử dụng cách sắp đặt theo IEC 61850 trong phần mềm cài đặt, phần mềm giám sát và trong tất cả các hệ thống như vậy, việc đặt tên các hệ thống sẽ nhất quán và dễ hiểu. Hình 2.3 trình bày ví dụ về điểm dữ liệu chuẩn. [16]
Hình 2.3: Cấu trúc tên đối tượng IEC 61850 [16]
Mô hình này cũng tạo ra cách để tham chiếu đến các đối tượng riêng lẻ. Mỗi đối tượng được đặt tên theo vị trí và đường dẫn của nó trong cây thông tin. Phần đầu tiên
DUT.LRCC
trong tên của đối tượng, từ trái qua phải trong Hình 2.3 là tên thiết bị (Relay1). Tên của thiết bị có thể được chọn một cách tự do, có nghĩa là người dùng có thể sử dụng tên của các thiết bị mà họ đã quen thuộc. Phần thứ hai biểu thị logical node trong thiết bị. Chữ cái đầu tiên trong phần logical node biểu thị nhóm của node. Các nhóm logical node được trình bày trong Bảng 2.2. Trong trường hợp này (Hình 2.4), X biểu thị cho thiết bị chuyển mạch và các chữ cái còn lại (CBR1) là máy cắt thứ nhất. Các logical node có thể bao gồm các số tham chiếu. Bằng cách này, máy cắt thứ nhất có thể được xác định bởi XCBR1 và máy cắt thứ hai bởi XCBR2. Bởi vì giao tiếp truyền thông cơ bản được ánh xạ thông qua giao thức MMS, dấu phân cách được định nghĩa là ‘$’. [16]
Chức năng ràng buộc (Functional constrain) là nhóm các thuộc tính đơn lẻ. Nó chỉ định các dịch vụ có thể được sử dụng để truy cập các dữ liệu kèm theo. Các thuộc tính riêng lẻ có các chức năng xác định trước và do đó chúng được gom thành nhóm chức năng của chúng. Trong giao thức IEC 61850, ràng buộc chức năng được dùng để tổ chức thông tin là phổ biến. Trong Hình 2.3, chức năng ràng buộc (ST) đại diện cho các thuộc tính trạng thái. Có các chức năng ràng buộc cho thuộc tính mô tả (DC), thuộc tính giá trị thay thế (SV), bộ đo lường (MX), thuộc tính định nghĩa mở rộng (EX) và một số khác được liệt kê trong phần 61850. Phần dữ liệu cho tên gọi dễ hiểu đối với dữ liệu. Các thành phần dữ liệu được đặt tên bởi chức năng của chúng trong các hệ thống.
[16]
2.2.3.2. Định nghĩa Logical node
Các thiết bị logical được xác định bởi các logical node. Các logical node mô tả các chức năng và các giao diện chức năng. Một chức năng có thể được xây dựng từ nhiều logical node và các logical node có thể nằm trong các thiết bị vật lý khác nhau.
Do đó, chức năng được gọi là phân tán. Các logical node liên kết với nhau bởi các kết nối logic mà không phụ thuộc vào kết nối vật lý với việc sử dụng giải pháp Ethernet.
Tiêu chuẩn định nghĩa logical node, nhưng nhóm logical node thì có thể mở rộng nghĩa là các nhà sản xuất không bị bắt buộc với các node đã có. Tiêu chuẩn xác định các quy tắc cho việc tạo ra các logical node và các lớp dữ liệu chung mới. Các quy tắc cho việc tạo ra các đối tượng mới đã được xác định để giữ khả năng tương tác. [6]
Khái niệm logical node đóng vai trò quan trọng trong toàn bộ tiêu chuẩn. Các logical node là đối tượng cơ bản trao đổi thông tin và là xương sống trong việc mô hình hóa các thiết bị thực. Các logical node chứa một số tập hợp đối tượng dữ liệu xác định trước bắt buộc với các thuộc tính dữ liệu cụ thể. Tất cả các khái niệm này có một cấu trúc logic và ngữ nghĩa mạnh mẽ liên quan đến các thiết bị và các tác vụ tự động hóa TBA thực tế. Thông tin chứa đựng trong các logical node được trao đổi bằng các dịch vụ với các quy tắc và các yêu cầu thực hiện được xác định trước. [6]
DUT.LRCC
Bảng 2.2: Các nhóm Logical node
Các nhóm Logical node Ký hiệu nhóm
System Logical Nodes L
Protection functions P
Protection related functions R
Supervisory control C
Generic references G
Interfacing & Archiving I
Automatic control A
Metering and Measurement M
Switchgear X
Instrument Transformer T
Power Transformer Y
Further power system equipment Z
Sensors S