đồ án kỹ thuật điện điện tử Nghiên cứu ứng dụng các chuẩn truyền thông công nghiệp trong ĐKGS Hệ Thống Điện

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
Điện năng được sản xuất, truyền tải, phân phối rộng khắp với nhiều
cấp điện áp từ cấp hạ áp, trung áp, cao áp, siêu cao áp và cực siêu cao áp với
số lượng thiết bị rất lớn. Sự phát triển một hệ thống thông tin trong hệ thống
điện là rất cần thiết. Những việc mà trước đây muốn thực hiện thì phải rất
phức tạp và mất nhiều công sức, cần đến sự làm việc của nhiều người thì với
sự phát triển của công nghệ thông tin nói chung và truyền thông trong hệ
thống điện nói riêng đã làm cho vấn đề được trở nên dễ dàng hơn rất nhiều.
Các thiết bị ở cấp dưới (chấp hành) được kết nối với cấp trên như máy tính
điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính
cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty. Chuẩn truyền thông là qui ước
chung cho việc ghép nối các thiết bị với nhau giúp cho việc giao tiếp được
trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn.
Ngoài các chuẩn thường dùng như RS-232, RS-485 thì trong hệ thống
điện còn dùng các chuẩn khác như IEC 60870, 61850….
Đề tài này nghiên cứu các chuẩn truyền thông công nghiệp trong điều khiển
giám sát hệ thống điện, mục đích là làm rõ khả năng ứng dụng của các chuẩn
truyền thông quốc tế, sự phù hợp và các ưu nhược điểm của chúng trong các
hệ điều khiển và giám sát hệ thống điện. Làm rõ thực trạng của các giải pháp
truyền thông trong hệ thống điện Việt Nam.
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU NHU CẦU TRUYỀN
THÔNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1 Mạng thông tin trong HTĐ
Sự phát triển hệ thống điện năng hiện đại nằm trong xu thế chung của
sự phát triển khoa học kỹ thuật và kinh tế, nhằm thỏa mãn đòi hỏi ngày càng
tăng của xã hội phản ánh những bước tiến vượt bậc của khoa học kỹ thuật,
đáp ứng nhiều nhu cầu đa dạng của cuộc sống.
Hệ thống điện Việt Nam cũng như của nhiều nước đang phát triển trên thế
giới đang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ. Có lợi thế là được áp dụng
những thành tựu công nghệ mới, tiên tiến nhất để xây dựng cũng như vận

hành bỏ qua những chi phí áp dụng cho việc nghiên cứu ứng dụng thử
nghiệm mà các nước phát triển đã trải qua.
Việc áp dụng truyền thông tin trong HTĐ đã giải quyết được các vấn
đề trong điều khiển, giám sát, thu thập số liệu …… tạo điều kiện thuận lợi
cho việc HTĐ có thể được mở rộng cũng như quản lý ngày một tốt hơn.
Để nghiên cứu hệ thống điều khiển trong HTĐ hiện đại ta chia thành các cấu
trúc đã tạo nên hệ thống đó là:
+ Cấu trúc mạng thông tin
+ Cấu trúc hệ thống bảo vệ, điều khiển, giám sát, quản lý
Thông tin là một trong những khái niệm quan trọng nhất trông KHKT
cũng giống như vật chất hay năng lượng.
Vật chất Vật chất
Năng lượng Năng lượng
Thông tin Thông tin
Hệ Thống
Kỹ Thuật
Việc biểu diễn thông tin phụ thuộc vào mục đích tính chất của ứng
dụng thông tin có thể được mô tả hay được số hóa bằng dữ liệu có thể được
lữu trữ và xử lý trên máy tính.
Mạng thông tin được hiểu như là một sự hòa nhập, giao tiếp trao đổi
dữ liệu giữa hai đối tượng với nhau hay của một đối tượng và một hệ thống
lớn. Với những thành tựu đạt được trong công nghệ thông tin khái niệm đối
tượng và hệ thống đã được mở rộng ra. Không giới hạn các đối tượng như
một phần tử, một thiết bị với một hệ thống lớn như một trạm điện, nhà máy
điện…….
Và có thể thực hiện trong một môi trường thông tin riêng (mạng cục
bộ) đang ngày càng được phổ biến, hoặc trong môi trường thông tin chung,
trong phạm vi một trạm biến áp …… thậm chí có tính chất toàn cầu bao
gồm cả khái niệm không gian thực và thời gian thực.
Việc áp dụng thông tin trong HTĐ trước đây được khai thác trong một

phạm vi hẹp như mạng điện thoại cục bộ của ngành, thực hiện chức năng
bảo vệ, điều khiển, cần sử dụng kênh thông tin cũng khá ít: bảo vệ cao tần,
bảo vệ cắt liên động, và bảo vệ so lệch dọc đường dây….
Những tiến bộ vượt bậc của công nghệ thông tin cuối thế kỷ 20, cộng
với những đòi hỏi ứng dụng ngày càng cao của người sử dụng làm cho nhu
cầu truyền thông trong HTĐ ngày càng mở rộng và đa dạng. Các đường điện
thoại viễn thông, cáp quang, kênh cao tần PLC, mạng sóng vô tuyến FM.
Những thành tựu đạt được (thông tin trong trạm, từ cấp trạm đến cấp điều độ
miền, trên cơ sở khai thác các ứng dụng SCADA, EMS, DSM, hoặc các ứng
dụng văn phòng như truy nhập lấy số liệu từ INTERNET,… phụ thuộc khả
năng khai thác của người dùng. Đã mở rộng phạm vi về không gian, và
phạm vi quản lý khi có ngày càng nhiều đối tượng tham gia vào mạng lưới
thông tin. Do vậy, một trong các yêu cầu chính đặt ra là phải có một cách
giao tiếp chung cho tất cả các đối tượng tham gia thông tin. Đó là phải có
một hệ thống thông tin chuẩn hóa và thống nhất.
IEC (international electrotechnical committee) và TC57 (technical
committee) đã được thành lập năm 1964 do đòi hỏi phải có một tiêu chuẩn
quốc tế trong lĩnh vực thông tin giữa các thiết bị và hệ thống trong lĩnh vực
thông tin điện lực: Telecontrol- điều khiển từ xa, Teleprotection- bảo vệ từ
xa, và các úng dụng của công nghệ thông tin trong hệ thống điện như giám
sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA), quản lý hệ thống năng
lượng(EMS), quản lý nhu cầu điện năng(DSM), tự động hệ thống phân
phối(DA),….
Các nhà chuyên môn của 22 nước thành viên đã thừa nhận rằng tính
cạnh tranh càng cao với số lượng các nhà sản xuất thiết bị ngày càng tăng.
Việc nối ghép giữa các thiết bị điều khiển để tích hợp thành hệ thống đòi hỏi
thiết bị và hệ thống phải có khả năng kết hợp với nhau, các ghép nối, các
giao thức và định dạng dữ liệu cần thiết phải tương thích để đáp ứng các
mục tiêu trên.
Viện công nghệ thông tin Bắc Mỹ (UCA

TM
) cũng hoạt động trong lĩnh
vực này và đã bổ sung các chuẩn nối ghép, chuẩn giao thức và dạng dữ liệu.
nó hoàn thiện những yêu cầu và IEC TC 57 đã chấp nhận chúng như là một
tập con của chuẩn IEC-61850 hiện đang phát triển.
Viện nghiên cứu điện lực (EPRI- Electric Power Research Institute)
đã đưa ra vấn đề này từ năm 1970 để phát triển công nghệ thông tin trong
ngành điện. Từ những năm 80, EPRI đã nhận thấy lợi ích khi thống nhất
phương pháp thông tin của tất cả các nhà sản xuất hiện tại. Họ đã thảo luận
để tạo điều kiện dễ dàng khi kết hợp một số lớn chủng loại thiết bị và hệ
thống, tư vấn cho các mục đích quản lý và điều khiển thông tin tới tất cả các
tổ chức làm việc trên cùng lĩnh vực. EPRI đã ủy quyền dự án cho UCA.
Nhiều chương trình dự án được tiến hành và hầu hết thiết bị bảo vệ,
IEDs (là các thiết bị thu thập thông tin, dữ liệu) được sản xuất theo tiêu
chuẩn của UCA đều tỏ ra rất có hiệu quả khi chúng nối mạng thông tin.
Một đòi hỏi cụ thể là thực hiện chuyển những thông báo nhanh giữa
các IEDs với đơn vị thời gian (ms) khi phát hiện có sự cố trong hệ thống
điện vì nó liên quan đến tính điều khiển tức thời (tính tác động nhanh) trong
hệ thống truyền dữ liệu. Do vậy, mạng LAN đã được sử dụng trong trạm
điện thay cho một khối lượng đấu dây lớn giữa các IEDs và các thiết bị sơ
cấp.
Một đặc điểm khác khi áp dụng quản lý theo các lớp thông tin nhằm
đáp ứng những yêu cầu rong hơn cho điều khiển trạm.
Trong đó, những lớp thấp hơn của hệ thống các dự án khảo sát đã đề xuất rất
nhiều giải pháp Bus công nghiệp, như công nghệ LAN văn phòng với các
lớp giao thức ETHENET và INTERNET.
Giữa năm 1996, sau quá trình nghiên cứu chi tiết được tiến hành dưới
sự đỡ đầu của EPRI và lần đầu tiên công bố việc phân chọn ra những lớp cụ
thể và tạo ra những luận chứng có tính hệ thống.
Dự án này đã xác định ra những chuẩn để các hệ độc lập và cạnh tranh

như những thế hệ Rơ Le, đồng hồ đo lường, điều khiển, giao tiếp với người
sử dụng và các hệ IEDs khác nhau có thể liên kết thông tin khi sử dụng
mạng LAN cho tất cả các hoạt động điều khiển.
Với sự liên tục hỗ trợ của EPRI, đã có một bảng danh sách dài của
Relay, Metter, IEDs của các nhà sản xuất tuân thủ theo tiêu chuẩn sản phẩm
UCA. Cũng nhắc lại rằng các nhà sản xuất đã nhận thức ra tầm quan trọng
của việc liên kết và thống nhất trong thông tin, nhưng sản phẩm và thiết kế
của từng nhà sản xuất vẫn mang đặc thù riêng, đó chính là cốt lõi của tính
cạnh tranh.
Đề cập lại tiêu chuẩn IEC 61870-5 do yêu cầu của người dùng những
năm 80, IEC của Châu Âu đã tạo ra bộ chuẩn thông tin IEC 60870-5
Năm 1995, IEC đưa ra một dự án mới, dùng 61850 để xác định thế hệ tương
lai của thông tin trong bảo vệ và điều khiển trạm tốc độ cao. Mục tiêu chính
cũng giống như EPRI là sẽ có nhiều nhà cấp hàng và cùng các tiện ích trong
ứng dụng để xác định một cơ sở hạ tầng thông tin trong điều khiển và giám
sát trạm điện. Thế hệ chuẩn này sẽ đảm bảo tính mở khi kết hợp được nhiều
thế hệ IEDs của nhiều nhà sản xuất, tránh xây dựng những hệ thống đóng
trọn gói không tương thích. Tổ chức dự án IEC với nhiệm vụ tạo ra bộ chuẩn
thông tin, tập trung dưới TC57, Teleprotection và Power System Control.
Các tổ công tác của nó bao gồm (WG- Working Group) 10,11,12 đã được
trao từng phần nhiệm vụ của IEC 61850 như:
WG10 – Trong lĩnh vực chức năng, cấu trúc thông tin và các yêu cầu chung.
WG11 – Trong lĩnh vực thông tin trong và giữa các khối (Unit) và mức trạm
(Substation Levels).
WG12 – Trong lĩnh vực thông tin trong và giữa Xử lý (Process) và các mức
khối (Unit Levels).
Đến năm 1996, cả hai nhóm EPRI UCA2.0 và IEC61850 đều làm việc trên
các chuẩn của mình để đánh địa chỉ và kết nối IEDs trong ứng dụng tự động
điều khiển trạm.
Tháng 10/1997, Edinburgh TC 57 WG10-12 đã nhóm họp lại đưa ra

thỏa thuận chỉ phát triển một bộ chuẩn cho tự động trạm và thông tin để tiến
tới hợp nhất Bắc Mỹ và Châu Âu. Một phương án khả thi nhất là xây dựng
và hoàn thiện theo tiêu chuẩn UCA, dĩ nhiên 61850 chiếm phần lớn
(Superset) của UCA và sẽ được tiếp tục viết, cải tiến và trao đổi để tạo ra
một bộ chuẩn có phương hướng và tham số bao quát được UCA và Châu
Âu.
Khả năng thu thập dữ liệu và điều khiển trong cấu trúc của thông tin
có thể tạo được từ mỗi IED trong trạm điện. Phát triển công nghệ thông tin
đang mang lại hiệu quả to lớn về khả năng, quy mô và giá thành. Các sản
phẩm đã được đưa vào và đang được cải tiến tạo ra mạng LANs trong trạm
điện.
Một chú ý quan trọng, chuẩn đang dựa vào công nghệ IT có tính
thương mại văn phòng, mà giữa văn phòng và trạm điện hay hệ thống điện
có khá nhiều điểm khác nhau. Môi trường IT văn phòng hỗ trợ ít dữ liệu
SERVER và nhiều dữ liệu CLIENT với ít hoặc không có thông tin kiểu
PEER to PEER. Một trạm LAN đòi hỏi rất nhiều đấu nối PEER to PEER và
được hỗ trợ rất nhiều từ dữ liệu trạm chủ và một ít dữ liệu trạm tớ. Thêm vào
đó môi trường làm việc trong trạm điện đòi hỏi những thành phần ở các mức
độ cao nhất và thiết bị phải có khả năng mạnh. Như vậy công việc vẫn là tiếp
tục nâng cao công nghệ thông tin (IT) văn phòng theo tính bảo vệ, tính quyết
định, độ tin cậy, và tính duy trì sử dụng trong trạm điện.
2.2 Liên kết thông tin giữa các IED
Khả năng thu thập dữ liệu và điều khiển trong cấu trúc của thông tin
có thể tạo được từ mỗi IED trong trạm điện. Do vậy đòi hỏi việc chuyển các
thông báo nhanh giữa các IEDs để đảm bảo các yêu cầu trong giám sát, điều
khiển và thu thập dữ liệu.
Khái niệm các dạng liên kết:
Liên kết là mối quan hệ vật lý hoặc logic giữa 2 hoặc nhiều đối tác
truyền thông. Có các loại liên kết: điểm- điểm, điểm với nhiều điểm, hoặc
liên kết nhiều điểm

Topology – cấu trúc liên kết của mạng, nói cách khác chính là tổng hợp các
liên kết. Topology có thể hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của
mạng, nhưng cũng có thể là cách sắp xếp logic của các nút mạng, và mối
liên kết giữa các nút mạng. Cấu trúc mạng thông tin trong hệ thống điện có
thể được chia ra 3 loại cơ bản:
- Star Topology – mạng liên kết hình sao
- Bus Topology – mạng liên kết BUS
- Ring Topology – mạng liên kết vòng
Mạng cấu trúc liên kết hình sao: Được thiết kế trợ giúp cho những hệ
thống có nhiều loại IEDs. Những rơle có khả năng thông tin tốc độ chậm lắp
đặt cùng với những rơle hiện đại có tốc độ nhanh hơn. Trong mạng hình sao,
thiết bị có xuất xứ từ nhiều nhà sản xuất với các protocol khác nhau có thể
cùng nối trực tiếp tới bộ xử lý trung tâm. Tính mở ở đây được thể hiện khi
mạng có khả năng giao tiếp giữa phần cứng và phầm mềm của nhiều hãng
sản xuất với nhiều giao thức (protocols), nhiều tỉ số truyền (baud rate), và
nhiều hình thức giao tiếp mạng. Thế hệ rơ le số có cổng giao tiếp đơn giản
thường được dùng là loại cổng nối tiếp EIA -232.
Mạng cấu trúc liên kết nhiều điểm: Đây là mạng liên kết BUS và vòng
với nhiều điểm, trong đó các thiết bị được nối theo luật truyền và nhận thống
nhất, như minh họa các hình vẽ ở dưới đây. Đặc điểm của hai liên kết này là
trong một khoảng thời gian nào đó chỉ có một thết bị liên lạc. Trong mạng
cấu trúc này mỗi trạm, mỗi thiết bị, hoặc rơle trong mạng phải được đánh địa
chỉ và sẽ sử dụng cổng song song EIA - 485. Ngoài cổng EIA-232 cũng có
thể biến đổi sang EIA-485 khi được sử dụng cho một số mạng liên kết nhiều
điểm đặc biệt.
Mạng cấu trúc BUS:
Hình 2.1: Mạng cấu trúc BUS
Tất cả các thiết bị trong mạng đều được nối trực tiếp với một đường
dẫn chung. Như vậy, đặc điểm cơ bản của cấu trúc này là việc sử dụng
chung một đường dây duy nhất cho tất cả các thiết bị trong trạm (hoặc

mạng) vì thế tiết kiệm được cáp dẫn và công lắp đặt. Nếu một trạm hay phần
tử, rơle không làm việc (hư hỏng, mất nguồn) gây ảnh hưởng đến các phần
tử còn lại.
Mạng cấu trúc mạch vòng (tích cực)
- Mỗi nút đồng thời là một bộ khuếch đại, do vậy khi thiết kế mạng
theo
kiến trúc này có thể thực hiện với khoảng cách và số lượng trạm lớn.
- Mỗi trạm có khả năng vừa nhận và phát tín hiệu cùng một lúc. Vì mỗi
thành viên ngăn cách mạch vòng làm hai phần và tín hiệu chỉ truyền theo
một chiều nên biện pháp tránh xung đột tín hiệu thực hiện đơn giản hơn.
- Cấu trúc mạch vòng thực chất thực hiện dựa trên cơ sở điểm- điểm
thích hợp cho việc phát triển ứng dụng các phương tiện truyền thông hiện
đại như cáp quang, hồng ngoại……
- Việc gán địa chỉ cho các thành viên trong mạng cũng có thể do một
trạm chủ thực hiện hoàn toàn tự động, căn cứ vào thứ tựu sắp xếp vật lý của
các trạm trong mạch vòng.
- Một ưu điểm là khả năng xác định vị trí xảy ra sự cố (trong mạng
thông tin) như đứt dây, mất nguồn… Tuy nhiên để có độ tin cậy cao thì
mạng này cần phải được thiết kế với một đường dây dự phòng.
Mạng cấu trúc hỗn hợp (Hybrid network): Trong mạng bao gồm
các hình thức kết nối trên, với phạm vi là mạng xử lý thông tin thực tế trong
trạm biến áp, hoặc hệ thống lớn hơn. Nó sẽ thực hiện được nhiều tác vụ như
điều khiển, hiển thị, tự động, bảo vệ, phân tích, kiểm tra, bảo dưỡng, trong
hệ thống điện. Cho phép các ứng dụng khai thác, truy nhập dữ liệu theo một
cách đơn giản, thống nhất.
.Hỗ trợ truy nhập dữ liệu theo cơ chế hỏi tuần tự(polling) hoặc theo sự
kiện (event-driven).
.được tối ưu cho việc sử dụng trong mạng công nghiệp.
.Kiến trúc không phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị.
.Linh hoạt và hiệu suất cao.

.Sử dụng được từ hầu hết các công cụ phần mềm SCADA thông dụng, hoặc
bằng một ngôn ngữ bậc cao(C++, Visual Basic, Delpdhi….)
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG SCADA VÀ
CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN
Nội dung chính của chương là làm rõ chức năng và tính năng của hệ
thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu trong hệ thống điện, việc giao
tiếp giữa các thiết bị thu thập thông tin với trung tâm điều khiển. Giới thiệu
các hệ thống cấp cao hơn như EMS, DMS, BMS.
3.1 Tổng quan
Phát triển hệ thống điện gồm có 4 giai đoạn chính: SCADA, EMS,
DMS, BMS.
SCADA: (Supervisory control and data acquisition) thu thập và hiển thị các
dữ liệu.
SCADA được phát triển từ thế hệ điện cơ đến điện tử tương tự rồi kỹ
thuật số. Thông tin dữ liệu từ các phần tử được thu thập qua RTU rồi thông
qua mạng thông tin đến trung tâm điều độ hệ thống điện.
Theo mức độ chi tiết thông tin có thể khác nhau:
- Dữ liệu vận hành: Điện áp các nút chính; dòng điện trên các phần tử
chính, công suất tác dụng, phản kháng, tần số.
- Trạng thái thiết bị: Máy cắt, dao cách ly, tiếp địa, đường dây, thiết bị
điều chỉnh và điều khiển.
- Lý lịch của từng thiết bị trong hệ thống điện: Ngày đưa vào vận hành,
lịch đại tu, sửa chữa, lần sửa chữa cuối cùng…
Nhân viên điều hành: Trực tiếp theo dõi và đưa ra các dữ liệu cần xử lý
vào hệ thống máy tính và từ đó theo kết quả nhận được nhân viên điều hành
trực tiếp ra lệnh điều khiển.
Thế giới: Từ năm 1960 phát triển hệ thống SCADA kỹ thuật số
Việt Nam: Từ năm 1980.
MONITOR
KEYBOARD

MOUSE
P.PRINTER
PROCETT3
HP486
HPRC33
SER.PRINTER
SWITCHES
V24
CLOCK
HUB
MUX1 MUX2 MUX3 MUX4 MUX5 MUX6
ITE
1
ITE
2
ITE
3
ITE
4
ITE
5
ITE
6
ITE
7
ITE
8
ITE
9
ITE

10
ITE
11
ITE
12
ITE
13
ITE
14
ITE
15
MODEMS
RTU
1
RTU
2
RTU
3
RTU
15
UGESL MIMIC
BOARD
PROCETT1
HP486
HPRC33
MONITOR
KEYBOARD
MOUSE
P.PRINTER
LAN LAN

PROCETT2
HP486
HPRC33
MONITOR
KEYBOARD
MOUSE
P.PRINTER
1200
4800
1200
3*4800
1200b/s
1200
1200
3
4
5
31 2 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
1 6 2 4 5
*
*
123 4 5 683 9 A BCD E F
Hình3.1: Hệ SCADA trung tâm điều độ Hệ Thống Điện
RTU: Các thiết bị thu thập số liệu là thiết bị đo xa đặt tại các trạm
220kV, 500kV và các nhà máy điện.
ITE: Nối với 15 RTU qua MODEMS, là vi điều khiển
Hệ thống máy chủ trung tâm Procett 1,2,3 làm nhiệm vụ thu thập số liệu
của toàn bộ các RTU, xử lý thông tin và sau đó ra lệnh điều khiển tương
ứng các trạm và các nhà máy.
EMS: (Energy Management System) Hệ thống điều hành quá trình năng

lượng.
Các thông tin thu thập được truyền trực tiếp vào hệ thống máy tính điều
khiển. Hệ thống máy tính được trang bị các chu trình chuyên dùng để giải
quyết hai bài toán chính: Bài toán giải tích lưới điện và bài toán tối ưu hóa
các chế độ làm việc.
3.1.1 Bài toán giải tích lưới điện
Tính phân bố ( trào lưu ) công suất trên lưới → điện áp các nút, tổn thất
công suất tác dụng, phản kháng, tổn thất điện năng…….
Tính toán ngắn mạch → cập nhật trong quá trình phát triển và thay đổi cấu
hình hệ thống điện.
Tính dòng và áp trên các phần tử, nút chủ yếu của hệ thống điện và kiểm tra
khả năng chịu được dòng ngắn mạch của thiết bị và các phần tử trong hệ
thống điện → đề xuất nhu cầu thay thế.
Tính ổn định của hệ thống điện: Xác định giới hạn → độ dự trữ về ổn định
→ đề xuất các giải pháp để năng cao ổn định cho hệ thống điện.
3.1.2 Tối ưu hóa chế độ vận hành
- Chế độ phát và phân bố công suất giữa các tổ máy (NMĐ) trong hệ thống
điện → phương thức huy động nguồn.
Dự báo phụ tải (Ngắn hạn, trung hạn)
. Ngắn hạn: 15 phút, giờ, ngày, tuần → phục vụ điều hành trong thời gian
thực.
. Trung hạn: Tháng, quý, năm → phục vụ cho các kế hoạch chuẩn bị nhiên
liệu, kế hoạch sửa chữa đại tu thiết bị → dự báo kết hợp thông tin về thời tiết
khí hậu, thị trường
- V/h tối ưu lưới điện. Min (Loss)
Tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất, tổn thất điện năng nhỏ nhất
Min(cost) → Độ tin cậy: Thiết hụt điện năng do lưới điện kém tin cậy
- Chỉ tiêu chất lượng điện năng
Thế giới → cuối thế kỷ 20 hoàn tất EMS
EMS bao gồm: Thu nhận thông tin, tính toán, ra quyết định → trực tiếp điều

khiển thiết bị ( đối tượng) trong hệ thống điện. Tất cả 4 quá trình trên do
máy tính điều khiển.
Nhân viên điều hành có nhiệm vụ theo dõi, giám sát và chỉ can thiệp khi cần
thiết.
EMS → tương thích giữa hệ điều hành ↔ hệ thực hiện.
Phần cứng: Các thiết bị được chuẩn hóa.
Phần mềm: phải có tiếng nói chung trong hệ thống điều khiển.
DMS: (Distribution Management System) hệ thống phân phối và quản lý
năng lượng.
- Chất lượng điện năng: Điện áp, tổn thất điện áp, tổn thất công suất tác
dụng, bù, độ tin cậy cung cấp điện….
- Chỉ tiêu kinh tế → quản lý vận hành
- Quan hệ với khách hàng
……………………………………………
Quá trình quản lý dữ liệu phân tán.
Dữ liệu hệ thống điện: Nhiều lĩnh vực ít liên quan nhau
- Khảo sát: Địa chất, khí tượng, thủy văn
- Thiết kế: Tiêu chuẩn, định mức, thông số, tính năng…
- Xây dựng…
- Vận hành…
- DMS → quản lý nhu cầu
BMS: (Business Management System) hệ thống quản lý kinh doanh
Quản lý sản xuất kinh doanh
Các yêu cầu chung đối với RTU được nêu ra trong mục này
RTU sẽ liên lạc với trạm chủ (NRLDC) bằng giao thức IEC60 870-5-101.
Khả năng ghi nhận chuỗi sự kiện (SOE) sẽ được thực hiện trong RTU. RTU
sẽ liên lạc với hệ thống SCADA/EMS thông qua một tổ hợp các đường
thông tin tải ba (PLC), viba (MW) và cáp quang (FO). RTU sử dụng bộ vi
xử lý 32 bít như một thiết bị logic cơ sở, cung cấp các giao diện với kênh
thông tin và cung cấp một giao diện điện theo đúng chuẩn công nghiệp với

các thiết bị điện tại trạm. Chương trình trong RTU sẽ được lưu vĩnh cửu
trong bộ nhớ Flash-RAM. Các chương trình này không đòi hỏi phải nạp lại
do sự cố mất điện. Có khả năng thay đổi firmware khi nâng cấp hoặc thay
đổi giao thức bằng cách nạp giao thức mới hoặc sửa lại firmware. Để cho
phép cấu hình đường truyền mở rộng trong tương lai, RTU phải có địa chỉ
phần cứng có thể chọn lựa trong dải từ 1 đến 255. RTU được thiết kế theo
các tiêu chuẩn IEC, nếu không thì sẽ được chỉ ra trong đặc tính kỹ thuật.
Ngoài tiêu chuẩn IEC, thiết bị RTU sẽ phải đáp ứng các tiêu chuẩn khác như
IEEE, ANSI, NEMA. Các đầu vào và đầu ra RTU bao gồm các đường thông
tin và đường cấp nguồn sẽ được cung cấp với sự bảo vệ đáp ứng được hoặc
vượt quá các yêu cầu kiểm tra thí nghiệm đã được xác định đối với thiết bị
loại II và B, như đã đưa ra trong tiêu chuẩn IEC-255-4. RTU sẽ được trang
bị một hệ thống cấp nguồn. Hệ thống này lấy nguồn từ ắc qui 48VDC tại
trạm cung cấp chung cho thiết bị thông tin và SCADA.
3.2 Thiết bị xử lý
RTU sẽ dựa trên cơ sở thiết bị xử lý. Bộ xử lý của RTU nhận các lệnh
nhận được từ trạm chủ, thực hiện công việc nhận diện địa chỉ, chuẩn bị các
thông điệp trả lời đúng với các thông điệp lệnh đã nhận được và gửi các
thông điệp này đến trạm chủ. Bộ xử lý thực hiện việc thu thập dữ liệu và tiến
hành thực hiện các yêu cầu điều khiển.
Bộ xử lý sẽ đồng thời gửi thông tin chuẩn đoán trong cấu trúc thông
điệp, máy tính tại trạm chủ sẽ giám sát cấu trúc thông điệp này. Khi RTU
thực hiện thao tác khởi động vì bất kỳ lý do gì kể cả hỏng hóc về nguồn điện
thì một cờ hiệu sẽ được đặt ra.
Việc tắt RTU để bảo dưỡng sẽ được xem như là mất điện.
Tất cả dữ liệu cấu hình của RTU có thể tải xuống từ trạm chủ. Mọi dữ liệu
cần thiết đối với RTU sẽ được đưa vào cơ sở dữ liệu của trạm chủ thông qua
các công cụ công nghệ dữ liệu thông thường.
3.3 Giao diện kết nối
Việc kết nối giữa các thiết bị thu thập dữ liệu với trung tâm điều khiển,

với các thiết bị điện tử thông tin, cấu tạo các đầu vào đầu ra và các yêu cầu
của RTU được trình bày dưới đây.
3.3.1 Kết nối với trung tâm điều khiển
RTU sẽ cung cấp một modem bên ngoài và các giao diện dành cho dữ
liệu thông tin tốc độ từ 1200bps. Modem đồng bộ hoặc với RS232, RS422
hoặc giao diện trực tiếp TTL. Thời gian quay vòng thông điệp yêu cầu gửi,
làm rõ khi gửi không vượt quá 12ms. Modem được lắp đặt trong tủ RTU và
được cấp nguồn từ bộ sạc ắc qui 48VDC bằng một áp tô mát riêng biệt với
nguồn của RTU.
Modem làm việc theo chế độ thuê bao. Đường thuê bao là loại 4 dây, có
một cặp truyền và một cặp nhận. Modem tại trạm được chỉ định như là một
modem hồi đáp hoặc một Modem tớ trong lúc Modem tại NRLDC được chỉ
định như là một Modem chủ
Hoặc Modem nguồn.
Hai kiểu giao thức được sử dụng để thực hiện việc thông tin giữa hai
Modem: Sửa lỗi (MNP4 hoặc V42), nén dữ liệu (MNP5 hoặc V42 bis).
RTU có hai cổng thông tin và cả hai cổng sẽ hỗ trợ giao thức IEC60 870-
5-101. Ngoài ra, RTU sẽ có một cổng nối tiếp RS-232 dùng cho mục đích
duy trì bảo dưỡng.
3.3.2 Kết nối với trung thiết bị IEDs
RTU có khả năng hỗ trợ cổng giao tiếp kết nối với thiết bị điện tử thông
tin như bộ đo đếm điện năng, rơ le, các bộ đồng hồ đa năng thông qua các
giao thức truyền tin IEC60870-5-103, Modbus, IEC61850.
3.3.3 Đầu vào/ Đầu ra
Nhà thầu sẽ cung cấp tất cả phần cứng cần thiết đáp ứng các yêu cầu ban
đầu, bao gồm các rơ le đầu ra, các card trạng thái (digital), card tương tự
(analog), và các card tích lũy xung. RTU được chừa ra một khoảng không
gian đủ để dành cho giá và đế và để hỗ trợ cho các yêu cầu mở rộng tối đa.
Các RTU sẽ được đấu nối trước đối với các cấu hình cơ sở và các điểm trong
tương lai không được cấp từ đầu có thể thực hiện được một cách đơn giản

chỉ bằng cách đơn thuần bổ sung các card và các đầu cuối.
Các phương tiện xử lý vào/ ra chứa trong RTU sẽ bao gồm:
1. Đầu vào analog
2. Đầu vào số- trạng thái
3. Đầu vào số- Bộ tích lũy xung
4. Đầu vào số- SOE
5. Đầu vào số - điều khiển thiết bị trạng thái
6. Đầu vào số - jog control
7. Chuyển mạch tại chỗ/ từ xa
8. Các cổng vào/ ra nối tiếp
9. RTU bao gồm các thiết bị chuyển đổi từ tương tự sang số cần thiết để
đáp ứng tốc độ chuyển đổi tương tự cần thiết thỏa mãn các yêu cầu quét của
trạm chủ.
10.Bộ chuyển đổi tương tự - số phải có độ phân giải tín hiệu số tối thiểu
+11 bit cộng dấu. Dải dòng điện đầu vào là ± 20mA, mức mở rộng là 5%
dung lượng dải. Độ chính xác sẽ là 0,1% trên toàn dải. Đầu vào đối với hệ
thống chuyển từ analog sang số có các đặc tính loại trừ tạp âm ở chế độ bình
thường tối thiểu 100dB từ 0 đến 50Hz. Sự loại trừ tạp âm ở chế độ bình
thường tối thiểu là 60dB ở tần số 50Hz. Toàn bộ các đặc tính loại trừ và
dung sai độ chính xác sẽ bao gồm tất cả những ảnh hưởng của các bộ biến
trở, bộ khuếch đại, và các thiết bị chuyển đổi tín hiệu được sử dụng giữa giá
trị tại các đầu cuối đầu vào và giá trị được chuyển đổi cuối cùng.
11. Các kỹ thuật chuyển đổi dữ liệu và thiết bị biến đổi được sử dụng sẽ
không làm giảm sự chính xác và các đặc tính miễn giảm tạp âm. Bộ khuếch
đại đầu vào của thiết bị chuyển đổi tương tự - số sẽ được bảo vệ để chống lại
những thay đổi liên tục của sự tăng vọt điện cảm biến. Sự miễn giảm tạp âm
về điện phải đáp ứng hoặc vượt quá các yêu cầu sau:
- Sự chịu đựng ứng suất về điện ( theo tiêu chuẩn IEC 255-4): Tối đa
5kV, 1.2/50s
- Điện áp quá độ( theo tiêu chuẩn IEC 801-4): 2kV

- Nhiễu cao tần( theo tiêu chuẩn IEC 255-22-1): Đầu vào 2.5 kV đối với
vở, 1kV qua đầu vào
- Điện áp tĩnh điện( theo tiêu chuẩn IEC 801-2): 15kV
- Nhạy cảm với RFI( theo tiêu chuẩn IEC801-3): 10v/mét, 50kHz đến
1000kHz
12.Bộ chuyển đổi tương tự - số điện áp 12V là loại mạch tích hợp cao cấp
kiểu số. Mỗi board có một thiết bị xử lý có nhiệm vụ giám sát các chức năng
của board. Cờ hiển thị chất lượng sẽ được chuyển đến trạm chủ đối với mỗi
kênh được đấu nối vào board.
Các yêu cầu đối với đầu vào số
Tất cả các mạch đầu vào của các module đầu vào số sẽ được cách ly về
điện với tín hiệu bên ngoài. Các kỹ thuật cách ly kiểu quang học sẽ được sử
dụng thông qua RTU để bảo vệ mạch đầu vào số. Mỗi mạch đầu vào sẽ bao
gồm một chỉ báo LED hiển thị trạng thái của các công tắc đầu vào. Mỗi chỉ
báo sẽ được bố trí gần chỗ đấu dây của đầu vào tương ứng.
Điện áp điều khiển vào đến các công tắc phụ của máy cắt và các thiết bị
khác sẽ được cấp nguồn từ nguồn điện áp cách ly của RTU. Điện áp làm
việc của RTU sẽ là 48Vdc. Việc bảo vệ mạch điện để hạn chế khả năng bị
ảnh hưởng bởi tác hại trầm trọng do ngắn mạch gây ra trên các công tắc thiết
bị và trên các mạch đầu vào sẽ được bao gồm trong RTU.
Có hai loại điểm trạng thái sẽ được hỗ trợ:
1. Điểm trạng thái 2 bít
2. Điểm trạng thái 1 bít
RTU phải có khả năng phát hiện và thông báo về trạm chủ rằng có hai hoặc
nhiều thay đổi trạng thái đã diễn ra trong thời gian lấy mẫu cuối cùng không
liên quan đến trạng thái hện tại của thiết bị . Các ví dụ về những chuỗi thay
đổi trạng thái phải được bao gồm liên quan:
1. Đóng, cắt – đóng
2. Cắt, đóng – cắt
3. Đóng, cắt – đóng – cắt

4. Cắt, đóng – cắt – đóng
Đầu vào số trạng thái hai bít
Các đầu vào trạng thái hai bít sẽ được sử dụng để giám sát trạng thái thiết
bị. Các đầu vào trạng thái sẽ được lọc một cách phù hợp để việc chỉ báo hiện
tại thực luôn được truy xuất theo yêu cầu. Trạng thái của những thiết bị đó
sẽ sẵn sàng hữu dụng thông qua việc sử dụng một cặp công tắc dưới dạng
của một công tắc a và b. Các công tắc này hoạt động như sau:
Trạng thái aa” bb”
Đóng Mở Đóng
Mở Đóng Mở
Đang di chuyển Mở Mở
Lỗi Đóng Đóng
Đối với các thiết bị di chuyển nhanh, có hai công tắc mở trong một
khoảng thời gian ngắn thể hiện có sự hỏng hóc về thiết bị. Đối với thiết bị di
chuyển chậm, trạng thái đang di chuyển là trạng thái có giá trị. Trạm chủ sẽ
phân biệt sự khác nhau giữa hai loại thiết bị này.
Đầu vào số - trạng thai 1 bít
Các đầu vào trạng thái một bít sẽ được sử dụng để giám sát trạng thái
của các thiết bị khác và những cảnh báo. Tuy nhiên, chỉ có một công tắc
được sử dụng đối với đầu vào trạng thái.
Đầu vào số - các yêu cầu tích lũy xung
Xung từ các công tắc của đồng hồ sản lượng sẽ được xử lý để lưu trữ
dưới dạng số các xung đã được tích lũy giữa các giai đoạn thu thập tiêu
chuẩn. Đầu vào các bộ tích lũy sẽ được đóng một cách có chọn lựa, công tắc
2 dây hoặc 3 dây đi ra từ thiết bị của chủ đầu tư – một vòng 2 nhịp.
Các bộ tích lũy sẽ được cung cấp với dung lượng đăng ký 16 bit. Vận tốc tối
đa xung đầu vào sẽ là 10 nhịp trên giây. Các kỹ thuật lọc và các kỹ thuật
khác sẽ được thực hiện để tránh các nhịp sai do nhảy công tắc đầu vào.
RTU sẽ hồi đáp lệnh đóng băng từ trạm chủ. Khi nhận lệnh này, các bộ tích
lũy sẽ chuyển nội dung vào trong thanh ghi và tiếp tục tích lũy các xung đo

mà không cài đặt lại. Dữ liệu được lưu trữ trong các thanh ghi sẽ được giữ
lại để chuyển vào máy tính. Các yêu cầu đọc sẽ không cài đặt lại thanh ghi.
Khả năng phát và nhận tín hiệu đóng băng bên ngoài thông qua đầu ra điều
khiển và đầu vào trạng thái tương ứng sẽ được cung cấp.
Các bộ tích lũy xung sẽ cuốn từ nhịp tối đa đến 0 và tiếp tục đếm.
Trạm chủ sẽ tính vòng tròn của nhịp.
Đầu vào số - chuỗi sự kiện SOE
RTU được thiết kế và cấu hình hỗ trợ cho SOE
RTU có một đồng hồ bên trong có khả năng duy trì độ chính xác của thời
gian lên đến ±1 micro giây trong khoảng thời gian 15 phút. Đồng hồ của
RTU được cài đặt định kỳ thông qua nguồn đồng bộ thời gian bên ngoài sau
đây, như mã thời gian nhận được từ trạm chủ.
RTU cho phép SOE được kích hoạt và loại bỏ kích hoạt trên cơ sở RTU sử
dụng thông điệp lệnh.
RTU có bộ đệm để lưu trữ các đầu vào SOE. Kích cỡ bộ đệm tối thiểu
tương đương số các điểm SOE có thể có trong RTU nhưng không ít hơn con
số 256 sự kiện. RTU sẽ đặt một cờ hiệu trong thông điệp hồi đáp của bất kỳ
một thông tin nào từ trạm chủ chỉ báo có dữ liệu SOE. Trạm chủ sau đó yêu
cầu dữ liệu SOE . Dữ liệu SOE sẽ không bị hủy bỏ trừ phi được hủy bỏ trực
tiếp từ trạm chủ. Dữ liệu SOE, nếu không được hủy bỏ một cách đặc biệt sẽ
được ghi đè lên khi bộ đệm đầy những dữ liệu cũ nhất đang được ghi đè.
RTU có khả năng tải lại tất cả dữ liệu SOE hiện có trong bộ nhớ nếu cần.
Tất cả đầu vào sẽ là những tiếp điểm do chủ đầu tư cung cấp và có thể ao
gồm một số đầu vào không được quét như là một phần của sự quét trạng thái
thông thường ( một số điểm chỉ là những điểm trạng thái, một số điểm là
SOE, và một số điểm vừa là trạng thái vừa là SOE.
3.3.4 Đầu ra số
Đầu ra số - điều khiển thiết bị hai trạng thái
RTU có khả năng đưa ra những điều khiển giám sát hai trạng thái. RTU
được thiết kế sao cho chỉ một đầu ra được kích hoạt tại một thời điểm.

Phương pháp chọn lựa trước khi thao tác được sử dụng. Thời gian tối đa
RTU chờ đợi giữa nhận một lệnh chọn lựa điều khiển và lệnh kích hoạt sẽ là
0,1 và 5 giây trong sự gia tăng 0,1 giây. Nếu lệnh kích hoạt không nhận
được trong khoảng thời gian cài đặt sẵn, thì thao tác sẽ phải kết thúc. Việc
cài đặt tại xưởng sẽ là 1 giây.
RTU sẽ cung cấp nguồn để vận hành các rơ le đầu ra có công suất
thấp; các rơ le đầu ra được sử dụng để vận hành các rơ le trung gian bên
ngoài do chủ đầu tư cung cấp, các rơ le này được cấp điện từ nguồn 48
VDC. Sự an toàn cho đầu ra số sẽ đáp ứng các yêu cầu như đã nêu trong
thông số.
Rơ le đầu ra điều khiển được yêu cầu cho mỗi hướng điều khiển đối
với một thiết bị. Mỗi rơ le đầu ra như vậy sẽ cung cấp công tắc cho một chu
kỳ có thể cấu hình. Thời gian đóng sẽ là từ 0,1 đế 5 giây gia tăng mỗi lần 0,1
giây, có thể cài đặt bởi tham số phần mềm được tải xuống từ trạm chủ.
Mỗi Rơ le đầu ra có tối thiểu 2 dạng công tắc a và hai dạng công tắc b hoặc
tối thiểu hai dạng công tắc.
Đầu ra số- jog control
Đầu ra jog control sẽ được cung cấp để điều khiển vị trí nấc phân áp
máy biến áp và các thiết bị tương tự khác. Đầu ra Jog-control sẽ cung cấp
các đầu ra công tắc cao và thấp hơn đối với mỗi điểm đã được điều khiển và
sẽ có các công tắc có thể điều chỉnh một cách riêng lẻ. Thời gian đóng có thể
điều chỉnh từ 0,1 và 5 giây với mức gia tăng 0,1 giây. Các công tắc sẽ được
phân loại như đã xác định cho các đầu ra số hai trạng thái.
Đầu ra số- chuyển mạch tại chỗ/từ xa
Một khóa chuyển mạch tại chỗ/ từ xa sẽ được cung cấp trong RTU. Khi
chuyển mạch ở vị trí từ xa, trạm chủ phải có sự điều khiển của các đầu ra
điều khiển số. Khi chuyển mạch ở vị trí tại chỗ, các đầu ra điều khiển số
không thể xảy ra. Chuyển mạch sẽ gián đoạn điện áp thanh cái ở đầu cao
nguồn điện để tránh cuộn rơ le khỏi bắt điện. Công tắc đầu vào trạng thái sẽ
sẵn sàng hữu dụng để giám sát vị trí chuyển mạch này.

3.3.5 Nguồn điện cho RTU
RTU sẽ được trang bị nguồn điện lấy từ ắc quy tại trạm. Nguồn điện cấp
cho RTU sẽ cung cấp điện cần thiết đễ hỗ trợ cho việc thông tin của RTU,
xử lý logic, và điện cách ly cho các lõi rơ le trung gian và các đầu vào cảm
biến bên ngoài.
Nguồn điện sẽ được thiết kế sao cho không bị phát xạ và dẫn điện do
nhiễu mà nguyên nhân tạo ra là do suy thoái nguồn điện khi RTU hoạt động
hoặc bị phản xạ trở lại nguồn điện.
Việc bảo vệ chống quá tải và thấp tải sẽ được thực hiện trên các đầu vào
để ngăn chặn logic bên trong RTU khỏi bị phá hại do kết quả của hỏng hóc
một bộ phận nào đó trong nguồn điện và tránh cho logic bên trong RTU
không trở nên bất ổn và gây ra những vận hành giả do dao động điện áp.
3.3.6 Sự an toàn cho RTU
RTU sẽ được bảo vệ để chống lại các dòng điện từ, tĩnh điện, hiện tượng
cảm biến thoáng qua, có thể xảy ra tại các trạm biến áp và các trạm điện.Tất
cả các mạch đầu ra/ đầu vào sẽ được mạ cách ly với các phần khác cũng như
cách ly với đất.Tất cả những đấu nối vào ra từ RTU sẽ được mạ cách ly từ
logic bên trong RTU.
Nguồn điện và các mạch đầu ra/ đầu vào sẽ được bảo vệ chống lại điện
áp cảm biến theo đúng phiên bản mới nhất của tiêu chuẩn IEE về sự cố
thoáng qua nhanh SWCIEE C37.90.1( 5kV) và bảo vệ xung lực ( 5kV) theo
tiêu chuẩn IEC255.4.Việc bảo vệ chống nhiễu điện sẽ đáp ứng các tiêu
chuẩn đã nêu trong:
1. IEC-255-5 về cách ly
2. IEC-255-22-1 về nhiễu cao tần
3. IEC-801-4 về hiện tượng quá điện áp quá độ
4. IEC-801-2 về điện áp tĩnh điện