SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển giỏm sỏt và thu thập quản lý dữ liệu.
Khả năng thực hiện cỏc hoạt động tại một địa bàn khụng cú nhõn viờn kỹ thuật từ trạm hoặc một trung tõm điều hành ở xa, cũng như việc đảm bảo cho cỏc hoạt động đú được thực hiện đỳng yờu cầu cú thể tiết kiệm được nhiều chi phớ trong vận hành hệ thống điện. Trong nhiều hệ thống cú những khu vực thỉnh thoảng cần phải thực hiện cỏc thao tỏc như mở và đúng mỏy cắt, nhưng chi phớ để duy trỡ nhõn viờn vận hành tại chỗ lại tỏ ra khụng hợp lý. Ngoài ra việc chậm trễ khi gửi nhõn viờn kỹ thuật đến địa bàn đú cú thể làm kộo dài thời gian khắc phục sự cố và làm giảm chất lượng phục vụ khỏch hàng. Hơn nữa, chi phớ duy trỡ nhõn viờn vận hành tại chỗ sẽ càng làm tăng cao khi thực hiện cỏc đúng cắt liờn tục, điều này làm cho chi phớ đú trở nờn khụng kinh tế.
Đõy là những lý do chớnh làm cho cỏc hệ thống SCADA cú điều kiện phỏt triển. Thiết bị điều khiển từ xa cỏc trang bị điện đó được dựng trong nhiều năm nay, và nhu cầu về thụng tin cũng như điều khiển từ xa đó dẫn đến sự phỏt triển cỏc hệ thống thiết bị cú khả năng thực hiện cỏc thao tỏc, kiểm soỏt chỳng và bỏo cỏo lại với trung tõm điều hành rằng thao tỏc điều khiển được yờu cầu đó thực hiện cú kết quả. Đồng thời nhiều khi cũng cần thụng bỏo cỏc thụng tin quan trọng khỏc như tải và điện ỏp thanh cỏi tới trung tõm điều hành. Ban đầu một hệ thống như vậy phụ thuộc nhiều vào đường dõy thụng tin liờn lạc truyền tớn hiệu điều khiển và giỏm sỏt. Thực hiện nhiều hơn một hai thao tỏc là quỏ khả năng đối với một hệ thống như vậy của thế hệ đầu. Sự phỏt triển của kỹ thuật gọi số cú chọn lọc trong cụng nghiệp điện thoại chẳng bao lõu được ỏp dụng trong thiết bị điều khiển giỏm sỏt hệ thống điện, nhờ vậy một hệ thống thụng tin cũng như đo lường từ xa cỏc thụng tin hoạt động gửi về trung tõm điều hành.
Hầu hết cỏc trung tõm điều hành và phõn phối ngành điện lực hiện nay được trang bị ít nhất một vài thiết bị của hệ thống SCADA. Cỏc thiết bị loại này đó tỏ ra cú hiệu quả và cú tớnh kinh tế trong cỏc thao tỏc vận hành. Chỳng tỏ ra là trợ thủ đắc lực cho cỏc nhõn viờn vận hành trạm, giỳp họ duy trỡ tương đối tốt sự hiểu biết về tỡnh trạng làm việc của cỏc bộ phận hệ thống điện mà họ cú trỏch nhiệm vận hành.
1.6.2 Hệ thống quản lý năng lượng EMS (Energy Managment System) Điều khiển phỏt điện
- Điều khiển phỏt điện tự động (Automatic Generation Control - AGC)
Trạm điện Cuộnchặn
- Phối hợp thủy điện (Hydro Coordination) - Vận hành kinh tế (Economic Dispatch) - Kế hoạch mua/bỏn điện
Phõn tớch lưới điện
- Đỏnh giỏ trạng thỏi (State Estimation)
- Phõn tớch chế độ đột biến ( Contiguency Analysys) -Kế hoạch sửa chữa
- Tớnh toỏn ngắn mạch
- Tớnh toỏn trào lưu cụng suất (DLF)
Tối ưu và điều khiển lưới điện
Cỏc chức năng đào tạo:
-Mụ phỏng đào tạo điều độ viờn
- Huấn luyện theo cỏc kịch bản sự kiện v.v.
1.6.3 Hệ thống DMS (Distribution Management System)
- Cỏc phương thức đúng cắt, tỏch lưới khi cú sự cố và phục hồi cấp điện cho khỏch hàng sau sự cố được lờn kế hoạch trước.
- Hỗ trợ sự ổn định lưới điện: thu thập cỏc giỏ trị đo của rơle bảo vệ quỏ dũng. Tự động sa thải phụ tải.
- Ghi nhận cỏc nguyờn nhõn sự cố, thống kờ tần suất, vị trớ hỏng húc để làm cỏc bỏo cỏo sự cố.
- Giao tiếp người/mỏy: tạo thuận lợi tối đa cho vận hành viờn thõm nhập dữ liệu và quan sỏt đến tận sơ đồ chi tiết của từng khu vực.
- Dữ liệu của lưới phõn phối cú khối lượng rất lớn nờn nhiều bảng biểu được chuyển thành dạng đồ họa.
- Đỏnh giỏ trạng thỏi, tớnh toỏn trào lưu cụng suất, tớnh toỏn tổn thất của lưới điện phõn phối.
- Yờu cầu cấp nguồn điện trước 30 phỳt, tớnh toỏn giỏ điện tối ưu theo từng thời điểm. - Cỏc hệ chuyờn gia cho lưới trung ỏp: Phõn tớch sự cố, hướng dẫn về đúng cắt tối ưu, về phõn chia tải.
1.7 Điều khiển và giỏm sỏt
Trạm điện Cuộnchặn
Bộ lọc cao tần
Thuật ngữ điều khiển và giỏm sỏt thường được dựng để chỉ vận hành từ xa (Điều khiển) cỏc trang bị điện như động cơ, mỏy cắt và việc thụng tin trở lại (giỏm sỏt) để chứng tỏ rằng cỏc yờu cầu đỳng đó được thực hiện. Như đó nhận xột ở trờn, cỏc hệ thống điều khiển giỏm sỏt đơn giản được sử dụng thời kỳ đầu của vận hành hệ thống điện. Trong cỏc hệ thống như vậy, việc giỏm sỏt thực hiện bằng đốn bỏo, thớ dụ đốn xanh để chỉ thị thiết bị được cắt nguồn, đốn đỏ để chỉ thiết bị được đúng nguồn. Khi một thao tỏc như mở một mỏy cắt được thực hiện điều khiển ở xa, sự thay đổi đốn đỏ sang đốn xanh tại trung tõm vận hành sẽ xỏc định rằng thao tỏc đú được thực hiện thành cụng.
Trong cỏc hệ thống ban đầu, đường dõy thụng tin giữa nơi vận hành và thiết bị điện được điều khiển cần phải cú với mỗi đơn vị điều khiển và giỏm sỏt từ xa. Khi số lượng thiết bị điện tăng lờn, giỏ thành và sự phức tạp hệ thống cũng tăng lờn tương ứng. Nếu khoảng cỏch điều khiển khỏ lớn, giỏ thành hệ thống sẽ tăng rất cao trong khi độ tin cậy lại giảm sỳt do cỏc nhiễu loạn trong mạch điều khiển và khả năng hư hỏng vật lý của mạch điều khiển quỏ dài.
Một vài hạn chế của mạch dẫn thẳng kiểu một đối một giữa thiết bị điều khiển và được điều khiển cú thể được khắc phục bằng cỏc role lựa chọn tương tự như loại được dựng trong cỏc hệ thống quay số điện thoại. Bằng cỏch đú cú thể chọn được thiết bị cần điều khiển, điểu khiển nú và gửi tớn hiệu giỏm sỏt về vị trớ vận hành mà chỉ cần dựng một dõy thụng tin. Tuy nhiờn hệ thống đú rất phức tạp và rất khú thực hiện về mặt kỹ thuật. Chỳng bị hạn chế về tốc độ thao tỏc cũng như khối lượng dữ liệu tối đa cú thể chuyển được khi số cỏc thiết bị được điều khiển và giỏm sỏt tăng lờn.
Sự ra đời của cỏc phương phỏp thụng tin điện tử và truyền dẫn dữ liệu số đó làm tăng thờm khả năng của hệ thống điều khiển và giỏm sỏt. Cỏc hệ thống như vậy trở nờn cú độ tin cậy cao hơn và giỏ thành thấp hơn so với cỏc hệ thống cũ. Việc quột tuần tự cỏc trạm ở xa và cỏc thiết bị trong trạm được trang bị thiết bị đầu cuối giỏm sỏt từ xa cho phộp một trạm chớnh cú thể điều khiển một vài trạm ở xa và nhiều thiết bị trong mỗi trạm. Hơn nữa nú cũng cú thể thụng bỏo lại cho trạm chớnh cỏc thao tỏc điều khiển đó được thực hiện cũng như cỏc thụng số núng của đối tượng như dũng điện, điện ỏp, cụng suất và nhiều đại lượng khỏc cần giỏm sỏt.
Một trong những tiến bộ nữa là việc giảm bớt số lượng dữ liệu truyền giữa cỏc thiết bị ở xa và trạm chớnh. Điều này được thực hiện nhờ một thủ tục gọi là "bỏo cỏo khi cú trường hợp bất thường", theo đú cỏc dữ liệu chỉ được truyền khi chúng thay đổi hoặc rơi ra ngoài vựng giới hạn cho trước.
Trong cỏc hệ thống như vậy, thiết bị chủ yếu của trạm chớnh sẽ lần lượt quột cỏc thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) bằng cỏch gửi một thụng bỏo ngắn tới từng RTU để xem mỗi Sinh viờn: Trương Xuõn Hiếu - Đỗ Thị Lệ - Chu Hải Yến Lớp: ĐKTĐ2-47 27
Có thể truyền thoại, Fax, dữ liệu và tín hiệu cho role bảo vệ.
Trạm điện Cuộnchặn
Thiết bị PLC
Đường dây cao áp
Tụ liên lạc Thiết bị PLC Tụ liên lạc Bộ lọc cao tần B ộ lọc cao tần Đường dây cao áp từ 110KV đến 500Kv
RTU cú vấn đề gỡ phải bỏo cỏo. Nếu cú, thiết bị này sẽ gửi thụng bỏo ngược lại cho thiết bị chủ và dữ liệu nhận được sẽ được lưu trữ trong mỏy tớnh. Nếu cần, một tớn hiệu điều khiển sẽ được gửi tới RTU đang xột và cỏc thụng bỏo hoặc một tớn hiệu cảnh bỏo sẽ được mỏy in của thiết bị chủ in ra hoặc được hiển thị trờn màn hỡnh kiểu tivi (CRT) hay màn hỡnh tinh thể lỏng. Trong phần lớn cỏc hệ thống chu trỡnh quột tất cả cỏc RTU được thực hiện trong khoảng vài giõy. Tuy nhiờn, trong trường hợp cú sự cố tại một trạm nào đú, thụng bỏo sẽ được gửi từ thiết bị đầu cuối ở đõy về thiết bị chủ quỏ trỡnh quột bỡnh thường sẽ bị dừng lại đủ để thiết bị chủ nhận được thụng bỏo và phỏt tớn hiệu cảnh bỏo sao cho người điều hành cú thể phản ỏnh tức thỡ, hoặc là trong một vài trường hợp, sao cho thiết bị chủ cú thể tự động thực hiện cỏc thao tỏc điều khiển xỏc định trước. Trong đa số trường hợp, khi cú bất kỳ sự kiện nào trạng thỏi của tất cả cỏc trạm được trang bị RTU cú thể giỏm sỏt được trong mỗi khoảng thời gian ngắn, bằng cỏch được cung cấp thụng tin tổng quan mới nhất về tỡnh trạng hệ thống điện.
Hầu hết cỏc hệ thống điều khiển giỏm sỏt đều được trang bị mỏy tớnh: thiết bị chủ thực chất là một mỏy tớnh số với mạch đầu vào/đầu ra để chuyển tớn hiệu điều khiển tới RTU và nhận thụng bỏo từ chỳng. Thụng tin nhận được hiển thị trờn màn hỡnh hoặc mỏy in để in ra cỏc bản bỏo cỏo cần được lưu trữ lõu. Màn hỡnh cũng cú thể hiển thị cỏc thụng tin đồ hoạ.
1.8 Thụng tin liờn lạc cho cỏc hệ thống SCADA
Như đó nhận xột hệ thống SCADA bao gồm một trạm chớnh, cỏc RTU và một vài tuyến dõy thụng tin liờn lạc giữa thiết bị chủ với cỏc thiết bị đầu cuối. Đường dõy thụng tin cú thể là mạch hữu tuyến, kờnh viba hoặc kờnh tải ba. Bất kỳ một đường dõy thụng tin nào cú hệ số tớn hiệu trờn nhiễu đủ lớn và cú dải tần vừa cho tốc độ truyền của tớn hiệu số đều cú thể sử dụng đựơc.
Truyền bằng tải ba
Hỡnh 2.1: Truyền bằng tải ba
Cỏc thành phần chớnh trong truyền tin tải ba điện lực: + Cuộn chặn
+ Bộ lọc ghộp + Tụ ghộp
Khi muốn truyền tin đi xa hoặc khỏc lộ đường dõy: + Chuyển tiếp õm tần
+ Chuyển tiếp cao tần
Truyền tin bằng viba
Hỡnh 2.2: Truyền tin bằng viba Một số đặc điểm khi truyền tin bằng vi ba:
+ Giới hạn về giải thụng + Sự phỏt xa tớn
+ Phối hợp trở khỏng + Tỷ lệ tớn/tạp
Cỏc dịch vụ vi ba đem lại:
+ Bảo vệ cao tần + Thoại, fax, data
Truyền bằng cỏp quang
Hỡnh 2.3: Truyền bằng cỏp quang
Cỏc vận tốc truyền tớn hiệu cao hơn đũi hỏi phải mở rộng dải tần của kờnh truyền dữ liệu. Trong một số trường hợp, kờnh truyền tớn hiệu điện thoại bỡnh thường với dải từ 400 -340 Hz là hoàn toàn thoả món. Đối với việc truyền dữ liệu vận tốc thấp, người ta thường sử dụng dải tần hẹp ở tần số õm thanh cao nhất, tức là tần số truyền dữ liệu từ 2200 - 3400 Hz, cũn truyền õm thanh từ 400 - 2200 Hz.
Đối với truyền dữ liệu số, hiện nay người ta sử dụng rộng rói cỏp quang. Tốc độ truyền tớn hiệu số đo bằng bit/sec (hay là baud). Vận tốc truyền cú thể đạt tới 19200 baud, cũn bỡnh thường người ta hay sử dụng vận tốc truyền 600 đến 9600 baud.
Cần phải nhấn mạnh rằng, thụng tin cú tầm quan trọng đặc biệt đối với cỏc hệ thống SCADA. Hệ thống thụng tin liờn lạc kộm cú thể gõy lỗi hoặc mất tớn hiệu điều khiển. Hệ thống SCADA khụng thể làm việc bỡnh thường nếu thiếu kờnh thụng tin tin cậy và đủ mạnh.
1.9 Một số khỏi niệm về truyền số liệu Nhu cầu về truyền số liệu:
- Cú thụng tin là cú nhu cầu về truyền dẫn thụng tin.
- Mỏy tớnh điện tử (MTĐT, vớ dụ như PC) là thiết bị xử lý thụng tin theo phương phỏp số.
- Truyền số liệu giữa cỏc mỏy tớnh điện tử là nhu cầu tất yếu, nhất là khi chỳng được nối thành mạng (LAN - mạng cục bộ hoặc WAN - mạng diện rộng).
- Truyền tin ở khoảng cỏch gần (15 m đến vài chục một)
Tớn hiệu số nối tiếp
Data Terminal Equipment Data Terminal Equipment (PC) (PC) - Truyền tin ở khoảng cỏch xa (qua đường truyền tin)
Khỏi niệm về tốc độ truyền tin:
T T T V = 1 / T (bớt/giõy - bps hoặc bốt - baud) * Truyền tớn hiệu song song và nối tiếp:
- MTĐT tổ chức và xử lý số liệu dưới dạng song song qua BUS : byte - 8bớt, word - 2 bytes ...
- Cỏc tớn hiệu bờn trong MTĐT chủ yếu tồn tại dưới dạng TTL ("0" logic -> 0V, "1" logic -> 5V).
- Truyền dữ liệu bờn trong MTĐT dưới dạng song song (thanh ghi, ụ nhớ).
- Truyền dữ liệu giữa MTĐT và một số ngoại vi dưới dạng song song (vớ dụ với mỏy in song song).
Sinh viờn: Trương Xuõn Hiếu - Đỗ Thị Lệ - Chu Hải Yến Lớp: ĐKTĐ2-47 31
DTE DTE DTE DC E DCE DTE Tín hiệu số nối tiếp Tín hiệu số đã đợc điều chế Tín hiệu số nối tiếp
- Truyền dẫn song song cú ưu điểm là tốc độ nhanh nhưng nhược điểm là khoảng cỏch gần, cần nhiều dõy dẫn, tốn kộm.
- Truyền dẫn nối tiếp cú ưu điểm là chỉ cần 1 dõy dẫn, tốc độ tương đối (đến 19.200 bps hoặc hơn). Lưu ý: Để truyền được xa cần cú MODEM.
* Một số chuẩn truyền dị bộ nối tiếp - Cỏc tốc độ chuẩn:
+ 50, 60, 110 (100) bps: thường dựng cho cỏc mỏy Teletype. + 300, 600, 1200 bps: thường dựng cho cỏc Modem FSK.
+ 2400, 4800, 9600 bps: thường dựng cho cỏc MODEM nhiều mức.
+ 19.200 bps hoặc lớn hơn: thường dựng trong cỏc kờnh Analog chất lượng cao hoặc kờnh Digital.
- Chuẩn RS232: Điện ỏp dao động trong khoảng -25V đến +25V. Mức logic "1" ứng với khoảng điện ỏp -25V đến -3V và mức logic "0" ứng khoảng điện ỏp từ 3V đến 25V. Khoảng điện ỏp từ -3V đến +3V khụng được định nghĩa, đõy là khoảng để chuyển tiếp giữa cỏc mức logic.
Khoảng cỏch truyền cho phộp 15m.
RS232 làm việc ở chế độ truyền song cụng (full-duplex), với phương thức truyền này số liệu có thể được truyền theo hai hướng một cỏch đồng thời, tức ở một thời điểm cả hai thiết bị đều có thể nhận hoặc truyền số liệu.
Cỏc yờu cầu chuẩn của RS232 đối với phần tạo dạng phỏt: + Đầu ra phải chịu được trạng th#i ngắn mạch hoặc khụng tải.
+ Điện trở khi ngắn mạch nguồn lớn hơn 300 Ω. + Điện ỏp ra cực đại khi khụng tải là ± 25V. + Dạng ra cực đại khi ngắn mạch là 500mA.
+ Thời gian chuyển tín hiệu giữa hai mức tín hiệu phải nhỏ hơn 1ms. + Tốc độ tăng hay giảm týn hiệu khụng nhỏ hơn 30V/ms.
Cỏc yờu cầu đối với phần thu:
+ Điện trở vào từ 3000Ω đến 7000Ω. + Tụ ký sinh nhỏ hơn 2500àF.
- Chuẩn RS422/RS485: Về cơ bản RS422 và RS485 khụng khỏc nhau nhiều. Cụ thể