Ứng dụng phần mềm SCADA DMS để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện tỉnh quảng nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.94 MB, 92 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN ĐÌNH ĐIỆP
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SCADA/DMS
ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH
HỆ THỐNG ĐIỆN TỈNH QUẢNG NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2022
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN ĐÌNH ĐIỆP
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SCADA/DMS
ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH
HỆ THỐNG ĐIỆN TỈNH QUẢNG NAM
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số
: 852.02.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU HIẾU
Đà Nẵng - Năm 2022
i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn
Trần Đình Điệp
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
ii
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SCADA/DMS ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN
HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN TỈNH QUẢNG NAM
Học viên: Trần Đình Điệp
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số: 60.52.02.02 Khóa: K39
Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt – Chính phủ ban hành quyết định số 1670/QĐ-TTg ngày 08 tháng 11 năm 2012 với mục tiêu
tổng quát là Phát triển lưới điện thông minh ứng dụng công nghệ hiện đại để nâng cao chất lượng lưới
điện, phát triển kinh tế. Một trong những giải pháp được đưa ra trong lộ trình Phát triển lưới điện minh
là ứng dụng hệ thống SCADA/DMS tại các Công ty Điện lực.
Với việc đầu tư trang bị hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện lực Quảng Nam, tìm hiểu hệ
thống SCADA/DMS, làm chủ cơng nghệ là rất quan trọng, đặc biệt tập trung vào việc khai thác các
chức năng của DMS để tính tốn, phân tích lưới điện để nâng cao năng lực quản lý vận hành, xây
dựng cấu trúc lưới điện hợp lý, nâng cao ĐTTCCĐ cho lưới điện Công ty Điện lực Quảng Nam là một
việc rất cần thiết. Nghiên cứu này với mục đích tìm hiểu, sử dụng phần mềm SCADA/DMS vào việc
giám sát, phân tích lưới điện để có cái nhìn tổng quan về lưới điện thực tế tại Công ty Điện lực Quảng
Nam, để nâng cao hơn nữa hiệu quả vận hành LĐPP tại Cơng ty.
Từ khóa - SCADA/DMS, Lưới điện thơng minh, Công ty Điện lực Quảng Nam, Dự báo phụ tải, phân
tích lưới điện.
USE SCADA/DMS TO IMPROVE THE OPERATION EFFICIENCY OF
QUANG NAM PROVINCE
Abstract - The Government issued Decision No. 1670/QD-TTg on November 8, 2012 with the
overall goal of developing a smart grid using modern technology to improve the quality of the power
grid and develop the economy. One of the solutions given in the Smart Grid Development roadmap is
the application of SCADA/DMS system at Power Companies.
With the investment in equipping SCADA/DMS system at Quang Nam Electricity Company,
learning about SCADA/DMS system, mastering technology is very important, especially focusing on
exploiting DMS functions to Calculating and analyzing the power grid to improve management and
operation capacity, building a reasonable grid structure, improving public investment for electricity
grid Quang Nam Power Company is a very necessary thing. This study aims to learn and use
SCADA/DMS software to monitor and analyze the power grid to get an overview of the actual power
grid at Quang Nam Power Company, to further improve efficiency performance of distribution grid at
the Company.
Keywords - SCADA/DMS, Smart Grid, Quang Nam Power Company, Load forecast, Network
Analysis.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i
TÓM TẮT .................................................................................................................... ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...........................................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... vii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do lựa chọn đề tài.............................................................................................1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. .......................................................................1
3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu.........................................................................1
4. Đặt tên đề tài .........................................................................................................2
5. Bố cục của đề tài ...................................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VÀ ĐÁNH GIÁ VỀ HỆ THỐNG SCADA/DMS
TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG NAM ...............................................................3
1.1. Tổng quan về hệ thống SCADA/DMS tại công ty điện lực Quảng Nam ................3
1.1.1. Phương thức truyền thông ...............................................................................4
1.1.2. Giao thức truyền thông ...................................................................................5
1.1.3. Thiết bị đầu cuối từ xa – RTU (Remote Terminal Unit) ................................5
1.1.4. Thiết bị chính tại Phịng điều khiển trung tâm................................................6
1.1.5. Các phần mềm của hệ thống ...........................................................................7
1.1.6. Chức năng chính của hệ thống Trung tâm điều khiển ....................................8
1.1.7. Khả năng mở rộng của hệ thống SCADA ....................................................10
1.2. Đánh giá việc khai thác hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện Lực Quảng
Nam ...............................................................................................................................10
1.3. Kết luận chương .....................................................................................................11
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SCADA/DMS VÀ TÌM HIỂU CÁC
CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA DMS ............................................................................12
2.1. Phần mềm SCADA.................................................................................................12
2.2. Phần mềm DMS .....................................................................................................23
2.2.1. Giao diện vận hành .......................................................................................24
2.2.2. Các chức năng chính .....................................................................................25
2.3. Kết luận chương .....................................................................................................36
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SCADA/DMS ĐỂ NÂNG CAO HIỆU
QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN TỈNH QUẢNG NAM ................................ 37
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
iv
3.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu cho phần mềm DMS ........................................................37
3.2. Phát triển module liên kết dữ liệu để cung cấp số liệu phụ tải cho phần mềm
DMS600 từ DSPM/CMIS .............................................................................................47
3.2.1. Mô tả dữ liệu phụ tải và cách thức đưa vào CSDL của phần mềm
DMS600.........................................................................................................................47
3.2.2. Phát triển module ..........................................................................................51
3.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu lưới điện thực tế vào DMS ...............................................53
3.4 Ứng dụng các chức năng DMS phục vụ tính tốn, phân tích lưới điện tỉnh
Quảng Nam ....................................................................................................................60
3.4.1. Quản lý cấu trúc lưới điện.............................................................................61
3.4.2. Tính tốn và phân tích lưới điện ...................................................................62
3.4.3. Quản lý sự cố ................................................................................................ 66
3.4.4. Đánh giá, đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành .............................67
3.5. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối trên toàn hệ
thống ..............................................................................................................................68
3.5.1. Hiệu quả áp dụng DMS.................................................................................68
3.5.2. Các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành LĐPP thời gian đến ..................68
3.6. Kết luận chương .....................................................................................................69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BCU
CB
- Bay Control Unit
- Circuit Breaker/ Máy cắt, aptomat
DCL/DTĐ
DMS
ĐTCCCĐ
- Dao cách ly/Dao tiếp đất
- Distribution Management System, Hệ thống quản lý LĐPP
- Độ tin cậy cung cấp điện
HMI
HV/MV
- Human Machine Interface, giao diện Người - Máy
- High Voltage/Medium Voltatge, Cao thế/Trung thế (MBA)
LBS
LĐPP
- Load break Switch, dao cắt có tải
- Lưới điện phân phối
MC
MV/LV
NIT
- Máy cắt
- Medium Voltage/ Low Voltage, Trung thế/Hạ thế (MBA)
- Network Import Tool, công cụ import dữ liệu vào DMS
OLTE
PCM
PCTTH
RMU
RTU
SCADA
- Optical line Terminal, thiết bị đầu cuối cáp quang
- Pulse code Module, thiết bị mã hố xung
- Cơng ty Điện lực Quảng Nam
- Ring Main Unit, thiết bị đóng cắt mạch vòng
- Remote terminal Unit, thiết bị đầu cuối
- Supervisory Control And Data Acquisition, hệ thống điều khiển
giám sát và thu thập dữ liệu
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
Tên bảng
bảng
Trang
3.1:
Mô tả dữ liệu dây dẫn
40
3.2:
Mô tả dữ liệu MBA nguồn
41
3.3:
Mô tả dữ liệu thông số ngắn mạch đầu nguồn
43
3.4:
Mô tả dữ liệu MBA phân phối
43
3.5:
Thông số đường dây xây dựng trên file Excel và đưa vào
CSDL SQL
55
3.6:
Thư viện FCO xây dựng trên file Excel đưa vào SQL
56
3.7:
Dữ liệu phụ tải xây dựng trên file Excel đưa vào SQL
57
3.8:
Kết quả tính tốn cơng suất các xuất tuyến TBA 110kV E157
63
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
Tên hình
hình
Trang
1.1:
Cấu trúc hệ thống SCADA/DMS tại OCC Quảng Nam
3
1.2:
Mơ hình kết nối truyền thơng tại OCC Quảng Nam
4
1.3:
Mơ hình kết nối RTU với hệ thống SCADA
6
1.4:
Các phần mềm của hệ thống
7
1.5:
Mơ hình kết nối dữ liệu
8
1.6:
Giao diện thao tác thiết bị trên MicroSCADA SYS600
8
1.7:
Hiện trạng bản quyền CSDL
10
2.1:
Cấu trúc phần mềm SCADA
12
2.2:
Màn hình tổng quan giao diện HMI
14
2.3:
Các loại cửa sổ HMI
15
2.4:
Thanh tiêu đề cửa sổ HMI
15
2.5:
Khu vực hiển thị thông báo HMI
16
2.6:
Giao diện sơ đồ 1 sợi của trạm
17
2.7:
Giao diện giám sát ngăn xuất tuyến đường dây
18
2.8:
Giao diện giám sát máy cắt tổng
18
2.9:
Giao diện giám sát máy biến áp
19
2.10:
Giao diện giám sát Rơle bảo vệ
20
2.11:
Giao diện giám sát hệ thống nguồn AC
21
2.12:
Giám sát hệ thống nguồn DC
22
2.13:
Giao diện giám sát cảnh báo cháy, cảnh báo chống xâm nhập
22
2.14:
Giao diện phần mềm DMS
23
2.15:
Giao diện vận hành DMS
24
2.16:
Giao diện khi chọn 1 xuất tuyến
25
2.17:
Giao diện khi chọn phân tích phụ tải
26
2.18:
Giao diện tính tốn tổn thất
30
2.19:
Giao diện tính tốn trào lưu cơng suất
31
2.19:
Tiến trình xử lý của chức năng sự cố
35
3.1:
Dữ liệu từ ArcGIS
37
3.2:
Dữ cập nhật từ excel
37
3.3:
Yêu cầu bắt điểm trên lưới điện
38
3.4:
Yêu cầu bắt điểm trên lưới
38
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
viii
Số hiệu
hình
Tên hình
Trang
3.5:
Mơ tả việc cập nhật dữ liệu lưới điện vào DMS
39
3.6:
Mô tả liên kết CSDL SQL và dữ liệu đầu vào.
40
3.7:
Lưới điện trên ArcGIS sau khi đã biên tập
54
3.8:
Bảng thuộc tính lớp đường dây 22kV
54
3.9:
Bảng thuộc tính của lớp Recloser
56
3.10:
Bảng thuộc tính lớp MBA phân phối
57
3.11:
Cơng cụ Network Import Tool
58
3.12:
Lưới điện sau cập nhật vào DMS600 WS
59
3.13:
Sơ đồ một sợi TBA 110kV E15 trên DMS
59
3.14:
Dữ liệu thuộc tính MBA lưu vào CSDL của DMS
60
3.15:
Dữ liệu thuộc tính dây dẫn lưu vào CSDL của DMS
60
3.16:
Tô màu lưới điện các xuất tuyến.
62
3.17:
Hiển thị mức mang tải các xuất tuyến
64
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Đề án phát triển lưới điện thông minh (Smart Grid) tại Việt Nam theo quyết
định 1670/QĐ-TTg ngày 08 tháng 11 năm 2012 với mục tiêu tổng quát là Phát triển
lưới điện thông minh với công nghệ hiện đại nhằm nâng cao chất lượng điện năng, độ
tin cậy cung cấp điện; góp phần trong cơng tác quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử
dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động,
giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển nguồn và lưới điện; tăng cường khai thác hợp lý
các nguồn tài nguyên năng lượng, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo
vệ mơi trường và phát triển kinh tế - xã hội bền vững [3]. Để đáp ứng mục tiêu trên,
một trong những giải pháp được đưa ra trong lộ trình Phát triển lưới điện thơng minh
là triển khai hồn chỉnh hệ thống SCADA/DMS tại các đơn vị.
Hệ thống SCADA/DMS là công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý, vận
hành cũng như phân tích, đánh giá lưới điện phân phối (LĐPP). Được đưa vào vận
hành năm 2018, hệ thống SCADA/DMS tại Cơng ty Điện lực Quảng Nam đã góp
phần nâng cao năng lực vận hành lưới điện tại Công ty. Việc giám sát các thông số
lưới điện theo thời gian thực (trạng thái thiết bị, dòng điện, điện áp .v.v.) cũng như
điều khiển thao tác thiết bị từ xa giúp cho Điều độ viên đánh giá được tình hình và linh
hoạt trong việc thay đổi kết cấu lưới phù hợp với tình hình. Tuy nhiên, việc ứng dụng
hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện lực Quảng Nam chỉ mới tập trung vào việc
giám sát, thao tác các thiết bị trên lưới điện mà chưa khai thác hết tính năng DMS vào
việc phân tích và tự động hóa lưới điện.
Để khai thác tính năng DMS của hệ thống, tìm hiểu hệ thống SCADA/DMS là
rất quan trọng, đặc biệt tập trung vào các chức năng DMS để tính tốn, phân tích lưới
điện để nâng cao năng lực quản lý vận hành, xây dựng cấu trúc lưới điện hợp lý, nâng
cao ĐTTCCĐ cho lưới điện Công ty Điện lực Quảng Nam.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống SCADA/DMS - Công ty Điện lực
Quảng Nam.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là ứng dụng các chức năng của hệ thống
SCADA/DMS để tính tốn và phân tích lưới điện tỉnh Quảng Nam.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu.
Mục tiêu:
- Nắm vững việc ứng dụng phần mềm SCADA/DMS và các module hỗ trợ để
tính tốn, phân tích và nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện tỉnh Quảng Nam.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
2
Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Tìm hiểu về cấu trúc hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện Quảng Nam.
- Nhận xét đánh giá về phần mềm SCADA/DMS và xây dựng CSDL cho lưới
điện tỉnh Quảng Nam.
- Tính tốn phân tích lưới điện tỉnh Quảng Nam.
4. Đặt tên đề tài:
Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nêu trên đề tài được đặt tên: ‘Ứng dụng
phần mềm SCADA/DMS để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện tỉnh
Quảng Nam’
5. Bố cục của đề tài:
Ngoài chương mở đầu và kết luận, luận văn được bố trí thành 3 phần chính sau:
Chương 1: Tổng quan và đánh giá về hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện
lực Quảng Nam.
Chương 2: Giới thiệu phần mềm SCADA/DMS và tìm hiểu các chức năng
chính của DMS.
Chương 3: Ứng dụng phần mềm SCADA/DMS để nâng cao hiệu quả vận hành
hệ thống điện tỉnh Quảng Nam.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VÀ ĐÁNH GIÁ VỀ HỆ THỐNG SCADA/DMS TẠI
CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG NAM
1.1. Tổng quan về hệ thống SCADA/DMS tại công ty điện lực Quảng Nam
Hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện lực Quảng Nam (QNaPC) được Tổng
cơng ty đầu tư và nghiệm thu chính thức đưa vào vận hành 5/2018. Hệ thống được
triển khai trên phạm vi tồn địa bàn tỉnh Quảng Nam, sử dụng cơng nghệ phần mềm
SCADA/DMS của hãng ABB Oy - Phần Lan (nay là Hitachi ABB). Đến nay, hệ thống
đã kết nối toàn bộ các trạm biến áp, các thiết bị thuộc quyền quản lý, vận hành và điều
khiển với khối lượng bao gồm:
+ Trung tâm điều khiển đặt tại Phòng Điều độ - Công ty Điện lực Quảng Nam thành phố Tam Kỳ - tỉnh Quảng Nam;
+ Số lượng datapoint: 52.000 point;
+ Kết nối SCADA và vận hành hành 13 TBA 110kV KNT với 85 xuất tuyến và
19 MBA, 02 trạm 220kV với 08 xuất tuyến và 09 TTG 35kV với 20 xuất tuyến;
+ Kết nối 271 TBPĐ gồm: 127 Recloser, 134 LBS và 10 tủ RMU;
+ Kết nối với 07 NMTĐ.
Với mơ hình cấu trúc hệ thống SCADA/DMS tại TTĐK Quảng Nam như sau:
Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống SCADA/DMS tại OCC Quảng Nam
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
4
Năm 2018, sau khi các nhà thầu thực hiện phần dự án miniSCADA (04 TBA
110kV phần trung thế, 09 TTG 35kV, 38 TBPĐ) và dự án mở rộng kết nối xa lưới
điện 110kV tỉnh Quảng Nam (06 TBA 110kV chuyển KNT gồm: Tam Kỳ, Hội An,
Thăng Bình, Duy Xuyên, Kỳ Hà và Điện Bàn), QNaPC đã tiếp tục thực hiện kết nối
mới với thêm: 08 trạm 110kV là Tam Thăng, Thăng Bình 2, Tam Anh, Đại Đồng, Đại
Lộc, Điện Nam-Điện Ngọc, Phước Sơn, Khe Diên (khơng tính Gateway ngăn 174
NMTĐ Đakmi 4B), 02 TTG 35kV (Tắk Po và NCS Duy Hòa T91), gần 250 TBPĐ và
07 NMTĐ.
Hệ thống bao gồm 02 máy tính Server hoạt động theo chế độ Hot-Standby, dự
phịng nóng (Hot server và Standby server) để chạy phần mềm SCADA/DMS. Tín
hiệu truyền thơng từ các trạm và thiết bị thông qua các đường truyền như 3G, Radio,
4W, hoặc E1 được tập trung tại 02 máy tính FE (Hot-Standby) từ đó kết nối với hệ
thống. Ngồi ra, cịn có 02 máy vận hành (operator 1, operator 2) dùng cho nhân viên
vận hành theo dõi, kiểm tra, giám sát hệ thống điện trên màn hình HMI.
1.1.1. Phương thức truyền thơng
Hệ thống SCADA sử dụng các phương thức truyền thông sau:
- Phương thức truyền thông hữu tuyến: phương thức này được sử dụng cho các
trạm 220kV, 110KV. Trên cơ sở chia sẻ mạng cáp quang của Viettel và FPT, các thiết
bị truyền dẫn quang (OLTE) loại STM1, ghép kênh (PCM) của Công ty.
- Phương thức truyền thông vô tuyến: Phương thức này được sử dụng cho các
điểm nút Recloser, LBS và các các trạm trung gian 35 kV trên lưới điện (hệ thống
mạng 3G/4G).
+ Hệ thống 3G/4G sử dụng dịch vụ 3G/4G Office Wan của nhà cung cấp dịch vụ
di động với IP tĩnh được cấp cho các điểm đầu cuối. Thiết lập kênh VPN với cơ chế
bảo mật OpenVPN từ các modem đầu cuối đến thiết bị Router tại Phòng Điều Độ.
Hình 1.2: Mơ hình kết nối truyền thơng tại OCC Quảng Nam
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
5
1.1.2. Giao thức truyền thông
- Giao thức truyền thông từ các thiết bị đầu cuối (RTU) đến hệ thống SCADA
được sử dụng là IEC 60870-5-104 (IEC 104).
- Tại các TBA, giao thức DNP3 hoặc Modbus RTU Master được sử dụng để thu
thập tín hiệu trạng thái, các giá trị đo lường của các máy cắt, recloser, các tín hiệu này
được được RTU biên dịch thành giao thức IEC104 để chuyển đến hệ thống SCADA.
- Ngoài ra các RTU đều hỗ trợ giao thức IEC 60870-5-104. Giao thức IEC104 là
phần mở rộng của giao thức IEC101 với một số thay đổi trong các dịch vụ truyền
thông (lớp vật lý - physical layer và lớp liên kết - link layer). IEC104 chạy trên nền
tảng giao thức TCP/IP kết nối vào mạng LAN với bộ định tuyến (Router) và các thiết
bị mạng khác nhau (ISDN, X.25, Frame Rơ-le..), đồng thời có thể được sử dụng để kết
nối với mạng WAN (Wide Area mạng). Lớp ứng dụng (application layer) của giao
thức IEC104 được định nghĩa giống IEC101 với các ứng dụng lớn hơn do băng thông
truyền dẫn được đảm bảo. Phương thức truyền dữ liệu qua mạng Ethernet có thể sử
dụng theo hình thức (Point-to-Point) hoặc (Point to MultiPoint), địa chỉ các đối tượng
được xác định theo địa chỉ mạng (Ip) của các thiết bị đầu cuối. Với các đặc điểm trên,
giao thức IEC104 dễ dàng được triển khai cho các giải pháp truyền thông SCADA của
lưới điện phân phối, trên cơ sở hạ tầng Internet công cộng với cơ chế bảo mật hiệu
quả.
- Các recloser thế hệ mới (ADVC2 – Schneider, NOJA), LBS (FTU-P200) cũng
đã hỗ trợ đồng thời hai giao thức truyền thông IEC101/104, đây là điều kiện thuận lợi
cho các giải pháp kết nối truyền thông mở rộng các điểm Recloser trên lưới.
1.1.3. Thiết bị đầu cuối từ xa – RTU (Remote Terminal Unit)
- Tại các trạm TG 35/22kV, hệ thống SCADA sử dụng RTU loại
RTU560CMU04 của ABB kết hợp với các card mở rộng (Binary Input, Binary
Output). Đây là giải pháp RTU tập trung phù hợp với các TBA có hệ thống điều khiển
bảo vệ chưa tích hợp, thiết bị của nhiều hãng khác nhau.
- Đối với các Recloser, LBS hỗ trợ giao thức truyền thông IEC 60870-5-101/104,
hệ thống SCADA thực hiện phương thức kết nối trực tiếp qua cổng truyền thơng của
thiết bị, khơng qua RTU trung gian.
Mơ hình kết nối RTU với hệ thống SCADA được thể hiện theo hình sau:
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
6
Hình 1.3: Mơ hình kết nối RTU với hệ thống SCADA
RTU thu thập các tín hiệu từ các tủ RMU, các thiết bị TBA, thiết bị IED bằng
mạch nhị thứ hoặc giao thức truyền thông. RTU được thiết lập mạng nội bộ từ Modem
3G được kết nối với thẳng về trung tâm điều khiển và giao tiếp với hệ thống SCADA
qua giao thức IEC-104.
1.1.4. Thiết bị chính tại Phịng điều khiển trung tâm
Hệ thống máy tính, thiết bị truyền thơng và thiết bị mạng:
- Thiết bị truyền thông: PCM, Hit 7025.
- Máy tính tiền xử lý (FrontEnd Computer): FE1, FE2
- Server chính của hệ thống chạy ở chế độ Hot-Standby: SYS1, SYS2
- Server lưu trữ dữ liệu quá khứ (History Server): HIS1
- Máy tính quản trị (Administrator Computer): WSA1
- Máy tính cho điều độ viên vận hành: WS1, WS2, WS3.
- Máy tính kèm theo hệ thống phóng hình (Projector)
- Thiết bị M2M Gateway: thiết lập VPN tunnels cho các nodes IEC104
- Thiết bị đồng bộ thời gian (GPS clock): GPS
- Thiết bị cảnh báo sự cố (SACO): ALARM
- Hệ thống máy in laser A4, A3 và A3 màu
- Hệ thống mạng LAN vòng với 02 Switch: SW1, SW2.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
7
Hệ thống nguồn Backup:
- Nguồn hệ thống SCADA được thiết kế có dự phịng, tồn bộ thiết bị hệ thống
sử dụng qua 02 dàn UPS (2x15 kVA) kết hợp với máy phát dự phịng 20 kVA có chức
năng ATS trong vòng từ 5-30 phút.
- Hệ thống tủ phân phối (distribution board - MDB, DB1, DB2): được thiết kế
với các CB riêng biệt cho từng thiết bị trong hệ thống, và được giám sát chung qua hệ
thống SCADA.
1.1.5. Các phần mềm của hệ thống
- Hệ thống SCADA sử dụng phần mềm của ABB, phần mềm được cài đặt trên
các SYS Server và máy tính FE, hỗ trợ biên dịch tất cả các tiêu chuẩn truyền thơng
cơng nghiệp hiện có. Phần mềm thực hiện nhiệm vụ thu thập và trao đổi dữ liệu với
các RTU/GateWay. Trạng thái thiết bị, các giá trị đo lường đều được thể hiện dưới
giao diện đồ hoạ giúp người vận hành dễ dàng thao tác với thiết bị, đồng thời tất cả
thông tin sự kiện từ thiết bị đến hệ thống đều được đồng bộ theo đồng hồ chuẩn GPS
và được lưu trữ theo trình tự thời gian.
Hình 1.4: Các phần mềm của hệ thống
- Chương trình quản lý lưới điện phân phối (DMS600) với hệ thống cơ sở dữ liệu
SQL Server liên kết với dữ liệu của SCADA theo phương thức OPC (OLE for process
control). Trong đó tồn bộ dữ liệu lưới điện được thể hiện dưới dạng bản đồ địa lý
(GIS). Trên cơ sở dữ liệu thu thập từ SCADA kết hợp với dữ liệu tĩnh được nhập vào
chương trình thực hiện các tính tốn phân tích chế độ làm việc của lưới như: tính tốn
trào lưu cơng suất, tính tốn điểm mở tối ưu, tính tốn ngắn mạch, định vị sự cố, dự
báo phụ tải, lập kế hoạch vận hành.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
8
Hình 1.5: Mơ hình kết nối dữ liệu
1.1.6. Chức năng chính của hệ thống Trung tâm điều khiển
*Điều khiển:
- Thao tác toàn bộ các thiết bị nhất thứ từ xa:
+ Điều khiển máy cắt.
+ Điều khiển dao cách ly.
+ Điều khiển recloser, LBS.
+ Điều khiển máy biến áp: chuyển nấc phân áp MBA, bật tắt các nhóm quạt làm
mát.
+ Điều khiển hệ thống tự dùng, chiếu sáng.
- Thao tác các thiết bị nhị thứ bên trong trạm:
+ Tái lập (reset) rơle từ xa.
+ Điều khiển bật/tắt các chức năng bảo vệ, chuyển nhóm bảo vệ.
Hình 1.6: Giao diện thao tác thiết bị trên MicroSCADA SYS600
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
9
*Giám sát và thu thập dữ liệu trạng thái, cảnh báo
- Đối với máy cắt và dao cách ly:
+ Trạng thái Đóng/Cắt của MC.
+ Trạng thái DCL.
+ Trạng thái dao tiếp địa.
+ Các tín hiệu MC cảnh báo/tác động.
+ Cảnh báo khí SF6.
+ Trạng thái tại chỗ/từ xa (Local/Remote).
+ Giám sát cuộn cắt của MC.
+ Trạng thái các Aptomat…
- Đối với recloser, LBS:
+ Trạng thái Đóng/Cắt của recloser, LBS.
- Đối với các Aptomat:
+ Giám sát trạng thái cầu dao.
+ Cảnh báo cầu dao khơng bình thường.
- Đối với máy biến áp giám sát các trạng thái như:
+ Nhiệt độ cuộn dây.
+ Nhiệt độ dầu.
+ Nấc phân áp.
+ Chế độ làm việc của bộ điều áp dưới tải (Auto/Manual).
+ Chế độ làm việc của quạt làm mát (Auto/Manual).
+ Trạng thái điều khiển bộ điều áp dưới tải (Local/Remote)..
+ Trạng thái điều khiển quạt làm mát (Local/Remote).
+ Bảo vệ rơle tác động/cảnh báo.
- Đối với hệ thống bảo vệ:
+ Trạng thái của các đèn tín hiệu bảo vệ.
+ Trạng thái của tồn bộ các tín hiệu Input/Output bảo vệ.
+ Trạng thái của các chức năng bảo vệ.
+ Cảnh báo cháy nổ trong TBA.
*Giám sát và thu thập dữ liệu đo lường từ rơle, BCU:
- Dịng điện 3 pha, dịng trung tính.
- Điện áp 3 pha.
- Công suất tác dụng.
- Công suất phản kháng.
- Hệ số cơng suất …
*Giám sát hình ảnh, bảo vệ, chống cháy nổ.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
10
1.1.7. Khả năng mở rộng của hệ thống SCADA
Hiện trạng bản quyền CSDL (process I/O) chưa dùng ở phần mềm
MicroSCADA SYS600 Pro 9.4 trên máy chủ SCADA SYS1&SYS2 thuộc TTĐK
Quảng Nam như hình ảnh sau:
- Bản quyền CSDL (process I/O): 14,615/51,000 tín hiệu.
Hình 1.7: Hiện trạng bản quyền CSDL
Dự kiến đến hết năm 2022, theo tiến độ đầu tư xây dựng cơng trình mới, cải tạo
bổ sung rơ le F87L, F87B, dự án điện mặt trời…CSDL tại phần mềm MicroSCADA
Pro SYS600 9.4 tại TTĐK Quảng Nam sẽ chiếm khoảng 10,574 process I/O, khơng
đảm bảo dự phịng và tính sẵn sàng cho việc kết nối tín hiệu khi có cơng trình ĐTXD
mới vào, cần thiết phải có kế hoạch đầu tư mua sắm bổ sung.
1.2. Đánh giá việc khai thác hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện Lực
Quảng Nam
Hệ thống SCADA/DMS tại QNaPC có cấu trúc linh hoạt, có tính dự phòng cao,
hoạt động ổn định. Các phần mềm của hệ thống khá thân thiện, tùy biến và có tính mở
cao, dễ dàng kết nối mở rộng với các hệ thống điều khiển được cung cấp từ các nhà
sản xuất khác.
Sau thời gian khai thác vận hành, dung lượng dữ liệu trên hệ thống liên tục được
mở rộng, hệ thống SCADA/DMS đang tồn tại nhiều vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng
vận hành cũng như khả năng nâng cấp mở rộng, cụ thể như sau:
+Hệ thống SCADA tại QNaPC đang được khai thác với số điểm dữ liệu trên hệ
thống đã lên đến 36400 I/O, 22 line truyền thông IEC101/104, kèm theo một dung
lượng khá lớn dữ liệu giao diện vận hành, dữ liệu sự kiện và dữ liệu đo lường quá khứ
(trên 16,5 triệu dòng sự kiện), nên khả năng xử lý của server cũng như phần mềm khá
nặng, trong một số trường hợp thực hiện nhiều tác vụ trên hệ thống dẫn đến tình trạng
treo hệ thống. Đến cuối năm 2022 dự kiến dung lượng dữ liệu hệ thống sẽ mở rộng lên
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
11
đến trên 50.000 process I/O nên sẽ khó khăn việc bổ sung thêm các TBA mới. Bên
cạnh đó một số chức năng trong các ứng dụng tự động hóa trạm chưa được hỗ trợ, nên
không đáp ứng yêu cầu xây dựng cơ sở dữ liệu vận hành cho hệ thống điều khiển xa
TBA 110kV.
+Phần mềm DMS quản lý dữ liệu lưới điện khá lớn, việc kiểm soát cập nhật dữ
liệu rất phức tạp. Phần mềm chỉ hỗ trợ trao đổi dữ liệu với hệ thống SCADA nên hạn
chế trong việc thiết lập các cơ chế liên kết với các CSDL chức năng khác. Khơng có
cơng cụ cập nhật dữ liệu hỗ trợ nên việc nhập liệu lưới điện hoàn toàn thủ công trên
DMS NE, dữ liệu lỗi thời nhanh dẫn đến các chức năng tính tốn phân tích lưới điện
trong phần mềm DMS khơng chuẩn, rất khó khăn trong việc nghiên cứu khai thác và
đưa vào vận hành thực tế.
1.3. Kết luận chương
Trong chương này, tác giả đã tìm hiểu, nghiên cứu cấu trúc của hệ thống
SCADA/DMS thực tế tại Công ty Điện lực Quảng Nam. Qua nghiên cứu thấy được
một số ưu nhược điểm của hệ thống SCADA/DMS. Đa số các chức năng của DMS
chưa được sử dụng đến mà lý do chính là khó khăn trong việc cập nhật dữ liệu lưới
điện. Trong chương tiếp theo, tác giả nghiên cứu cụ thể hơn về phần mềm
SCADA/DMS và đặc biệt chú trọng đến chức năng của DMS.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
12
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SCADA/DMS VÀ TÌM HIỂU CÁC
CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA DMS
2.1. Phần mềm SCADA
Hình 2.1: Cấu trúc phần mềm SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống Giám sát,
điều khiển và thu thập dữ liệu Một hệ thống có chức năng thu thập dữ liệu, giám sát và
điều khiển các thiết bị. cụ thể là:
- Thu thập số liệu đo lường, đo đếm, trạng thái các thiết bị, các thông tin thời
tiết , v.v. phục vụ cho công tác vận hành các thiết bị điện trên lưới điện
- Giám sát mọi thay đổi trạng thái của các thiết bị đóng cắt hay các thơng tin về
sự tác động của bảo vệ rơle
- Điều khiển các thiết bị (đóng/cắt máy cắt/dao cách ly, nâng/hạ nấc phân áp
máy biến áp) từ xa một cách nhanh chóng và tin cậy.
- Hệ thống SCADA cho lưới điện được phân biệt với hệ thống SCADA cho
cơng nghiệp, cịn gọi là SCADA Process.
- Tính tin cậy: đặc tính quan trọng nhất của hệ thống SCADA/DMS nói chung
là tính tin cậy. Hệ thống được thiết kế để đảm bảo làm việc liên tục, thơng tin chính
xác, khơng xảy ra mất mát thơng tin và thực hiện lệnh thao tác nhanh chóng.
- Tính sẵn sàng: hệ thống được thiết kế để đảm bảo làm việc liên tục khơng có
hư hỏng trong một khoảng thời gian nào đó.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
13
- Tính thời gian thực: hệ thống được thiết kế để đảm bảo việc thu nhận, xử lý
thông tin, đáp ứng lại các sự kiện xảy ra trên hệ thống điện trong một khoảng thời gian
đủ nhỏ. Điều này đảm bảo cho việc vận hành hiệu quả hệ thống điện (ví dụ: thời gian
từ lúc một sự kiện từ lúc xảy ra cho đến khi người sử dụng nhận được thơng tin khơng
q 5 giây).
- Tính “mở”: Tính mở đảm bảo cho hệ thống có thể mở rộng dễ dàng đáp ứng
với sự phát triển của hệ thống, dễ dàng nâng cấp phần cứng, dễ dàng bổ sung thiết bị
khi có yêu cầu, có khả năng làm việc với nhiều thiết bị của nhiều hãng khác nhau. v.v.
Phần mềm SCADA có một số chức năng chính như sau:
- Chức năng điều khiển quá trình (Process controlling):
+Hiển thị các đối tượng trong q trình vận hành như: tín hiệu trạng thái thiết
bị, tín hiệu đo lường được hiển thị lên màn hình trong quá trình vận hành theo thời
gian thực.
+ Điều khiển các đối tượng trong quá trình vận hành: thao tác MC, LBS, DCL,
thay đổi chức năng bảo vệ trên giao diện điều khiển.
+ Mô phỏng trạng thái thiết bị: trạng thái thiết bị như MC, DCL sẽ được mô
phỏng (đóng, mở .v.v.) mà khơng ảnh hưởng đến chế độ vận hành.
- Đo lường (Measurement): giám sát một cách nhanh chóng, dễ dàng, tường minh giá
trị đo lường của các đối tượng trong hệ thống (dòng điện, điện áp, nhiệt độ .v.v.).
+ Hiển thị các giá trị dưới dạng số hoặc đồ họa.
+ Giới hạn các ngưỡng để cảnh bảo: high alarm, high warning, low alarm, low
warning. Giúp nhân viên vận hành kiểm sốt tình hình.
- Chức năng tơ màu thanh cái ( Busbar coloring): hiển thị màu thanh cái, đường dây
theo một số đặc tính nhất định theo điện áp, theo nguồn cấp .v.v. .
+ Chế độ one-color: hiển thị màu đường dây theo một màu theo trạng thái nhất
định. Ứng với mỗi trạng thái có một màu khác nhau như: ĐZ khơng xác định trạng
thái, khơng có nguồn cấp, mạch vịng, đóng tiếp địa, lỗi .v.v.
+ Chế độ voltage level: hiển thị màu sắc theo cấp điện áp.
+ Chế độ voltage source color: hiển thị màu sắc đường dây theo nguồn cấp.
- Chức năng hiển thị danh sách sự kiện (Event list):
+ Hiển thị danh sách sự kiện với các tiêu chí khác nhau. (Thời gian, vị trí sự cố,
xuất tuyến .v.v.)
+ Sắp xếp sự kiện theo các tiêu chí khác nhau (thời gian, vị trí sự cố, xuất
tuyến..).
+ Tìm kiếm sự kiện.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
14
- Hiển thị danh sách cảnh báo (Alarm Display):
+ Tìm kiếm và lọc các cảnh báo.
+ Xác nhận cảnh báo
+ Reset chức cảnh báo
+ Hiển thị vị trí cảnh báo trong DMS hoặc trong màn hình vận hành Monitor
Pro
+ Sắp xếp theo cột theo các tiêu chí khác nhau.
- Danh sách khoá (Blocking List): lập danh sách các đối tượng cần kiểm soát phân
quyền trong việc thao tác vận hành. Bao gồm một số kiểu như sau:
+ Control: không cho phép điều khiển, gửi lệnh xuống thiết bị.
+ Alarm: không gửi các cảnh báo.
+ Event: không tạo và ghi các dữ liệu vào event list.
- Chức năng giám sát hệ thống (System Self Supervision):giám sát trạng thái của
phần cứng và phần mềm của hệ thống, dựa vào các biến trạng thái của chương trình.
Các trạng thái được giám sát bao gồm:
+ Giám sát tín hiệu của các thiết bị (application object).
+ Giám sát đăng nhập vào hệ thống.
+ Thông tin về trạng thái giám sát hệ thống được hiển thị trong danh mục sự
kiện và cảnh báo.
Màn hình tổng quan của giao diện HMI
Mỗi màn hình vận hành hiển thị các cửa sổ HMI độc lập nhau. Với 02 máy tính
thao tác hệ thống SCADA, nhân viên vận hành có thể theo dõi và thao tác trên 04 màn
hình hiển thị giao diện HMI.
Hình 2.2: Màn hình tổng quan giao diện HMI
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
15
Các khu vực trên màn hình
a. Lựa chọn cửa sổ hiển thị
Chỉ một cửa sổ HMI là cửa sổ hiện hành ở một máy tính thao tác hệ thống
SCADA. Nhân viên vận hành có thể chọn cửa sổ hiện hành bằng cách chuyển con trỏ
chuột vào cửa sổ đó và ấn thả phím chuột trái.
Có nhiều loại cửa sổ HMI khác nhau, như: Process display, Trend display,
Event list, Alarm list, … Mỗi loại cửa sổ HMI này sẽ có cấu trúc các thành phần hiển
thị khác nhau.
Hình 2.3: Các loại cửa sổ HMI
b. Tiêu đề cửa sổ
Tiêu đề cửa sổ mô tả tên của giao diện HMI đang hiển thị và tên của người sử
dụng đang đăng nhập.
Hình 2.4: Thanh tiêu đề cửa sổ HMI
c. Thanh menu
Thanh menu nằm ở trên đỉnh của màn hình và chứa các nhóm chức năng. Các
nhóm chức năng này có thể được hiển thị dưới dạng danh sách xổ xuống, từ đó cho
phép mở một chức năng bất kì bằng cách nhấn chuột trái vào tên chức năng tương
ứng.
d. Khu vực hiển thị thông tin cảnh báo
Một danh sách xổ xuống nằm ở phía dưới thanh menu có chức năng hiển thị các
cảnh báo của hệ thống. Bên cạnh là nút “Ack.” Cho phép xác nhận/giải trừ nhanh một
tín hiệu cảnh báo.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
