Đồ án hệ thống điện Chương 3
EMP cung cấp dữ liệu để sử dụng cho việc sử dụng chung, cho việc đưa dữ liệu ra bên ngoài EMP và cho các hệ thống ứng dụng con của EMP(EMP subsystem).
1.4.1. Trào lưu dữ liệu chung
EMP là một trong các nguồn dữ liệu cơ bản đầu tiên của các công ty điện lực. Nó cung cấp dữ liệu cho các bộ phận kinh doanh, bao gồm thông tin cho các hoạt động như lập kế hoạch, thanh toán hóa đơn và thương mại. EMP cũng cung cấp dữ liệu cho các công ty điện lực khác và cho các thị trường điện (power pool).
Hình Trào lưu dữ liệu từ EMS trình bày một số kết nối quan trọng giữa EMP và các bộ phận kinh doanh của công ty. Độ đậm nhạt của của các đường mũi tên tương ứng với số lượng dữ liệu trao đổi giữa EMP và mỗi bộ phận.
Hình 3.4 Trào lưu dữ liệu từ EMS
Nguồn dữ liệu chính cho EMP đầu tiên phải kể đến là dữ liệu đầu vào từ các thiết bị vật lý ở công trường. Dữ liệu này được thu thập liên tục từ RTU được đặt ở các trạm và các nhà máy.
Các nguồn dữ liệu chính khác là từ các nơi khác hay từ các công ty điện lực khác. Ví dụ, một công ty phát sẽ thu tập tất cả các thông tin về trào lưu công suất từ các các công ty truyền tải mà kết nối với các máy phát. EMP còn có thể được cấu hình để kết nối theo phân cấp với một vài hệ
Trading
Operations Billing
EMP 2.1 (EMS main site)
RTUs
Planning
Đồ án hệ thống điện Chương 3
thống SCADA cung cấp cho một trung tâm điều độ miền hay trung tâm điều độ quốc gia.
Ứng dụng quan trọng của EMP là đọc các đồng hồ đếm điện năng để thu thập thông tin và cung cấp dữ liệu cho việc thanh toán tiền điện trên đường dây, ở phụ tải cho các phòng kế hoạch.
Những người vận hành hệ thống sử dụng dữ liệu EMP một cách rộng rãi. Thông thường, hệ thống được những kỹ sư vận hành giám sát 24 giờ trong một ngày, 7 ngày trong một tuần.
Khả năng mua bán phát và truyền tải, theo thương mại, là một phần của lĩnh vực họat động, nhưng nó được tách ra khỏi các bộ phận khác (như hình trên) là vì sự quan trọng của bộ phận này không ngừng gia tăng trong các thị trường không được điều phối.
1.4.2. Trào lưu dữ liệu bên ngoài EMP
EMP cung cấp các kết nối cho trào lưu dữ liệu từ EMS đến các hệ
thống ngoài EMP. Hình các kết nối dùng cho trào lưu dữ liệu từ EMS
cho thấy các cách tiêu biểu để dữ liệu được chuyển từ EMP đến các bộ phận khác hay các bộ phận kinh doanh của công ty.
Trading Planning Operations Billing DDE Applications and Utilities UI HABITAT ftp HABConnect Operating System OAG HIS Specific protocols
(phone line / radio links)
Intersite protocols ICCP (WAN) Oracle CFE Xwindow
Full Graphics workstations, NT workstations, UNIX computers & PCs
Trading Planning Operations Xserver Trading Planning Operations Billing SQL Planning Operations Billing File system Excel Word Access Windows Application SQLNET
Đồ án hệ thống điện Chương 3 Hình 3.5 Các kết nối dùng cho trào lưu dữ liệu từ EMS
Cần đặc biệt chú ý rằng dữ liệu bên trong EMP ở bất kỳ thời điểm nào là “ảnh” (snapshot) của tình trạng hiện tại bên trong ranh giới của nó. Dữ liệu quá khứ và dữ liệu tương lai được một số ứng dụng dùng đến, nhưng hầu hết các ứng dụng chỉ hoạt động dựa trên các dữ liệu hiện tại.
Ngoài các kết nối trình bày ở hình trên còn có các kết nối có thể chọn sau đây:
Các trạm làm việc dùng đồ họa (Full Graphics Workstations) là kết nối với EMP để xem dữ liệu thời gian thực đầu tiên cần kể đến. Gần như tất cả dữ liệu bên trong EMP đều có thể truy cập bằng các màn hình đồ họa (graphics displays). Dùng các quyền (permision) thích hợp có thể xem hay thay đổi dữ liệu trên từng console.
A Dynamic Data Exchange Link (DDL) được HABConnect cấp
vào trong các ứng dụng của console hay vào một kết nối với các trình ghi cơ sở dữ liệu quan hệ (relational-database-recording). Vì vậy, một tổ chức ngoài có thể đưa dữ liệu trực tiếp ra bảng tính hay SQL truy vấn dữ liệu ra cơ sở dữ liệu quan hệ để lấy các thông tin quan khứ cần quan tâm.
File Transfer Protocol (ftp) dùng để gửi dữ liệu bằng TCP/IP. Remote copy (rcp), Trivial File Transfer Protocol (tftp) hay các kỹ thuật chuyển file khác cũng có thể được sử dụng trong hệ thống nhưng tất cả sẽ được xem như ftp.
Bất kỳ phương tiện thông tin (đường dây điện thoại, kết nối vô tuyến, v.v.) có thể được dùng để nối với các RTU, và đưa luồng dữ liệu liên tục từ RTU đến EMP và ngược lại. Phương tiện thích hợp nhất sẽ được chọn dựa vào các yêu cầu cụ thể và các điều kiện tại chỗ.
Mạng WAN có thể gửi dữ liệu dùng một số các giao thức mức
cao, bao gồm:
o Inter-Company Communication Protocol (ICCP) là tiêu chuẩn nổi bật cho việc trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống EMS.
o Inter-Site Data (ISD) là giao thức đơn giản và hiệu quả để trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống EMP.
Đồ án hệ thống điện Chương 3
1.4.3. Trào lưu dữ liệu giữa các hệ thống con của EMP
EMP cung cấp các kết nối dữ liệu giữa các chương trình ứng dụng bên trong EMP. Hình trào lưu dữ liệu giữa các hệ thống con trình bày một cách đơn giản ở mức độ cao của trào lưu dữ liệu bên trong EMP
R T U s G e n e r a t o r s P o w e r L i n e s F u l l G r a p h i c s D i s p l a y S u b s y s t e m S u p p o r t S e r v i c e s S C A D A P o w e r A p p l i c a t i o n s H d b D a t a b a s e s R e p l i c a t e d D a t a b a s e s D a t a b a s e sH d b H d b D a t a b a s e s
Hình 3.6 Trào lưu dữ liệu giữa các hệ thống con
Dùng các ứng dụng hệ thống điện để làm ví dụ, các bước sau đây mô tả trào lưu dữ liệu tiêu biểu cho một ứng dụng:
1) Dữ liệu ban đầu được Hdb clone cấp theo Hdb API.
2) Trong quá trình xử lý, SCADA cung cấp dữ liệu trạng thái hệ
thống, trong khi các tiện ích dịch vụ được sử dụng cho việc kết nối giữa các tiến trình và cho việc ghi lại những thông tin và cho cảnh báo.
3) Sau khi tiến trình xử lý chính kết thúc, Hdb API viết kết quả vào Hdb clone để hiển thị lên các display bằng hệ thống đồ hoạ Full Graphics. Một số kết quả được chuyển qua hệ thống con
Đồ án hệ thống điện Chương 3
SCADA. Chú ý rằng dữ liệu được ghi vào Hdb clone cũng sẽ được ghi vào cơ sở dữ liệu dự phòng trên máy chủ thứ hai.
Hệ thống con SCADA có trào lưu dữ liệu toàn diện tương tự như các hệ thống con về hệ thống điện, với các kết nối với dữ liệu từ công trường. Dữ liệu trạng thái SCADA từ công trường được ghi vào hệ thống từ và SCADA xuất các dữ liệu điều khiển như thay đổi trạng thái máy cắt và mức công suất phát. Sau khi xử lý, dữ liệu SCADA được ghi trở lại Hdb và các Display dùng để hiển thị kết quả.
Mô hình trào lưu dữ liệu đối với hệ thống các tiện ích hổ trợ tương tự như của SCADA và của các ứng dụng hệ thống điện.
2. TỔNG QUAN VỀ HABITAT 2.1 Giới thiệu
HABITAT là “trái tim” của EMP cung cấp 1 môi trường phần mềm nhanh và linh hoạt cho các hệ thống điều khiển thời gian thực. Hệ thống dữ liệu thường trú trên bộ nhớ (memory-resident database) của HABITAT cho phép nó hổ trợ các cơ sở dữ liệu lớn với hàng chục ngàn các giá trị đo lường được quét theo chu kỳ từ một đến 10 giây. Hệ thống giao diện người dùng cập nhật liên tục các dữ liệu trên các màn hình của của người vận hành với chu kỳ cập nhật như chu kỳ quét dữ liệu. Ngoài ra hệ thống giao diện người dùng của HABITAT còn cung cấp các màn hình hiển thị toàn bộ hệ thống và nhiều màn hình hiển thị dữ liệu dạng bảng khác.
Nhiều tiện ích rất chuyên dụng khác trong HABIATAT cung cấp các chức năng của hệ thống điều khiển, đảm sự vận hành liên tục của hệ thống. Các tiện ích này nhân bản cơ sở dữ liệu, quản lý các tài nguyên dự phòng, giám sát lỗi hệ thống phần cứng và phần mềm, phát các cảnh báo đến người vận hành.
HABITAT cung cấp 1 môi trường cơ sở cho những người lập trình phát triển ứng dụng cũng như cho các ứng dụng thời gian thực được xây dựng bởi những người lập trình. Nó cho phép các người lập trình tích hợp các ứng dụng mới vào hệ thống mà không cần thay đổi các phần mềm ứng dụng cũ và phần mềm hệ thống hiện tại.
2.2 Cấu trúc của HABITAT
Hệ thống điều khiển dự trên HABITAT có 3 lớp: hệ điều hành, HABITAT và lớp hệ thống điều khiển như Hình Các lớp ứng dụng trong HABITAT.
Đồ án hệ thống điện Chương 3
Hình 3.7 Các lớp ứng dụng trong HABITAT
2.2.1. Khả năng di động(Portability):
Các ứng dụng hệ thống điều khiển có thể di động khi được lớp hoá. Tính di động cũng sẵn sàng dùng trong hệ thời gian thực và phát triển trong các hệ điều hành Windows NT, Open VMS, Compaq TRU 64 Unix. Tính di động để bảo vệ trở lại hệ điều hành khi quá hạn. Các cơ sở dữ liệu giao diện người dùng có thể được di động trong HABITAT và EMP cho nên hệ điều hành vẫn được thay đổi khi không tìm ra được hệ điều hành mới.
Việc phân lớp cho phép các ứng dụng của hệ thống điều khiển có thể lưu động. Tính lưu động (portability) ở đây có nghĩa là sẵn sàng cho việc sử dụng và phát triển các ứng dụng trong các hệ điều hành OpenVMS, Compaq Tru64 UNIX và Windows NT. Tính lưu động bảo đảm cho các ứng dụng không bị lỗi do sự lỗi thời của các hệ điều hành. Cơ sở dữ liệu, giao diện người dùng, và các ứng dụng lưư động trong HABITAT và EMP cho nên có thể thay đổi hệ điều hành mà không ảnh hưởng gì đến hệ thống điều khiển.
Tính lưu động còn cho phép những người lập trình phát triển và thử các ứng dụng trên một hệ điều hành, như Visual Studio trong Windows NT, và triển khai chúng trên một hệ điều hành khác. Thông qua các API không
SCADA Application Network Application Historical DATA Application DTS Application Inter center Application Generation Application HABITAT OPERATING SYSTEM
Đồ án hệ thống điện Chương 3
phụ thuộc vào hệ điều hành, HABITAT đạt được điều này bằng cách cung cấp tất cả các hổ trợ cần thiết cho ứng dụng thời gian thực, bao gồm cả những hỗ trợ mà thiết lập trực tiếp từ hệ điều hành. Điều này cho phép các ứng dụng được phát triển mà không cần biết chúng sẽ được chạy trên hệ điều hành nào.
2.2.2. Multiple HABITAT và Multiple Database:
Hệ thống HABITAT thiết kế để có nhiều hơn 1 HABITAT được cài đặt trong 1 máy. Các thành phần của HABITAT dùng một tên nhóm chung. Mục đích của việc này tạo được sự dễ dàng cho người dùng riêng biệt từ các hệ thống khác nhau.
Hdb là tên hệ thống cơ sở của cơ sở dữ liệu bên trong HABITAT. Thực ra có nhiều cơ sở dữ liệu chứ không phải là một cơ sở dữ liệu đơn lẻ và đồ sộ ở HABITAT. Giải pháp này này là rất hữu ích vì nó cho phép module hoá và tạo sự dễ dàng để phát triển các ứng dụng mà không quan tâm đến những va chạm với các ứng dụng đã có và cơ sở dữ liệu hiện có của nó.
2.2.3. Thiết lập HABITAT cho môi trường hệ thống điều khiển
HABITAT có thể được xây dựng cho môi trường hệ thống điều khiển sử dụng các công cụ quen thuộc như C++ và Fortran 90.
2.2.4. Các môi trường HABITAT:
Có hai môi trường HABITAT: Môi trường thời gian thực và môi trường phát triển.
Môi trường thời gian thực bao gồm các chương trình, các cơ sở dữ liệu và các ứng dụng giao diện người dùng được cung cấp cùng với HABITAT. Nó cũng bao gồm các ứng dụng điều khiển hệ thống tạo nên hệ thống điều khiển EMS. HABITAT được dùng như là môi trường thời gian thực để chạy một EMS hay một DTS.
Môi trường phát triển dùng để tạo các chương trình truy cập cơ sở dữ liệu HABITAT và giao tiếp với các chương trình khác cũng như giao tiếp với công cụ đồ họa Rapport. Nó cũng được dùng để tạo các tài liệu trực tuyến và các thành phần hiển thị bằng đồ hoạ.
Sự hoạt động ở mỗi môi trường và các nguyên tắc quan hệ giữa các thành phần của một HABITAT được trình bày như sau:
Đồ án hệ thống điện Chương 3
Hình 3.8 Tổng quan về HABITAT
3. CÁC HỆ THỐNG HABITAT CƠ SỞ:
Các hệ thống HABITAT cơ sở được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ các ứng dụng phát triển hệ thống điều khiển thời gian thực đòi hỏi sự sẵn sàng cao. Các hệ thống cơ sở đó bao gồm: giao diện đồ hoạ Rapport -FG, cơ sở dữ liệu Hdb, quản lý tiến trình (Process Manager), quản lý cấu hình (Configuration Manager), báo động (Alarm) và các tiện ích khác.
3.1 Hệ thống giao diện người dùng cơ sở Rapport -FG:
R u n - t i m e E n v i r o n m e n t D a t a b a s e M a n a g e m e n t R a p p o r t