(Luận văn thạc sĩ hcmute) ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu scada vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kv tại công ty điện lực bến tre

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRÀNG ANH TUẤN

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU
THẬP DỮ LIỆU SCADA VÀO QUẢN LÝ VẬN HÀNH LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI 22kV TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC BẾN TRE

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 6 0 8 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2019

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRÀNG ANH TUẤN

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU
THẬP DỮ LIỆU SCADA VÀO QUẢN LÝ VẬN HÀNH LƢỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI 22kV TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC BẾN TRE

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. LÊ CHÍ KIÊN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2019

Luan van


Luan van


Luan van


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: TRÀNG ANH TUẤN

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 12 – 10 – 1977

Nơi sinh: Bến Tre

Quê quán: Thành phố Bến Tre, Tỉnh Bến Tre

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 526C, Khu phố 1, Phƣờng Phú Khƣơng,
Thành phố Bến Tre, Tỉnh Bến Tre
SĐT: 0913.427879

E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học phổ thơng:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ năm 1993 đến 1996

Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng THPT Nguyễn Đình Chiểu, Thị xã Bến
Tre, Tỉnh Bến Tre.
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Khơng chính quy

Thời gian đào tạo từ năm 1997 đến 2004

Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM
Ngành học: Kỹ Thuật Điện - Điện tử (Viễn thơng)
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
03/2005 đến
đến nay

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Công ty Điện lực Bến Tre

Chuyên viên CNTT

i

Luan van


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tơi dƣới sự
hƣớng dẫn của PGS.TS Lê Chí Kiên, tơi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho
việc thực hiện luận văn này đã đƣợc cám ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn
này đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc.
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 4 năm 2019
Học viên
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

TRÀNG ANH TUẤN

ii

Luan van


LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn, em kính gửi lời
cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:
 PGS.TS. LÊ CHÍ KIÊN và các thầy/cơ đã tận tình chỉ dạy, tạo điều
kiện và động viên em trong suốt quá trình thực hiện.

 Quý thầy, cô giáo đã tham gia công tác giảng dạy, hƣớng dẫn em và
các thành viên trong lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Điện 20182019 (A) trong toàn bộ khố học.
 Q thầy, cơ giáo giảng dạy tại khoa Điện - Điện Tử, Phòng Đào tạo –
bộ phận sau đại học của Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí
Minh đã giúp đỡ em thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại
trƣờng.
 Kính gửi lời cảm tạ tới Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ
thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho các học viên tại
trƣờng đƣợc học tập và nghiên cứu.
Kính chúc Q thầy, cơ giáo thật nhiều sức khỏe.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 4 năm 2019
Học viên thực hiện

TRÀNG ANH TUẤN

iii

Luan van


TÓM TẮT
Luận văn “Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
SCADA vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV tại Công ty Điện lực Bến
Tre” đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu và ứng dụng nhƣ sau:
 Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của tụ điện đến lƣới điện phân phối, ƣớc lƣợng
điện áp giữa các nút tụ điện, đề xuất cấu hình hệ thống SCADA và hệ thống RTU
trên lƣới điện phân phối.
 Nghiên cứu các ứng dụng hệ thống SCADA trên lƣới điện phân phối.
 Nghiên cứu áp dụng hệ thống MIMIC vào quản lý vận hành lƣới điện phân
phối 22kV tại Công ty Điện lực Bến Tre.

- Giá trị thực tiễn của luận văn thể hiện ở việc triển khai áp dụng hệ thống
SCADA vào quản lý vận hành lƣới điện phân phối 22kV tại Công ty Điện lực Bến
Tre. Sử dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu vào lƣới điện phân
phối 22 kV là nhằm mở ra một phƣơng thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu
quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, giảm tổn
thất điện năng trên lƣới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện năng.
- Phát triển lƣới điện thông minh hiện là xu thế tất yếu của thế giới trong đó
có Việt Nam, bởi những tính năng vƣợt trội nhƣ đảm bảo an toàn trong quản lý vận
hành điện năng, tăng năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu tƣ vào phát triển nguồn
và lƣới điện. Đồng thời giúp khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lƣợng, góp
phần bảo vệ môi trƣờng và phát triển kinh tế xã hội bền vững.
Học viên thực hiện

TRÀNG ANH TUẤN

iv

Luan van


ABSTRACT
Dissertation "Application control systems to monitor and collect data to
manage and operate SCADA distribution grid at 22 kV Electric Power Company of
Ben Tre" has completed the research content and applications as follows:
 Study the impact of the capacitor to the power distribution grid, estimated
between nodes voltage capacitors, recommended system configuration and system
SCADA RTU on the distribution grid.
 Research applications SCADA systems on the distribution grid.
 Research and application of systems to manage and operate MIMIC
distribution grid at 22 kV Electric Power Company of Ben Tre.

- Practical value of the thesis presented in the application deployment
management SCADA system to operate the distribution grid at 22 kV Electric Power
Company of Ben Tre. Use control system to monitor and collect data on the
electricity distribution network of 22 kV is to usher in a mode of operation advanced
new, improve operational efficiency, reduce the number of operational staff, improve
power quality power,reduce power losses in the distribution network and reliability
of power supply.
- Development of the smart grid is an inevitable trend of the world, including
Vietnam, by the remarkable features like safety in the management and operation of
electric power, increase productivity, reduce demand investment in resource
development and power grid. Also helps to rationally exploit energy resources, thus
contributing to environmental protection and economic development in a sustainable
society.
Author

Trang Anh Tuan

v

Luan van


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao luận văn
LÝ LỊCH KHOA HỌC................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ ii

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ iii
TÓM TẮT ..................................................................................................................................... iv
ABSTRACT .................................................................................................................................. v
MỤC LỤC ................................................................................................................. vi
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................ xii
LỜI NĨI ĐẦU ............................................................................................................ 1
Chƣơng 1. TỒNG QUAN ......................................................................................................... 4
1.1 Khái quát về SCADA ...................................................................................... 4
1.1.1 Tổng quan về SCADA ............................................................................. 4
1.1.2 Chức năng và vai trò của SCADA ............................................................ 5
1.1.3 Nguyên lý hoạt động của SCADA............................................................ 6
1.1.3.1 Cơ chế thu thập dữ liệu .................................................................... 6
1.1.3.2 Xử lý dữ liệu.................................................................................... 6
1.1.3.3 Nguyên lý hoạt động ........................................................................ 7
1.2 Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA ...................................................... 8
1.2.1 Cấp chấp hành.......................................................................................... 9
1.2.2 Cấp điều khiển ......................................................................................... 9
1.2.3 Cấp điều khiển giám sát ......................................................................... 10
1.3 Các yêu cầu chung của hệ thống SCADA ....................................................... 10
1.3.1 Chức năng giám sát ................................................................................ 10
1.3.2 Chức năng điều khiển............................................................................. 10

vi

Luan van


1.3.2.1 Q trình điều khiển phải chính xác, tin cậy .................................. 10

1.3.2.2 Cài đặt thông số từ xa .................................................................... 10
1.3.3 Quản lý và lƣu trữ dữ liệu ...................................................................... 11
1.3.4 Tính năng thời gian thực ........................................................................ 11
1.4 Tổng quan về cơ cấu hệ thống SCADA .......................................................... 11
1.5 Thành phần hệ thống SCADA ........................................................................ 14
1.5.1 Phần cứng .............................................................................................. 14
1.5.2 Phần mềm .............................................................................................. 14
1.5.3 Cáp truyền thông.................................................................................... 15
1.5.4 Tổng quan về mạng cục bộ LAN ............................................................ 16
1.5.5 Thiết bị modem ...................................................................................... 17
1.5.6 Yêu cầu về máy tính trong hệ thống SCADA ......................................... 18
1.5.7 Truyền tin trong hệ SCADA .................................................................. 19
Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................ 21
2.1 Tụ điện ảnh hƣởng đến lƣới điện áp phân phối ............................................... 21
2.2 Ƣớc lƣợng điện áp giữa các nút tụ điện .......................................................... 24
2.3 Đề xuất cấu trúc hệ thống ............................................................................... 25
2.3.1 SCADA và hệ thống RTU ...................................................................... 25
2.3.2 Đề xuất cấu hình hệ thống phân phối ..................................................... 26
2.3.3 Thuật toán đề xuất.................................................................................. 27
Chƣơng 3. ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI .. 33
3.1 Ứng dụng hệ thống SCADA trên lƣới điện ..................................................... 33
3.1.1 Nguyên lý làm việc ................................................................................ 33
3.1.2 Các chức năng SCADA.......................................................................... 34
3.1.3 Các chức năng EMS trong lƣới truyền tải............................................... 35
3.1.4 Các Chức năng DMS trong lƣới phân phối ............................................. 36
3.2 Ứng dụng SCADA trong giám sát lƣới hạ thế ................................................ 37
3.3 Ứng dụng SCADA vào quản lý vận hành lƣới điện phân phối 22kV tại Công
ty Điện lực Bến Tre .............................................................................................. 46

vii

Luan van


3.3.1 Phần mềm ePowerMan .......................................................................... 46
3.3.2 Bảng điện MIMIC .................................................................................. 46
3.3.3 Các thành phần chính của hệ thống ........................................................ 52
Chƣơng 4. KẾT LUẬN............................................................................................ 62
4.1 Kết luận.......................................................................................................... 62
4.2 Hƣớng phát triển ............................................................................................ 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 64

viii

Luan van


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MBA

Máy biến áp

TBA

Trạm biến áp

EVNSPC

Tổng Công ty Điện lực Miền Nam

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition

MIMIC

Modified Intergration Microprocessor Intergration Communication

REC

Recloser

LBS

Load Break Switch

DS

Distance Switch

LTD

Line tension disconnecting switch

LBFCO

Load Break Fuse Cut Out

FCO

Fuse Cut Out

ACC

Area Control Center

AI

Analog Input

AO

Aanalog Output

ASCII

American Standard Code for Information Interchange

BCD

Binary Code Digit

BF

Bus Field

CPU

Central Processing Unit

CSMA/CD

Carrier Sense Multipie Access with/ Collision Detect

DA

Distribution Automation

DCS

Distributed Control System

DI

Digital Input

DNS

Domain Name Service

DO

Digital Output

DR

Digital Relay

DSM

Demand Source Management

FACTS

Flexible AC transmission Systems

ix

Luan van


GUI

Graphical User Interface

HDD

Hard Disk Drive

HDLC

High level Data Link Control

HHU

Hand Held Unit

HMI

Human Machine Interface

IED

Intelligent Electronic Devices

LAN

Local Area Network

LCC

Logical Link Control

MAC

Medium Access Control

MAU

Medium Attachment Unit

MODEM

Modulator/Demodulator

PC

Persotial Computer

PLC

Programmale Logic Controllers

PLC

Power Line Carrier

RAM

Random Access Memory

RTU

Remote Terminal Unit

SMTP

Somple Mail Transfer Protocol

SNMP

Simple Network Management Protocol

SS

Substation Server

TCP/IP

Transmission Control Protocol/ Internet Protocol

x

Luan van


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang tựa

TRANG

Bảng 3.1: Số liệu so sánh tỉ lệ giảm TTĐN lƣới trung thế trong các năm 2013 đến
2018………………………………………………………………………………..59

xi

Luan van


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang tựa

TRANG

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA ……………..…..………..4
Hình 1.2: Mơ hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám
sát………………………………………………………………………...........…….9
Hình 1.3: Hệ thống SCADA……………………………………………...…….….12
Hình 1.4: Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển và giám sát SCADA….....15
Hình 2.1: Hệ thống kiểm tra hai nút……………………………………...........…..21

Hình 2.2: Hệ thống phân phối điển hình………………………………………......23
Hình 2.3: Một phần của mạng lƣới phân phối……………………………….……25
Hình 2.4: Cấu hình DMS, SCADA và RTU……………………………..………..26
Hình 2.5: Cấu trúc và vị trí của thiết bị trong phƣơng pháp đề xuất…………..….28
Hình 2.6: Chi tiết về các phép đo RTU………………………………………..…..28
Hình 2.7: Quy trình của thuật tốn RTU…………………………………………..29
Hình 2.8: Lƣu đồ tính tốn bộ điều khiển trung tâm……………………..………..31
Hình 2.9: Sơ đồ vận hành lƣới điện phân phối điển hình có lắp đặt tụ bù điều khiển
từ xa…………………………………………………………………………………32
Hình 3.5: Ứng dụng hệ thống SCADA trên lƣới điện phân phối………….……….33
Hình 3.2: Ứng dụng hệ thống SCADA trong giám sát lƣới hạ thế……...………….37
Hình 3.3: Lƣu đồ chính vận hành giám sát lƣới điện hạ thế………...……………..38
Hình 3.4: Lƣu đồ vận hành và giám sát nhánh tải CD……………………………..40
Hình 3.5: Lƣu đồ vận hành và giám sát nhánh tải EF…………………………...….41
Hình 3.6: Lƣu đồ vận hành và giám sát nhánh tải GH……………………..……….42
Hình 3.7: Chƣơng trình con phát hiện và khắc phục sự cố………………...……….43
Hình 3.8: Chƣơng trình con phát hiện và phân loại các sự cố về dịng…………….44
Hình 3.9: Chƣơng trình con theo dõi bù cơng suất phản kháng………………...….45
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý bảng điện MIMIC……………………...……………..47

xii

Luan van


Hình 3.11: Board mạch điện………………………………………………………..48
Hình 3.12: Giao diện phần mềm ePowerman………………………..……………49
Hình 3.13: Giao diện phần mềm Recloser_ACQ…………………….……………..50
Hình 3.14: Mơ hình hệ thống truyền tín hiệu từ thiết điện về hệ thống trung tâm của
Cơng ty Điện lực Bến Tre……………………………………………………..…….53

Hình 3.15: Sơ đồ tổng quan của hệ thống tại Công ty Điện lực Bến
Tre………………………………………………………………………………..….53
Hình 3.16: Sơ đồ lƣới điện đƣợc thể hiện trên bảng điện MIMIC………….………54
Hình 3.17: Sơ đồ lƣới điện đƣợc thể hiện trên màn hình HMI……..………………54
Hình 3.18: Phần mềm Recloser_ACQ trên website thao tác đóng/cắt từ xa…….…55
Hình 3.19: Chọn Điện lực thực hiện trên phần mềm Recloser_ACQ…………...….55
Hình 3.20: Kiểm tra các thông số của thiết bị trên phần mềm Recloser_ACQ….…56
Hình 3.21: Thao tác đóng – mở tụ điện bù trên website từ cấp Điện lực trên phần
mềm Recloser_ACQ…………………………..…………………………………….56
Hình 3.22: Nhập mật khẩu để gửi lệnh đóng đến thiết bị điện (tụ bù) trên phần mềm
Recloser_ACQ……………………………..………………………………………..57
Hình 3.23: Chƣơng trình đọc thơng số vận hành trạm 110kV………….…………..60
Hình 3.24: Giao diện phần mềm Recloser_ACQ đóng cắt từ xa………...…………60

xiii

Luan van


LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, hệ thống lƣới truyền tải, lƣới phân
phối và các phụ tải tiêu thụ điện. Chúng gắn bó với nhau thành một thể thống nhất,
nếu bị phá vỡ thì sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề cho toàn hệ thống và gây ảnh
hƣởng không nhỏ đến nền kinh tế quốc dân. Do vậy đòi hỏi một sự quản lý, giám
sát, điều khiển vận hành an toàn, tin cậy cho toàn hệ thống.
Cùng với sự phát triển của hệ thống điện hiện đại có các thiết bị điện ứng dụng
cơng nghệ tân tiến thì vấn đề quản lý, giám sát, điều khiển vận hành hệ thống điện
cũng không ngừng phát triển với sự trợ giúp đắc lực của các thiết bị tự động, thiết bị
truyền tin và thiết bị điều khiển từ xa, các hệ thống giám sát điều khiển hệ thống
điện. Một trong các hệ thống trợ giúp đắc lực đó là hệ thống điều khiển giám sát và

thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition).
Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập số liệu SCADA ngày càng gần gũi
hơn đối với các kỹ sƣ, kỹ thuật viên và sinh viên ngành Hệ thống điện và việc trang
bị chúng cho Hệ thống điện là hết sức cần thiết. Các hãng trên thế giới đã chế tạo,
lắp đặt nhiều mơ hình SCADA khác nhau đối với hệ thống điện, nhà máy điện, lƣới
điện hạ thế, công ty, ... để quản lý vận hành các sơ đồ lƣới cũng nhƣ các thiết bị kỹ
thuật số ngày càng đƣợc sử dụng nhiều.
1. Đặt vấn đề
Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, nguồn
điện cũng phải đáp ứng những địi hỏi về cơng suất và chất lƣợng. Vấn đề công suất
phát ra phải đƣợc đƣa đến và tận dụng một cách hiệu quả nhất, khơng để lãng phí
q nhiều, ảnh hƣởng đến kinh tế là một bài toán đang rất đƣợc quan tâm.
Nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp, phƣơng thức vận hành mới tiên tiến,
nâng cao hiệu quả vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, giảm tổn thất điện
năng trên lƣới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện đang là một trong những chỉ
tiêu thi đua quan trọng nhất trong Tập đoàn Điện lực Việt Nam.
Trƣớc những yêu cầu trên, ngoài việc mở rộng và phát triển nguồn điện thì
vấn đề nghiên cứu, đƣa ra các giải pháp vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả

1

Luan van


vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, giảm tổn
thất điện năng trên lƣới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện là một vấn đề cấp
bách hiện nay.
2. Mục đích và nhiệm vụ của luận văn
Với tính cấp thiết nêu trên, luận văn đi nghiên cứu và ứng dụng hệ thống
điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA vào lƣới điện phân phối 22 kV là

nhằm mở ra một phƣơng thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành,
giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, giảm tổn thất điện
năng trên lƣới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện.
Đồng thời luận văn cũng đi nghiên cứu phần mềm ePowerMan là công cụ để
hỗ trợ giám sát, truy xuất nhanh chóng, điều hành hoạt động của hệ thống lƣới điện
hiệu quả hơn.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giám sát khai thác dữ liệu online MIMIC
(Modified Intergration Microprocessor Intergration Communication) vào lƣới điện
phân phối 22 kV là nhằm mở ra một phƣơng thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao
hiệu quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, và
độ tin cậy cung cấp điện.
Nghiên cứu việc liên kết với board mạch giám sát MIMIC đƣa ra ngoài bảng
điện và phần mềm ePowerMan để hỗ trợ giám sát, truy xuất nhanh chóng, điều hành
hoạt động của hệ thống lƣới điện hiệu quả.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
4.1 Đối tƣợng
Nghiên cứu các giải pháp, phƣơng thức điều khiển giám sát và thu thập dữ
liệu các thiết bị trên lƣới điện phân phối, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm số nhân
viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, và độ tin cậy cung cấp điện.
4.2 Phạm vi
Lƣới điện phân phối, ứng dụng phần mềm ePowerMan và hệ thống điều khiển
giám sát khai thác dữ liệu là tổng hợp các giải pháp của điều khiển từ xa và giám sát

2

Luan van


hệ thống phân phối và truyền tải. Công nghệ phần mềm hệ thống MIMIC cũng có

thể sử dụng tốt nhƣ giao thức ngƣời - máy hệ thống tự động, nó cũng thích hợp với
việc hỗ trợ giám sát trạng thái tổng thể tình trạng vận hành lƣới điện và quản lý hoạt
động của thiết bị trên lƣới điện phân phối của Công ty Điện lực Bến Tre.
5. Điểm mới của luận văn
Xây dựng giải pháp, phƣơng thức điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
mới trên lƣới điện phân phối bằng bảng điện MIMIC kết hợp với phần mềm
ePowerMan để thu thập dữ liệu truyền tự động về Trung tâm từ các thiết bị điện tử
thông minh trên lƣới nhƣ: Recloser, LBS, tụ bù, điện kế điện tử,…
Sử dụng mạng cáp quang nội tỉnh của Công ty Điện lực Bến Tre để truyền
dẫn các thông số vận hành từ thiết bị điện bên ngoài nhƣ: Recloser, bộ điều khiển tụ
bù truyền về Phịng Điều Độ của Cơng ty Điện lực Bến Tre, để điều hành quản lý hệ
thống điện (HTĐ) hiệu quả.
6. Giá trị thực tiễn
Sử dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu vào lƣới điện phân
phối 22 kV là nhằm mở ra một phƣơng thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu
quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, giảm
tổn thất điện năng trên lƣới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện.
7. Bố cục của luận văn
Cấu trúc của luận văn gồm 4 chƣơng, cụ thể nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan.
Chƣơng 2: Cở sở lý thuyết.
Chƣơng 3: Ứng dụng hệ thống SCADA trên lƣới điện phân phối.
Chƣơng 4: Kết luậnvà Hƣớng phát triển.
Tài liệu tham khảo

3

Luan van

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Khái quát về SCADA
1.1.1 Tổng quan về SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): là một hệ thống điều
khiển giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con
ngƣời trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động
thơng thƣờng. Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ thống SCASA phải có
hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng nhƣ hệ giao diện ngƣời – máy (HMI –
Human Machine Interface).

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA
Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng
không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn ngƣời ta cũng cần giao

4

Luan van


diện ngƣời – máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều
khiển cục bộ. Vì lý do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận hành (OP
– Operator Panel), màn hình sờ (TP – Touch Panel), Multi Panel … chuyên dụng
đƣợc sử dụng nhiều và chiếm vai trò quan trọng hơn.
Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một hệ thống
mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và
truyền tải về khu trung tâm để xử lý. Trong các hệ thống nhƣ vậy thì hệ truyền
thông và phần cứng đƣợc đặt lên hàng đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn. Trong
những năm gần đây sự tiến bộ vƣợt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và

công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và giải pháp
mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn
công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống.
1.1.2 Chức năng và vai trò của SCADA
Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thƣờng đƣợc tổ chức theo nhiều cấp quản
lý. Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lƣờng, thu thập và điều khiển giám sát riêng lên từng
đối tƣợng cụ thể của hệ thống. Chính vì thế việc SCADA cho một hệ thống sản xuất
công nghiệp cũng đƣợc phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tuỳ vào quy mô của từng
cấp mà có những yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA là phải
thực hiện những dịch vụ sau:
- Thu thập số liệu từ xa (qua đƣờng truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và
tổ chức việc lƣu trữ trong nhiều loại cơ sở số liệu (số liệu về lịch sử sản xuất, về sự
kiện thao tác, về báo động…).
- Điều khiển và giám sát hệ sản xuất trên cở sở các dữ liệu đã thu thập đƣợc.
- Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài hệ (đọc/viết số
liệu PLC/RTU, trả lời các bản tin yêu cầu từ cấp trên về số liệu, về thao tác hệ).
- Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm theo
một phƣơng thức truyền thơng nào đó để tự động hoá việc quản lý giám sát, điều
khiển cho một đối tƣợng công nghiệp. Và ta nhận thấy rằng xu thế tự động hố là
một xu thế khơng thể tránh khỏi do vậy việc áp dụng bài toán SCADA là một việc

5

Luan van


làm tất yếu nếu chúng ta không muốn tụt hậu trong sản xuất. Vai trị của nó là rất rõ
ràng, SCADA giúp ta thu thập rất chính xác về hệ thống từ đó có thể đƣa ra các
quyết định đúng đắng về hệ, đồng thời ta cũng dễ dàng trong công tác điều khiển và
ra quyết định. Việc làm này sẽ giảm đáng kể việc chi phí về vấn đề nhân lực, về vận

hành điều này góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh
tranh.
1.1.3 Nguyên lý hoạt động của SCADA
1.1.3.1 Cơ chế thu thập dữ liệu
Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu đƣợc thực hiện trƣớc tiên ở quá
trình các RTU quét thơng tin có đƣợc từ các thiết bị chấp hành nối với chúng. Thời
gian để thực thi nhiệm vụ này đƣợc gọi là thời gian quét bên trong. Các máy chủ
quét các RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này.
Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó
cho phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành
thực thi nhiệm vụ.
1.1.3.2 Xử lý dữ liệu
Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA có thể là dạng liên tục (analog), dạng số
(digital) hay dạng xung (pulse)
Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao
diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thị toàn bộ hệ thống điều
khiển giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống. Tại một thời điểm, dữ liệu đƣợc
hiện thị dƣới dạng hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi
theo.
Trong trƣờng hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ
SCADA thƣờng hiện thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ
họa (GUI) dƣới dạng đồ thị.
Một ƣu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lí lỗi rất thành cơng khi hệ
thống xảy ra sự cố. Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong
các cách xử lí sau:

6

Luan van

Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có
dung lƣợng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ đƣợc sao lƣu vào
trong bộ nhớ của RTU. Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm
dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thƣờng.
Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều
đƣợc thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ nhƣ hệ thống truyền thơng hai
đƣờng truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ…do vậy, các bộ phận dự phòng này
sẽ đƣợc đƣa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có thể
cho mục đích bảo dƣỡng, sửa chữa, kiểm tra…).
1.1.3.3 Nguyên lý hoạt động
Khi các thiết bị đang vận hành vi phạm các giới hạn cho phép của các thông
số kỹ thuật hoặc bị sự cố, hệ thống tự động đƣa ra các tín hiệu cảnh báo dạng
chng, cịi; hiển thị nội dung sự kiện cảnh báo bằng những dòng lệnh theo màu sắc
và nhấp nháy, điều này giúp cho các kỹ sƣ điều hành hệ thống điện có những hành
động ứng xử kịp thời để đƣa các thiết bị trở lại trạng thái vận hành bình thƣờng
hoặc đƣa các thiết bị dự phòng vào hoạt động thay thế nhằm đảm bảo cho hệ thống
điện vẫn làm việc ở trạng thái ổn định và kinh tế. Tất cả các sự kiện xảy ra đối với
các thiết bị trên hệ thống điện, đối với các chế độ vận hành hệ thống điện đều đƣợc
lƣu trữ tự động theo trật tự thời gian, có độ chính xác đến từng mili giây(ms), có thể
truy xuất khi cần thiết dƣới dạng các bảng biểu, đồ thị giúp cho q trình xử lý và
phân tích sự cố đƣợc chính xác.
Hệ thống SCADA cho phép các kỹ sƣ điều hành có thể thực hiện các thao
tác, điều khiển các thiết bị từ xa nhƣ khởi động hay ngừng các tổ máy phát điện,
thay đổi công suất theo yêu cầu, đóng cắt các thiết bị, điều chỉnh nấc điện áp của
các máy biến áp… Khả năng này cho phép giảm bớt nhân lực, tiến tới có thể xố bỏ
chế độ ngƣời trực vận hành ở các trạm điện, các nhà máy. Các thiết bị làm việc
hoàn toàn tự động, đƣợc điều khiển từ xa từ các trung tâm điều độ. Từ thập kỷ 90
trở lại đây, các hệ thống tích hợp thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát đƣợc ứng
dụng và phát triển rộng rãi. Chức năng cơ bản của hệ thống SCADA tích hợp là nó

7

Luan van


đƣợc trang bị thêm nhiều phần mềm ứng dụng khác hỗ trợ trong việc tự động lấy
các dữ liệu thời gian thực của hệ thống, đƣa vào tính tốn và cho ra kết quả bằng
các lệnh điều khiển trực tiếp lên một phần thiết bị của hệ thống điện hoặc đƣa ra các
khuyến cáo cụ thể cho các kỹ sƣ điều hành thực hiện nhằm đảm bảo sự làm việc của
hệ thống điện đƣợc ổn định, an toàn và kinh tế nhất.
Các phần mềm ứng dụng thông thƣờng đi kèm là:
- Điều khiển phát điện tự động (AGC: Automatic Generation Control).
- Điều độ kinh tế (ED: Economic Dispatch).
- Phân tích chế độ đột biến (CA: Contingency Analysis).
- Đánh giá trạng thái (SE: State Estimation).
- Tính tốn trào lƣu cơng suất (DLF: Dispatch Load Flow).
- Tối ƣu hố trào lƣu cơng suất (OPF: Optimal Power Flow).
- Dự báo phụ tải (LF: Load Forecast).
- Lập kế hoạch vận hành (GP: Generation Planning).
1.2 Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA
Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ
thống công nghiệp bất kỳ. Đặc thù của HTĐ là quy mô của hệ thống sản xuất rất
lớn, trải trên một không gian rộng, bao gồm nhiều phần tử, thiết bị với các chức
năng, nguyên lý làm việc khác nhau. Do đó việc sử dụng một hệ thống điều khiển
trung tâm để đảm nhiệm tất cả các chức năng giám sát và điều khiển hết sức phức
tạp. Chính vì vậy, tùy theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng giám sát,
điều khiển mà các chức năng giám sát, điều khiển và thu thập số liệu đƣợc phân
phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau.

8

Luan van