Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hệ thống scada công ty điện lực sơn la và giải pháp khắc phục một số hạn chế trong công tác vận hành
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.19 MB, 67 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN HẢI NAM
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG SCADA CÔNG TY ĐIỆN LỰC SƠN LA
VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC MỘT SỐ HẠN CHẾ TRONG CÔNG
TÁC VẬN HÀNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN
Thái Nguyên - năm 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN HẢI NAM
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG SCADA CÔNG TY ĐIỆN LỰC SƠN LA
VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC MỘT SỐ HẠN CHẾ TRONG CÔNG
TÁC VẬN HÀNH
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
MÃ SỐ: 8.52.02.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Nguyễn Văn Chí
Thái Nguyên – năm 2020
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Hải Nam
Đề tài luận văn: Nghiên cứu hệ thống SCADA Công ty Điện lực Sơn La
và giải pháp khắc phục một số hạn chế trong công tác vận hành.
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 8.52.02.01
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận
tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
10/10/2020 với các nội dung sau:
- Sửa sai sót về lỗi chính tả, lỗi chế bản, đánh số mục lục.
Thái Nguyên, ngày 05 tháng 11 năm 2020
Giáo viên hướng dẫn
Tác giả luận văn
PGS.TS. Nguyễn Văn Chí
Nguyễn Hải Nam
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
PGS.TS. Nguyễn Thanh Hà
i
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Hải Nam
Sinh ngày: 10/7/1989
Học viên lớp cao học: Khóa 21 - Kỹ thuật điện - Trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên
Hiện đang công tác tại: Công ty Điện lực Sơn La
Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Nghiên cứu hệ thống SCADA Công ty
Điện lực Sơn La và giải pháp khắc phục một số hạn chế trong công tác vận
hành” do PGS.TS Nguyễn Văn Chí hướng dẫn là cơng trình nghiên cứu của
riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Các
số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác. Nếu sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm.
Thái Nguyên, Ngày 05 tháng 11 năm
2020
Tác giả luận văn
Nguyễn Hải Nam
ii
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận
tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Chí, luận văn với đề tài “Nghiên cứu hệ
thống SCADA Công ty Điện lực Sơn La và giải pháp khắc phục một số hạn
chế trong công tác vận hành” đã hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn
sâu sắc đến:
Thầy giáo hướng dẫn PSG. TS Nguyễn Văn Chí đã tận tình chỉ dẫn, giúp
đỡ tác giả hồn thành luận văn này.
Phịng quản lý đào tạo sau đại học, các thầy giáo, cô giáo Khoa Điện
trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt
quá trình học tập cũng như trong q trình nghiên cứu đề tài.
Tồn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm,
động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hồn thành luận văn.
Thái Ngun, Ngày 05 tháng 11 năm 2020
Tác giả luận văn
Nguyễn Hải Nam
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................
MỤC LỤC............................................................................................................
KÝ HIỆU VIẾT TẮT...........................................................................................
DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................................
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA CỦA CÔNG TY ĐIỆN
LỰC SƠN LA .......................................................................................................
1.1Giới thiệu chung về lưới điện Công ty Điện lực S
1.2Tổng quan về hệ thống SCADA trung tâm Điều
1.2.1Chức năng hệ thố
1.2.2Hệ thống SCADA
1.3Các chức năng của hệ thống SCADA ................
1.3.1Các chức năng E
1.3.2Các chức năng D
1.4Các đặc tính kỹ thuật của hệ thống thơng tin SC
1.4.1Truyền thơng và
1.4.2Khu vực chun
1.4.3Tính bảo mật áp
1.5Các vấn đề đặt ra hiện nay với hệ thống SCADA
1.6Kết luận chương 1 .............................................
CHƯƠNG 2 GIẢI PHÁP GHÉP NỐI RECLOSER VÀ THIẾT BỊ NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN VÀO HỆ THỐNG SCADA .........................................................
2.1Yêu cầu công nghệ .............................................
2.2 Giải pháp kết nối Recloser vào hệ thống SCADA Trung tâm điều khiển xa
.........................................................................................................................
2.2.1. Phương án ghép nối phần cứng tại Trung tâm điều khiển xa ...........
iv
2.2.2 Phương án ghép nối phần mềm..........................................................25
2.2.3. Phương thức kết nối tại Recloser.......................................................27
2.2.4 Phương thức kết nối thiết bị Recloser về Trung tâm điều khiển bằng
đường truyền cáp quang.............................................................................. 28
2.3. Giải pháp kết nối thiết bị nhà máy thủy điện vào hệ thống SCADA.......29
2.3.1. Phương án ghép nối phần cứng tại Trung tâm điều khiển xa............29
2.3.2. Phương án ghép nối phần mềm.........................................................30
2.3.3. Phương thức kết nối các thiết bị nhà máy thủy điện.........................31
2.3.4 Phương thức kết nối thiết bị nhà máy thủy điện về trung tâm điều khiển
xa bằng đường truyền cáp quang.................................................................32
2.4. Phương thức kết nối tại Trung tâm điều khiển xa.................................... 33
2.5 Kết luận chương 2.....................................................................................34
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG SCADA, ÁP
DỤNG GHÉP NỐI CÁC RECLOSER VÀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀO HỆ
THỐNG SCADA................................................................................................ 35
3.1 Các ứng dụng của hệ thống SCADA đang khai thác tại Trung tâm điều khiển xa
Sơn La............................................................................................................. 35
3.2 Ứng dụng ghép nối hệ thống máy cắt Recloser và thiết bị nhà máy thủy điện
trên lưới vào hệ thống SCADA Spectrum Power 5.........................................38
3.2.1 Ghép nối hệ thống máy cắt Recloser trên lưới trung thế....................38
3.2.2 Ghép nối tín hiệu của nhà máy thủy điện vào hệ thống SCADA Trung
tâm điều khiển.............................................................................................47
3.3 Kết luận chung chương 3.......................................................................... 54
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN...........................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................56
v
KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Viết tắt
SCADA
RTU
EMS
DMS
LAN
ICCP
GPS Clock
TTĐKX
NMTĐ
OMS
Recloser
SAIFI
MAIFI
SAIDI
vi
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ kết nối tổng thể Trung tâm điều khiển xa............................... 5
Hình 1.2 Hệ thống máy chủ SCADA................................................................8
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quan kết nối Recloser về Trung tâm điều khiển xa......25
Hình 2.2: Sơ đồ tổng quan kết nối Recloser về Trung tâm điều khiển xa......28
Hình 2.3: Sơ đồ tổng quan kết nối Recloser về hệ thống scada......................29
Hình 3.1: Cơng cụ báo cáo trong phần mềm Spectrum 5............................... 37
Hình 3.2: Bảng tín hiệu máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa.....................39
Hình 3.3: Bảng datalist tín hiệu bảo vệ Recloser PĐ 373/172 Cao Đa...........40
Hình 3.4: Datalist tín hiệu bảo vệ máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa......41
Hình 3.5: Bảng datalist tín hiệu đo lường Recloser PĐ 373/172 Cao Đa.......42
Hình 3.6: Gán Links đường dẫn tín hiệu Recloser PĐ 373/172 Cao Đa........43
Hình 3.7: Giao diện giám sát máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa...........43
Hình 3.8: Sơ đồ lưới trung thế trên màn hình máy tính HMI......................... 44
Hình 3.9: Các tín hiệu máy cắt Recloser đã kết nối về TTĐK........................45
Hình 3.10: Các thơng số kết nối máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa........46
Hình 3.11: Thực hiện vẽ sơ đồ nguyên lý của NMTĐ A17.48 Nậm Trai.......47
Hình 3.12: Data list thơng số vận hành NMTĐ A17.48 Nậm Trai.................48
Hình 3.13: Link ghép nối ngăn lộ MC 372 A17.48 Nậm Trai........................ 49
Hình 3.14: Data list các thông số của NMTĐ A17.48 Nậm Trai....................50
Hình 3.15: Sơ đồ, tín hiệu các thiết bị của NMTĐ A17.48 Nậm Trai............51
Hình 3.16: Thơng số kết nối tổ máy H2 NMTĐ A17.48 Nậm Trai................52
Hình 3.17: Thơng số cấu hình đường truyền NMTĐ A17.48 Nậm Trai.........52
Hình 3.18: Data list lấy từ ngăn lộ T2 của NMTĐ A17.48 Nậm Trai............53
Hình 3.19: Data list lấy từ các ngăn lộ Trung áp của NMTĐ A17.48 Nậm Trai . 53
vii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA CỦA CÔNG TY
ĐIỆN LỰC SƠN LA
1.1 Giới thiệu chung về lưới điện Công ty Điện lực Sơn La
Lưới điện Công ty Điện lực Sơn La hiện được cung cấp bởi 06 trạm biến áp
110kV với tổng dung lượng 228 MVA, cơ bản đáp ứng được nhu cầu phụ tải của
tỉnh. Tuy nhiên, với tốc độ tăng trưởng phụ tải bình quân các năm là 15-16%/năm,
đặc biệt là các phụ tải tập trung tại khu vực thành phố Sơn La, Mai Sơn, Yên Châu
thì trong tương lai gần hệ thống lưới điện hiện nay sẽ phát triển hơn nữa.
1. Thành phố Sơn La
Hiện tại, lưới điện trung thế trên địa bàn Thành phố gồm 2 cấp điện áp 35,
22kV. Lưới 35kV được cấp điện từ trạm 110kV Sơn La 2x40MVA-110/35/22kV và
được hỗ trợ từ các trạm 110kV Mường La, Thuận Châu, Sông Mã. Lưới 22kV được
cấp điện từ tram TG 2/9 Thành phố công suất 2x6300kVA-35/22kV.
Pmax thành phố Sơn La năm 2019 là 52MW.
Lưới điện trong trung tâm thành phố đã thực hiện cải tạo nâng cấp lên vận
hành 22kV với nhiều nguồn cấp điện từ các TBA 110 khác nhau đảm bảo độ tin
cậy cung cấp điện.
Dự báo đến năm 2025, phụ tải khu vực Thành phố đạt khoảng 70MW.
2. Huyện Mai Sơn
Hiện tại, lưới trung thế huyện Mai Sơn bao gồm 2 cấp điện áp 35; 6kV.
Lưới 35kV được cấp từ trạm 110kV Thành phố qua 2 lộ 378 và 382. Lưới 6kV
tập trung ở khu vực thị trấn Hát Lót được cấp từ trạm TG Mai Sơn công suất
2x1600kVA điện áp 35/6kV.
Pmax huyện Mai Sơn năm 2019 là 28MW, nguồn cấp điện chủ yếu cho huyện
là trạm 110kV Sơn La công suất 2x40MVA – 110/35/22kV đặt tại khu vực phường
Chiềng Sinh – TP Sơn La, được dự phòng cấp điện một phần qua trạm 110kV
Mường La, Mộc Châu, tuy nhiên mới chỉ đáp ứng cấp điện được gần 1/4
1
cơng suất (khoảng 4MW). Hiện tại huyện Mai Sơn có trạm 110kV Xi Măng Mai
Sơn nhưng là trạm chuyên dùng của khách hàng.
Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Mai Sơn đạt khoảng 40MW.
3. Huyện Mường La
Hiện tại, lưới điện trung thế huyện Mường La gồm 2 cấp điện áp 35kV và
6kV. Nguồn điện cấp cho toàn huyện là trạm 110kV Mường La công suất
25MVA điện áp 110/35/6kV. Riêng xã Nậm Giôn được cấp điện từ trạm 110kV
Thuận Châu.
Pmax huyện Mường La năm 2019 là 12 MW, nguồn cấp điện chủ yếu cho
huyện là trạm 110kV Mường La, dự phòng cấp điện qua trạm 110kV Sơn La
hoặc chuyển nguồn cấp qua Trạm 110kV Yên Bái.
Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Mường La đạt khoảng 20MW.
4. Huyện Thuận Châu
Hiện tại, toàn bộ lưới trung thế huyện Thuận Châu vận hành ở cấp điện áp
35kV. Nguồn cấp điện cho huyện là trạm 110kV Thuận Châu công suất 1x16
MVA điện áp 110/35kV và các thủy điện Chiềng Ngàm công suất 1,92MW, thủy
điện Chiềng Ngàm Thượng công suất 10MW
Pmax huyện Thuận Châu năm 2019 là 11MW, nguồn cấp điện dự phòng
cho huyện Thuận Châu là trạm 110kV Sơn La và trạm 110kV Sông Mã. Tuy
nhiên do khoảng cách địa lý giữa các TBA 110 khá xa, phụ tải tập chung cuối
nguồn nên khả năng cấp điện hỗ trợ bị hạn chế rất nhiều do sụt áp cuối đường
dây lớn, không đảm bảo chỉ số điện năng.
Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Thuận Châu đạt khoảng 14MW.
5. Huyện Quỳnh Nhai
Hiện tại, lưới trung thế huyện Quỳnh Nhai chỉ gồm 1 cấp điện áp 35kV
được cấp từ lộ 375 và 373 trạm 110kV Thuận Châu.
Pmax của huyện Quỳnh Nhai năm 2019 là 6MW, ngồi trạm 110kV Thuận
Châu thì huyện Quỳnh Nhai khơng có nguồn cấp điện dự phịng.
2
Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Quỳnh Nhai đạt khoảng 9MW.
6. Huyện Mộc Châu
Hiện tại, lưới điện trung thế huyện Mộc Châu gồm 2 cấp điện áp 35kV;
22kV được cấp điện trạm 110kV Mộc Châu công suất 2x25MVA-110/35/22kV,
và các nhà máy thủy điện Mường Sang 1 công suất 2,4MW, Suối Tân 1 công
suất 2,5MW, Tà Niết công suất 3,6MW, Sơ Vin công suất 2.8MW, Mường Sang
3 công suất 6 MW
Pmax của huyện Mộc Châu năm 2019 là 29MW, nguồn điện dự phòng là
trạm 110kV Sơn La và Trạm 110kV Phù Yên. Tuy nhiên cũng do khoảng cách
các TBA xa nhau nên chỉ đáp ứng được một phần phụ tải hiện có.
Dự báo từ nay đến năm 2025, việc Mộc Châu trở thành khu du lịch quốc
gia phụ tải sẽ tăng rất mạnh, ngoài ra huyện Vân Hồ được thành lập năm 2013
cũng sẽ xây dựng cơ sở hạ tầng làm nhu cầu điện tăng cao.
Phụ tải huyện Mộc Châu đến năm 2025 đạt khoảng 60 MW.
7. Huyện Vân Hồ
Là huyện được tách ra từ huyện Mộc Châu vào năm 2013.
Lưới điện trung thế huyện Vân Hồ gồm 2 cấp điện áp 35kV; 22kV được
cấp điện trạm 110kV Mộc Châu công suất 2x25MVA-110/35/22kV.
Pmax của huyện Vân Hồ năm 2019 là 5MW.
Dự báo từ nay đến năm 2025 khi hoàn thiện cơ sở hạ tầng và đầu tư thì phụ
tải huyện Vân Hồ đạt khoảng 8-10MW.
8. Huyện Yên Châu
Toàn bộ lưới trung thế huyện Yên Châu đang vận hành ở cấp điện áp 35kV
và được cấp điện từ lộ 376 Mộc Châu, nguồn dự phòng là lộ 378 Sơn La.
Pmax của huyện năm 2019 là 8MW.
Dự báo đến năm 2025, Pmax huyện Yên Châu đạt khoảng 15MW.
9. Huyện Phù Yên
Hiện tai, lưới trung thế huyện Phù Yên gồm 2 cấp điện áp: 35, 10kV. Lưới
3
35kV được cấp điện từ trạm 110kV Phù Yên công suất 2x16MVA-110/35/22kV
và thủy điện Suối Sập 2 công suất 14,4MW, thủy điện Suối Sập 3 công suất
14MW; lưới 10kV được cấp điện từ TG Phù Yên công suất 2x1800kVA35/10kV và Trung gian Huy Hạ: 1x3.600kVA-35/10kV.
Pmax của huyện năm 2019 là 16MW, nguồn cấp điện dự phòng là trạm
110kV Mộc Châu với khoảng cách 60km và trạm 110 Sơn La khoảng cách là
120km.
Lưới điện 10kV Phù Yên hiện đang được đề xuất cải tạo sang vận hành cấp
điện áp 22kV và 35kV, đồng thời xóa các trạm trung gian Phù Yên.
Dự báo phụ tải huyện Phù Yên đến năm 2025 đạt: 29MW.
10. Huyện Bắc Yên
Toàn bộ lưới trung thế huyện Bắc Yên đang vận hành ở cấp điện áp 35kV
và được cấp điện từ lộ 373 Phù Yên và được dự phòng từ lộ 378 Sơn La.
Pmax của huyện năm 2019 là 8 MW (riêng mỏ Nikel Bản Phúc sử dụng
khoảng 3MW).
Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Bắc Yên đạt mức 16MW.
11. Huyện Sông Mã
Hiện tại, huyện Sông Mã được cấp điện từ trạm 110kV Sông Mã
1x25MVA-110/35/22kV với 3 lộ cấp điện, các nguồn điện dự phịng ngồi trạm
110kV Sơn La và trạm 110kV Thuận Châu cịn có Thủy điện thủy điện Nậm
Công 3 công suất 6,4MW, thủy điện Keo Bắc công suất 1.8 MW, thủy điện Nậm
Công 4 cơng suất 2.8MW, Dự phịng lưới điện quốc gia là các trạm 110kV Sơn
La và 110kV Thuận Châu tuy nhiên khoảng cách đến trung tâm phụ tải rất xa,
đều > 100km. Phụ tải huyện Sông Mã năm 2019 đạt 9MW. Dự báo đến năm
2025, phụ tải huyện Sông Mã đạt mức: 15MW.
12. Huyện Sốp Cộp:
Hiện tại, huyện Sốp Cộp được cấp điện từ trạm 110kV Sông Mã với 01 lộ
4
35kV. Năm 2019, Pmax của huyện đạt 3MW. Dự báo nhu cầu phụ tải huyện Sốp
Cộp đến năm 2025 là: 7MW.
1.2 Tổng quan về hệ thống SCADA trung tâm Điều khiển xa
Dựa vào đặc điểm của lưới điện tỉnh Sơn La (bao gồm các TBA 110kV và
các thiết bị Recloser, Máy cắt, LBS …), cấu trúc tổng thể của hệ thống SCADA
Trung tâm được xây dựng với các máy tính chủ truyền tin và xử lý dữ liệu (Comm
&
Data Server), các máy tính chủ HIS và các máy tính vận hành (Workstation).
Cấu trúc hệ thống SCADA trung tâm điều khiển được thể hiện như hình sau:
Hình 1.1. Cấu trúc hệ thống SCADA trung tâm
Tại phòng điều khiển trung tâm, thiết lập các thành phần của hệ thống
SCADA bao gồm: Các máy tính thu thập và xử lý dữ liệu SCADA, máy tính vận
hành, máy tính cấu hình và lưu trữ dữ liệu quá khứ….các thiết bị phần cứng tại
Trung tâm điều khiển bao gồm:
-
05 Máy chủ Dell.
-
05 Máy tính vận hành.
-
01 Firewall.
-
02 Switch.
5
-
01 Máy in.
-
01 GPS.
-
01 Máy fax.
-
01 Máy chiếu.
-
Màn hình TV 65”.
Hệ thống nguồn:
-
01 Máy phát.
-
Hệ thống UPS + ắc quy.
-
Tủ phân phối nguồn AC.
-
Tủ tự động chuyển nguồn ATS.
-
Thiết bị cắt lọc sét.
-
Thiết bị chuyển nguồn ATS.
1.2.1 Chức năng hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa Sơn La
Hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa Sơn La là hệ thống điều
khiển, giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory Control And Data Acquisition)
được hoạt động dựa trên nền tảng chính là gói phần mềm Spectrum 5, cung cấp
các ứng dụng sử dụng điện toán đám mây bao gồm chức năng:
Chức năng SCADA cơ bản:
-
Giám sát
-
Điều khiển
-
Thu thập dữ liệu
-
Lập báo cáo
-
Điều khiển việc truy cập an toàn hệ thống
-
Các chức năng ứng dụng trong hệ thống điện
Các chức năng SCADA nâng cao bao gồm:
Chức năng EMS:
-
Hỗ trợ xử lý các quyết định của Điều độ viên
6
-
Trợ giúp việc lập các kế hoạch phát điện và điều khiển, dự báo phụ tải
-
Giám sát lưới
-
Đánh gía tính an toàn hệ thống
-
Nâng cao chất lượng vận hành lưới điện
-
Tối ưu hố trào lưu cơng suất
-
Xây dựng các Phiếu thao tác mẫu phục vụ thao tác tách trạm
-
Quản lý phân phối
-
Quản lý vận hành
-
Kế hoạch phân phối điện năng
-
Giám sát vùng mất điện và khơi phục
Hệ thống SCADA cịn hỗ trợ cac tính năng phân tích, xử lý dữ liệu và nắm
bắt sự kiện; hiển thị giao tiếp người máy trực quan và sinh động; tính tốn phân
bố trào lưu công suất, ngắn mạch, lập báo cáo qua cơ sở quản trị phần mềm hệ
thống quản lý năng lượng EMS (Energy Management System) hoặc hệ thống
quản lý nhu cầu phụ tải DMS (Demand Management System).
1.2.2 Hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa Sơn La
Hệ thống SCADA được tính tốn và thiết kế đảm bảo u cầu dự phòng, 2
máy chủ SCADA (thu thập dữ liệu) và 2 máy chủ PSOS (lưu trữ dữ liệu) vận hành
theo chế độ dự phịng “Hot/Standby”; ở trạng thái bình thường, tồn bộ dữ liệu của
hệ thống sẽ được kết nối, thu thập và xử lý trên máy tính SCADA1, PSOS1; máy
tính SCADA2, PSOS2 tự động đồng bộ dữ liệu từ máy tính SCADA1, PSOS1 để
đảm bảo tính dự phịng. Trong trường hợp máy tính SCADA1, PSOS1 gặp sự cố,
máy tính SCADA2, PSOS2 sẽ tự động kết nối, thu thập và xử lý dữ liệu cho toàn
hệ thống để đảm bảo quá trình vận hành khơng bị gián đoạn.
1.2.2.1. Hệ thống phần cứng
a.
Hệ thống máy chủ SCADA
Bao gồm 04 máy chủ: SCADA1, SCADA2, PSOS1, PSOS2.
7
-
02 máy chủ (SCADA) Dell PowerEdge R730
-
02 máy chủ (PSOS) Dell PowerEdge R730
Hình 1.2 Hệ thống máy chủ SCADA
+ Thu thập và xử lý dữ liệu từ các trạm biến áp 110kV, các thiết bị trên lưới
điện thông qua giao thức IEC60870-5-101, IEC60870-5-104, DNP3.0 hoặc OPC
Client.
+
Máy chủ có nhiệm vụ thực hiện các chức năng SCADA cơ bản như điều
khiển và giám sát, đồ họa trạng thái hoạt động các thiết bị trên lưới, trạng thái cấu
trúc lưới điện, liên động các thao tác vận hành, phát lại trạng thái vận hành lưới
tại một thời điểm trong quá khứ, cảnh báo báo động...
+
Chia sẽ dữ liệu cho các hệ thống SCADA khác (Trung tâm điều độ hệ thống
điện miền Bắc, trung tâm giám sát và thu thập dữ liệu NPC...) qua giao thức
IEC60870-5- 104, ICCP hoặc OPC Server.
+ Chia sẻ dữ liệu cho các Remote Console tại các Đội Quản lý vận hành
lưới điện cao thế Sơn La và các điện lực huyện (trong tương lai)
- Mỗi máy chủ của hệ thống SCADA có 02 ổ cứng được cài đặt chế độ RAID 1,
ở chế độ này dữ liệu sẽ được ghi đồng thời vào 02 ổ cứng(mirroring), trong trường
8
hợp 01 ổ bị lỗi, ổ còn lại sẽ tiếp tục hoạt động bình thường; dung lượng cuối
cùng của hệ thống RAID 1 bằng dung lượng của ổ đơn.
b.
Máy chủ Camera Server
Hệ thống máy chủ Camera Server bao gồm 01 máy chủ (Camera Server)
Dell PowerEdge T630, Máy chủ được cài đặt hệ điều hành bản quyền Windows
Server Standard 2012 R2x64 English. Có chức năng giám sát vận hành, trạng
thái thiết bị, thu thập và lưu trữ dữ liệu từ hệ thống Camera các trạm biến áp
110kV được kết nối từ hệ thống camera giám sát lắp đặt tại các trạm 110kV, tại
các trạm hệ thống camera giám sát được phân thành 02 loại: Camera an ninh và
camera giám sát:
+
Camera an ninh được bố trí lắp đặt tại 04 góc của trạm 110kv có nhiệm
vụ giám sát an ninh tại các trạm khơng người trực, có chức năng cảnh báo khi có
người xâm nhập qua hàng rào, chức năng theo dõi, bắt hình vật thể chuyển
động…tuy nhiên các camera này khơng điều khiển được góc quay mà chỉ cài đặt
cố định một góc quay.
+ Camera giám sát được bố trí số lượng tùy theo mức độ thiết bị của trạm, các
trạm 110kV thuộc Trung tâm điều khiển Sơn La được bố trí từ 03 - 05 camera trên 1
trạm, các camera này có độ phân giải cao, có thể zoom cận cảnh vị trí các thiết bị đã
được cài đặt bằng 1 click chuột, các camera này dùng vào mục đích giám sát
trạng thái các thiết bị ngoài trời khi thao tác hoặc kiểm tra thiết bị.
Ngồi ra cịn có hệ thống camera giám sát phòng trực tại trạm và phòng
đặt các thiết bị phân phối trong nhà, các camera trong nhà có nhược điểm khơng
có hệ thống điều khiển quay quét các thiết bị mà chỉ góc quay cố định nên việc
giám sát hoặc kiểm tra tình trạng các thiết bị phân phối trong nhà hạn chế.
c.
Máy tính vận hành (HMI1, HMI2)
9
Bao gồm 02 máy tính vận hành hệ thống SCADA (HMI1, HMI2), hệ
thống máy tính HMI được kết nối mạng lan trong Trung tâm điều khiển, các
màn hình HMI này mục đích trích xuất dữ liệu hiển thị các thơng tin, giám sát,
điều khiển thiết bị mà người dùng cần thực hiện lên màn hình. Mỗi máy tính
được trang bị 02 màn hình LCD nhằm phục vụ cơng tác vận hành.
Trong quá trình vận hành mọi thao tác, điều khiển thiết bị sẽ được thực
hiện trên 2 máy này. Trường hợp vận hành bình thường, nhân viên vận hành chỉ
thao tác trên 01 máy tính vận hành HMI1, máy tính vận hành HMI2 làm nhiệm
vụ đảm bảo dự phịng nóng (1+1) khi sự cố máy HMI1.
Mỗi máy tính HMI1 và HMI2 có 2 card mạng nối với Switch 1 và
Switch 2, được cấu hình NIC Teaming dự phịng trường hợp thiết bị mạng bị lỗi
thì máy tính cịn lại vẫn vận hành bình thường.
d.
Máy tính kỹ thuật (Engineering Workstation)
Phục vụ cho cơng tác cấu hình, bảo trì, mở rộng cơ sở dữ liệu hệ thống
SCADA. Toàn bộ dữ liệu hệ thống SCADA sau khi được cấu hình, chỉnh sửa,
mở rộng trên máy tính kỹ thuật sẽ tự động cập nhật, mà không cần thao tác trên
bất kỳ thành phần nào khác của hệ thống SCADA.
e. Máy tính Report- báo cáo
Trung tâm điều khiển có trang bị 01 máy tính Report: máy Report nhằm
mục đích chính chun phục vụ cơng tác trích xuất các thơng số, dữ liệu được
thu thập từ các trạm phục vụ cho nhân viên vận hành thực hiện các báo cáo hàng
ngày, trích xuất, tổng hợp các số liệu cần thiết.
f.
Màn hình hiển thị Wall Display và Camera Display
Trung tâm được trang bị các màn hình 65 inch phục vụ kết nối hệ thống
camera giám sát tại trạm 110kV và 02 màn hình 65inch hiển thị sơ đồ truyền
thông, 1 sợi phục vụ nhân viên vận hành thực hiện giám sát và quan sát thực tế
trạng thái các thiết bị.
10
Các màn hình này liên kết với hệ thống máy tính trong hệ thống SCADA
thơng qua hệ thống mạng LAN tại trung tâm điều khiển.
Các hình ảnh thu thập tại các trạm 110kV được thu thập qua phần mềm
điều khiển NUO và hiển thị trực tiếp qua 05 màn hình 65 inch, phần mềm này có
chức năng thu thập kết nối các camera, có chức năng điều chỉnh khả năng hiển
thị, quay quét, zoom…và chức năng xem lại lịch sử, chụp ảnh trực tiếp trên
video đã ghi v.v..
g.
-
Ngồi ra, phịng điều khiển trung tâm còn được trang bị
Đồng hồ đồng bộ thời gian (GPS Clock): đồng bộ thời gian cho hệ thống
SCADA tại phòng điều khiển trung tâm.
-
Firewall: hệ thống phần mềm chuyên dụng chống sự truy cập trái phép,
nhằm bảo vệ các nguồn thông tin nội bộ và hạn chế sự xâm nhập không mong
muốn vào hệ thống.
-
Ethernet Switch, Router, tủ Rack, hệ thống âm thanh, máy in, máy fax,
điện thoại, âm thanh cảnh báo, hệ thống ghi âm chỉ huy điều độ.
-
02 máy in báo cáo, một A4, một A3: mục địch sử dụng in báo cáo, văn
bản, in màn hình hoặc đồ họa
-
Các nguồn máy phát điện Diezen, accquy, UPS, cắt lọc sét…. đảm bảo độ
tin cậy cung cấp điện cho hệ thống SCADA tại Trung tâm.
1.2.2.2. Hệ thống phần mềm và yêu cầu đặc tính tại trung tâm điều khiển xa
Hệ thống phần mềm SCADA được thiết kế là một hệ thống phần mềm độc
lập, không bị phụ thuộc vào thiết bị phần cứng. Có thể hoạt động trên bất kỳ
chủng loại máy tính phần cứng thông dụng như HP, DELL, IBM, Advantech...
Hệ thống SCADA được thiết kế đảm bảo yêu cầu dự phòng. Bao gồm 02
máy
tính
chủ
xử
lý
dữ
liệu
SCADA thời
gian
thực
(Real
time
Server&Communication “Hot/Standby”) theo chế độ dự phịng “Hot/Standby”, độc
lập về mặt vật lý. Mơ hình cấu trúc “Hot/Standby” như sau: ở trạng thái bình
11
thường, toàn bộ dữ liệu của hệ thống sẽ được kết nối, thu thập và xử lý trên máy
tính “Hot”, máy tính “Standby” tự động đồng bộ dữ liệu từ máy tính “Hot” để
đảm bảo tính dự phịng. Trong trường hợp máy tính “Hot” gặp sự cố, máy tính
“Standby” sẽ tự động kết nối, thu thập và xử lý dữ liệu cho tồn hệ thống để
đảm bảo q trình vận hành không bị gián đoạn.
Cấu trúc phần mềm bao gồm phần Host (Server) kết nối độc lập với các
Workstation thông qua hệ thống mạng LAN tại trung tâm điều khiển.
Phần mềm SCADA hỗ trợ cấu trúc dự phòng 02 cấp (Dual redundant), theo
chế độ dự phòng “Hot/Standby”, độc lập trên 02 máy tính server về mặt vật lý.
Mơ hình cấu trúc “Hot/Standby” như sau: ở trạng thái bình thường, tồn bộ dữ
liệu của hệ thống sẽ được kết nối, thu thập và xử lý trên máy tính “Hot”, máy
tính “Standby” tự động đồng bộ dữ liệu từ máy tính “Hot” để đảm bảo tính dự
phịng. Trong trường hợp máy tính “Hot” gặp sự cố, máy tính “Standby” sẽ tự
động kết nối, thu thập và xử lý dữ liệu cho toàn hệ thống để đảm bảo q trình
vận hành khơng bị gián đoạn.
Hệ thống phần mềm tại trung tâm điều khiển được xây dựng trên cơ sở hệ
điều hành MS Windows.
Các module chính của hệ thống phần mềm SCADA tại trung tâm: thu thập
dữ liệu (Host- server), cấu hình (Engineering Workstation), xử lý dữ liệu và xây
dựng giao diện vận hành HMI (Operator Workstation) được xây dựng trên cùng
một nền tảng hệ thống phần mềm (cùng một Platform), nhằm đảm bảo tính
thống nhât, ổn định và tin cậy.
Nhằm đáp ứng nhu cầu xây dựng hệ thống lưới điện thông minh, hệ thống
phần mềm SCADA được cung cấp bao gồm hệ thống DMS, OMS trên cùng một
nền tảng hệ thống phần mềm cho nhu cầu phát triển trong tương lai.
Hệ thống phần mềm SCADA đảm bảo khi sự cố bất kỳ một thiết bị phần
cứng nào như Host (Server), Operator Workstation thì khơng làm gián đoạn q
trình vận hành cũng như mở rộng hệ thống khi cần thiết. Ngoài ra hệ thống phần
12
mềm còn phải đáp ứng các quy định:
a. Yêu cầu về tính đáp ứng chuẩn quốc tế của hệ thống SCADA
Phần mềm được thiết kế với kiến trúc mở, linh hoạt theo nguyên tắc
hướng đối tượng hoặc hướng module để dễ dàng bảo dưỡng, mở rộng hoặc nâng
cấp sau này.
Bên canh đó, hệ thống phần mềm hỗ trợ việc thao tác với dữ liệu theo
chuẩn CIM (Common Information Model) (một dang dữ liệu có cấu trúc theo
chuẩn XML) cụ thể dữ liệu được chuẩn hóa theo CIM về Semantics (ngữ nghĩa),
syntax (thể thức), relationships (mối quan hệ). Hệ thống phần mềm bao gồm một
công cụ giúp quản lý và thao tác (biên tập, xuất, nhập) dữ liệu theo chuẩn CEM.
Ngoài ra phần mềm được thiết kế đảm bảo tính an ninh, bảo mật theo bộ
tiêu chuẩn về an ninh bảo mật của hệ thống.
Hơn nữa phần mềm thiết kế kết nối với các hệ thống khác theo các chuẩn
giao tiếp (truyền tin) phổ biến như IEC 61850, IEC 60870-5-101, IEC 60870-5104, Modbus, ICCP...
b. Yêu cầu về các thành phần của hệ thống phần mềm SCADA
Hệ thống phần mềm nên được chia ra thành các hệ thống phần mềm nhỏ
(module) để dễ dàng trong quản lý, bảo dưỡng, nâng cấp, đảm bảo tính an ninh
và ổn đinh của hệ thống. Các hệ thống phần mềm nhỏ tối thiểu gồm các phần
mềm như phần mềm quản lý trung tâm, phần mềm hỗ trợ truyền tin, phần mềm
xử lý dữ liệu (dữ liệu thời gian thực và dữ liệu quá khứ), phần mềm giám sát
thông tin, phần mềm giao diện người máy.
c. Yêu cầu về hệ điều hành của hệ thống SCADA
Để nâng cao tính an ninh bào mật cho hệ thống, hệ điều hành của hệ thống
phần mềm trung tâm dùng hệ điều hành trên nền tảng Linux, các hệ điều hành cho
máy tại các trạm biến áp, máy trạm có thể là Windows server bản cập nhật.
d. Yêu cầu về các dịch vụ (service) của hệ thống phần mềm SCADA
13
Hệ thống phần mềm tại trung tâm điều khiển cung cấp các dịch vụ (service)
cơ bản như:
-
Định danh toàn hệ thống (global naming) giúp cho việc quản lý các
đối tượng trong hệ thống (máy chủ, thiết bị, người dùng...) một cách thống nhất
và thuận tiện;
-
Quản lý và chia sẻ file qua mạng;
-
Thiết lập các nhiệm vụ (scheduling) giúp cho người dùng, người quản
trị thiết lập các lịch thao tác vào hệ thống một cách hiệu quả và tối ưu;
-
Đồng bộ thời gian giúp cho việc đồng bộ thời gian trong toàn hệ thống;
-
Máy in giúp cho việc sử dụng và chia sẻ máy in trong mạng;
-
Kho lưu trữ và back-up hệ thống.
e. Yêu cầu về khả năng phát triển hệ thống phần mềm SCADA
- Cung cấp các API (Application Programming Interfaces)
Hệ thống phần mềm sẽ cung cấp các API giúp cho việc kết nối và khai
thác hệ thống phần mềm được đơn giản, trong suốt và hiệu quả. Ngoài ra hệ
thống phần mềm có thể cung cấp các APIs hỗ trợ các việc sau:
+ Database access: Đọc và ghi tất cả các thuộc tính của các đối tượng dữ
liệu
+
Supervisory controls: Khởi tạo các lệnh điều khiển và nhận các báo cáo
về hệ thống khi thực hiện lệnh
+
Tagging: Thiết lập và xóa bỏ các đối tượng dữ liệu (Tag)
+
Data processing: Xử lý các đối tượng dữ liệu trong hệ thống
+
Alarming: Khởi tạo, khai thác các biến cảnh báo.
+
Application program control: Điều khiển hệ thống phần mềm.
+
User interface: Quản lý (điều khiển, hiệu chỉnh) giao diện người dùng
-
Quản lý cấu hình và Debug hệ thống
Hệ thống phần mềm cịn tích hợp các cơng cụ giúp quản lý q trình phát
triển hệ thống. Công cụ này hỗ trợ hầu hết các ngôn ngữ lập trình phổ biến giúp việc
14
tác động vào hệ thống phần mềm từ các đối tượng khác nhau được quản lý đồng
nhất, tránh xung đột. Cơng cụ này phải có các tính năng sau:
+
Quản lý mã nguồn và mã đã được biên dịch (binary images)
+
Quản lý thay đổi trong mã nguồn theo ngày tháng, bởi người dùng nào
và mục đích thay đổi
+
Quản lý tài liệu (documentation), hướng dẫn sử dụng (comments) đi cùng
với mã nguồn
+
Hỗ trợ nhiều lập trình viên làm việc đồng thời trên một module
+
Cung cấp liên kết hiệu quả giữa các module
Hơn nữa, hệ thống cung cấp khả năng phát hiện và dị tìm lỗi trong các
thành phần của hệ thống khi chạy chương trình.
f. Yêu cầu về kiến trúc cơ sở dữ liệu của hệ thống SCADA
-
Xử lý dữ liệu thời gian thực
Kiến trúc dữ liệu của hệ thống này đáp ứng khả năng lưu trữ dữ liệu xác
định tình trạng của hệ thống điện tại một thời điểm bất kỳ. Việc xử lý dữ liệu
thời gian thực bao hàm các khả năng sau:
+
Việc kết nối với cơ sở dữ liệu thời gian thực thơng qua các định danh có
logic được qui định rõ ràng. Việc này giúp người dùng không cần quan tâm đến
cấu trúc vật lý cũng như logic của cơ sở dữ liệu thời gian thực này.
+
Kết nối với cơ sở dữ liệu thời gian thực hỗ trợ kết nối trực tiếp đến những
thành phần riêng biệt (entry) trong cơ sở dữ liệu ví dụ như khái niệm bảng dữ
liệu gồm các bản ghi có nhiều thuộc tính. Việc này giúp đọc và ghi dữ liệu vào
từng thành phần riêng biệt mà không cần quan tâm đến cơ chế quản lý cấu trúc
lớn của dữ liệu.
+
Hỗ trợ nhiều kết nối đồng thời với cơ sở dữ liệu.
+
Hỗ trợ giám sát và quản lý các giao dịch cũng như hỗ trợ khả năng trở về
tình trạng trước khi chưa thực hiện giao dịch (rollback).
h.
Quy chuẩn dữ liệu
15
