Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.26 MB, 22 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
MAI VĂN LÊ
HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ
ĐIỀU KHIỂN TRẠM ĐIỆN CHUẨN IEC 61850
S
K
C
0
0
3
9
5
9
NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250
S KC 0 0 3 6 0 5
Tp. Hồ Chí Minh, 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
MAI VĂN LÊ
HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN
TRẠM ĐIỆN CHUẨN IEC 61850
NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
Tp. Hồ Chí Minh, 2012
50
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÝ LỊCH KHOA HỌC
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: MAI VĂN LÊ
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 1977
Nơi sinh: Bến Tre
Quê quán: Ấp Giồng Trôm – Xã Nhuận Phú Tân – Huyện Mỏ Cày Bắc –
Tỉnh Bến Tre
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 10/23/3 – Đặng Văn Bi – F. Trường Thọ - Q.
Thủ Đức – TP. HCM
Điện thoại cơ quan: 08. 37313513
Điện thoại nhà riêng: 0937.743388
Fax:
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:
Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Đại Học Chính Quy
Thời gian đào tạo từ 9/1998 đến 2/2003
Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
Ngành học: Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện
Môn thi tốt nghiệp:
1. Chuyên đề cung cấp điện
2. Giao tiếp với máy tính
3. Quản lý dự án
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
2/2003 –
Nơi công tác
Công Ty TNHH TM Nguyên Hà
HVTH: MAI VĂN LÊ
-i-
Công việc đảm nhiệm
Kỹ Thuật Viên
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÝ LỊCH KHOA HỌC
5/2004
5/2004 –
11/2005
11/2005 –
10/2012
Kỹ Thuật Viên
Công Ty PepSiCo - VN
Trường Cao Đẳng Công Thương TP.
HCM
HVTH: MAI VĂN LÊ
-i-
Giảng Viên
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LỜI CẢM ƠN
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. Ngô Cao Cường đã trực tiếp hƣớng dẫn và
tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong khoa Điện – Điện Tử Trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM đã truyền đạt kiến thức, định hƣớng nghiên
cứu trong suốt quá trình học tập tại trƣờng.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi của các anh kỹ sư
cũng nhƣ các anh công nhân vận hành trạm. Đặc biệt là anh Trưởng trạm biến áp
200/110/22kV Thuận An
Tôi cũng xin gởi lời cảm ơn chân tình đến bạn bè, đồng nghiệp, người thân và
gia đình đã động viên hỗ trợ tôi trong cuộc sống, học tập và nghiên cứu.
Xin trân trọng cảm ơn!
Mai Văn Lê
HVTH: MAI VĂN LÊ
- iii-
GVHD: TS. NGÔ CAO CƢỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 10 năm 2012
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Mai Văn Lê
HVTH: MAI VĂN LÊ
- ii -
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÓM TẮT
ABSTRACT
Nowadays, the most power systems are operated at the maximum efficient.
The power flow has to be guaranteed by using the data system of the components
of the power system management system. The main objective is to secure the
supply and quality of power that is satisfied when the data is supplied for the
protection system. The standard IEC 61850 for communication in substations is
the main role for a lot of solutions for the power system since it standardizes not
only the communication but also provides object oriented data model suitable to
the power system. The all requirements for the power system are performed by
standard IEC 61850.
HVTH: MAI VĂN LÊ
-v-
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÓM TẮT
TÓM TẮT
Ngày nay hầu hết các hệ thống điện đều hoạt động ở công suất tối đa. Việc
phân bố công suất được đảm bảo bằng cách sử dụng dữ liệu của các thành phần
trong hệ thống quản lý năng lượng. Mục tiêu chính là đảm bảo nguồn cung cấp và
chất lượng của điện năng, điều này chỉ được thỏa mãn khi dữ liệu và các thông tin
được cung cấp đầy đủ cho hệ thống bảo vệ. Chuẩn IEC 61850 về truyền thông
trong trạm điện giữ vai trò chính trong nhiều giải pháp của hệ thống điện bởi vì nó
không chỉ chuẩn hóa truyền thông mà còn cung cấp mô hình dữ liệu hướng đối
tượng thích hợp cho toàn hệ thống điện. Tất cả các yêu cầu trong một hệ thống
điện được đáp ứng bởi chuẩn IEC 61850.
HVTH: MAI VĂN LÊ
-v-
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
MỤC LỤC
MỤC LỤC
Trang
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học
i
Lời cam đoan
ii
Lời cảm ơn
iii
Mục lục
iv
Tóm tắt
v
Danh sách các hình
vi
Danh sách các bảng
vii
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về đề tài……………………………………………………………1
1.2. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………2
1.3. Mục đích nghiên cứu, khách thể, đối tượng nghiên cứu………………………2
1.4. Phạm vi nghiên cứu……………………………………………………………2
1.5. Nội dung luận văn……………………………………………………………...2
1.6. Ý nghĩa đề tài…………………………………………………………………..3
Chương 2: TỔNG QUAN TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP ……………………4
2.1. Giới thiệu hệ thống tự động trạm biến áp…………………………...................4
2.2. Cấu trúc cơ bản của hệ thống tự động hóa trạm biến áp……………………… 5
2.3. Quá trình phát triển của hệ thống điều khiển tích hợp………………………... 5
2.4. Tổng quan về hệ thống điều khiển tích hợp…………………………………... 8
2.5. Các thiết bị điện tử thông minh IEDs………………………………………... 10
2.6. Giới thiệu về LN………………………………………………………………12
2.7. Giao thức trong trạm biến áp (Protocol)……………………………………....15
2.8. Sự phát triển của các dự án truyền thông……………………………………..21
2.9. Kiến thức nền trong truyền thông……………………………………………. 25
Chương 3: CÁC MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG THEO TIÊU CHUẨN TRUYỀN
THÔNG IEC 61850…………………………………………………………………. 28
3.1. Giới thiệu về tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850…………………………… 28
3.2. Cấu trúc tạm biến áp tự động hóa theo tiêu chuẩn IEC 61850………………..31
3.3. Mô hình theo hướng tiếp cận………………………………………………… 40
3.4. Quan sát theo hướng ứng dụng………………………………………………. 49
3.5. Quan sát theo hướng thiết bị………………………………………………… 51
3.6. Quan sát theo hướng trao đổi thông tin……………………………………… 53
3.7. Điểm liên kết trao đổi thông tin giữa thiết bị vật lý và mô hình ứng dụng…. 56
3.8. Mối quan hệ của IEC 61850 – 7-2, 7-3, 7-4…………………………………..57
HVTH: MAI VĂN LÊ
- iv -
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
MỤC LỤC
3.9. Lập bảng đồ ACSI vào hệ thống trao đổi thông tin thực……………………...60
3.10. Mô hình lớp dữ liệu………………………………………………………… 64
3.11. Thiết lập tên………………………………………………………………… 67
Chương 4: NHỮNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG THEO TIÊU CHUẨN IEC
61850………………………………………………………………………………… 68
4.1. Mô hình hóa thực hiện lớp Logical Nodes…………………………………... 68
4.2. Thực hiện mô hình dữ liệu (Data) và đặc tính dữ liệu (Data Attributes)……. 77
4.3. Mô hình hóa và thực hiện DataSet…………………………………………... 84
4.4. Mô hình hóa và thực hiện các Logical Devices……………………………… 88
4.5. Mô hình hóa và thực hiện các máy chủ (Server)…………………………….. 91
4.6. Mô hình sự cố trạm tổng thể (GSE-Generic substation event class model)…. 93
4.7. Truyền dữ liệu Sampled Value (SV)………………………………………… 99
4.8. Mô hình và thực hiện khối Setting Group Control Block…………………...103
4.9. Báo cáo và ghi nhật ký:…………………………………………………….. 108
Chương 5: PHÂN TÍCH CẤU HÌNH NGÔN NGỮ VÀ MÔ TẢ CẤU TRÚC
TRẠM THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850……………………………………….. 111
5.1. Giới thiệu ngôn ngữ SCL (Substation Configuration Language)…………... 111
5.2. Phân tích các bước thiết kế trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850……… 115
5.3. Mở rộng ứng dụng của tiêu chuẩn IEC 61850-GOOSE: ……………………122
5.4. Áp dụng giao thức theo IEC 61850 cho những trạm cũ……………………. 123
5.5. Các yêu cầu cho hệ thống dự phòng:……………………………………….. 126
Chương 6: HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN
ÁP 220/110/22kV THUẬN AN……………………………………………………..127
6.1. Giới thiện về trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An………………………..127
6.2. Sơ đồ đường dây đơn tuyến trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An………...128
6.3. Điều khiển xa trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An……………………….129
6.4. Tủ thiết bị điều khiển tại các ngăn lộ của trạm………………………………130
6.5. Đánh giá ưu điểm của trạm tích hợp 220/110/22kV Thuận An……………..131
Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI…………………. 133
7.1. Kết luận………………………………………………………………………133
7.2. Hướng phát triển đề tài……………………………………………………... 133
TÀI LIỆU THAM KHẢO
HVTH: MAI VĂN LÊ
- iv -
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
DANH SÁCH CÁC HÌNH
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 2.1: Các thành phần chính của trạm biến áp tự động hóa................................. 5
Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống điều khiển kiểu truyền thống........................................ 6
Hình 2.3: Cấu hình truyền thông cơ bản hệ thống trạm tích hợp với giao thức IEC
61850............................................................................................................................... 8
Hình 2.4: Mô hình các giao diện và các chức năng của hệ thống tích hợp............. 10
Hình 2.5: Mô tả chức năng thiết bị điện từ thông minh của hãng ABB...................11
Hình 2.6: Mô tả chức năng trong của LN trong các IED.........................................12
Hình 2.7: Thông điệp truyền thông trong mô hình OSI 7 lớp theo IEC 61850.......16
Hình 2.8: Cấu trúc sử dụng mạng Enternet trong trạm……………………………17
Hình 2.9: Mô hình OSI và giao thức TCP/IP……………………………………...18
Hình 2.10: Mô hình truyền thông Modbus………………………………………...20
Hình 2.11: Mô hình giao thức IEC 870-5-101…………………………………….21
Hình 2.12: Mô hình hợp nhất giữa UCA và IEC ………………………………….22
Hình 2.13: Minh họa tiêu chuẩn UCA …………………………………………….23
Hình 2.14: Đặc điểm mô hình dự án IEC 61850 ………………………………….25
Hình 2.15: Mô hình truyền thông tin Client/Server ……………………………….26
Hình 2.16: Mô hình truyền thông Publish/Subscribe ……………………………..27
Hình 3.1: Mô hình cấu trúc trạm biến áp tự động ………………………………..31
Hình 3.2: Mô tả loại thông tin trong LN ………………………………………….34
Hình 3.3: Nguyên tắc hợp thành của khối thiết bị (IED) …………………………34
Hình 3.4: Mô tả thông tin vị trí dạng cấu trúc hình cây thông tin ………………...35
Hình 3.5: Mô hình trích ngắn của một đoạn dịch vụ ……………………………...37
Hình 3.6: Ví dụ về bản đồ truyền thông trong IEC 61850 ………………………..38
Hình 3.7: Mô hình chung của tiêu chuẩn IEC 61850 ……………………………..39
Hình 3.8: Khái niệm quá trình chia nhỏ và hợp thành của một LN ………………40
Hình 3.9: Mô tả thông tin có cấu trúc cây của một XCBR1 ………………………41
Hình 3.10: Mô hình hợp thành của một IED. ……………………………………..42
Hình 3.11: Nguyên tắc mô hình đầu ra và đầu vào ……………………………….43
Hình 3.12: Mô hình đầu ra (bước 1) ………………………………………………44
Hình 3.13: Mô hình đầu ra (bước 2) ………………………………………………45
Hình 3.14: Khái niệm mô hình ngõ ra GSE ………………………………………45
Hình 3.15: Khái niệm thiết lập dữ liệu …………………………………………...46
Hình 3.16: Khái niệm mô hình ngõ vào với tín hiệu Analog …………………….47
Hình 3.17: Khái niệm mô hình báo cáo và ghi nhật kí ……………………………48
Hình 3.18: Thiết lập dữ liệu và báo cáo …………………………………………..48
Hình 3.19: Mô hình liên kết trong trạm …………………………………………...49
Hình 3.20: Logical Nodes và Data ………………………………………………..50
HVTH: MAI VĂN LÊ
- vi -
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 3.21: Mô hình kết nối giữa các LN …………………………………………51
Hình 3.22: Mô hình khối Logical device ………………………………………….51
Hình 3.23: Mô hình Logical device và LLN0/LPHD ……………………………..52
Hình 3.24: Phương pháp trao đổi thông tin ACSI ………………………………...53
Hình 3.25: Mô hình ảo …………………………………………………………….54
Hình 3.26: Mô hình hướng trao đổi thông tin của IED …………………………...55
Hình 3.27: Áp dụng cho mô hình GSE ……………………………………………55
Hình 3.28: Cấu trúc thành phần của các hướng quan sát khác nhau ……………...56
Hình 3.29: Trao đổi ngôn ngữ giữa các lớp Data …………………………………58
Hình 3.30: Mô hình cài đặt lớp dữ liệu …………………………………………...60
Hình 3.31: Ánh xạ ACSI vào lớp ứng dụng ………………………………………60
Hình 3.32: Ánh xạ ACSI vào lớp trao đổi thông tin ………………………………61
Hình 3.33: Ánh xạ chi tiết cho ánh xạ có một biến tên MMS …………………….62
Hình 3.34: Sử dụng MMS đặt tên biến và danh sách tên biến ……………………63
Hình 3.35: Mô hình tóm tắt dữ liệu trong IEC 61850-7-x ………………………..64
Hình 3.36: Sơ đồ trình tự ………………………………………………………….66
Hình 3.37: Mô hình tên tham khảo trong tiêu chuẩn ……………………………...67
Hình 4.1: Cấu trúc về mô hình giao thức truyền thông IEC 61850 ……………….68
Hình 4.2: Mô hình liên kết giữa các nút và nút liên kết …………………………..69
Hình 4.3: Mô hình áp dụng các khái niệm logical node …………………………..70
Hình 4.4: Mô tả chức năng bảo vệ trong một nút logical …………………………71
Hình 4.5: Phân tích chức năng LN tương tác trên các cấp độ khác nhau …………72
Hình 4.6: Khối cấu trúc thiết bị logical …………………………………………...74
Hình 4.7: Thiết bị Logical và LLN0/LPHD ………………………………………74
Hình 4.8: Lớp dữ liệu của XCBR LN ……………………………………………..78
Hình 4.9: Dịch vụ hoạt động trên dữ liệu …………………………………………79
Hình 4.10: Khái niệm mô hình dữ liệu …………………………………………...79
Hình 4.11: Sơ đồ lớp Data ………………………………………………………...80
Hình 4.12: Sơ đồ lớp CommonData ………………………………………………80
Hình 4.13: Mô hình lớp của khái niệm DAType ………………………………….81
Hình 4.14: Mạng lưới DataAttributes ……………………………………………..82
Hình 4.15: Thành phần DataSet …………………………………………………..85
Hình 4.16: Sơ đồ lớp DataSet ……………………………………………………..85
Hình 4.17: Mô hình khối Logical device ………………………………………….88
Hình 4.18: Mô hình đối tượng LD trong IEC 61850 ……………………………..89
Hình 4.19: Mô hình chức năng LD ………………………………………………..89
Hình 4.20: Mô hình truyền thông Client/Server …………………………………..91
Hình 4.21: Các khối xây dựng của máy chủ. ……………………………………...92
Hình 4.22: Sơ đồ lớp của máy chủ ………………………………………………..92
HVTH: MAI VĂN LÊ
- vi -
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 4.23: Mô hình sự cố dùng Goose ……………………………………………94
Hình 4.24: Mô hình GOOSE ……………………………………………………...95
Hình 4.25: Sơ đồ lớp GoCB ………………………………………………………96
Hình 4.26: Định nghĩa thông điệp GOOSE ……………………………………….98
Hình 4.27: Mô hình SV 97 ………………………………………………………100
Hình 4.29: Mô hình cơ bản của SGCB …………………………………………..101
Hình 4.30: Sơ đồ lớp SGCB ……………………………………………………..104
Hình 4.31: Mô hình báo cáo và ghi nhật ký ……………………………………..108
Hình 5.1: Mô hình trao đổi thông tin trong quá trình xử lý cấu trúc trạm. ………112
Hình 5.2: Các đối tượng trong mô hình trạm ……………………………………113
Hình 5.3: Cách đặt tên cho các đối tượng khác nhau ……………………………113
Hình 5.4: Mô hình cấu hình ngôn ngữ SCL ……………………………………..114
Hình 5.5: Cấu trúc hệ thống SAS và các môi trường trao đổi thông tin ………...119
Hình 5.6: kết nối trao đổi thông tin IEC 61850-GOOSE ………………………..123
Hình 6.1: Trạm biến áp tích hợp 220/110/22kV Thuận An
Hình 6.2: Sơ dồ đường dây đơn tuyến trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An
Hình 6.3: Hệ thống điều khiển trạm Thuận An 220/110/22kV
Hình 6.4: Màn hình hiển thị trạng thái làm việc của trạm
Hình 6.5: Tủ điều khiển ngăn lộ trạm
HVTH: MAI VĂN LÊ
- vi -
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
DANH SÁCH CÁC BẢNG
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 2.1: Mô tả nhóm Logic node ………………………………………………..13
Bảng 2.2: Mô tả một số lớp trong Logical Nodes ………………………………...14
Bảng 2.3: Các lớp dữ liệu Logical Nodes …………………………………………14
Bảng 3.1: Trích dẫn các thiết lập trạng thái nguyên ………………………………47
Bảng 3.2: LN cho máy cắt ………………………………………………………...59
Bảng 3.3: Định nghĩa lớp nút Logical (LN) ………………………………………65
Bảng 3.4: Bảng tóm tắc thông số dịch vụ …………………………………………66
Bảng 4.1: Định nghĩa lớp Logical-Node (LN) ……………………………………73
Bảng 4.2: Mô tả tên của LN và LD ……………………………………………….75
Bảng 4.3: Thông số của dịch vụ GetLogicalNodeDirectory ……………………...76
Bảng 4.4: Thông số của dịch vụ GetAllDataValues ………………………………77
Bảng 4.5: Tham số của dịch vụ GetDataDirectory ………………………………..82
Bảng 4.6: Tham số của dịch vụ GetDatadefinition ……………………………….83
Bảng 4.7: Tham số của dịch vụ GetDataValues …………………………………..83
Bảng 4.8: Tham số của dịch vụ SetDataValues …………………………………...84
Bảng 4.9: Tham số của dịch vụ CreateDataSet …………………………………...86
Bảng 4.10: Tham số của dịch vụ DeleteDataSet ………………………………….86
Bảng 4.11: Tham số của dịch vụ SetDataSetValues ……………………………...87
Bảng 4.12: Tham số của dịch vụ GetDataSetValues ……………………………...87
Bảng 4.13: Tham số của dịch vụ GetDatasetDirectory …………………………...88
Bảng 4.14: Mô hình đồ lớp LD …………………………………………………...90
Bảng 4.15: Tham số của dịch vụ GetLogicalDeviceDirectory. …………………...90
Bảng 4.16: Tham số của dịch vụ GetServerDirectory…………………………………93
Bảng 4.17: Tham số của dịch vụ …………………………………………………96
Bảng 4.18: Tham số của dịch vụ GetGoCBValues ………………………………97
HVTH: MAI VĂN LÊ
- vii -
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 4.19: Tham số của dịch vụ GetGoReference. ………………………………97
Bảng 4.20: Tham số của dịch vụ GetGOOSEElementNumber …………………...98
Bảng 4.21: Tham số của dịch vụ SetMSVCBValues ……………………………101
Bảng 4.22: Tham số của dịch vụ GetMSVCBValues …………………………...102
Bảng 4.23: Định dạng thông điệp SV ……………………………………………102
Bảng 4.24: Tham số dịch vụ SelectActiveSG …………………………………...105
Bảng 4.25: Tham số của dịch vụ SelectEditSG ………………………………….105
Bảng 4.26: Tham số của dịch vụ SetSGValues ………………………………….106
Bảng 4.27: Tham số của dịch vụ ConfirmEditSGValues ………………………..106
Bảng 4.28: Tham số của dịch vụ GetSGCBValues ……………………………...107
Bảng 4.29: Tham số của dịch vụ GetSGValues ………………………………...107
HVTH: MAI VĂN LÊ
- vii -
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về đề tài
Hầu hết các trạm biến áp của Việt Nam với các cấp điện áp từ 110kV, 220kV
đến 500kV đã xây dựng trước đây đều được thiết kế và xây dựng theo phương pháp
truyền thống. Trạm biến áp xây dựng theo kiểu truyền thống cũng có nhiều ưu điểm:
độ tin cậy cung cấp điện cũng đã được chứng minh, công nhân có thể vận hành, sửa
chữa bảo hành bảo trì trạm, sơ đồ nối dây cũng đơn giản. Tuy nhiên, với sự phát
triển hiện nay, độ tin cậy cung cấp điện đòi hỏi ngày càng cao, sự phát triển nhanh
chóng của phụ tải làm cho trạm khó thích nghi và khả năng mở rộng, khi có sự cố do
không được cảnh báo kịp thời nên khó phát hiện khắc phục sự cố dẫn đến thời gian
mất điện kéo dài. Trước tình hình đó chuẩn quốc tế về việc xây dựng trạm tự động
hóa ra đời khắc phục được những nhược điểm của trạm truyền thống đó là chuẩn
IEC 61850.
Đề tài tập trung nghiên cứu chuẩn IEC 61850 về việc thiết kế và xây dựng trạm
tự động hóa có tên gọi: Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện chuẩn IEC
61850. Với mục đích nghiên cứu tìm hiểu về chuẩn IEC 61850 để trở thành tài liệu
tham khảo phục vụ cho công việc thiết kế trạm cũng như vận hành trạm. Bên cạnh
đó đề tài cũng tìm hiểu những kiến thức thực tế về trạm tự động hóa được thiết kế và
xây dựng theo tiêu chuẩn trạm tích hợp, tự động và điều khiển chuẩn IEC 61850. Cụ
thể là trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An đã được EVN đầu tư xây dựng và hiện
nay đi vào hoạt động. Trong quá trình làm việc của trạm đã chứng minh tính đúng
đắn và thực tế của lý thuyết tiêu chuẩn IEC 61850 và bộc lộ những ưu điểm vượt
bậc mà trạm biến áp truyền thống không có được. IEC 61850 về chuẩn trạm tích
hợp, tự động và điều khiển đã trở thành một tiêu chuẩn quốc tế về xây dựng trạm tự
động hóa mà nhiều nước trên thế giới đang áp dụng trong đó có Việt Nam.
HVTH: MAI VĂN LÊ
-1-
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
1.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu chuẩn IEC 61850_Full_Standard trong đó bao gồm
14 phần và được chia thành 10 chủ đề chính, trình bày một cách đầy đủ, chi tiết
những yêu cầu trong công việc thiết kế, vận hành, giao tiếp,.... về một trạm biến áp
tự động hóa. Đề tài cũng tìm hiểu những bài báo được đăng tải của các tác giả trong
và ngoài nước nói về những mảng cụ thể về tiêu chuẩn, những kinh nghiệm có được
của các tác giả trong công việc thiết kế, xây dựng cũng như vận hành trạm tự động
hóa. Bên cạnh đó tác giả cũng tìm hiểu quá trình xây dựng và vận hành của một trạm
biến áp mới của Việt Nam được đầu tư xây dựng theo tiêu chuẩn IEC 61850. Trong
quá trình nghiên cứu đã phần nào tổng hợp những kiến thức thực tế góp phần vào sự
hiểu biết đúng đắn về tiểu chuẩn trạm tích hợp IEC 61850.
1.3. Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu:
- Mục đích nghiên cứu: cung cấp một tài liệu tham khảo về việc thiết kế, xây
dựng trạm biến áp tự động hóa theo chuẩn IEC 61850 cho kỹ sư và công nhân vận
hành trạm
- Khách thể nghiên cứu: Trạm biến tích hợp 220/110/22kV Thuận An
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện chuẩn
IEC 61850
1.4. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu một tiêu chuẩn quốc tế về xây dựng trạm biến áp tự
động hóa IEC 61850 và việc ứng dụng xây dựng trạm ở Việt Nam.
1.5. Nội dung luận văn:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Tổng quan tự động hóa trạm biến áp
Chương 3: Các mô hình đối tượng theo tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850
Chương 4: Những giao thức truyền thông theo tiêu chuẩn
HVTH: MAI VĂN LÊ
-2-
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
Chương 5: Phân tích cấu hình ngôn ngữ và mô tả cấu trúc trạm theo tiêu chuẩn
IEC 61850
Chương 6: Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm biến áp 220/110/22kV
Thuận An
Chương 7: Kết luận và hướng phát triển đề tài
1.6. Ý nghĩa đề tài
Đề tài là một tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm đến tự động hóa trạm
biến áp, cụ thể là xây dựng trạm biến áp tự động hóa tích hợp theo tiêu chuẩn quốc
tế IEC 61850. Trong đề tài mô tả chi tiết cấu trúc của một trạm biến áp tự động hóa,
các mô hình đối tượng, các giao thức truyền thông và ngôn ngữ cấu hình trạm. Đề
tài cũng giúp cho kỹ sư, người vận hành tìm hiểu công nghệ, chuẩn thiết kế và điều
khiển trạm tự động hóa hiện đại. Đề tài phần nào giúp kỹ sư thiết kế và xây dựng
trạm tự động hóa, giúp cho người vận hành cái nhìn tổng quát về một trạm biến áp
tự động hóa theo tiêu chuẩn IEC 61850, qui trình làm việc cụ thể của một trạm tích
hợp góp phần nâng cao khả năng vận hành trạm nhằm khắc phục những sự cố. Nâng
cao độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng, cũng như an ninh năng lượng
của quốc gia.
HVTH: MAI VĂN LÊ
-3-
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
CHƢƠNG 2:
TỔNG QUAN TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP
2.1. Giới thiệu tự động hóa trạm biến áp.
Tự động hóa trạm biến áp là việc sử dụng dữ liệu của các thiết bị điện tử
thông minh IEDs (Intelligent Electronic Devices) trong trạm biến áp và các lệnh
điều khiển từ xa để điều khiển các thiết bị của hệ thống điện trong trạm biến áp. Tự
động hóa hệ thống trạm biến áp là tự động trong điều khiển trạm thông qua các thiết
bị với chức năng bảo vệ, đo lường và điều khiển. Tích hợp hệ thống điện liên quan
đến việc giao tiếp dữ liệu hoặc giữa những thiết bị điện tử thông minh trong hệ
thống đo lường - điều khiển và người sử dụng từ xa. Sự tích hợp trong trạm biến áp
là quá trình kết hợp các dữ liệu như đo lường và điều khiển tại chỗ của những thiết
bị điện tử thông minh với một trạm biến áp để có một nhiệm vụ chung là kết nối và
truyền thông tin liên lạc trong trạm biến áp.
Hệ thống điều khiển tích hợp tự động hóa trạm biến áp (Integrated Substation
Automation Control System) là hệ thống tự động dựa trên cơ sở một hệ thống máy
tính được áp dụng tại các trạm biến áp trong hệ thống điện nhằm điều khiển, giám
sát tự động các thiết bị trong trạm và tích hợp các dữ liệu thu được vào chung một
hệ thống để phục vụ cho công tác quản lý vận hành trạm.
Dữ liệu thu thập bao gồm thông tin liên lạc, thông tin từ rơle bảo vệ, điều
khiển, thiết bị bảo vệ quá dòng, quá áp, đo lường, báo sự cố, điều khiển tự động hệ
thống phân phối, những thông tin này được đưa vào một hệ thống lưu trữ dữ liệu,
sau đó được xử lý, điều khiển thống nhất trong trạm.
Sự tích hợp trạm dựa trên một khuôn khổ chung nhằm tạo điều kiện cho việc
phối hợp hoạt động giữa các thiết bị điện tử thông minh IEDs, thiết bị điện đang có
và dự kiến lắp trong tương lai từ đó tạo ra tính đồng nhất cao, tạo sự thuận lợi cho
việc thiết kế, lắp đặt hay sự qui hoạch thiết kế trong tương lai. Từ quá trình tích hợp
HVTH: MAI VĂN LÊ
-4-
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
trong trạm đã nâng cao được hiệu quả và tính tiết kiệm trong việc điều khiển cũng
như giám sát hệ thống trong các trạm biến áp.
2.2. Cấu trúc cơ bản của hệ thống tự động hóa trạm biến áp.
Cấu trúc cơ bản của hệ thống tự động hóa trạm biến áp bao gồm: Hệ thống các
máy tính, khối xử lý chính, các rơle bảo vệ. Các thiết bị trong trạm được chia thành
ba tầng chính:
Tầng điều
khiển
Hệ thống các
máy tính
Tầng bảo vệ rơ
le, đo lường,
điều khiển
Khối xử lý
chính
Các rơ le
bảo vệ
Tầng thiết bị
nhất thứ CT,
VT, máy cắt
Hình 2.1: Các thành phần chính của trạm biến áp tự động hóa
2.3. Quá trình phát triển của hệ thống điều khiển tích hợp.
2.3.1. Hệ thống điều khiển truyền thống.
Các trạm biến áp được xây dựng bao gồm các thiết bị nhất thứ như: máy biến
áp, máy cắt (LBS), dao cách ly, dao tiếp đất làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối
điện năng trong hệ thống điện. Đi kèm với các thiết bị nhất thứ là hệ thống nhị thứ
được lắp đặt nhằm giám sát và điều khiển các thiết bị nhất thứ.
Hệ thống điều khiển kiểu truyền thống đã được thiết kế và lắp đặt trong trạm
biến áp từ hàng trăm năm nay, đặc điểm cơ bản là hệ thống bao gồm các thiết bị cơ
điện và điện tử được kết nối với nhau bằng mạch điện để thực hiện các chức năng
riêng biệt như:
HVTH: MAI VĂN LÊ
-5-
LUẬN VĂN THẠC SĨ
GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
- Chức năng bảo vệ hệ thống điện được thực hiện bởi các rơle bảo vệ kiểu cơ
điện và kiểu tĩnh nối đến các CT (Current Transfer) và VT (Voltage Transfer) bảo
vệ, mỗi rơle chỉ đảm nhận một chức năng bảo vệ riêng biệt. Ví dụ: rơle bảo vệ quá
dòng 50/51, rơle bảo vệ khoảng cách 21, ....
- Chức năng đo lường và đo đếm điện năng được thực hiện bởi các đồng hồ và
công tơ nối đến các CT và VT đo lường.
- Chức năng giám sát trạng thái được thực hiện bằng các đèn báo, thiết bị chỉ
thị,....
- Chức năng điều khiển được thực hiện bởi các mạch điều khiển riêng lẽ và chỉ
có thể thực hiện được ở mức điều khiển cơ bản.
- Giao diện người sử dụng thực hiện bằng các bảng điều khiển thông qua các
công tắc điều khiển.
Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống điều khiển kiểu truyền thống
Các thiết bị trong hệ thống được lắp đặt trong các tủ điện và kết nối với nhau
bằng cáp nhị thứ (cáp nhiều sợi) đi trong các rãnh cáp.
Hệ thống điều khiển truyền thống mặc dù có những ưu điểm như: người vận
hành (công nhân) có khả năng vận hành và bảo trì hệ thống, độ tin cậy của hệ thống
đã được chứng minh trong hàng trăm năm qua, việc kết nối giữa các thiết bị trong
HVTH: MAI VĂN LÊ
-6-
