Báo cáo thông tin điện lực

Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
MỤC LỤC

1


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
DANH MỤC HÌNH ẢNH

2


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực

3


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
LỜI NÓI ĐẦU
Với nhu cầu sử dụng điện của các cá nhân và doanh nghiệp vào mục đích phục
vụ đời sống hằng ngày hay để sản xuất kinh doanh ngày tăng lên. Một vấn đề cấp thiết
cần phải đưa ra hướng giải quyết là làm sao để lượng điện năng đủ để đáp ứng nhu cầu
của cả các cá nhân đến các doanh nghiệp để tạo đà cho sự phát triển của nền kinh tế
đất nước. Nếu lượng điện năng cung cấp cho các doanh nghiệp mà không đủ sẽ dẫn
đến nhiều doanh nghiệp làm ăn sa sút và có thể dẫn đến phá sản, hoặc cung cấp cho
người dân không đủ để đảm bảo đời sống sinh hoạt của họ thì cũng gây ra những vấn
đề nghiêm trọng mà không thể lường trước được.
Ngày nay nền khoa học kỹ thuật phát triển ngày càng nhanh, đặc biệt là ngành
công nghệ thông tin, chỉ với một khoảng thời gian ngắn mà ngành đã đạt được nhiều
thành tựu xuất xắc.Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào ngành điện cũng vậy, với
nhiều phần mềm ra đời với mục đích hỗ trợ ngành điện có thể tính toán, phân tích, mô

phỏng… giúp ngành điện có thể đưa ra những giải pháp thích hợp và chính xác mang
lại lợi ích cho nhân dân.
Trong đề tài này em sẽ tìm hiểu các nội dung chính sau:
-

4

Chương 1. Khái quát chung về SCADA
Chương 2. Ứng dụng SCADA trong công tác điều độ hệ thống điện Việt Nam
Chương 3. SCADA trạm trong hệ thống truyền tải điện


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SCADA
1.1. Tổng quan chung về SCADA
1.1.1. Định nghĩa
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập
dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa. Người vận hành có thể nhận biết
và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông. Nói
cách khác, SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết
kế để thực hiện các chức năng sau:
• Thu thập dữ liệu từ các thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến.
• Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.
• Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý.
• Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà
máy.
• Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính
xác.
1.1.2. Chức năng và vai trò
Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức theo nhiều cấp quản

lý. Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu thập và điều khiển giám sát riêng lên từng đối
tượng cụ thể của hệ thống. Chính vì thế việc SCADA cho một hệ thống sản xuất công
nghiệp cũng được 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 đường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và tổ
chức việc lưu 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 được.
• 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
phương thức truyền thông nào đó để tự động hoá việc quản lý giám sát, điều khiển

5


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
cho một đối tượng công nghiệp. Và ta nhận thấy rằng xu thế tự động hoá là một xu
thế không thể tránh khỏi do vậy việc áp dụng bài toán SCADA là một việc làm tất
yếu nếu chúng ta không muốn tụt hậu trong sản xuất. Vai trò của nó là rất rõ ràng,
SCADA giúp ta thu thập rất chính xác về hệ thống từ đó có thể đưa ra các quyết định
đúng đắn 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.
1.2. Các ứng dụng vào thực tế và so sánh với hệ thống cũ
Các hệ thống SCADA được dùng cho hệ thống điện, hệ thống xe lửa, nhà máy
nước sạch, trạm xử lý nước sạch, hàng hải…
Hệ thống SCADA của ngành điện Việt Nam hiện nay được chia thành ba cấp:
cấp quốc gia, cấp Bắc Trung Nam và cấp tỉnh. Khi hệ thống trở thành phức tạp hơn,

có thể sẽ có cấp huyện. Trung tâm điều độ quốc gia theo dõi và điều khiển các nhà
máy phát điện, các đường dây/trạm 500kV và các đường dây/trạm 220kV lớn. Ba
trung tâm điều độ miền theo dõi và điều khiển các đường dây/trạm 220kV và các
đường dây/trạm 110kV lớn trong khu vực mình. Các trung tâm điều độ cấp tỉnh
theo dõi và điều khiển hệ thống phân phối điện trong khu vực của mình.
Các hệ thống SCADA dùng RTU ngày càng được thay thế bởi PLC, trong hệ
SCADA cho hệ thống điều độ điện cấp quốc gia hay miền cũng đang ngày càng đi
theo xu thế này. Việc xây dựng các hệ thống SCADA dùng PLC sẽ đem lại các lợi thế
sau:
• Kinh phí sẽ thấp hơn nhiều.
• Các hệ điều khiển cũ có nhiều tủ, bảng, khoá, nút ấn… Do đó chúng rất cồng
kềnh, chiếm nhiều diện tích. Ngoài ra còn rất khó khăn trong việc lắp đặt,
kiểm định, vận hành, giám sát, bảo dưỡng. Tuy nhiên công việc này sẽ rất đơn
giản nếu chúng ta sử dụng hệ SCADA dùng PLC.
• Các kỹ sư Việt Nam dễ tiếp cận với công nghệ PLC hơn và do đó khả năng
thiết kế, nâng cấp và làm chủ công nghệ dễ dàng hơn.
• Mua thiết bị dễ dàng hơn.
• Dễ bảo dưỡng và thay thế các thiết bị.
• Đặc biệt với hệ SCADA thì việc thu thập, lưu trữ, báo cáo, thống kê, phân tích
hệ thống rất dễ dàng.

6


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
• Các hệ thống SCADA sẽ trở nên đơn giản hơn và phổ biến hơn trong tương lai
bởi lẽ các thiết bị trong lĩnh vực tự động hoá đang ngay càng phát triển
mạnh.

Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA cơ bản

1.3. Kết cấu của một hệ thống SCADA
Nói một cách đơn giản, hệ thống SCADA có ba phần: Các PC ở phòng điều khiển
trung tâm, các RTU (remote terminal unit) hay PLC (programable logic controller)
ở các trạm xa và thiết bị thông tin để kết nối hai phần trên với nhau.
Kết cấu phần mềm của phần PC ở phòng điều khiển trung tâm được thể hiện
trong bảng Hình 1.1, chúng ta sẽ thấy các chức năng của các PC của hệ thống
SCADA tương tự như phần HMI của hệ thống DCS: Hiển thị, điều khiển từ
phòng điều khiển trung tâm, thu thập dữ liệu, quản lý các số liệu, quản lý báo động,
báo cáo. Các hệ thống SCADA cũ chạy trên môi trường DOS, VMS hay UNIX. Các hệ
thống mới hơn chạy trên nền của Windows, Linux.

7


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực

Hình 1.2. Kiến trúc phần mềm Client/Server của hệ thống SCADA
1.3.1. SCADA Server
SCADA Sever chính là máy Server của hệ thống SCADA ở trung tâm được nối
với các RTU hay PLC. Trong cấu trúc phần mềm máy chủ Server đó có chức năng thu
thập, chia sẻ dữ liệu với các máy Client thông qua mang Ethernet và gửi mệnh lệnh
từ các Client trực tiếp đến các bộ điều khiển.Vì vậy trên các máy Server thường
được dùng để cài đặt các phần mềm phát triển (development), thiết lập cấu hình
truyền thông để kết nối với thiết bị hiện trường.

8


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
1.3.2. SCADA Client

SCADA Client gồm các máy tính công nghiệp được nối với máy Server bằng
mạng Ethernet. Các máy tính này sẽ được cài các phần mềm giao diện người máy
(Human Machine Interface) kết nối với dữ liệu của máy Server để hiển thị hoặc điều
khiển. Tức là các máy Client nay sẽ thu thập các trạng thái và điều khiển các bộ
controller gián tiếp thông qua máy Server. Mối quan hệ giữa các Client và Server do
các kỹ sư lập trình thiết lập, tuỳ thuộc vào phần mềm công nghiệp được sử dụng
trong hệ SCADA.
1.3.3. PLC – RTU

Hình 1.3. Hình ảnh của thiết bị RTU
RTU được định nghĩa là một thiết bị được điều khiển bằng bộ vi xử lý, có khả
năng xử lý các đầu vào ra theo thời gian thực, thu thập số liệu và báo động, báo cáo
về SCADA Server, và thi hành các lệnh của SCADA Server. Theo truyền thống, hệ
thống SCADA thường sử dụng các thiết bị RTU. Nhưng ngày nay, với sự phát triển
của PLC, các nhà tích hợp hệ thống thích dùng PLC thay vì RTU cho việc thiết kế cho
nhiều hệ thống SCADA.
Các RTU và các PLC được nối với các I/O tại các trạm. Các đầu vào, qua RTU
hay PLC cho các thiết bị SCADA ở phòng điều khiển trung tâm biết trạng thái của hệ
thống tại hiện trường.Thiết bị SCADA có thể điều khiển bằng cách thao tác đầu ra,
cũng như qua các RTU hay PLC.

9


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
Như vậy, RTU và PLC là thiết bị được trực tiếp nối với I/O và trung tâm điều
khiển tín hiệu.
1.4. Phần cứng và phần mềm của hệ thống SCADA
1.4.1. Phần cứng
Tuỳ thuộc vào từng hãng chế tạo, các hệ SCADA sẽ mang một số đặc điểm khác

nhau, tuy nhiên nói chung phần cứng của hệ SCADA sẽ gồm những phần sau:
• Máy tính PC với các dịch vụ truyền thông chuẩn và các chương trình giao
diện đồ hoạ được thiết kế sẵn.
• Các bộ điều khiển logic có khả năng lập trình PLC (Programmable Logic
Controller).
• Các transmitter/RTU số thông minh.
• Card mạng và hệ thống cáp nối đi theo phục vụ cho quá trình thu thập và
điều khiển.
1.4.2. Phần mềm
Phần mềm của SCADA là một chương trình thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của
một hệ SCADA. Phần mềm phải có khả năng thu thập dữ liệu theo thời gian thực và
có khả năng điều khiển đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Ngoài ra, phần
mềm SCADA phải có khả năng kết nối mạng, chẳng hạn như Internet hay Ethernet,
để có thể chuuyển các báo cáo dưới nhiều hình thức khác nhau, như dạng bảng
thống kê, dạng biểu đồ hay dạng đồ thị.
1.5. Truyền tin trong hệ thống SCADA
1.5.1. Các dạng truyền tin trong hệ thống SCADA
Ngoài việc sử dụng các máy tính công nghiệp, các Server, thiết bị mạng… ở
phòng theo dõi trung tâm. Một bộ phận không thể thiếu được trong hệ thống SCADA
là hệ thống truyền tin. Nó liên quan đến tính ổn định và sự chính xác của hệ thống.
Vì vậy, một hệ truyền tin được chọn trong một hệ SCADA phải thoả mãn các tiêu
chuẩn như: giải tốc độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bô hay dị bộ,
khoảng cách địa lý… Hệ thống truyền tin được chọn phải tương thích với thiết bị
trường và máy chủ Server. Một số thiết bị có thể sử dụng được để truyền dữ liệu
trong hệ SCADA như sau: Modem RDT (Radio Data Technology) của Anh quốc có các
loại truyền sóng Radio, vô tuyến; các thiết bị thu phát sóng của Motorola, các bộ
RTU, GPS. Tuỳ theo mô hình, phạm vi của từng hệ SCADA mà ta áp dụng từng loại
thiết bị trên sẽ phát huy hết tính năng tác dụng của nó.
10

Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
Hệ thống SCADA cấp quốc gia và miền dùng các RTU được thiết kế đặc biệt cho
ngành điện (theo tiêu chuẩn IEEE và IEC, có khả năng chịu được nhiễu điện từ…).
Các thiết bị RTU thông minh với các trung tâm điều độ qua thủ tục truyền tin IEC870-5-101. Ngoài ra, với nhiều hệ SCADA dùng PLC dùng thủ tục truyền tin là
Profibus.
Bảng dưới đây tổng kết lại các dạng truyền tin thường dùng trong hệ thống
SCADA:
Bảng 1.1. Các dạng truyền tin thường dùng trong hệ thống SCADA
Truyền tin

Kiểu truyền tin

Tiêu chuẩn thường
dùng

Máy chủ với IDE hiện Không đồng bộ kiểu multidrop
trường

RS - 485

PLC thu thập với IDE hiện Không đồng bộ kiểu multidrop
trường

RS - 485

Máy chủ với máy dự phòng Đồng bộ kiểu multidrop
DMS, EMS, DTS

Ethernet

Máy chủ với SCADA cấp Không đồng bộ kiểu singledrop
trên

RS – 232 + tải ba,
modem hay Ratio
450Hz

SCADA với các ứng dụng Bản tin qua bộ nhớ
khác

DDE (Dynamic Data
Exchange)

SCADA với thư viện

DLL (Dynamic
Library)

Đọc/viết thư viện

SCADA với các hệ điều Quản lý các cửa sổ
hành
SCADA với máy in

Song song, nối tiếp

Link

Windows

RS – 232, ASII

1.5.2. Truyền tin số
Truyền tin số là truyền đi các bản tin số ( mã dưới dạng bit, byte…) từ nơi phát
đến nơi thu có những tín hiệu truyền để đãm bảo truyền số liệu.
Truyền từ ứng dụng này đến một ứng dụng khác, trong truyền tin công nghiệp
thường là: giữa một ứng dụng chủ với ứng dụng slave hay giữa một ứng dụng

11


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
khách hàng với ứng dụng server phục vụ hoạc giữa các ứng dụng chủ với các ứng
dụng slave của mỗi master với nhau, hay giữa các master với nhau.
1.5.3. Truyền tin hiện trường
Việc truyền tin hiện trường nhằm đảm bảo việc máy chủ thường xuyên thông
tin với các PLC hay RTU.
Các thông tin được thống nhất theo kiểu:
− Máy chủ gửi từ một bảng tin từng lệnh đến PLC hay RTU trên bus mutidros.
− PLC hay RTU liên quan thực hiện mỗi lệnh đó và gửi tin trả lời kết quả.
Các bản tin do máy chủ gửi đi thường là lệnh read các loại số liệu của PLC hay
RTU và một vài lệnh write một số hệ số bằng số gán địa chỉ hay đơn vị cho các số đó.
Các bản tin tức thời thường được gửi về các số lượng trạng thái đo của PLC
hay RTU hay báo cáo có tình trạng có sai trong bản tin nhận được.
1.6. Những yêu cầu chung về một hệ thống SCADA
1.6.1. Những yêu cầu chung về phần cứng
− Máy tính PC dùng để thu thập và điều khiển phải mang tính phổ thông và có
khả năng giao tiếp tốt với các hãng thiết bị phần cứng khác nhau.
− Có hệ điều hành đa nhiệm có khả năng mở rộng và giao tiếp dễ dàng với các
phần mềm và phần cứng khác.

1.6.2. Những yêu cầu chung về phần mềm
− Có khả năng tương thích với các giao thức (Protocol) thông dụng.
− Dễ dàng thiết kế và nâng cấp khi cần thiết.
1.6.3. Về dịch vụ SCADA
− Có khả năng thu thập, lưu trữ, sử dụng số liệu được ít nhất trong một năm.
− Cung cấp sự giao tiếp và giao diện dễ dàng cho người sử dụng và vận hành.
Dể dàng cho ngươì dùng hiển thị sơ đồ và đồ thị trong giám sát cũng như in
báo cáo.
− Giúp thao tác điều khiển từ xa dễ dàng, tuy nhiên vẫn phải bảo đảm thao tác
điều khiển bằng tay.
− Yêu cầu về giá thành và chi phi lắp đặt phải rẻ, hợp lý

12


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG SCADA TRONG CÔNG TÁC ĐIỀU ĐỘ HỆ THỐNG
ĐIỆN VIỆT NAM
2.1. Ứng dụng trong công tác điều độ hệ thống điện Việt Nam
Quá trình phát triển của công nghệ điều khiển hệ thống điện: Từ những năm
1970, hệ thống máy tính đã được ứng dụng rộng rãi trong các trung tâm điều độ hệ
thống điện lớn trên thế giới. Lúc đầu, hệ thống máy tính phục vụ việc quản lý kỹ
thuật, quản lý các dữ liệu, các thiết bị trên hệ thống điện và phục vụ việc tính toán
các bài toán rời rạc, đơn lẻ. Dần dần các phần mềm chuyên dụng phục vụ quản lý,
điều hành hệ thống điện được ra đời.
Vào đầu những năm 1980, hầu hết các trung tâm điều khiển của các hệ thống
điện lớn trên thế giới đã được trang bị “Hệ thống thu thập dữ liệu và giám sát điều
khiển” gọi tắt là SCADA. Chức năng cơ bản của hệ thống SCADA là thu nhận tự động,
xử lý các dữ liệu, hiển thị trên màn hình bảng sơ đồ các tín hiệu thời gian thực của
các phần tử trên hệ thống điện như: tần số, điện áp các điểm nút, thông số vận hành

(công suất tác dụng, công suất phản kháng, dòng điện, điện áp, nhiệt độ, áp lực
dầu…) của các thiết bị (máy phát điện, máy biến áp, đường dây điện…). Nó hiển thị
trạng thái làm việc của tất cả các thiết bị đóng cắt, tăng giảm nấc phân áp của máy
biến áp… giúp cho các kỹ sư điều hành hệ thống điện điều khiển từ xa, theo dõi,
giám sát sự làm việc của toàn bộ hệ thống điện.
2.2. Nguyên tắc làm việc của hệ thống SCADA
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 đưa ra các tín hiệu cảnh báo dạng chuông,
còi; hiển thị nội dung sự kiện cảnh báo bằng những dòng lệnh theo màu sắc và nhấp
nháy, điều này giúp cho các kỹ sư điều hành hệ thống điện có những hành động ứng
xử kịp thời để đưa các thiết bị trở lại trạng thái vận hành bình thường hoặc đưa 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 được lưu trữ tự động
theo trật tự thời gian, có độ chính xác đến từng mili giây (ms), có thể truy xuất khi
cần thiết dưới dạng các bảng biểu, đồ thị giúp cho quá trình xử lý và phân tích sự cố
được chính xác.
Hệ thống SCADA cho phép các kỹ sư điều hành có thể thực hiện các thao tác,
điều khiển các thiết bị từ xa như khởi động hay ngừng các tổ máy phát điện, thay

13


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
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 xoá bỏ chế độ
người trực vận hành ở các trạm điện, các nhà máy. Các thiết bị làm việc hoàn toàn
tự động, được 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 được ứng dụng và
phát triển rộng rãi. Chức năng cơ bản của hệ thống SCADA tích hợp là nó được

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, đưa vào tính toán và cho ra kết quả bằng các lệnh
điều khiển trực tiếp lên một phần thiết bị của hệ thống điện hoặc đưa ra các khuyến
cáo cụ thể cho các kỹ sư điều hành thực hiện nhằm đảm bảo sự làm việc của hệ
thống điện được ổn định, an toàn và kinh tế nhất.
Các phần mềm ứng dụng thông thường 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 toán trào lưu công suất (DLF: Dispatch Load Flow).
Tối ưu hoá trào lưu công suất (OPF: Optimal Power Flow).
Dự báo phụ tải (LF: Load Forecast).
Lập kế hoạch vận hành (GP: Generation Planning).

2.3. Ứng dụng SCADA trên lưới điện
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ứng dụng của các hệ thống
thông tin đo lường điều khiển xa ngày càng rộng. Xét trong phạm vi một nhà máy
điện, đó là hệ thống tự động hoá nhà máy, đối với trạm biến áp là hệ thống tự động
hoá trạm (Substation Automation System - SAS). Từ năm 1994 cùng với việc xây
dựng hệ thống tải điện 500 kV, Trung tâm Điều độ HTĐ quốc gia ra đời với phần

trung tâm của nó là hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition).
Sau đó lưới điện phân phối của các công ty Điện lực cũng từng bước được áp dụng
hệ thống SCADA/EMS (Energy Management System), mở ra một triển vọng vận
hành HTĐ an toàn, liên tục và kinh tế.

14


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực

Hình 1.4. Sơ đồ một hệ thống SCADA cơ bản
2.3.1. Nguyên lý làm việc
Nguyên tắc làm việc của hệ thống SCADA như sau:
- Thu thập dữ liệu:
Dữ liệu từ các trạm biến áp và các nhà máy điện được chia làm ba loại chính:
•

Dữ liệu trạng thái: trạng thái các máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, các khoá điều
khiển từ xa/tại chỗ v.v... Các cảnh báo của các bảo vệ.

•

Dữ liệu tương tự: Công suất tác dụng MW, phản kháng MVAr, điện áp, dòng điện, vị
trí nấc biến áp v.v...

•

Dữ liệu tích luỹ theo thời gian: Điện năng kWh, kvarh v.v...
Các dữ liệu trạng thái từ các rơ le trung gian được đưa vào các đầu vào số của
RTU, còn các dữ liệu tương tự từ cuộn thứ cấp của máy biến dòng điện và điện áp

được đưa vào các bộ biến đổi (tranducer), đầu ra của bộ biến đổi được đưa vào các
cổng đầu vào tương tự của RTU. Tại RTU dữ liệu được số hoá và thông qua kênh
truyền (giao thức) gửi về trung tâm điều độ.
- Điều khiển: Lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA của trung tâm điều độ thông
qua kênh truyền gửi đến RTU (hoặc SAS), các lệnh điều khiển có thể là:

15


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
•

Lệnh đóng cắt máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa (open/close).

•

Lệnh điều khiển tăng giảm (Raise/Lower)

•

Lệnh điều khiển thay đổi giá trị đặt (Setpoint)

- Giám sát: Dữ liệu thu thập từ các trạm về trung tâm điều khiển sẽ được máy tính
xử lý:
•

Hiển thị trên các sơ đồ, bảng biểu và các dạng đồ thị xu hướng.

•

Đối với dữ liệu trạng thái (máy cắt, dao cách ly, cảnh báo v.v...) khi phát
hiện ra có sự thay đổi trạng thái hệ thống SCADA sẽ phát cảnh báo bằng
âm thanh và dòng thông báo để lôi kéo sự chú ý của người vận hành.

• Đối với dữ liệu giá trị đo xa, dữ liệu nhận được sẽ được kiểm tra so sánh
với các ngưỡng dưới và ngưỡng trên (đã được định trước), nếu giá trị đo
được bị vi phạm thì hệ thống sẽ phát cảnh báo cho người vận hành.
2.3.2. Các chức năng của SCADA
− Thu thập dữ liệu.
− Điều khiển giám sát.
− Giao tiếp người máy đồ họa hoàn toàn.
− Điều khiển cảnh báo và sự kiện.
− Ghi nhận trình tự các sự kiện.
− Lưu trữ và khôi phục dữ liệu quá khứ.
− Phân tích dữ liệu sự cố.
− Phân tích kết dây và trạng thái hệ thống.
− Xu hướng của dữ liệu động và dữ liệu quá khứ.

16


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
− Tạo báo cáo, thường lệ và đặc biệt.
− Biến cố và thẻ báo thiết bị đóng cắt.
− Thông tin liên lạc với các Trung tâm Điều độ.

2.3.3. Các chức năng EMS trong lưới truyền tải
Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) cung cấp cho Trung tâm Điều độ phương
tiện để điều khiển và vận hành một cách tối ưu hệ thống điện. Các chức năng chính
của bộ chương trình EMS đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn và kinh tế. Các chương

trình ứng dụng bao gồm:
•

Thiết lập trạng thái kết dây và đánh giá trạng thái.

•

Phân tích đột biến (bao gồm cả tự động lựa chọn trường hợp đột biến).

•

Trào lưu công suất cho kỹ sư điều hành.

•

Vận hành kinh tế trong điều kiện có ràng buộc.

•

Phần mềm huy động thủy điện.

•

Tự động điều khiển phát điện (AGC).

•

Trào lưu công suất tối ưu.

•

Dự báo phụ tải.

•

Phối hợp thuỷ - nhiệt điện.

•

Huy động tổ máy.
Các chương trình trên được hỗ trợ cho cả chế độ thời gian thực và chế độ

nghiên cứu. Do tính chất quan trọng của hệ thống SCADA/EMS mà hầu hết các thiết
bị đều có cấu hình kép. Tương tự như đối với lưới truyền tải, để quản lý vận hành
lưới điện phân phối cao áp người ta sử dụng hệ thống SCADA/DMS. Trong đó DMS
(Distribution Management System) là các ứng dụng đi cùng với hệ thống SCADA

17


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
phục vụ quản lý lưới điện phân phối. Ngoài ra để phục vụ cho quản lý vận hành lưới
trung thế phân phối còn có hệ thống tự động hóa lưới phân phối DAS (Distribution
Automation System).
2.3.4. Các chức năng DMS trong lưới phân phối
Các chức năng DMS giúp vận hành lưới điện phân phối an toàn và hiệu quả
nhất, các chức năng điển hình như sau:
•

Tô màu động theo phân cấp điện áp, phân loại thiết bị hoặc theo mức mang tải

v.v...

•

Tính toán trào lưu công suất

•

Tính toán ngắn mạch

•

Cân bằng phụ tải cho các xuất tuyến hoặc các máy biến áp

•

Tối thiểu hóa tổn thất công suất theo ràng buộc lưới

•

Định vị sự cố

•

Cô lập điểm sự cố và khôi phục lưới

•

Lập kế hoạch sửa chữa lưới điện

•

Sa thải phụ tải

•

Mô phỏng phục vụ đào tạo điều độ viên
Hiện nay EVN có một số đơn vị đã đưa hệ thống SCADA/DMS vào vận hành, có

một số hệ thống do ABB cung cấp, hệ thống cũ hơn vận hành tại Công ty Điện lực TP
Hồ Chí Minh, hệ thống mới vận hành tại Công ty Điện lực Hà Nội. Công ty Điện lực
Đồng Nai, các Điện lực Cần Thơ, Lâm Đồng thuộc Công ty Điện lực 2 cũng đã triền
khai thành công hệ thống SCADA/DMS trên lưới điện phân phối. Công ty Điện lực 3
đang cùng với ABB Oy triển khai dự án để đưa hệ thống SCADA/DMS vào vận hành
tại các thành phố Đà Nẵng, Huế, Quy Nhơn và Buôn Mê Thuột.
2.4. SCADA trong hệ thống điện lực

18


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
2.4.1. Các cấp điều khiển của hệ thống SCADA trong hệ thống điện lực
Ở cấp thấp nhất của hệ thống SCADA, là các phần có chức năng theo dõi và
điều khiển cho từng thiết bị riêng biệt. Thường gặp nhất trong hệ thống điện là các
rơ le bảo vệ. Khi thiết bị gặp sự cố, các rơle này hoàn toàn có thể tính toán và tác
động theo thông số chỉnh định trước mà không cần liên lạc với hệ thống cấp trên.
Ngoài chức năng điều khiển, các phần tử thuộc cấp này còn có chức năng thu thập
số liệu, thông số của các thiết bị để gửi lên các Substation server. Trong các hệ thống
hiện đại, các phần tử này được gọi chung là IED (Intelligent Electronic Devices), có
các nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau, nhưng có cùng chuẩn giao tiếp, cho

phép IED này có thể nói chuyện được với các IED khác trong cùng trạm (peer to
peer) và trao đổi với substation server. Về nguyên tắc, sự hỏng hóc hay bảo trì tại
một IED sẽ không làm ảnh hưởng đến các IED khác trong hệ thống.
Cấp thứ hai của hệ thống SCADA là các Substation Server, với chức năng chủ
yếu là thu thập số liệu từ các IED do nó quản lý, lưu lại trong cơ sở dữ liệu, phục vụ
các nhu cầu đọc dữ liệu tại chỗ qua các HMI (Human Machine Interface)
Cấp thứ ba là Trung tâm điều khiển của toàn hệ thống, nơi thực hiện việc thu
thập số liệu từ các Substation Server, thực hiện các chức năng tính toán đánh giá
trạng thái của hệ thống, dự báo nhu cầu phụ tải, và thực hiện các chức năng điều
khiển quan trọng, như việc phân phối lại công suất phát giữa các nhà máy, lên kế
hoạch vận hành của toàn hệ thống.
Do quy mô rộng lớn của hệ thống truyền tải điện năng, các trạm điều khiển
trung tâm còn có thể được chia thành các cấp - điều khiển trung tâm (Central
control Center hay Central Dispatching Center), và các trạm điều khiển vùng (Area
Control Center).
2.4.2. Các cấp quản lý trong hệ thống điện lực
Mục đích của việc SCADA cho các trạm điện trong hệ thống điện lực Việt Nam
trước tiên nhằm đáp ứng nhu cầu về tự động hoá và số hoá hệ thống điện Việt Nam.
Nó phản ánh một bước đi tất yếu của việc hiện đại hoá hệ thống điện, đồng thời nó
cũng phản ánh trình độ về kinh tế - kỹ thuật của lưới điện Việt Nam.
Bảng 2.1. Tóm tắt sơ lược những cấp quản lý trong việc phân bố điện
Cấp quản lý
Phát và truyền tải điện lực siêu cao -

19

Nội dung quản lý
Phương án phân phát P, Q trên toàn lãnh

Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
áp 500 KV xuyên quốc gia
Phát và truyền tải điện đến các trạm trong mạng cao áp 220 KV khu vực
-

thổ quốc gia.
Quản lý tần số, dự phòng ổn định tĩnh,
động của hệ thống điện quốc gia.
Thu thập số liệu, thao tác, bảo vệ rơ-le,
chuẩn đoán, bảo dưỡng các thiết bị cao áp.
Phương án phân bố P, Q trên các khu vực
cụ thể.
Phân bố điện áp 220 KV ở các trọng tâm tải
và dự phòng bảo vệ nguồn.
Thu thập số liệu, thao tác, bảo vệ rơ-le,
chuẩn đoán hỏng hóc và bảo dưỡng thiết
bị.

Phân phối và truyền tải điện trong địa bàn các mạng 110 KV
-

Phát bù công suất phản kháng Q.
Phân bố điện áp trên địa bàn.
Thu thập các số liệu, thao tác, bảo vệ,
chuẩn đoán và bảo dưỡng thiết bị.

Phân phối điện xuống mạng 35 KV trở xuống
-

Phát bù công suất phản kháng Q.

Điều khiển điện áp trung áp và xa thải tải
theo yêu cầu.
Thu thập số liệu, bảo vệ bảo dưỡng hệ
thống.

Cung cấp điện lực hạ áp cho khu dân cư và xí nghiệp nhỏ

Tiến hành các thao tác đóng cắt, bảo vệ và
bảo dưỡng hệ thống.

Qua trên chúng ta nhận thấy một số điều:
Đối với mạng siêu cao áp, việc tính toán, xử lý số liệu để từ đó đưa ra các lệnh
điều khiển hệ thống đòi hỏi một yêu cầu nghiêm ngặt về tính chính xác và kịp thời
trong việc ra quyết định. Nhiệm vụ này thuộc về trung tâm điều độ quốc gia A0. Các
trung tâm phân phối điện lưới cấp miền vào khu vực không đảm đương được việc
này. Tuy nhiên một thực tế tồn tại là việc thu thập số liệu và điều khiển thao tác lên
hệ thống lại đặt ở xa thuộc lĩnh vực quản lý của các trạm. Do vậy, các trung tâm
điều độ muốn điều khiển từ xa thì phải dựa và một hệ thống thông tin công nghiệp
tốt để nhận các số liệu từ cấp dưới đưa lên và các lệnh cần thi hành đưa xuống cấp
dưới. Việc quản lý phân phối cung cấp điện ở cấp cao áp thì thường giao cho các
trung tâm điều độ miền nắm giữ. Các trung tâm này cũng tích cực tham gia vào việc
giám sát hệ thống và chia sẻ bớt gánh nặng điều khiển của SCADA điều độ cấp trên.

20


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
Đến các trạm, các trạm này thực hiện toàn bộ các tác vụ thu thập số liệu hệ
thống, điều khiển tải của lưới và thực hiện các thao tác nhằm ổn định hệ thống. Khi
các trạm được tự động hoá hoàn toàn thì việc giám sát hệ thống và điều khiển lưới

lúc này trở nên rất đơn giản. Khi SCADA điều độ cần điều khiển thao tác xuống một
thiết bị phía cấp dưới như đóng cắt máy cắt nào đó thì nó chỉ cần gửi một bản tin
xuống trạm. Tại trạm thông qua các PLC hay các RTU mà thao tác đó được thực
hiện. Hay ngược lại khi cần dữ liệu về hệ thống và trạm thì SCADA điều độ chỉ cần
gửi một bản tin yêu cầu các trạm gửi số liệu về hệ thống trên.
2.5. Các loại hình SCADA trong hệ thống điện
Dựa vào các phân tích bên trên ta đề ra hai loại hình SCADA sau:
− SCADA điều độ
− SCADA trạm
2.5.1. SCADA điều độ cấp quốc gia
Đây là một trung tâm mang tính điều độ cấp cao, mang tính huyết mạch của
hệ thống điện Việt Nam. Nó làm nhiệm vụ điều tiết toàn bộ điện năng trên lưới.
SCADA điều độ quốc gia giúp cho việc phân bổ điện năng thông suốt trên khắp ba
miền. SCADA điều độ quốc gia đảm đương các nhiệm vụ sau:
− Thu thập các số đo, các trạng thái, tình hình phụ tải từ các trung tâm điều độ
miền đưa lên.
− Trên cơ sở các số liệu thu được tiến hành phân tích, nhận dạng, đánh giá và
đưa ra các điều khiển tối ưu cho hệ thống về phân bổ công suất cũng như ổn
định dự phòng trong lưới.
Thực chất trung tâm SCADA điều độ quốc gia không trực tiếp làm nhiệm vụ
thu thập số liệu về hệ thống và cũng không điều khiển trực tiếp lên hệ thống mà chỉ
thông qua các trạm phía dưới để thu thập dữ liệu và điều khiền hệ thống thông qua
các lệnh dưới dạng các bản tin.

21


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực

Hình 4.1. Sơ đồ về cấp SCADA trong hệ thống điện Việt Nam

2.5.2. SCADA điều độ cấp trên
Tại các trung tâm điều độ miền, các dữ liệu về hệ thống được các trạm gửi lên,
với những phân tích và đánh giá của mình các trung tâm này đưa ra các quyết định
điều khiển tác động lên lưới nhằm một mục tiêu nhất định là ổn định hệ thống.
SCADA điều độ miền là cấp trung gian giữa SCADA điều độ quốc gia và SCADA trạm
nên nó có một số nhiệm vụ đặc trưng sau:
− Thu thập số liệu từ các SCADA trạm.
− Phân tích biểu đồ phụ tải thu được, tiến hành đánh giá và đưa ra các phương
án điều độ và phân chia phụ tải và ổn định lưới. Các trung tâm điều độ miền
đóng vai trò quan trọng và định hướng cho các SCADA trạm trong việc điều
tiết công suất tải và điều khiển hệ thống.

22


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
2.5.3. SCADA trạm
Đây là một trung tâm máy tính điều khiển mà tác động trực tiếp đến chất
lượng trong lưới điện vì đây là một nơi mà các tác động điều khiển trực tiếp tác
động vào hệ thống điện. Lưới điện có thể ổn định và bền vững hay không phụ thuộc
rất nhiều các trung tâm SCADA trạm này. Vậy nhiệm vụ của SCADA trạm là phải
trực tiếp:
− Thao tác điều khiển lên các thiết bị của hệ thống, các máy biến áp…
− Thu thập và giám sát các thông số về hệ thống.
− Điều khiển đóng/cắt nhằm bảo vệ hệ thống trong trường hợp lưới gặp sự cố
như quá tải, chạm chập…
− Đưa các dữ liệu về báo cáo với SCADA cấp trên phục vụ cho việc phân tích,
đánh giá hệ thống khi cần khắc phục sự cố hay nâng cấp hệ thống. Mạch thu
thập số liệu và điều khiển được thiết kế bằng:
 Một PLC và các module AI/AO, DI/DO.

 Một bộ RTU với các transmitter analog.
 Một bộ các transmitter số thông minh.
SCADA trạm được thiết kế còn có các bus truyền tin phục vụ cho các tác vụ
truyền thông sau:
− Một bus truyền số liệu, truyền lệnh hiện trường kiểu RS-485 nối các PLC, các
RTU và các transmitter số thông minh với trung tâm điều khiển là các máy
tính PC.
− Một bus truyền tin theo kiểu RS-323 để giao tiếp truyền thông với SCADA
điều độ cấp trên.
Trung tâm điều khiển là các máy tính PC, tuỳ theo quy mô của trạm mà số
lượng máy có thể là nhiều hay ít. Với mỗi trạm tuỳ vào mức độ đòi hỏi về độ tin cậy
của việc điều khiển mà ta có thể lắp các máy dự phòng. Các trạm với quy mô nhỏ ta
có thể chỉ cần dùng một máy tính PC tốc độ cao, khả năng xử lý nhanh và có dung
lượng bộ nhớ lớn là có thể đảm nhận việc của một trung tâm điều khiển và giám
sát. Còn đối với các trạm lớn và đòi hỏi tính an toàn cao thì ta nên dùng một máy
chuyên làm nhiệm vụ điều khiển, một máy PC khác thì làm nhiệm vụ thu thập và
giám sát nếu cần thiết có thể dùng thêm một máy chuyên thực hiện các tác vụ về
truyền thông.
2.6. Hệ thống SCADA/EMS trong hệ thống điện

23


Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
Ở cấp thấp nhất của hệ thống SCADA/EMS là các IED, có chức năng theo dõi và
điều khiển một thiết bị cụ thể. Các IED của một trạm được nối với một thiết bị đầu
cuối RTU (Remote Terminal Unit). RTU thu thập toàn bộ các tín hiệu từ các IED
trong trạm và gửi về điều độ trung tâm. Như minh hoạ trên hình vẽ, liên lạc giữa
RTU và ACC(CCC) có thể sử dụng nhiều phương tiện:Đường điện thoại, cáp truyền
tín riêng của ngành điện, sóng vô tuyến, đường dây cáp quang, hoặc sử dụng chính

đường dây điện làm đường truyền tin (PLC - Power Line Carrier)
Thông tin trong hệ thống được đưa đến ACC (CCC), và được chia sẻ chung
trong mạng LAN của trung tâm điều độ. Các máy chủ được nối vào mạng LAN và
thực hiện các chức năng khác nhau: EMS, ghi số liệu, theo dõi hệ thống, huấn luyện
người vận hành (dispatcher tranning) (trên số liệu thực tế). Chức năng trainning
này rất thú vị vì nó kết hợp giữa hệ thống số liệu thu thập được và một phần mềm
mô phỏng toàn bộ hệ thống điện. Khi ấy người được huấn luyện có thể theo dõi trực
tiếp trạng thái của hệ thống, và đưa ra các quyết định. Phản ứng của hệ thống sẽ
được tính toán nhờ chương trình mô phỏng.
Để cho hệ thống hoạt động một cách hiệu quả là một vấn đề rất phức tạp. Tại
các trung tâm ACC và CCC, thường xuyên có hàng chục, hàng trăm ngàn tín hiệu
phải được cập nhật thường xuyên. Việc đảm bảo tính chính xác của số liệu thu thập,
tốc độ điều khiển trong thời gian thực(hoặc gần với thời gian thực) đòi hỏi không
những một hệ thống máy tính đủ mạnh, mà còn có một phương thức trao đổi thông
tin hợp lý. Thông tin cần được trao đổi một cách nhanh chóng, tin cậy, và đôi khi là
cả bảo mật.
UCA được xây dựng để tạo một tiếng nói chung nhưng vẫn không can thiệp
quá nhiều vào các chuẩn truyền tin sẵn có. Mô hình truyền tin 7 lớp của OSI (dùng
trong TCP/IP, Novell, DNP) vẫn được UCA sử dụng. Nơi mà UCA can thiệp chỉ là lớp
trên cùng của kiến trúc OSI - Application Layer. Tại lớp này, các nhà sản xuất cần
tuân theo các chuẩn sau của UCA:
MMS (Manufacturing Message Specification), là ngôn ngữ trao đổi ở cấp
application layer giữa các thiết bị nhằm thực hiện các chức năng điều khiển và đọc
số liệu.
CASM (Common Application Service Model) là phương thức trao đổi thông tin.
Nó quy định các bước mà các thiết bị trong hệ thống phải tuân theo để có thể trao
đổi với nhau. Hiểu nôm na, đó là trình tự các message MMS được trao đổi phải tuân
theo CASM. Các dịch vụ CASM có thể kể đến gồm có các nhóm sau: Truy xuất đối
24

Báo cáo thực tập hệ thống thông tin điện lực
tượng (nhận dạng đối tưọng và đọc số liệu), điều khiển, tạo đối tượng, tạo report,
kiểm tra bảo mật.
GOMSFE (Generic Object Model for Subsation and Feeder Equipment), là cách
thức mô tả một đối tượng bất kỳ trong mạng thông tin, bao gồm loại đối tượng, các
thông tin của đối tưọng.Đây là một tiêu chuẩn mô tả các đối tượng trong hệ thống
điện. Trường thông tin mà đối tượng nào cũng phải có là loại đối tưọng (RTU, máy
biến áp, Rơ le. tụ bù, .....), tuỳ vào loại đối tượng mà ta có các trường thông tin khác
như dòng, áp trên từng pha, tần số .. . Trong tên gọi của thiết bị có chứa thông tin về
Domain-vị trí của thiết bị trong hệ thống. Vì vậy các thiết bị giống nhau trong hệ
thống vẫn có tên gọi khác nhau. Khả năng phát triển thêm các thiết bị mới là dễ
dàng và không gây ra xung đột.
ICCP (Inter Control Center Communications Protocol) là một chuẩn trao đổi
thông tin ở lớp application, giống MMS. Tuy nhiên, ICCP phục vụ cho việc trao đổi
thông tin giữa các trung tâm điều khiển, chứ không hướng vào các đối tượng như
MMS. Vì vậy phương thức trao đổi thông tin trong ICCP không tuân theo CASM,
cũng như GOMSFE. Việc sử dụng ICCP có ý nghĩa tương thích về phần mềm hơn là
phần cứng thiết bị - các phần mềm của EMS cần tuân theo chuẩn ICCP để có thể
trao đổi được số liệu với nhau.

25