Nâng cấp hệ thống scada tại công ty điện lực tp hồ chí minh (to upgrade the scada system of ho chi minh power company)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (16.8 MB, 90 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
MAI THANH TUẤN
NÂNG CẤP HỆ THỐNG SCADA TẠI CƠNG
TY ĐIỆN LỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
(TO UPGRADE THE SCADA SYSTEM OF
HO CHI MINH POWER COMPANY)
CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 06 NĂM 2009
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT
Cán bộ chấm nhận xét 1 :...................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 :...................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . .
.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
----------------
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2009
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: MAI THANH TUẤN
Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 13 – 04 – 1975
Nơi sinh: Bình Định
Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
MSHV: 01807302
1- TÊN ĐỀ TÀI:
Nâng cấp hệ thống SCADA tại Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
-
Giới thiệu hiện trạng hệ thống SCADA tại Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí
Minh.
-
Đánh giá việc tương thích của hệ thống SCADA hiện tại với hệ thống Điều độ hệ
thống điện quốc gia và định hướng phát triển trong tương lai.
-
Nêu các hướng nâng cấp và đề xuất phương án nâng cấp cải tạo hệ thống điều
khiển trung tâm của hệ thống SCADA tại Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí
Minh.
-
Giới thiệu các tính năng cơ quản và tiện ích của hệ thống SCADA sau nâng cấp cải
tạo.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
/
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :
/2009
/06/2009.
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn PGS-TS NGUYỄN HỒNG VIỆT
đã hướng dẫn tận tình và giúp tơi hồn thành Luận Văn tốt nghiệp này. Tơi cũng
xin cảm ơn TS VŨ PHAN TÚ đã góp ý và hỗ trợ tơi trong q trình thực hiện
Luận Văn. Tơi mãi ghi nhớ cơng ơn và tình cảm tốt đẹp của các Thầy đã dành
cho tôi trong thời gian qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy Cô giảng dạy sau đại học niên
khóa 2007-2009. Trong khóa học vừa qua tôi đã được các Thầy Cô truyền đạt
vốn tri thức vô cùng quý báu, kiến thức chuyên môn của tôi ngày càng vững và
nâng cao là nhờ công ơn giảng dạy của các Thầy Cô. Tôi xin chúc các Thầy Cô
luôn dồi dào sứa khỏe và thành công trong sự nghiệp giảng dạy.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các bạn bè niên khóa
2007-2009 và gia đình đã cho tơi động lực, sự cố gắng và những góp ý chân tình
giúp tơi hồn thành Luận Văn này.
Chân thành cảm ơn.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2009
Học viên
Mai Thanh Tuấn
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
MỤC LỤC
I.
Giới thiệu hệ thống SCADA/EMS ......................................................................5
I.1.
Sơ lược về hệ thống SCADA/EMS trong hệ thống điện. .........................................5
I.1.1.
SCADA làm việc như thế nào........................................................................5
I.1.2.
Các chức năng SCADA .................................................................................6
I.1.3.
Các chức năng EMS .....................................................................................6
I.1.4.
Các chức năng DMS.....................................................................................7
I.2.
Giới thiệu về HT SCADA hiện hữu của Cơng ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh .....7
I.2.1.
Giới thiệu tổng quan về hệ thống SCADA hiệu hữu. .......................................7
I.2.2.
Đánh giá hiện trạng hệ thống. ...................................................................10
I.2.3.
Hướng phát triển nâng cấp HT SCADA........................................................11
II.
Sự cần thiết đầu tư nâng cấp HT SCADA ........................................................12
III. Phân tích lựa chọn phương án nâng cấp HT SCADA.......................................13
III.1. Mục tiêu phương án..........................................................................................13
III.2. Định hướng kiến trúc tổng thể hệ thống ............................................................14
III.3. Xu hướng trên thế giới về kiến trúc các Trung tâm điều độ HTÐ..........................15
III.4. Kiến trúc hệ thống SCADA Công ty ÐL thành phố HCM: ......................................16
III.4.1. Kiến trúc và các yêu cầu của hệ thống trung tâm ........................................17
III.4.2. Kiến trúc và các yêu cầu của hệ thống truyền thông....................................19
III.4.3. Quản lý và lưu trữ thơng tin.......................................................................20
III.4.4. Mơ hình hệ thống điện trong IEC 61970-301 CIM (Common Information
Model) ......................................................................................................20
III.4.5. Hệ thống điện Việt Nam theo mơ hình CIM .................................................21
III.4.6. Tổ chức thu thập dữ liệu............................................................................23
III.5. Các giao thức trong hệ thống SCADA .................................................................24
III.6. Vấn đề bảo mật và Tiêu chuẩn NERC – CIP........................................................25
III.7. Các ứng dụng:..................................................................................................26
III.7.1. Ứng dụng HMI ..........................................................................................26
III.7.2. Các màn hình cơ bản .................................................................................28
III.7.3. Hệ thống cổng dữ liệu vận hành.................................................................28
III.7.4. Giao diện với dữ liệu theo định dạng ICCP ..................................................29
III.7.5. Mobile SCADA ...........................................................................................30
III.7.6. Hệ thống quản trị trên nền thông tin địa lý AM/FM/GIS ...............................30
III.7.7. Hệ thống tự động hóa phân phối – Distribution Automation .........................30
IV.
Lựa chọn các giải pháp thi công lắp đặt .........................................................31
IV.1. Kế hoạch thực hiện các dự án có liên quan ........................................................31
IV.1.1. Dự án “Thiết bị đầu cuối HT SCADA” ..........................................................31
IV.1.2. Các dự án khác: ........................................................................................31
IV.2. Lựa chọn giải pháp thiết bị lắp đặt cho Điện lực TP HCM.....................................31
IV.2.1. Các giải pháp để lựa chọn:.........................................................................31
IV.2.2. Phân tích lựa chọn giải pháp: .....................................................................38
V.
Hệ thống scada dự kiến lắp đặt và vận hành tại điện lực Thành phố Hồ Chí
Minh ................................................................................................................39
V.1.
Hệ thống phần cứng:........................................................................................39
V.2.
Chức năng giao diện người-máy (HMI) ..............................................................39
V.2.1.
Giới thiệu ..................................................................................................39
V.2.2.
Các màn hình cơ bản .................................................................................41
V.3.
Hệ thống cổng dữ liệu vận hành........................................................................48
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 1
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
V.3.1.
Hoạt động của hệ thống ............................................................................48
V.3.2.
Giao diện với dữ liệu theo định dạng ICCP ..................................................49
V.3.3.
Lợi ích ......................................................................................................52
V.4.
Hệ thống quản trị trên nền thông tin địa lý AM/FM/GIS.......................................53
V.5.
Hệ thống tự động hóa phân phối – Distribution Automation ................................54
V.6.
Tính tốn giám sát khả năng quá tải đường dây và máy biến áp .........................54
V.7.
Dịch vụ cung cấp trọn gói: ................................................................................55
VI.
Hướng dẫn vận hành hệ thống SCADA và những điểm nổi bật của hệ
thống ..............................................................................................................56
VI.1. Các thiết bị vận hành ........................................................................................56
VI.1.1. Khái quát chung ........................................................................................56
VI.1.2. Thiết bị bàn điều khiển ..............................................................................57
VI.2. Vận hành @SCADA+.........................................................................................58
VI.2.1. Giới thiệu ..................................................................................................58
VI.2.2. Di chuyển chuột / con trỏ ..........................................................................58
VI.2.3. Sử dụng phím chuột ..................................................................................58
VI.2.4. Khái quát giao diện vận hành .....................................................................59
VI.2.5. Các khu vực trên màn hình ........................................................................59
VI.2.6. Sử dụng bàn phím.....................................................................................60
VI.2.7. Các cảnh báo bằng âm thanh.....................................................................61
VI.2.8. Các cửa sổ nổi lên .....................................................................................62
VI.2.9. An ninh cho hệ thống làm việc @SCADA+...................................................62
VI.3. Thu thập dữ liệu và giám sát.............................................................................64
VI.3.1. Giới thiệu ..................................................................................................64
VI.3.2. Màn hình hiển thị danh sách trạm trong hệ thống điện. ...............................64
VI.3.3. Giám sát sơ đồ lưới điện thành phố. ...........................................................64
VI.3.4. Giám sát sơ đồ nối điện của trạm ...............................................................67
VI.3.5. Giám sát thông tin liên lạc trong hệ thống ..................................................68
VI.4. Các cảnh báo ...................................................................................................69
VI.4.1. Giới thiệu ..................................................................................................69
VI.4.2. Mô tả màn hiển thị ....................................................................................69
VI.4.3. Các thủ tục vận hành.................................................................................71
VI.5. Giám sát điều khiển ..........................................................................................75
VI.5.1. Giới thiệu ..................................................................................................75
VI.5.2. Các thủ tục vận hành.................................................................................75
VI.6. Vẽ đồ thị xu hướng ...........................................................................................79
VI.6.1. Giới thiệu ..................................................................................................79
VI.6.2. Mô tả màn hiển thị ....................................................................................80
VI.6.3. Các thủ tục vận hành.................................................................................81
VII. Tiến độ thực hiện dự án..................................................................................83
VIII. Khái toán vốn đầu tư dự án ............................................................................83
VIII.1. Cơ sở tính tốn các đơn giá...............................................................................83
VIII.2. Tổng hợp vốn đầu tư ........................................................................................83
IX.
Khối lượng thực hiện ......................................................................................84
X.
Phân tích hiệu quả đầu tư và các kiến nghị ...................................................84
X.1.
X.2.
XI.
Phân tích hiệu quả đầu tư .................................................................................84
Các kiến nghị ...................................................................................................84
Các tài liệu tham khảo ....................................................................................85
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 2
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
MỤC LỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1: Hệ thống mơ phỏng phục vụ đào tạo và nghiên cứu....................................8
Hình 2: Sơ đồ kết nối thông tin giữa Trung tâm và Trạm .......................................10
Hình 3: Màn hình Trung tâm Ðiều độ ......................................................................11
Hình 4: Hệ thống Ðiều độ Quốc Gia ........................................................................14
Hình 5: Kiến trúc Trung tâm Ðiều độ HTÐ ..............................................................15
Hình 6: Mơ hình Trung tâm Ðiều độ ........................................................................15
Hình 7: Kiến trúc trao đổi thơng tin Hệ thống điều độ TP Hồ Chí Minh ..................16
Hình 8: Kết cấu hệ thống.........................................................................................17
Hình 9: Kết cấu hệ thống trung tâm .......................................................................18
Hình 10: Kiến trúc mạng truyền thơng đề xuất ......................................................20
Hình 11: Mơ hình CIM đầy đủ..................................................................................21
Hình 12: Hệ thống điện Việt Nam theo CIM (1) ......................................................22
Hình 13: Hệ thống điện Việt Nam theo CIM (2) ......................................................22
Hình 14: Mơ hình thu thập dữ liệu ..........................................................................23
Hình 15: Bảng các tiêu chuẩn CIP...........................................................................25
Hình 16: Tổ chức giám sát truy cập và đảm bảo an tồn thơng tin ........................26
Hình 17: Tiện ích lưu trữ dữ liệu Utility Data Warehouse (UDW)...........................33
Hình 18: Data Migration – Principles ......................................................................34
Hình 19: DE400 Graphical Editor, Main Window.....................................................34
Hình 20: Picture Editor with Toolbox, Symbol Library and Palette ........................35
Hình 21: Kiến trúc hệ thống trung tâm ...................................................................36
Hình 22: Kết cấu mạng Ethernet hệ thống trung tâm ............................................37
Hình 23: Hệ thống phần cứng .................................................................................39
Hình 24: Sơ đồ 1 sợi tổng thể..................................................................................40
Hình 25: Danh sách hệ thống ..................................................................................42
Hình 26: Màn hình sơ đồ tổng thể lưới điện cao áp thành phố Hồ Chí Minh...........43
Hình 27: Sơ đồ một trạm 220kV lấy dữ liệu từ A2 qua đường ICCP .......................44
Hình 28: Sơ đồ trạm với tín hiệu lấy từ RTU với giao thức RP570 ..........................45
Hình 29: Tín hiệu camera ........................................................................................46
Hình 30: Biểu đồ cơng suất cập nhật 1 giờ .............................................................46
Hình 31: Biểu đồ cơng suất cập nhật 1 phút ...........................................................47
Hình 32: Báo cáo vận hành được xuất theo yêu cầu của điều độ viên ...................47
Hình 33: Giám sát phần cứng và thơng tin của hệ thống SCADA ...........................48
Hình 34: Cổng ứng dụng mơ hình 3 lớp ..................................................................49
Hình 35: Ghép nối PI với dữ liệu hệ thống SCADA qua ICCP ..................................49
Hình 36: Portal sample 1.........................................................................................52
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 3
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Hình 37: GIS quản lý lưới điện cao áp.....................................................................53
Hình 38: GIS quản lý lưới điện trung áp .................................................................54
Hình 39: Màn hình tính tốn khả năng q tải on-line của MBA và OHL................55
Hình 40: Bàn điều khiển của điều độ viên...............................................................57
Hình 41: Chuột của bàn điều khiển .........................................................................58
Hình 42: Màn hình chính của @SCADA+ .................................................................59
Hình 43: Cửa sổ cài đặt và thử cịi, chng ............................................................62
Hình 44: Cửa sổ đăng nhập @SCADA+ ...................................................................63
Hình 45: Thay đổi tên đăng nhập và mật khẩu .......................................................63
Hình 46: Cửa sổ thơng báo tham số đăng nhập sai ................................................64
Hình 47: Cửa sổ giám sát sơ đồ lưới điện của Ho Chi Minh City Power System .....66
Hình 48: Cửa sổ giám sơ đồ trạm 220kV Thủ Đức ..................................................67
Hình 49: Cửa sổ chính giám sát mạng thơng tin của hệ thống...............................68
Hình 50: Cửa sổ giám sát cảnh báo trong @SCADA+ .............................................69
Hình 51: Cửa sổ chọn tên trạm để xem cảnh báo ...................................................72
Hình 52: Cửa sổ nổi lên lựa chọn ngày tháng năm. ................................................73
Hình 53: Cửa sổ lựa chọn tháng..............................................................................73
Hình 54: Cửa sổ chọn nhà máy để xem cảnh báo ...................................................74
Hình 55: Lựa chọn thời gian của các cảnh báo khác trong quá khứ .......................75
Hình 56: Bảng điều khiển máy cắt ..........................................................................76
Hình 57: Cửa sổ yêu cầu xác nhận thao tác điều khiển ..........................................77
Hình 58: Cửa sổ thơng báo điều khiển khơng thành cơng ......................................77
Hình 59: Bảng đặt Tagging cho máy cắt .................................................................78
Hình 60: Bảng đặt trạng thái cho máy cắt bằng tay ...............................................79
Hình 61: Cửa sổ theo dõi đồ thị xu hướng thời gian thực và quá khứ....................80
Hình 62: Cửa sổ chọn dữ liệu cho đồ thị xu hướng .................................................82
MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Các Web part chính của Hệ thống..............................................................52
Bảng 2: Dự kiến tiến độ thực hiện ..........................................................................83
Bảng 3: Khái toán vốn đầu tư..................................................................................83
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 4
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
TÊN LUẬN VĂN
NÂNG CẤP HỆ THỐNG SCADA TẠI CTY ĐIỆN LỰC TPHCM
I.
Giới thiệu hệ thống SCADA/EMS
I.1. Sơ lược về hệ thống SCADA/EMS trong hệ thống điện.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng của các hệ thống thông
tin đo lường và điều khiển xa ngày càng rộng rãi. Xét trong phạm vi một nhà máy
điện, đó là hệ thống tự động hố 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), hệ thống
hiện tại đang sử dụng tại Điều độ HTĐ là giai đoạn 2 - hệ thống SCADA/EMS
(Energy Management System), mở ra một triển vọng vận hành HTĐ an toàn, liên tục
và kinh tế.
SCADA làm việc như thế nào.
I.1.1.
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,
dịng 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 đầu vào tương tự của RTU. Tại RTU dữ liệu được số hố
và thơng 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:
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.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 5
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
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 dịng thơng 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.
I.1.2.
Các chức năng SCADA
• Thu thập dữ liệu
• Điều khiển giám sát
• Giao tiếp người máy đồ họa hồn tồn
• Điều khiển cảnh báo và sự kiện
• Ghi nhận trình tự các sự kiện
• Lưu trữ và khơi phục dữ liệu q 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
• 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.
I.1.3.
Các chức năng EMS
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 HTĐ. Các chức năng chính của bộ chương
trình EMS đáp ứng u cầu vận hành an tồn 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 cơng 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 cơng suất tối ưu
• Dự báo phụ tải
• Phối hợp thuỷ - nhiệt điện
• Huy động tổ máy
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 6
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
• Các chương trình trên được hỗ trợ cho cả chế độ thời gian thực và chế độ
nghiên cứu.
I.1.4.
Các chức năng DMS
Tương tự như đối với lưới truyền tải, để quản lý vận hành lưới điện trung thế phân
phối người ta sử dụng hệ thống SCADA/DMS. Trong đó DMS (Distribution
Management System) là các ứng dụng đi cùng với hệ thống SCADA phục vụ quản lý
lưới điện phân phối. Ngoài ra để phục vụ cho quản lý vận hành lưới trung thế phân
phối cịn có hệ hống tự động hóa lưới phân phối DAS (Distribution Automation
System). Đối với lưới điện trung thế phân phối, hệ thống SCADA cũng có các chức
năng tương tự như hệ thống SCADA/EMS nên trên. Riêng chức năng DMS giúp vận
hành lưới điện phân phối an tồn và hiệu quả có các chức năng điển hình như sau:
• Tơ màu động theo phân cấp điện áp, phân loại thiết bị hoặc theo mức mang tải
v.v...
• Tính tốn trào lưu cơng suất
• Tính tốn ngắn mạch
• Cân bằng phụ tải cho các xuất tuyến hoặc các máy biến áp
• Tối thiểu hóa tổn thất cơng suất theo ràng buộc lưới
• Định vị sự cố
• Cơ lập điểm sự cố và khơi phục lưới
• Lập kế hoạch sửa chữa lưới điện
• Sa thải phụ tải
• Mơ phỏng phục vụ đào tạo điều độ viên.
Hiện nay ở Việt Nam có hai hệ thống SCADA/DMS đang vận hành, cả hai hệ thống
này đều là S.P.I.D.E.R do ABB Thụy Điển cung cấp. Hệ thống cũ hơn vận hành tại
Công ty Điện lực TP Hồ Chí Minh, hệ thống mới đang vận hành tại Công ty Điện lực
Hà Nội.
I.2. Giới thiệu về HT SCADA hiện hữu của Công ty Điện lực Thành phố
Hồ Chí Minh
I.2.1.
Giới thiệu tổng quan về hệ thống SCADA hiệu hữu.
Hệ thống SCADA lưới điện TP Hồ Chí Minh được lắp đặt và đưa vào sử dụng từ năm
1998. Hệ thống SCADA có nhiệm vụ thu thập giám sát hiển thị các giá trị điện áp
thanh cái, dòng điện, công suất, trạng thái máy cắt, chỉ thị nấc máy biến thế tại các
trạm điện . . ., đồng thời có khả năng phục vụ việc điều khiển đóng cắt từ xa các máy
cắt và bộ đổi nấc máy biến thế.
• Hiện tại hệ thống SCADA đang vận hành tại 41 trạm bao gồm :
-
Trạm Trung Gian 110kV : 35 trạm
-
Trạm ngắt 15(22)kV: 6 trạm
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 7
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
-
Hệ thống SCADA tại các trạm trên đều đã được trang bị chức năng điều
khiển từ xa, các số liệu đo lường của hệ thống SCADA thu thập tại các trạm
hiện nay đã được TTĐĐ-TT Công ty Điện lực TP Hồ Chí Minh cập nhật lên
trang Web nội bộ của Công ty để các đơn vị cùng khai thác.
• Trung tâm điều khiển SCADA.
-
Hệ thống được thiết kế dựa trên hệ thống phần mềm S.P.I.D.E.R của hãng
ABB (Thụy Điển) chạy trên hệ điều hành DIGITAL-UNIX.
-
Phần lõi của hệ thống là S.P.I.D.E.R với hệ quản trị cơ sở dữ liệu thời gian
thực và các tiện ích đi kèm phục vụ giám sát cấu hình, trao đổi thơng tin giữa
các máy tính, theo dõi tình trạng vận hành hệ thống đảm bảo mức khả dụng
và độ tin cậy cao.
-
Phần ứng dụng bao gồm các hệ vận hành thời gian thực và hệ mô phỏng đào
tạo.
Hệ vận hành thời gian thực phục vụ vận hành hệ thống điện dựa trên các
dữ liệu thu nhận theo thời gian thực.
Hệ mô phỏng phục vụ đào tạo, nghiên cứu và phát triển hệ thống.
Trạ m làm việc A
Trạ m làm việc B
Trạ m huấ n luyệ n bảo trì
Alpha Server
100 5/300
384 Mb prim
6Gb sek
Alpha Server
100 5/300
384 Mb prim
6Gb sek
Alpha Server
100 5/300
384 Mb prim
6Gb sek
Bộ thờ i
chuẩn
Cầ u LAN
Dec
Server
90TL
Má y in
sự cố 1
Má y in
báo cá o 1
Dec
Server
90TL
RCS 100A
Má y in
hardcopy
Má y in
sự cố 2
MC300
RCS 100B
DEC
bridge90
Modem
Mạ ng nộ i bộ
12 3 4 5 6
Mimic
PC
PC
tuyến thông tin
Hình 1: Hệ thống mơ phỏng phục vụ đào tạo và nghiên cứu
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 8
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
• Phần cứng: Cấu hình HT SCADA tại TTĐĐTT dựa trên cấu hình mạng LAN
kép, bao gồm các thiết bị máy tính đầu vào và các máy tính Server.
-
Hệ thống máy tính chủ, thiết bị HMI: Bao gồm 04 máy server:
02 máy chạy ứng dụng (Application Server), hoạt động với cấu hình kép.
01 máy trực tuyến (online), 01 máy dự phòng (hot standby).
01 máy nhập huấn luyện bảo trì, nhập dữ liệu (Maintenance server).
01 máy dùng cho việc dự phịng (Spare server).
Cấu hình các server đều giống nhau: Model: Digital Alpha Server
1000A5/333. Processor 333 Mhz. Ram 384Mb. Monitor 21 incs; Tape
dùng cho việc lưu trữ dữ liệu; CDROM; Floppy disk; Harddisk chuẩn
SCSI.
-
Hệ thống RCS (máy tính Front-end), thiết bị giao tiếp giữa hệ thống Radio và
hệ thống server: Bao gồm 2 tủ RCS hoạt động với cấu hình kép : 01 máy trực
tuyến (online), 01 máy dự phịng nóng (hot standby). Cấu hình hệ thống RCS
gồm các khối:
Modem : dùng để giao tiếp với Radio.
DTTC1005 (FE Switch): là bộ chuyển đổi line giữa DTCU_RCSA &
DTCU_RCSB.
DTCU04: là thiết bị chuyển đổi giao thức RP570 (Radio) sang giao thức
nối tiếp (ADLP).
DTTC05: là bộ giao tiếp giữa DTCU và DEC Server.
DEC Server là thiết bị giao tiếp với hệ thống máy in kim, bảng MIMIC và
là bộ chuyển đổi giao thức nối tiếp (ADLP) sang giao thức TCP/IP theo
tiêu chuẩn mạng cục bộ LAN.
DEC Hup Server: là thiết bị giao tiếp giữa các máy tính chủ và RCS.
• Phần mềm: Hệ thống sử dụng phần mềm S.P.I.D.E.R do hãng ABB phát triển,
chạy trên nền hệ điều hành UNIX Digital. Bao gồm các phần mềm như : UNIX,
SPIDER, ORACLE, Lotus 123
• Hệ thống thông tin: Bao gồm 6 line thông tin kết nối với tủ Radio, trong đó 4
line trong giai đoạn 1 và 2 line mới trong giai đoạn 2 (trong 2 line này có 1 line
dự phịng). Hệ thống radio tại trung tâm (base station) dùng để thu thập dữ liệu
và gửi các tín hiệu điều khiển đến các tủ RTU đặt tại các trạm.
-
Có 2 loại base station: TP – 400, TP – 6000.
-
Các tủ TP – 400 sử dụng anten có hướng. Các tủ TP – 6000 sử dụng anten vô
hướng.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 9
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
TRUNG TÂM
TRẠM
CÁC TRẠM THUỘC LINE 1
SUB RADIO
TP400
BASE RADIO
TP400 (LINE 1)
RTU
210
Transducer
Thiết bị trạm
CÁC TRẠM THUỘC LINE 2
BASE RADIO
TP400 (LINE 2)
SUB RADIO
TP400
RTU
210
BASE RADIO
TP400 (LINE 3)
Transducer
Thiết bị trạm
CÁC TRẠM THUỘC LINE 3
SUB RADIO
TP400
RTU
210
BASE RADIO
TP400 (LINE 4)
Transducer
Thiết bị trạm
CÁC TRẠM THUỘC LINE 4
SUB RADIO
TP400
RTU
210
BASE RADIO
TP6000 (LINE 5)
Transducer
Thiết bị trạm
CÁC TRẠM THUỘC LINE 5
SUB RADIO
TP6000
RTU
211
Transducer
Thiết bị trạm
BASE RADIO
TP6000 (LINE 6)
SƠ ĐỒ LIÊN KẾT GIỮA TRUNG TÂM VÀ TRẠM
Hình 2: Sơ đồ kết nối thông tin giữa Trung tâm và Trạm
I.2.2.
Đánh giá hiện trạng hệ thống.
Trung tâm điều hành được trang bị một hệ thống SCADA có tên mã là S.P.I.D.E.R do
ABB cung cấp từ năm 1998 nhằm giám sát hệ thống điện của thành phố bao gồm:
• Trạm trung gian 110kV: 35
• Trạm ngắt trung thế: 6
Hệ thống SCADA (S.P.I.D.E.R) hiện hữu đang quản lý 35 RTU kết nối bằng các
đường truyền radio, hệ thống có 6 kênh radio và mỗi kênh quản lý trung bình khoảng
5-7 trạm. Giao thức truyền tin với RTU là RP570 và với Trung tâm điều độ khác là
ELCOM70 (TASE 1), các giao thức này không được sử dụng ở các trung tâm điều độ
trong Hệ thống điện Việt Nam (IEC 60870-5-101 và ICCP/TASE 2). Với mỗi trạm hệ
thống thu thập khoảng 200 datapoint gồm có các dữ liệu digital cũng như analog.
Các máy tính chủ dựa trên phần cứng họ Alpha của DEC – Digital Equipment Corp,
sử dụng hệ điều hành Tru64 UNIX. Sau hơn 10 năm vận hành hệ thống đã xuống cấp
nghiêm trọng và gặp rất nhiều khó khăn trong việc bảo trì, nâng câp và mở rộng do các
máy tính chủ với phần cứng họ Alpha DEC đã chính thức ngưng sản xuất từ năm
2003. Các khó khăn cụ thể có thể liệt kê sơ bộ như sau:
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 10
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
• Ðối với phần cứng trung tâm: các vật tư thiết bị hư hỏng khơng có vật tư thay
thế, đặc biệt là các phần cứng của các Server Alpha.
• Hệ thống phần mềm: do dựa trên nền tảng của hệ điều hành Tru64 UNIX khơng
tương thích với các hệ phần cứng của Intel đang phổ biến hiện nay nên việc
chuyển đổi hệ thống nền (Flatform) là không thể thực hiện được.
• Ðối với RTU: hiện nay cũng đã khơng cịn được sản xuất, giao thức cũng đã
lạc hậu, giá phụ tùng cao, chi phí nâng cấp mở rộng rất đắt do chỉ có ABB thực
hiện.
• Ðối với các thiết bị thông tin: do sử dụng các kênh radio nên trong điều kiện
thành phố đang phát triển cùng với việc xây dựng các tòa nhà cao tầng làm
giảm chất lượng sóng và thậm chí gây gián đoạn khoảng một nữa số kênh của
hình thức truyền dẫn này.
Các vấn đề trên đã đe dọa đến việc vận hành bình thường hệ thống SCADA cho hệ
thống phân phối điện của một thành phố lớn (trên 8 triệu dân) và trên thực tế thì hệ
thống gần như đã tê liệt, chỉ cịn một phần nhỏ tín hiệu được thu thập và thể hiện lên
một màn hình.
Hình 3: Màn hình Trung tâm Ðiều độ
I.2.3.
Hướng phát triển nâng cấp HT SCADA
Ðối với một lưới điện phân phối phục vụ một thành phố lớn nhất Việt Nam như TP Hồ
Chí Minh, u cầu phải có một hệ thống SCADA để theo dõi giám sát, điều khiển lưới
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 11
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
điện là rất quan trọng đối với công tác vận hành nhằm giảm thiểu thời gian mất điện,
nhanh chóng khơi phục sự cố, đảm bảo an tồn cho người và thiết bị và đảm bảo chất
lượng dịch vụ cung cấp điện đối với khách hàng. Giải pháp nâng cấp hoặc thay thế đưa
ra cần phải khắc phục được các nhược điểm của hệ thống hiện tại, cũng như đưa ra
được lời giải cho các yêu cầu trong tương lai. Phương án nâng cấp HT SCADA của
Công ty ĐL HCM như sau:
• Thực hiện đầu tư dự án “Thiết bị đầu cuối SCADA”, với mục đích đầu tư các
trang thiết bị cáp quang, thiết lập nên một HT truyền dẫn số liệu SCADA thay
thế cho HT truyền tin bằng sóng vơ tuyến như đã đề cập ở trên.
• Đầu tư trang bị mới HT điều khiển Trung tâm sử dụng giao thức IEC60870-5101, IEC60870-5-104 và có khả năng sử dụng đồng thời giao thức RP570/571
hiện hữu.
• Hỗ trợ giao thức ICCP TASE 2 kết nối giữa các trung tâm điều độ khác.
• Trang bị phần mềm, phần cứng của HT SCADA tại Trung tâm phải tương thích
với các vật tư thiết bị hiện hữu và có khả năng giao tiếp với các thiết bị của
nhiều nhà cung cấp khác.
• Có các cơng cụ để xây dựng mở rộng hệ thống và chuyển cơ sở dữ liệu của hệ
thống cũ qua hệ thống mới.
• Hỗ trợ giao diện quan sát hệ thống qua trang Web của Cơng ty.
• Sử dụng các phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu có cấu trúc tốt đã được thể
nghiệm qua nhiều hệ thống lớn, bảo đảm việc lưu trữ, vận hành cơ sở dữ liệu
chính xác và nhanh chóng.
• Có khả năng nâng cấp để sử dụng chức năng EMS/DMS về sau.
• Có khả năng tích hợp các bản đồ GIS (bản đồ địa dư) vào chương trình.
• Các WorkStation sử dụng hệ điều hành Windows để thuận tiện trong việc vận
hành.
II.
Sự cần thiết đầu tư nâng cấp HT SCADA
Qua phân tích các hiện trạng của hệ thống như trên, rõ ràng việc thực hiện đầu tư nâng
cấp hệ thống SCADA là hết sức cần thiết bởi các lý do chính sau đây:
• Nếu không thực hiện đầu tư dự án, các tồn tại sau sẽ gây trở ngại trong suốt quá
trình vận hành hệ thống SCADA và điều hành lưới điện TP Hồ chí Minh:
-
Tồn bộ HT máy tính chủ đã tiến đến giới hạn hoạt động do đã được trang bị
quá lâu (từ năm 1998), cơng nghệ cũ, khối lượng tín hiệu ngày càng tăng
vượt quá khả năng quản lý của hệ thống.
-
Gặp nhiều hạn chế trong việc kết nối với các trạm mới đầu tư, đặc biệt là các
trạm điều khiển máy tính (do khối lượng tín hiệu rất nhiều) và việc mở rộng
tăng tín hiệu đối với các trạm hiện hữu về khối lượng tín hiệu phục vụ điều
hành lưới (cần nhiều thông số điện hơn để điều hành).
-
Các thiết bị qua thời gian sử dụng lâu, đến nay hư hỏng dần và khơng có thiết
bị thay thế, khơng mua được thiết bị thay thế hay sửa chữa tại Việt Nam.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 12
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
-
Hầu hết thiết bị chính của nhà sản xuất đã khơng cịn sản xuất hoặc nhà sản
xuất đã bị sáp nhập bởi nhà sản xuất khác, dẫn đến ngưng sản xuất các dịng
sản phẩm hỗ trợ.
• Khơng tương thích trong việc kết nối với các HT SCADA khác (ví dụ HT
SCADA của A2), các trạm điều khiển máy tính mới và các thiết bị đầu cuối
RTU của các hãng khác (do HT hiện nay chỉ sử dụng được 1 giao thức duy nhất
là RP570 do ABB phát triển). Giao thức này cũng không phù hợp với giao thức
do EVN quy định khi trang bị HT SCADA.
• Đối với một lưới điện có qui mơ lớn nhất đất nước như ĐLTP HCM, nhu cầu
có một hệ thống để theo dõi giám sát, điều khiển lưới điện là rất quan trọng đối
với công tác vận hành nhằm giảm thiểu thời gian mất điện, nhanh chóng khơi
phục sự cố, tăng chất lượng dịch vụ đối với khách hàng.
Vì vậy nhu cầu hiện nay là phải đầu tư HT điều khiển trung tâm mới để khắc phục
được các nhược điểm của hệ thống hiện tại, cũng như đưa ra các giải pháp đáp ứng
nhu cầu kết nối, mở rộng trong tương lai.
III.
Phân tích lựa chọn phương án nâng cấp HT SCADA
III.1. Mục tiêu phương án
• Xây dựng hệ thống SCADA mới thay thế hệ thống SCADA đang vận hành của
Công ty Ðiện Lực TP Hồ Chí Minh trên cơ sở kế thừa các tài nguyên vẫn còn
khả dụng của hệ thống cũ. Trên thực tế đây là các RTU với giao thức RP570.
• Hệ thống mới phải có khả năng quản lý toàn bộ số RTU hiện hữu và trong
tương lai mà không bị hạn chế về số lượng khi Công ty Ðiện Lực TP Hồ Chí
Minh có nhu cầu quản lý tồn bộ lưới điện trung áp.
• Hệ thống mới có khả năng tương thích với các kênh radio hiện hữu và bất kỳ
đường truyền tin vật lý nào trong tương lai. Có khả năng làm việc với nhiều
hình thức kênh truyền: fible optical, leased line, sattelite, GSM, CDMA,
SDH…
• Hệ thống mới hỗ trợ các chuẩn quốc tế, tính phổ biến cao, có thể làm việc với
các loại protocol khác như IEC60870-5-101, ICCP/TASE.2, IEC60870-5-103,
IEC60870-5-104, IEC61850, Modbus, DNP.
• Có tính tương thích cao với các hệ phần cứng khác nhau.
• Có thể thiết kế nâng cấp với độ dự phịng cao.
• Tính sẳn sàng và độ tin cậy cao.
• Có vịng đời dự án lớn.
• Chi phí phù hợp.
• Dựa trên các thành phần mở có thể mua thương mại dễ dàng.
• Giao diện thân thiện đơn giản, dễ sử dụng.
• Các thành phần trong hệ thống được module hóa và giữa chúng sử dụng các
giao tiếp được chuẩn hóa.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 13
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
• Có khả năng bảo mật cao, sử dụng các chuẩn bảo mật cho công nghiệp điện như
Critical Infrastructure Protection – CIP.
• Dung lượng hệ thống - data sizing tối thiểu 50.000 data points và có thể mở
rộng trong tương lai.
• Dựa trên hệ thống phần cứng có độ tin cậy cao, dễ thay thế, dễ ghép nối, có
giao diện làm việc với các ứng dụng khác.
• Hỗ trợ các tính năng tiên tiến GIS/AM/FM/CIS và tự động lưới phân phối
(Distribution Automation).
III.2. Định hướng kiến trúc tổng thể hệ thống
Kiến trúc của Hệ thống điều độ Quốc gia của hệ thống điện Việt Nam như sau:
NLDC
National Load Dispatch
Center SCADA/EMS
NLDC
NRLDC
Northern Region
Load Dispatch
Center SCADA
CRLDC
Central Region
Load Dispatch
Center SCADA
SRLDC
Southern Region
Load Dispatch
Center SCADA
Equipment situated at the boundary with the area of jurisdiction of distribution
PC1
PC2
PC3
HN
HCM
Đồng Nai
Hải Phịng
Ninh Bình
Hình 4: Hệ thống Ðiều độ Quốc Gia
Hệ thống điều độ Quốc gia được chia làm ba cấp:
• Cấp 1: Trung tâm Ðiều độ Quốc gia, có trách nhiệm điều khiển các Nhà máy
điện và hệ thống 500kV.
• Cấp 2: Gồm ba Trung tâm điều độ lưới điện Miền Bắc, Trung và Nam.
• Cấp 3: Gồm các Trung tâm điều độ lưới điện Phân phối thuộc các cơng ty phân
phối điện. Hiện tại có các Trung tâm của TP Hà Nội, Hồ Chí Minh, Vũng Tàu,
Ðà Lạt, Cân Thơ và một số Trung tâm khác đang trong quá trình xây dựng.
Hệ thống điều độ của ĐL HCM đang ở cấp 3 của hệ thống điều độ quốc gia.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 14
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
III.3. Xu hướng trên thế giới về kiến trúc các Trung tâm điều độ HTÐ
Hình 5: Kiến trúc Trung tâm Ðiều độ HTÐ
Xu hướng tập trung và chia sẽ thông tin là xu hướng tiên tiến hiện nay trong tổ chức
kiến trúc của các trung tâm điều độ. Ngoài ra để đồng nhất dữ liệu sử dụng được giữa
các bộ phận khác nhau trong các công ty điện lực thì chuẩn IEC61968 được sử dụng
như mơ tả trong hình vẽ dưới đây.
Hình 6: Mơ hình Trung tâm Ðiều độ
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 15
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
III.4. Kiến trúc hệ thống SCADA Công ty ÐL thành phố HCM:
Trên cơ sở định hướng của kiến trúc tổng thể các trung tâm điều độ trong hệ thống
điện Việt Nam và tham khảo các xu hướng tiên tiến đang được sử dụng và tiêu chuẩn
IEC61968 về qui định chuẩn hóa dữ liệu và thơng tin trong ngành điện, báo cáo đề
xuất kiến trúc của hệ thống SCADA cho Cơng ty ÐL thành phố HCM như hình dưới
đây.
HCM Center System
Operator SCADA/DMS
ICCP
Serve
WebInfo
Server(s)
IEC101
Distric
Center
110 kV S/S
RTUs/SAS
PCHCM
ICT Operator
HIS
Internet
FIREW
HCMPC
Corporate
Internet
Other
PC
SRLDC
SCADA
IEC60870-
IEC60870-
RTUs
SASs
RTUs
SASs
Subscribed
Users
Hình 7: Kiến trúc trao đổi thơng tin Hệ thống điều độ TP Hồ Chí Minh
Tồn bộ hệ thống gồm 3 thành phần:
• Hệ thống trung tâm: Ðây là thành phần quan trọng nhất của hệ thống, tồn bộ
thơng tin cần thiết cho việc điều hành lưới điện sẽ được hệ thống trung tâm thu
thập, xử lý, phân phối đến các ứng dụng cần thiết để nhân viên vận hành có thể
tương tác với tồn bộ thiết bị cần giám sát điều khiển, cũng như giao tiếp với
các ứng dụng khác. Hệ thống trung tâm cũng sẽ hỗ trợ các trung tâm phụ như
đối với các điều độ điện lực cấp dưới, các hệ thống phụ sẽ được phân quyền
điều khiển và giám sát nhất định, đồng thời kết nối với hệ thống trung tâm
thông qua các đường truyền tốc độ cao. Phần cứng cũng như phần mềm của hệ
thống trung tâm sẽ dựa trên các nền tảng mở, có tính phổ biến cao, dễ thay thế
mở rộng, đơn giản và quen thuộc trong quá trình vận hành. Phần cứng của hệ
thống máy tính sẽ sử dụng họ xSerie của IBM hoặc tương đương cho Server, họ
ThinkPad của IBM cho hệ thống console, hệ điều hành sẽ sử dụng họ Windows
Server của Microsoft.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 16
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
• Hệ thống trạm: Với các hệ SCADA truyền thống, các đầu cuối trạm sẽ là các
RTU, tuy nhiên với hệ thống SCADA trong phạm vi dự án này, đầu cuối cũng
có thể là các hệ thống tự động hóa trạm và các trung tâm điều độ khác.
• Hệ thống truyền thông: Hệ thống sẽ hỗ trợ nhiều hình thức đường truyền,
radio, viba, leasedline, GSM/GPRS, CDMA…
Control Center
Application
Data server
Interface
Communication System
Comm
System
Comm
System
Sub 1
RTU 1
Sub n
RTU n
SAS 1
SAS n
Comm
System
Control
Center 1
Control
Center n
Sustation / Terminal Site
Sub : Substation
SAS : Substation Automation System
Hình 8: Kết cấu hệ thống
III.4.1. Kiến trúc và các yêu cầu của hệ thống trung tâm
Hệ thống trung tâm được thiết kế dựa trên mơ hình 3 lớp 3-tiers với kết cấu của các
lớp như sau:
• Lớp giao diện:
-
Ðây là lớp thấp nhất trong hệ thống trung tâm sẽ làm nhiệm vụ giao tiếp trực
tiếp với các RTU, các hệ tự động hóa trạm - Substation Automation System,
các trung tâm điều độ khác.
-
Lớp này cũng làm nhiệm vụ theo dõi tình trạng các kênh truyền, quản lý các
thơng số của q trình truyền nhận, đưa ra các cảnh báo về quá trình giao tiếp
với các trạm.
-
Lớp này thông qua các hệ thống viễn thông sẽ ghi / nhận dữ liệu đến từ các
đầu cuối thơng qua các protocol được chuẩn hóa (xin xem thêm phần
Protocol) và xử lý các dữ liệu này thành các định dạng mà hệ thống máy tính
có thể hiểu được trước khi chuyển tiếp nó qua lớp Data Server.
• Lớp Data Server:
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 17
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
-
Lớp này sẽ tiếp nhận dữ liệu từ Lớp giao diện và làm chúng sẳn sàng đối với
các ứng dụng.
-
Một điểm quan trọng là Lớp này cũng được trang bị hệ thống xử lý logic
dạng SoftPLC – Logic processor theo tiêu chuẩn IEC61131 để giúp người sử
dụng đưa ra các sơ đồ logic phù hợp với các ứng dụng của mình.
-
Ðây là Lớp đặc biệt quan trọng vì mọi ứng dụng đều truy cập dữ liệu thơng
qua nó.
• Lớp ứng dụng:
-
Ðây là lớp cao nhất ở hệ thống trung tâm.
-
Người sử dụng sẽ giao tiếp với hệ thống thơng qua lớp này. Ở đây các ứng
dụng có thể là hệ giao diện người máy HMI, hệ thống quản lý sự kiện, hệ
thống dữ liệu quá khứ …
Hình 9: Kết cấu hệ thống trung tâm
Hệ thống SCADA trung tâm sẽ hoạt động dựa trên mạng LAN được bảo mật và có thể
hỗ trợ một số lượng lớn các nút truy cập dạng khách chủ Client/Server. Cũng như vậy
hệ thống tiền xử lý (Front-End Processor) phải sẳn sàng với số lượng lớn các RTU.
Mạng LAN có thể được trang bị kép để đảm bảo độ tin cậy cho hệ thống, cùng với hệ
thống LAN các chức năng quan trọng cũng sẽ được tổ chức trên hai hệ thống máy tính
vận hành song song.
Hệ thống trung tâm sẽ duy trì các chức năng chạy song song với nhau. Bất kỳ lúc nào
các chức năng này cũng có thể truy cập được hệ thống Main hay hệ thống Backup.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 18
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Đây là điểm khác biệt đối với kiến trúc cũ của hệ thống S.P.I.D.E.R, tại 1 thời điểm
chỉ có 1 hệ thống hoạt động.
Hệ thống hỗ trợ các thành phần theo mơ hình khách chủ và có thể hoạt động tập trung
hoặc phân tán tới 1 hay nhiều hệ thống server, để tăng tính linh hoạt, khả năng mở
rộng cũng như tăng độ sẳn sàng.
Các chức năng tiêu biểu được hệ thống trung tâm quản lý bao gồm:
• Hệ quản trị CSDL thời gian thực – Realtime database management
• Hệ thống quản lý cảnh báo – Alarm Processing
• Hệ thống quản lý sự kiện – Event History
• Hệ quản trị CSDL quá khứ – Historical Data management
• Giao diện người máy – HMI
• Hệ quản lý biển báo – Tagging management
• Hệ thống quản lý cơng việc – Workforce management
• Hệ thống quản lý giao tiếp – Interface management
• Hệ thống Gateway
• Hệ thống Router/Firewall
• Hệ thống đồng bộ thời gian – Time Synchronization
• Hệ quản trị thơng tin địa lý – GIS
• Hệ thống ứng dụng tự động hóa lưới phân phối – Distribution Automation
III.4.2. Kiến trúc và các yêu cầu của hệ thống truyền thông
Mục tiêu cơ bản của bất kỳ một hệ thống SCADA nào là khả năng giao tiếp giữa các
thiết bị cần điều khiển / thu thập thông tin và các nhân viên vận hành ở một khoảng
thời gian và độ chính xác nhất định. Các thiết bị truyền thơng có vai trị rất quan trọng
nhưng q trình này lại hồn tồn trong suốt đối với nhân viên vận hành (họ không
quan tâm đến việc các thiết bị truyền thông hoạt động như thế nào). Các kiến trúc đối
với thiết bị truyền thông càng đơn giản càng tốt. Yêu cầu đối với hệ thống truyền
thơng và tính sẳn sàng của hạ tầng truyền thơng sao cho đảm bảo tính kinh tế và đáp
ứng các chức năng cần thiết.
Trên các cơ sở trên, mạng truyền thông được đề xuất theo như sơ đồ sau:
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 19
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Hình 10: Kiến trúc mạng truyền thơng đề xuất
III.4.3. Quản lý và lưu trữ thông tin
Do khối lượng thơng tin để quản lý và tính tốn hệ thống điện của hệ thống
SCADA/EMS/DMS là rất lớn vì vậy nhất thiết cần phải tổ chức quản lý lưu trữ các
thông tin này một cách khoa học, toàn bộ hệ thống điện Việt Nam trong đó có lưới
điện thành phố HCM được lưu trữ như sau:
• Các thơng số mơ hình hệ thống điện được lưu trữ trong mơ hình thơng tin
chung (CIM) theo tiêu chuẩn IEC61968/IEC61970.
• Các thơng số trong quá trình vận hành hệ thống điện được lưu trữ bằng hệ cơ sở
dữ liệu quá khứ thời gian thực PI System.
III.4.4. Mơ hình hệ thống điện trong IEC 61970-301 CIM (Common
Information Model)
Đây là giới thiệu tổng quát về mô hình hệ thống điện được tổ chức dạng mơ hình
thơng tin chung theo chuẩn IEC 61970-301. Mơ hình thơng tin chung (CIM) là một mơ
hình tiêu chuẩn mở được phát triển bởi tổ chức EPRI (Electric Power Research
Institute) cho phép mơ tả tồn bộ các đối tượng chính trong hệ thống điện. CIM đưa ra
cách thức tiêu chuẩn mô tả hệ thống điện với các lớp đối tượng cùng với các thuộc tính
và mối quan hệ giữa chúng. Các đối tượng được mơ tả trong CIM có thể được sử dụng
trong nhiều ứng dụng khác nhau, do đó việc trao đổi dữ liệu giữa các đơn vị, và giữa
các ứng dụng trong cùng một đơn vị có thể thực hiện dễ dàng.
Ví dụ mơ tả hệ thống điện tương ứng trong CIM như sau:
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 20
Luận văn : Nâng cấp HT SCADA tại Cty ĐLHCM
TH: Mai Thanh Tuấn
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Hình 11: Mơ hình CIM đầy đủ
III.4.5. Hệ thống điện Việt Nam theo mơ hình CIM
Các đặc điểm của hệ thống điện Việt Nam gồm có:
• Hệ thống điện Việt Nam được chia thành 3 hệ thống điện miền: Bắc, Trung,
Nam.
• Cấp điện áp bao gồm:
-
Siêu cao áp (EHV): 500 kV
-
Cao áp (HV): 220 kV, 110 kV, 66 kV
-
Trung áp (MV): 35 kV, 22 kV, 15 kV, 10 kV, 6 kV
-
Hạ áp: 220/380 V
• Tham gia quản lý thiết bị trong hệ thống điện gồm có các đơn vị:
-
Các công ty phát điện.
-
Tổng Công ty truyền tải điện quốc gia.
-
Các Công ty điện lực.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Trang 21
