Nghiên cứu và ứng dụng tiêu chuẩn IEEE c37 1 cho thiết kế và xây dựng hệ thống scada trung tâm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.44 MB, 102 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
LÊ HOÀNG NHÂN
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG TIÊU CHUẨN
IEEE C37.1 CHO THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG
HỆ THỐNG SCADA TRUNG TÂM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
LÊ HOÀNG NHÂN
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG TIÊU CHUẨN
IEEE C37.1 CHO THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG
HỆ THỐNG SCADA TRUNG TÂM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016.
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Đinh Hoàng Bách
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 12 tháng 03 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
TT
1
2
3
4
5
Họ và tên
PGS. TS. Ngô Cao Cường
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhờ
TS. Võ Công Phương
PGS. TS. Quyền Huy Ánh
TS. Phạm Đình Anh Khôi
Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1
Phản biện 2
Ủy viên
Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
PGS. TS. Ngô Cao Cường
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày20 tháng 8 năm 2016
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên
Giới tính: Nam.
: LÊ HOÀNG NHÂN
Ngày, tháng, năm sinh : 19/03/1978
Chuyên ngành
Nơi sinh: An Giang.
: Kỹ thuật điện
MSHV: 1441830017.
I- Tên đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng tiêu chuẩn IEEE C37.1 cho thiết kế và
xây dựng hệ thống SCADA trung tâm
II- Nhiệm vụ và nội dung:
Nhiệm vụ 1: Phân tích hệ thống SCADA hiện tại, phân tích nhu cầu phát triển theo
kế hoạch hiện đại hóa lưới 2015 - 2020.
Nhiệm vụ 2: Nghiên cứu tiêu chuẩn IEEE Std C37.1-1994 và IEEE C37.1-2, IEEE
Std C37.1™-2007 cho hệ thống SCADA Trung Tâm
Nhiệm vụ 3: Thiết kế hệ thống SCADA theo các yếu cầu đề ra: cấu hình hệ thống,
tiêu chuẩn kỹ thuật phần cứng, phần mềm.
Nhiệm vụ 4: Tổ chức mua sắm và triển khai xây dựng hệ thống SCADA Trung
Tâm.
III- Ngày giao nhiệm vụ: 20/08/2015
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: tháng 1/2016
V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Đinh Hoàng Bách
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TS. Đinh Hoàng Bách
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu và ứng dụng tiêu chuẩn IEEE C37.1
cho thiết kế và xây dựng hệ thống SCADA Trung Tâm" là công trình nghiên cứu
của riêng tôi.
Các số liệu trong đề tài này được thu thập và sử dụng một cách trung thực. Kết
quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này không sao chép của bất cứ luận
văn nào và cũng chưa được trình bày hay công bố ở bất cứ công trình nghiên cứu
nào trước đây.
Học viên thực hiện Luận văn
Lê Hoàng Nhân
ii
LỜI CÁM ƠN
Sau thời gian làm việc, tổ chức thực hiện nghiên cứu tại Tổng Công ty Điện
lực TP.HCM, được sự quan tâm và giúp đỡ quý báu của Ban Lãnh đạo Trung Tâm
Điều độ Hệ thống điện TPHCM, tôi đã nghiên cứu hoàn thành đề tài : “Nghiên cứu
và ứng dụng tiêu chuẩn IEEE C37.1 cho thiết kế và xây dựng hệ thống SCADA
Trung Tâm" và áp dụng vào thực tiễn vận hành.
Hoàn thành đề tài này, cho phép tôi được bày tỏ lời cám ơn TS. Đinh Hoàng
Bách đã nhiệt tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn; lãnh đạo Tổng Công ty Điện
Lực TPHCM và lãnh đạo Trung Tâm Điều độ Hệ thống điện TPHCM đã luôn hỗ
trợ và tạo điều kiện thực hiện đề tài.
Lê Hoàng Nhân
iii
TÓM TẮT
Các hệ thống SCADA Trung Tâm hiện nay đã được triển khai tại một số Trung
Tâm Điều Độ trong cả nước từ những năm 1990. Tuy nhiên do nhu cầu vận hành và
áp dụng còn phụ thuộc vào sự phát triển lưới của Việt Nam nên khả năng phổ biến
và phát triển còn nhiều giới hạn.
Nói đến hệ thống SCADA Trung Tâm là đề cập đến một hệ thống máy tính chủ
và nhiêu phần mềm xử lý phức tạp. Do đó việc xây dựng mới hay nâng cấp các hệ
thống SCADA Trung Tâm phải phụ thuộc vào các nhà tư vấn hay các nhà cung cấp
hàng đầu thế giới về hệ thống SCADA.
Tuy nhiên, hiện nay với sự bùng nổ công nghệ thông tin, các thông tin về tài
liêu, tiêu chuẩn kỹ thuật của các nước phát triển khi trang bị hệ thống SCADA được
cập nhật và tìm hiểu. Cũng như các nhà phát triển phần mềm SCADA cũng đang
từng bước tiếp cận thị trường Việt Nam, nên dễ dàng tạo điều kiện cho chúng ta tiếp
cận được thông tin và sản phẩm về hệ thống SCADA Trung Tâm trên thế giới hiện
nay.
Vấn đề được đặt ra là nếu muốn xây dựng một hệ thống SCADA Trung Tâm với
đáp ứng các yêu cầu hiện nay thì chúng ta phải thực hiện như thế nào? Từ khâu thiết
kế, xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật, tổ chức mua sắm và triển khai thực hiện.
IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers là Viện kỹ nghệ Điện và
Điện Tử của Mỹ. Là một tổ chức phi lợi nhuận và chuyên nghiệp nhằm nâng cao và
phát huy các đổi mới công nghệ tạo cơ hội nghề nghiệp cho các thành viên và cộng
đồng thế giới. IEEE đề các tiêu chuẩn kỹ thuật, quá trình phát triển, tích hợp, và
chia sẻ sự hiểu biết về ứng dụng công nghệ điện tử và tin học, cũng như các nghành
khoa học khác nhằm đem lại lợi ích cho con người và nghề nghiệp. Tổ chức này
chính thức hoạt động đầu năm 1963. Thành viên hiện hơn 350 ngàn người khắp nơi
trên thế giới bao gồm kỹ sư, khoa học gia và sinh viên.
iv
Tiêu chuẩn IEEE C37.1 2007 là bộ tiêu chuẩn cung cấp các định nghĩa, đặc tính
kỹ thuật, phân tích hiệu suất hệ thống và các ứng dụng của 01 hệ thống SCADA và
hệ thống điều khiển máy tính trạm. Tiêu chuẩn mô tả cụ thể từng thành phần của
một hệ thống SCADA Trung Tâm, từ đó giúp ta xác định rõ cấu hình, đặc tính kỹ
thuật của từng thành phần theo yêu cầu để từ đó tổ chức mua sắm và triển khai thực
hiện.
Tuy nhiên do hệ thống SCADA Trung Tâm là hệ thống lớn, xử lý kết nối tín
hiệu từ nhiều hệ thống SCADA tại các trạm cũng như các thiết bị trên lưới phân
phối, do đó các yêu cầu tìm hiểu thêm về các loại RTU hay các hệ thống điều khiển
máy tính tại trạm, cũng như các giải pháp truyền thông phù hợp với yêu cầu cũng
phải được đề cập và nghiên cứu.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn trong việc xây dụng mô hình hệ
thống SCADA Trung Tâm đáp ứng các yêu cầu về vận hành như xây dựng Trung
Tâm điều khiển, tổ chức mô hình thao tác xa cho các trạm không người trực. Đề
xuất các giải pháp triền khai và tổ chức thực hiện theo các yêu cầu trên.
Mục tiêu của đề tài cũng từng bước giúp các kỹ sư tìm hiểu về hệ thống SCADA
trung tâm, từ đó xác định được các thành phần phù hợp với yêu cầu vận hành hiện
tại. Đề xuất các giải pháp phù hợp và triển khai tự thực hiện từ việc tự xây dựng HT
máy tính chủ trung tâm và cài đặt phần mềm ứng dụng, xây dựng tích hợp cơ sở dữ
liệu … Qua đó từng bước làm chủ công nghệ và giảm phụ thuộc vào nhà thầu và
nâng cao trình độ của đội ngũ cán bộ kỹ thuật trong quá trình hiện đại hóa đất nước.
v
ABSTRACT
Center SCADA systems are now deployed in several Load dispatching centers in
the Vietnam from 1990. However, due to operational needs and applied depend on
the development of Vietnam made possible grid dissemination and development
capacity is too limiting.
Center SCADA system refers to a host computer system and many complex
processing software. Consequently the renovations or upgrades Centers SCADA
systems must rely on consultants and vendors leading the SCADA system.
However, now with the explosion of information technology, information
documents, technical standards of the developed world when equipped with the
SCADA system is updated and learn. As the SCADA software developers are
gradually approaching Vietnam market, should easily facilitate us access to
information and products for SCADA Center on the world today.
The problem arises if you want to build a center with SCADA systems meet the
current requirements, we must perform like? From design, construction and
technical standards, procurement organization and implementation.
IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers as the Institute of
Electrical and Electronics industry of America. As a non-profit organization and
professionalism to enhance and promote technological innovation to create career
opportunities for its members and the international community. IEEE standards
threads engineering, process development, integration, and shared understanding of
the application of electronic technology and information technology, as well as
other branches of science to benefit the people and occupations Industry. This
organization officially started operations in 1963. Current members more than 350
thousand people around the world, including engineers, scientists and students.
vi
IEEE C37.1 2007 standards provide definitions, specifications, system
performance analysis and the application of 01 SCADA and control system
workstations. Criteria specific description of each component of a SCADA Center,
which helps us to identify configuration, technical characteristics of each
component as required so that the procurement organization and implementation .
However due Centers SCADA system is large, connected signal processing from
multiple SCADA systems at stations as well as on distribution equipment, so the
requirement to find out more about the types of RTU or the computer control
system at the station, as well as communication solutions matching requirements
must also be addressed and studied.
The scope of the research study is limited to the construction of model Centers
SCADA system to meet operational requirements, such as building control center,
the organization model for the remote operation of unmanned stations online .
Proposed solutions to deploy and organizations comply with the above
requirements.
The objective of the project also gradually help engineers learn about the central
SCADA system, which identified the components fit existing operational
requirements. Propose appropriate solutions and implement self-realization from the
self-built HT central host computer and install the application software, build
integrated database ... Thereby gradually mastering the technology and reduce
reliance on contractors and raise the level of the technical staff in the modernization
process of the country.
vii
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU.............................................................................................1
1.1 ĐẶT VẦN ĐỀ .......................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ....................................................................................2
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................................2
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................................................................3
1.4.1 Phương pháp tiếp cận thu thập thông tin: ...............................................3
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu tài liệu: ............................................................3
1.4.3 Phương pháp thực nghiệm: ......................................................................4
CHƯƠNG 2: TIÊU CHUẨN SCADA IEEE STD C37.1......................................5
2.1. TỔNG QUAN ......................................................................................................5
2.2. CÁC ĐỊNH NGHĨA TRONG TIÊU CHUẨN............................................................5
2.3 TỔNG QUAN HỆ THỐNG.....................................................................................7
2.3.1 Tổng quan ..................................................................................................7
2.3.2 Master station (control center): kiến trúc và chức năng .........................8
2.3.3 Remote site (substation) control system functions and architecture .......9
2.4 ARCHITECTURE: KIẾN TRÚC .........................................................................12
2.4.1 Centralized : tập trung .............................................................................12
2.4.2 Distributed: phân tán ...............................................................................13
2.5 BACKUP/EMERGENCY CONTROL CENTERS: TRUNG TÂM DỰ PHÒNG ..........13
2.6 PRIMARY AND BACKUP SYSTEMS: HỆ THỐNG CHÍNH VÀ DỰ PHÒNG............14
viii
2.7 COMMUNICATIONS: TRUYỀN THÔNG ............................................................14
2.7.1 Substation communications: hệ thống truyền thông mức trạm ............15
2.7.2 Inter-control center communications: ....................................................15
2.7.2.1 Inter-control center protocol (ICCP) ...................................................16
2.7.2.2 Mailbox gateway (RTU)........................................................................16
2.8 MEASUREMENTS .............................................................................................16
2.8.1 Analog data ..............................................................................................17
2.8.2 Status data ................................................................................................17
2.8.2.1 Single-point information (SPI) ............................................................17
2.8.2.2 Double-point information (DPI) ..........................................................17
2.8.3 Accumulator data .....................................................................................17
2.8.4 SOE data...................................................................................................18
2.9 BULK DATA TRANSFER ...................................................................................18
2.10 DIGITAL FAULT RECORDS ............................................................................18
2.11 CONTROL ......................................................................................................18
2.11.1 Binary outputs ........................................................................................19
2.11.2 Analog outputs .......................................................................................19
2.11.3 Select-before-operate .............................................................................20
2.11.4 Jogging or raise/lower ...........................................................................20
2.11.5 Tagging...................................................................................................21
2.12 USER INTERFACE ..........................................................................................22
2.12.1 Operator consoles ..................................................................................22
2.12.2 Tabular displays .....................................................................................22
ix
2.12.3 Graphs/trends .........................................................................................22
2.12.4 World map ..............................................................................................22
2.12.5 Zooming/panning...................................................................................23
2.13 LARGE DISPLAYS ..........................................................................................23
2.13.1 Mosaic tile mapboards ...........................................................................23
2.13.2 Projection displays .................................................................................24
2.13.3 Plasma and LCD ....................................................................................24
2.14 REPORTS .......................................................................................................24
2.15 SECURITY ......................................................................................................24
2.15.1 Access authorization ..............................................................................25
2.15.2 Areas of responsibility (zoning).............................................................25
2.15.3 Logging...................................................................................................25
2.16 DATA PROCESSING ........................................................................................25
2.17 PERFORMANCE .............................................................................................27
2.17.1 System availability..................................................................................27
2.17.2 System maintainability ...........................................................................27
2.17.3 System performance ...............................................................................28
2.17.4 Expandability .........................................................................................29
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ................................................................30
3.1 XÁC ĐỊNH HIỆN TRẠNG VÀ NHU CẦU..............................................................30
3.1.1 Hiện trạng ................................................................................................30
3.1.2 Các vấn đề tồn tại trong hệ thống SCADA hiện tại ...............................30
3.1.3 Các yêu cầu đặt ra trong giai đoạn hiện nay ..........................................31
x
3.2 KIẾN TRÚC ĐỀ XUẤT .......................................................................................32
3.3 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CHO HỆ THỐNG: ....................................................33
3.3.1 Các yêu cầu cơ bản:.................................................................................33
3.3.2 Backup/emergency control centers - Trung Tâm dự phòng: ..................34
3.3.3 Primary and backup systems: hệ thống sao lưu chính và dự phòng .......34
3.3.4 Communication: truyền thông cho hệ thống ...........................................35
3.3.5 Measurements: các tính năng đo lường trong hệ thống. .........................37
3.3.6 Bulk data transfer: download cấu hình và firmware...............................39
3.3.7 Digital fault records: các bảng ghi sự cố ................................................39
3.3.8 Control: tính năng điều khiển hệ thống....................................................40
3.3.9 User Interface: giao tiếp người sử dụng ..................................................41
3.3.10 Large displays: màn hình ghép và Mapboard........................................44
3.3.11 Report: Chức năng tạo báo cáo .............................................................45
3.3.12 Security: Bảo mật ...................................................................................45
3.3.13 Data processing: Xử lý dữ liệu ...............................................................46
3.3.14 Performance: hiệu năng của hệ thống ...................................................46
3.3.15 System Tool: công cụ cấu hình hệ thống ...............................................47
CHƯƠNG 4: TRIỂN KHAI THỰC HIỆN...........................................................49
4.1 LƯA CHỌN PHẦN MỀM ....................................................................................49
4.1.1 Scada Server .............................................................................................49
4.1.2 Scada Client .............................................................................................50
4.1.3 Workview (phần mềm HMI)....................................................................51
4.1.4 REPLICATOR (phần mềm Historical)...................................................52
xi
4.1.5. Các chức năng SCADA ..........................................................................52
4.2 LỰA CHỌN PHẦN CỨNG: .................................................................................53
4.3 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN:...................................................................................54
4.3.1 Các bước cài đặt: .....................................................................................54
4.3.2 Lặp kế hoạch thử nghiệm ........................................................................54
4.3.3 Triển khai thực hiện cho toàn hệ thống .................................................55
4.4 CHI TIẾT THỰC HIỆN.......................................................................................55
4.4.1 Cài đặt cấu hình hệ thống Scada TT ......................................................55
4.4.2 Cài đặt cấu hình mạng và đường truyền thông tin ................................56
4.4.3 Cài đặt cấu hình chuyển đổi giao thức. ..................................................64
4.5 AN NINH TRONG HỆ THỐNG SCADA .............................................................69
4.5.1 Các khả năng xâm nhập hệ thống: .........................................................70
4.5.2 Các giải pháp bảo vệ an ninh điện tử: ....................................................71
CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN....................75
5.1 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI VỀ MẶT KỸ THUẬT ....................................75
5.1.1 Sản phẩm 01: ...........................................................................................75
5.1.2 Sản phẩm 02.............................................................................................76
5.1.3 Sản phẩm 03.............................................................................................77
5.2 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI VỀ MẶT KINH TẾ .......................................79
5.2.1 Hiệu quả kinh tế tài chính: .....................................................................79
5.2.2 Hiệu quả kinh tế xã hội: ..........................................................................80
5.3 KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN, MỞ RỘNG ỨNG DỤNG ..............................................80
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................82
xii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
SCADA : Supervisor Control and Data Acquistion – Hệ thống giám sát, điều
khiển và thu thập dữ liệu từ xa.
Máy tính chủ Application: là máy chủ xử lý dữ liệu thời gian thực của hệ
thống SCADA.
Máy tính chủ Engineering: là máy chủ dành cho kỹ sư SCADA cấu hình hệ
thống SCADA.
HMI: Human Machine Interface – là phần mềm tương tác giữa người và
máy giúp kỹ sư vận hành dễ dàng thao tác trên hệ thống SCADA.
Console: là máy tính chạy ứng dụng HMI dùng để chia sẽ các ứng dụng
SCADA cho điều hành viên cũng như Cty Lưới điện Cao thế.
FrontEnd: là server giao tiếp và trao đổi dữ liệu liên tục giữa Trung Tâm và
các RTU tại trạm.
Scada Server: là phần mềm dữ liệu Realtime của SCADA do hãng ABB
cung cấp.
Scada Client: là phần mềm dùng để cấu hình hệ thống SCADA dành cho
các kỹ sư SCADA thao tác.
SmarVU: là phần mềm giao diện HMI của hệ thống SCADA
Worldview: là phần mềm giao diện chỉnh sửa hình ảnh cho HMI của hệ
thống SCADA
RTU: Remote Terminal Unit – thiết thu thập dữ liệu SCADA tại trạm.
Gateway: là cổng thông tin chia sẽ dữ liệu giữa hệ thống Điều khiển Máy
tính tại trạm và SCADA Trung Tâm.
API application programming interface: giao diện ứng dụng lập trình
CPU central processing unit: bộ xử lý trung tâm
CRC16 16-bit cyclic redundancy check: mã kiểm tra lỗi theo CRC16
CT current transformer: biến dòng
DMS Distribution Management System: hệ thống quản lý phân phối
xiii
DNP/DNP3 Distributed Network Protocol, version 3.0: giao thức DNP 3.0
DPI double-point information: tín hiệu chỉ thị kép
EMC electromagnetic compatibility: tiêu chuẩn tương thích điện từ
EMI electromagnetic interference: tiêu chuẩn chống nheiu64 điện từ
EMS Energy Management System: hệ thống quản lý năng lượng
FAT factory acceptance test: thử nghiệm tại nhà máy
GENCO generation company: các công ty phát điện
HMI Human Machine Interface: phần mềm giao tiếp vận hành
I/O inputs/outputs: ngõ vào ra của thiết bị
ICCP Inter-Control Center Communication Protocol: giao thức trao đổi dữ
liệu giữa 02 TT điều khiển.
IED intelligent electronic device: thiết bị thông minh
IRIG-B Inter Range Instrumentation Group format B: cổng giao tiếp đồng hồ
GPS
IT information technology: bộ phận IT
LAN local area network: mạng cục bộ
LCD liquid crystal display: màn hình theo công nghệ LCD
MTBF mean time between failure: thời gian trung bình hệ thống bị lỗi
MTTR mean time to repair: thời gian trung bình để sửa chữa hệ thống
NERC North American Electric Reliability Corporation: tổ chức thực hiện
các tiêu chuẩn về điện của Bắc Mỹ
NIM network interface module: thiết bị giao tiếp mạng
NTP Network Time Protocol: giao thức đồng bộ thời gian trên mạng LAN
ODBC Open Database Connectivity: chuẩn kết nối giữa các hệ cơ sở dữ liệu.
PLC programmable logic controllers: ngôn ngữ lập trình logic
POSIX Portable Operating System Interface: bộ giao tiếp giữa các hệ điều
hành. Là một chuẩn của IEEE dùng để định nghĩa một tập hợp các dịch vụ
của hệ điều hành
xiv
PSTN Public Switched Telephone Network: hệ thống điện thoại công cộng
RAID redundant array of inexpensive disks or redundant array of
independent disks: là một giải pháp phòng hộ vì nó cho phép ghi dữ liệu lên
nhiều đĩa cứng cùng lúc
RTU remote terminal unit: thiết bị thu thập dữ liệu đầu cuối.
SAT site acceptance test : thử nghiệm tại hiện trường.
SNTP Simple Network Time Protocol giao thức đồng bộ dữ liệu
SOE sequence of events: các sự kiện tuần tự
SPI single-point information:tín hiệu chỉ thị đơn.
SQL structured query language: ngôn ngữ truy vấn
TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol: giao thức truyền
tin trên mạng LAN
UHF ultra high frequency: thiết bị tần số cao tần
UPS uninterruptible power supply: thiết bị lưu điện
UTP Unshielded Twisted Pair: cáp mạng
VDU video display unit: card màn hình
WAN wide area networ: mạng diện rộng.
xv
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Biểu mẫu về tính đáp ứng của hệ thống với các giá trị đo lường
Bảng 3.2: Biểu mẫu về tính đáp ứng của hệ thống với các giá trị trạng thái
Bảng 3.3: Biểu mẫu về tính đáp ứng của hệ thống với các giá trị điều khiển
Bảng 4.1 SCADA IP LAN
Bảng 4.2 SCADA LAN
Bảng 4.3: SCADA LAN – IP device
Bảng 4.4: RTU LAN
Bảng 4.5: RTU LAN
Bảng 4.6: Console LAN
Bảng 4.7: Console LAN - IP
Bảng 4.8 : Datalist giá trị đo lường
Bảng 4.9: Datalist giá trị trạng thái
Bảng 4.10: Datalist tín hiệu điều khiển
xvi
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Mô hình cơ bản của 01 hệ thống SCADA TT trong IEEE C37.1
Hình 2.2: Mô hình kết nối kết nối từ trạm đến TT
Hình 3.1: hệ thống SCADA hiện hữu tại TTĐĐ
Hình 3.2: các yêu cầu đặt ra trong quá trình nâng cấp.
Hình 3.4 Sơ đồ phân lớp mạng trong hệ thống SCADA
Hình 4.1: Giao diện công cụ “System tool” của phần mềm Survalent
Hình 4.2: Giao diện cụ thể của phần mềm HMI - Survalent
Hình 4.3 Phân vùng theo đơn vị
Hình 4.4 Hình vẽ thống các loại xâm nhập hệ thống
Hình 4.5: Thiết bị IPS của Cisco được lắp trong hệ thống SCADA
Hình 5.1: Sơ đồ lưới điện TPHCM trên hệ thống SCADA
Hình 5.2: Sơ đồ trạm Tân Sơn Nhất theo mô hình không người trực
Hình 5.3: Mô hình Trung Tâm điều khiển
Hình 5.4: Sơ đồ chia sẽ các màn hình giám sát cho các Công ty Điện lực và
Cao thế
Hình 5.5: Màn hình giám sát cho Công ty Điện lực An Phú Đông
1
Chương 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vần đề
Cục điều tiết điện lực và Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) giao cho Tổng
Công ty Điện lực TPHCM (EVNHCMC) triển khai xây dựng Trung Tâm Điều
khiển và các trạm không người trực. Trong đó, hệ thống SCADA tại Trung Tâm
Điều độ Hệ thống điện TPHCM (TTĐĐHTD) đóng vai trò quan trọng trong việc
thao tác xa cho các trạm không người trực và bán người trực khi triển khai thực hiện
theo các yêu cầu trên.
Hệ thống SCADA Trung Tâm Điều Độ Hệ thống điện TPHCM (TTĐĐHTĐ) đã
được đầu tư từ năm 1998 gồm hệ thống máy tính chủ Alpha Server và phần mềm
SPIDER 7.0 của ABB cung cấp. Trải qua 17 năm vận hành, hệ thống vẫn còn khả
năng hoạt động nhưng đã bộc lộ nhiều khuyết điểm như vận hành thiếu ổn định và
không đáp ứng được khối lượng tín hiệu ngày càng tăng cao… Do đó EVNHCMC
đã triển khai dự án nâng cấp HT SCADA trung tâm thành HT SCADA/DMS hiện
đại, dự kiến sẽ hoàn tất vào cuối năm 2016.
Tuy nhiên trong giai đoạn 2014 -2016, để đáp ứng nhu cầu xây dựng Trung Tâm
điều khiển cũng như triển khai thực hiện các trạm không người trực, đội ngũ kỹ sư
SCADA TTĐĐ đã nghiên cứu sử dụng các phần mềm Survalent để xây dựng hệ
thống SCADA đáp ứng các yêu cầu vận hành như: thành lập Trung Tâm Điều
Khiển. triển khai các trạm không người trực và bán người trực, cũng như từng bước
tiếp cận hệ thống SCADA hiện đại nhằm đáp ứng các yêu cầu hiện đại hóa lưới điện
trước mắt mà Tổng công ty đề ra.
Mục tiêu làm chủ công nghệ HT SCADA trung tâm cũng được ban lãnh đạo
Trung Tâm ưu tiên hàng đầu trong công tác tác nghiên cứu và triển khai thực hiện
2
như: việc tự xây dựng HT máy tính chủ trung tâm và cài đặt phần mềm ứng dụng,
xây dựng tích hợp cơ sở dữ liệu … đã giúp giảm phụ thuộc vào nhà thầu và nâng
cao trình độ của đội ngũ cán bộ kỹ thuật.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Triển khai xây dựng nhanh 01 hệ thống SCADA trung tâm đáp ứng được
nhu cầu hiện tại trong thời gian chờ nâng cấp hệ thống SCADA/DMS
Xây dựng các giải pháp Nâng cấp giao thức RP570 ABB sang giao thức
IEC 60870-5-101 và IEC 60870-5-104 cho 55 trạm có kết nối SCADA
hiện nay.
Kết nối các hệ thống DAS và các Recloser có công SCADA về hệ thống
SCADA TT
Chia sẽ các Màn hình giám sát cho các Công ty Điện Lực khu vực.
Xây dựng các tài liệu đào tạo hướng dẫn vận hành và cấu hình hệ thống
1.3. Nội dung nghiên cứu
Nhiệm vụ 01: Đánh giá hiện trạng hệ thống SCADA ABB, phân tích các
tính năng và so sánh với nhu cầu hiện đại hóa lưới điện. Đề xuất các giải
pháp thực hiện
Nhiệm vụ 02: Nghiên cứu tiêu chuẩn SCADA - IEEE Std C37.1. Xây
dựng mô hình và các tiêu chuẩn kỹ thuật cho hệ thống SCADA Trung
Tâm
Nhiệm vụ 03: Thu thập thông tin, phân tích các phần mềm SCADA trên
thế giới.
Nhiệm vụ 04: Nghiên cứu sử dụng phần mềm SCADA Survalent cho hệ
thống SCADA Trung Tâm
Nhiệm vụ 05: Nghiên cứu xây dựng giải pháp triển khai phần cứng, phần
mềm, hệ thống mạng cho hệ thống SCADA Trung Tâm.
3
Nhiệm vụ 06: Nghiên cứu xây dựng giải pháp chuyển đổi giao thức
RP570 – IEC60870-5-101 và IEC60870-5-104 của các RTU và Gateway
tại trạm.
Nhiệm vụ 07: Nghiên cứu xây dựng giải pháp truyền thông từ trạm về
Trung Tâm.
Nhiệm vụ 08: Nghiên cứu xây dựng các màn hình giám sát HMI.
Nhiệm vụ 09: Triển khai thực hiện hệ thống mới.
Nhiệm vụ 10: Triển khai mở rộng Console cho Cao thế và Công ty Điện
Lực Sài Gòn theo phần mềm Survalent.
Nhiệm vụ 11: Đánh giá hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật.
Nhiệm vụ 12: Xây dựng các chương trình đào tạo cho các kỹ sư vận hành
và SCADA
1.4 Phương pháp nghiên cứu
1.4.1 Phương pháp tiếp cận thu thập thông tin:
Thu thập và tìm hiểu thông tin về tiêu chuẩn IEEE Std C37.1 cho hệ
thống SCADA
Nghiên cứu và so sánh phần mềm SCADA Spider của ABB và phần mềm
SCADA Survalent.
Thu thập và tìm hiểu thông tin về các RTU và Gateway hiên hữu tại trạm.
Các phần mềm cấu hình RTU và Gateway.
Thu thập thông tin về hạ tầng mạng hiện hữu của TCT Điện Lực TPHCM
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu tài liệu:
Mục đích và các thành phần trong Tiêu chuẩn IEEE Std C37.1
Nghiên cứu tài liệu về các yêu cầu về cấu hình phần cứng và phần mềm
của Survalent, tính phù hợp với Tiêu chuẩn IEEE Std C37.1.
4
Nghiên cứu các tiêu chuẩn kỹ thuật, giao thức của các RTU và Gateway
hiên hữu tại trạm. Tính sẵn sàng về giao thức IEC60870-5-101 và
IEC60870-5-104 của các RTU và Gateway.
1.4.3 Phương pháp thực nghiệm:
Bước 1: Xây dựng mô hình Chạy thử nghiệm song song với hệ thống
SCADA hiện hữu cho 01 trạm với mô hình đã nghiên cứu. Đánh giá và
so sánh các tính năng giữa 02 hệ thống.
Bước 2: Nhân rộng mô hình đã thử nghiệm cho các trạm có phụ tải thấp
và các máy cắt dự phòng
Bước 3: Triển khai thực hiện cho toàn hệ thống.
5
Chương 2: TIÊU CHUẨN SCADA IEEE STD C37.1
2.1. Tổng quan
Hệ thống SCADA được áp dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là trên hệ
thống điện các nước. Có nhiều nhà sản xuất hệ thống SCADA trên thế giới có kinh
nghiệm trong việc xây dựng các Trung tâm điều khiển. Hệ thống SCADA giao tiếp
với rất nhiều các thiết bị từ nhất thứ, nhị thứ, truyền thông, máy tính …
Do đó, để xây dựng một hệ thống SCADA cần phải xem xét về các tiệu
chuẩn áp dụng cho hệ thống SCADA
Trong đề tài nghiện cứu khoa học này sử dụng tiêu chuẩn IEEE Std C37.1
trong việc xây dựng hệ thống Scada TT đáp ứng yêu cầu vận hành. Tiêu chuẩn
IEEE Std C37.1 những đặc điểm sau:
•
IEEE Std C37.1 là tiêu chuẩn quốc tế được áp dụng cho việc trang bị hệ
thống Scada từ trạm đến trung tâm trên thế giới.
•
Tiêu chuẩn IEEE Std C37.1 cung cấp các định nghĩa, đặc tính kỹ thuật, phân
tích hiệu suất hệ thống và các ứng dụng của 01 hệ thống SCADA và hệ
thống điều khiển máy tính trạm.
•
Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế, mua sắm, và triển khai cho tất cả các thành
phần của hệ thống SCADA. Người thiết kế có thể lựa chọn từng phần riêng
biệt trong tiêu chuẩn để áp dụng theo yêu cầu
•
Trong trường hợp này, tiêu chuẩn được áp dụng cho việc thiết kế cấu hình hệ
thống, mua sắm phần mềm, phần cứng 01 hệ thống SCADA đáp ứng đủ nhu
cầu hiện tại cho công tác vận hành trạm không người trực và bán người trực.
2.2. Các định nghĩa trong tiêu chuẩn
