Đề xuất thuật toán chẩn đoán sự cố cho lưới điện phân phối áp dụng tại công ty điện lực gia lai
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.55 MB, 89 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
NGUYỄN ĐỨC TÙNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN ĐỨC TÙNG
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ CHO
C
C
LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ÁP DỤNG TẠI
R
L
T.
CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA LAI
DU
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
K37
Đà Nẵng – Năm 2020
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN ĐỨC TÙNG
ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ CHO
C
C
LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ÁP DỤNG TẠI
R
L
T.
CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA LAI
DU
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Mã số: 8520216
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. LÊ TIẾN DŨNG
Đà Nẵng – Năm 2020
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu tự bản thân tôi thực hiện.
Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Học viên
C
C
DU
R
L
T.
Nguyễn Đức Tùng
TĨM TẮT
ĐỀ XUẤT THUẬT TỐN CHẨN ĐỐN SỰ CỐ CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI ÁP DỤNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA LAI
Học viên
: Nguyễn Đức Tùng
Chuyên ngành
: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số
: Khóa K37 - Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt - Trong bối cảnh nền công nghiệp phát triển mạnh mẽ của đất nƣớc,
ngành điện luôn là ngành tiên phong mang trách nhiệm cao cả phục vụ cho tồn xã
hội. Trong đó hệ thống lƣới điện phân phối là thành phần cốt lõi của ngành điện lực
Việt Nam, để phục vụ cho sản xuất, tiêu dùng của cơng nghiệp và dân dụng thì lƣới
điện phân phối ln phải phát triển khơng ngừng vì thế các thiết bị của hệ thống ngày
càng nhiều và nằm ở mọi địa hình phức tạp khác nhau, với sự mở rộng và phát triển
nhƣ thế thì sẽ khơng tránh khỏi những sự cố bất thƣờng xảy ra mà tần suất xảy ra ngày
còn tăng do nhiều yếu tố khác nhau nhƣ: địa hình, yếu tố thời tiết, thiết bị bị xuống cấp
hƣ hỏng, cá phƣơng tiện giao thông xâm hại đến lƣới điện… Chính vì sự cố bất
thƣờng xảy ra nhiều và đa dạng nên việc xác định đƣợc vị trí sự cố và nhận biết lỗi xảy
ra là điều rất quan trọng trong việc quản lý và vận hành hệ thống lƣới điện phân phối
hiện nay để đảm bảo cung cấp điện mang hiệu quả nhất cho ngƣời tiêu dùng.
Từ những vấn đề và nhu cầu hiện tại, tác giả đã quyết định chọn đề tài nghiên
cứu “Nghiên cứu xây dựng thuật toán tự động chẩn đoán lỗi trong lƣới điện phân
phối” nhằm nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống. Đề tài này giúp cho ngƣời vận hành
nhanh chóng xác định vị trí lỗi đang xảy ra và loại lỗi gì tại vị trí đó để có phƣơng án
khắc phục sự cố nhanh nhất giúp thời gian tìm sự cố giảm và giảm nhân lực cho việc
tìm sự cố ở lƣới.
Từ khóa – Vận hành hệ thống lƣới điện phân phối; vị trí sự cố lƣới điện; mô
phỏng…
OFFER THE FAULT LOCATION ALGORITHM IN THE
DISTRIBUTION SYSTEMS ELECTRICITY APPLICATION AT GIA LAI
POWER COMPANY
Abstract: During operating distribution power systems, current
occurrences(fault/unexpected object) happen frequently due to the specific
characteristics of the system such as low level of….huge amount of cables/ devices
and especially complicated terrain.There are numerous reasons that lead to
instabilities: break-downs in the…violation by transports to distribution power system:
animals, trees, weather factors (thunderstorms, cyclones,..),reduction of elements…,
asymmetric load. Therefore, finding for locations and causes of faults is a crucial
requirement in operating distribution system nowadays.
Owing to the mentioned pratical requirements, the author decides to choose the
subject of “research to build the fault location algorithm in the distribution systems”.
This subject gives a suggestion about solutions for locating faults in power system in
order to operate more flexibly and reduce the required amount of time to fix them.
Key words – Distribution system operation, fault location, simulation…
C
C
DU
R
L
T.
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
TÓM TẮT
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH ẢNH
MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………..……...1
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ..................................................................................................... 1
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ............................................................................................. 1
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................................................. 1
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................................... 2
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ............................................. 2
CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................................ 2
CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HĨA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ TỰ
C
C
R
L
T.
ĐỘNG CHẨN ĐỐN LỖI TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI………………….…3
DU
1.1.Tổng quan về tự động hóa lƣới điện phân phối ............................................................. 3
1.2.Giới thiệu hệ thống SCADA và Trung tâm điều khiển GLPC ...................................... 3
1.3.Đặc điểm lƣới điện và các dạng sự cố của lƣới điện phân phối GLPC....................... 25
1.4.Các loại lỗi thƣờng xảy ra ........................................................................................... 25
CHƢƠNG II. MƠ TẢ TỐN HỌC CỦA MỘT PHẦN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ
LỖI 1 PHA CHẠM ĐẤT CỦA HỆ THỐNG CÂN BẰNG.......................................... 30
2.1.Mơ tả tốn học của lƣới điện đơn giản ........................................................................ 30
2.2.Mơ tả tốn học của lƣới điện khi xảy ra lỗi chạm đất. ................................................ 31
2.3.Hệ thống 3 pha không đối xứng. ................................................................................. 33
2.4.Tổng quan các phƣơng pháp chẩn đoán lỗi trong lƣới điện phân phối. ...................... 34
CHƢƠNG III. ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN PHÁT HIỆN VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CHO
LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ÁP DỤNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA LAI .......... 38
3.1.Đặt vấn đề, tổng quan các cơng trình nghiên cứu đi trƣớc .......................................... 38
3.2.Các kỹ năng chuẩn đoán lỗi......................................................................................... 39
3.3.Đề xuất thuật toán ở dạng tổng quát ............................................................................ 40
CHƢƠNG IV. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG ........................................... 46
4.1.Sơ đồ mô phỏng và các số liệu mô phỏng ................................................................... 46
4.2.Mơ phỏng trên Matlab Simulink trƣờng hợp hoạt động bình thƣờng ......................... 47
4.3.Mô phỏng trên Matlab Simulink các trƣờng hợp lỗi. .................................................. 50
4.4.Mơ phỏng kiểm chứng thuật tốn tự động chẩn đoán lỗi do đề tài đề xuất. ............... 56
4.5.Kiểm nghiệm bằng dữ liệu thực tế (quá khứ). ............................................................. 57
KẾT LUẬN ĐỀ TÀI VÀ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ ..................................................... 59
C
C
DU
R
L
T.
DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG 1.1.GIẢ LẬP CÁC VỊ TRÍ LỖI TƢƠNG ỨNG VỚI RF = 30Ω .......................... 56
BẢNG 1.2.GIẢ LẬP CÁC VỊ TRÍ LỖI TƢƠNG ỨNG VỚI RF = 50Ω .......................... 57
BẢNG 1.3.DỮ LIỆU QUÁ KHỨ VỀ KHOẢNG CÁCH VỊ TRÍ LỖI CỦA XUẤT TUYẾN.
........................................................................................................................................... 58
BẢNG 1.4.BẢNG DỮ LIỆU MƠ PHỎNG DỰA TRÊN SỐ LIỆU QUÁ KHỨ Ở BẢNG
TRÊN ................................................................................................................................. 58
C
C
DU
R
L
T.
DANH MỤC HÌNH ẢNH
HÌNH 1.1.QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ................................................... 4
HÌNH 1.2. ..SƠ ĐỒ QUẢN LÍ VÀ TRAO ĐỔI THƠNG TIN CỦA HỆ THỐNG SCADA
............................................................................................................................................. 5
HÌNH 1.3.CÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNG SCADA ..................................................... 5
HÌNH 1.4.CÁC THÀNH PHẦN RTU ................................................................................ 6
HÌNH 1.5.MÀN HÌNH GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SCADA ................. 7
HÌNH 1.6. ...TRUYỀN DỮ LIỆU TỪ RTU ĐẾN IEDS VÀ CÁC BỘ TẬP TRUNG THU
THẬP DỮ LIỆU TỪ
IEDS………………………………………………………………………………………..
............................................................................................................................................. 8
HÌNH 1.7.GIAO DIỆN PHẦN MỀM SYS600 CỦA ABB .............................................. 11
HÌNH 1.8.GIAO DIỆN PHẦN MỀM DMS600 CỦA ABB ............................................. 12
HÌNH 1.9.HỆ THỐNG GIÁM SÁT MINISCADA .......................................................... 12
HÌNH 1.10.CHỨC NĂNG CHÍNH MINISCADA ........................................................... 16
HÌNH 1.11.TỔNG QUAN HỆ THỐNG MINISCADA TP PLEIKU (GIA LAI) ............ 17
HÌNH 1.12.GIAO DIỆN NGƢỜI DÙNG MONITOR PRO ............................................ 19
HÌNH 1.13.VÍ DỤ HIỂN THỊ Q TRÌNH TRẠM BIẾN ÁP TRONG MICROSCADA
........................................................................................................................................... 19
HÌNH 1.14.VÍ DỤ MÀN HÌNH HIỂN THỊ SỰ KIỆN MICROSCADA ......................... 20
HÌNH 1.15.VÍ DỤ MÀN HÌNH HIỂN THỊ HỆ THỐNG CẢNH BÁO MICROSCADA
........................................................................................................................................... 21
HÌNH 1.16.MƢA BÃO LÀM CÂY QUẸT VÀO LƢỚI ĐIỆN VÀ GIƠNG SÉT .......... 26
HÌNH 1.17.PHƢƠNG TIỆN CƠ GIỚI VÀ CÂY TRỒNG VI PHẠM KHOẢNG CÁCH
GÂY SỰ CỐ ...................................................................................................................... 27
HÌNH 1.18.ĐỘNG VẬT, BỊ SÁT GÂY NGẮN MẠCH PHA-PHA, PHA-ĐẤT .......... 29
HÌNH 1.19.PHÁT NHIỆT DO TIẾP XÚC KÉM TẠI MBA VÀ KẸP CÁP NGẦM ...... 28
HÌNH 2.1.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI ĐIỂN HÌNH ............................................. 30
HÌNH 2.2.SƠ ĐỒ LỖI CHẠM ĐẤT MỘT PHA TRONG HỆ THỐNG BA PHA CÂN
BẰNG ................................................................................................................................ 32
HÌNH 2.3.SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN THAY THẾ LỖI CHẠM ĐẤT MỘT PHA ................. 33
HÌNH 2.4.HỆ THỐNG 3 PHA KHƠNG CÂN BẰNG .................................................... 34
HÌNH 2.5.MỘT LỖI TRÊN ĐƢỜNG TRUYỀN CĨ HAI NGUỒN ............................... 35
HÌNH 2.6.SƠ ĐỒ NGẮN MẠCH DỰA TRÊN XẾP CHỒNG CÁC THÀNH PHẦN ... 37
HÌNH 3.1.CƠ SỞ KỸ THUẬT CHUẨN ĐỐN VỊ TRÍ SỰ CỐ .................................... 39
HÌNH 3.2.SƠ ĐỒ CHẠM ĐẤT MỘT PHA TRONG HỆ THỐNG BA PHA ................. 40
HÌNH 3.3.ẢNH HƢỞNG HAI MẠCH SONG SONG ..................................................... 40
HÌNH 3.4.HỆ THỐNG MƠ HÌNH LƢỚI ĐIỆN ÁP DỤNG
C
C
DU
R
L
T.
HÌNH 4.1.MƠ HÌNH MƠ PHỎNG XUẤT TUYẾN LƢỚI CỦA CƠNG TY ĐIỆN LỰC
GIA LAI ............................................................................................................................ 46
HÌNH 4.2.MƠ HÌNH MƠ PHỎNG CÁC VỊ TRÍ LỖI TRÊN XUẤT TUYẾN............... 46
HÌNH 4.3.KẾT QUẢ ĐIỆN ÁP TẠI VỊ TRÍ L1 TRONG TRƢỜNG HỢP XUẤT
TUYẾN BÌNH THƢỜNG ................................................................................................. 48
HÌNH 4.4.KẾT QUẢ ĐIỆN ÁP TẠI VỊ TRÍ L2 TRONG TRƢỜNG HỢP XUẤT
TUYẾN BÌNH THƢỜNG ................................................................................................. 48
HÌNH 4.5. ......KẾT QUẢ DỊNG ĐIỆN TẠI VỊ TRÍ L1 TRONG TRƢỜNG HỢP XUẤT
TUYẾN BÌNH THƢỜNG
HÌNH 4.6. ......KẾT QUẢ DỊNG ĐIỆN TẠI VỊ TRÍ L3 TRONG TRƢỜNG HỢP XUẤT
TUYẾN BÌNH THƢỜNG
HÌNH 4.7. ....... KẾT QUẢ ĐIỆN ÁP TẠI VỊ TRÍ L1 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI THỨ
NHẤT ................................................................................................................................ 50
HÌNH 4.8. ....... KẾT QUẢ ĐIỆN ÁP TẠI VỊ TRÍ L2 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI THỨ
NHẤT ................................................................................................................................ 51
HÌNH 4.9. ....... KẾT QUẢ ĐIỆN ÁP TẠI VỊ TRÍ L3 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI THỨ
NHẤT ................................................................................................................................ 51
HÌNH 4.10. ........ KẾT QUẢ DỊNG ĐIỆN TẠI VỊ TRÍ L1 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI
THỨ NHẤT ....................................................................................................................... 51
HÌNH 4.11. ........ KẾT QUẢ DỊNG ĐIỆN TẠI VỊ TRÍ L2 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI
THỨ NHẤT ....................................................................................................................... 52
HÌNH 4.12. ........ KẾT QUẢ DỊNG ĐIỆN TẠI VỊ TRÍ L3 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI
THỨ NHẤT ....................................................................................................................... 51
HÌNH 4.13. KHOẢNG CÁCH VỊ TRÍ LỖI THỨ NHẤT ................................................ 52
HÌNH 4.14.KẾT QUẢ ĐIỆN ÁP TẠI VỊ TRÍ L3 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI THỨ
HAI .................................................................................................................................... 53
HÌNH 4.15.KẾT QUẢ ĐIỆN ÁP TẠI VỊ TRÍ L2 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI THỨ
HAI .................................................................................................................................... 53
HÌNH 4.16.KẾT QUẢ ĐIỆN ÁP TẠI VỊ TRÍ L1 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI THỨ
HAI .................................................................................................................................... 54
HÌNH 4.17.KẾT QUẢ DỊNG ĐIỆN TẠI VỊ TRÍ L3 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI
THỨ HAI ........................................................................................................................... 54
HÌNH 4.18.KẾT QUẢ ĐIỆN ÁP TẠI VỊ TRÍ L2 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI THỨ
HA ..................................................................................................................................... 55
HÌNH 4.19.KẾT QUẢ ĐIỆN ÁP TẠI VỊ TRÍ L1 TRONG TRƢỜNG HỢP LỖI THỨ
HAI .................................................................................................................................... 55
C
C
DU
R
L
T.
1
MỞ ĐẦU
I.
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong quá trình vận hành hệ thống lƣới điện phân phối tại Công ty Điện lực Gia
Lai, các sự cố bất thƣờng xảy ra ngày càng đa dạng và tần suất xảy ra ngày càng dày
đặc. Lƣới điện phân phối với độ dự trữ cách điện không tốt, số lƣợng đƣờng dây, thiết
bị khá nhiều và phân bố ở nhiều địa hình khác nhau. Nên có nhiều yếu tố ảnh hƣởng
tới hiệu quả hệ thống lƣới điện: Yếu tố thời tiết, hƣ hỏng sự cố đƣờng dây và thiết bị,
các phƣơng tiện giao thông xâm hại cơng trình lƣới điện, cây cối, động vật và từ các
phụ tải khơng đối xứng…
Vì vậy, việc xác định loại lỗi và vị trí lỗi nhanh chóng là u cầu lớn trong việc
vận hành lƣới điện phân phối hiện nay để giảm thiểu thời gian và nhân lực cho việc dị
tìm lỗi cũng nhƣ xác định vị trí sự cố để giải quyết sự cố nhanh chóng.
Từ những nhu cầu hiện tại mà Công ty Điện lực Gia Lai đang cần thiết trong vận
hành, thì tác giả đã quyết định chọn đề tài nghiên cứu: “Đề xuất thuật toán chẩn đoán
sự cố cho lƣới điện phân phối áp dụng tại Công ty Điện lực Gia Lai". Đề tài này đƣa ra
thuật tốn để chuẩn đốn lỗi và vị trí lỗi dựa trên hệ thống SCADA hiện có tại Cơng ty
Điện lực Gia Lai để giúp vận hành hiệu quả nhất có thể nâng cao độ ổn định hệ thống
và xử lý sự cố nhanh chóng.
C
C
R
L
T.
II.
DU
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Dựa trên các điều kiện hiện tại thì khi vận hành, các kỹ sƣ vận hành chủ yếu dựa
trên kinh nghiệm vận hành lâu năm để phân tích các số liệu từ Rơ Le và hệ thống
SCADA gửi về rồi khoanh vùng vị trí lỗi với bán kính rất lớn sau đó sẽ đi dị tìm trên
hiện trƣờng. Tuy nhiên việc khai thác dựa trên số liệu từ Rơ le và hệ thống SCADA sẽ
khơng có hiệu quả cao khi lƣới điện phân phối nằm ở địa hình phức tạp, và mất nhiều
thời gian cho việc tìm lỗi và xử lý sự cố lỗi. Vậy nên, đề tài này của tác giả sẽ đƣa
chƣơng trình và thuật tốn vào để tự động xử lý dữ liệu từ hệ thống một cách nhanh
chóng để giúp Công ty Điện lực Gia Lai xác định vị trí sự cố kịp thời để khắc phục mà
khơng phải tìm kiếm trong bán kính rộng và mất thời gian cho việc tìm kiếm vị trí lỗi
để nhanh chóng khôi phục lại lƣới điện cho khách hàng.
III.
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Lƣới điện phân phối với các đặc tính và thơng số vận hành trong các trƣờng hợp
vận hành bình thƣờng và phát sinh lỗi. Phân tích tình hình thực tế tại lƣới điện do
Cơng ty Điện lực Gia Lai quản lý vận hành. Các trƣờng hợp sự cố trong lƣới điện phân
phối.
2
Phạm vi nghiên cứu tập trung vào loại lỗi một pha chạm đất, là loại lỗi thƣờng
xuyên xảy ra trên lƣới điện địa bàn tỉnh Gia Lai. Các kiểm nghiệm đƣợc thực hiện
bằng mổ phỏng trên Matlab Simulink và bằng dữ liệu quá khứ.
IV.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Dựa trên quá trình vận hành hệ thống lƣới điện.
- Phân tích và xác định các vấn đề xảy ra hiện tại và nhu cầu hiện tại.
- Xác định đề tài nghiên cứu và chọn mơ hình lƣới điện cơ bản để làm đối tƣợng
nghiên cứu, từ đó xây dựng mơ hình tốn học cho hệ thống.
- Mơ phỏng mơ hình đối tƣợng trên Matlab-Simulink cho các trƣờng hợp giả
lập lỗi và không lỗi để phân tích đáp ứng mơ phỏng theo thực tế để từ đó so sánh với
dữ liệu lịch sử của các lỗi trên hệ thống đã từng xảy ra.
- Nghiên cứu đề xuất thuật toán để chuẩn đoán lỗi cho lƣới điện, dựa trên mơ
hình mơ phỏng đối tƣợng đã thiết lập và đáp ứng đủ yêu cầu của ngành điện lực.
- Sử dụng dữ liệu quá khứ để kiểm nghiệm lại độ chính xác của chƣơng trình
thuật tốn đƣa vào sử dụng.
- Phân tích các dữ liệu mơ phỏng và thực tế để đƣa ra các kết luận và nhận xét.
V.
C
C
R
L
T.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
DU
Ý nghĩa khoa học: Đề tài này góp phần giải quyết vấn đề nhận định vị trí lỗi và
loại lỗi tự động và nhanh chóng trong hệ thống lƣới điện phân phối của điện lực nói
chung và điện lực Gia lai nói riêng.
Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài xây dựng thuật toán chẩn đoán lỗi trong hệ thống điện
một các tự động dựa trên chƣơng trình của thuật tốn, nhằm hỗ trợ Điều độ viên đƣa ra
các quyết định xử lý loại trừ lỗi và thơng tin vị trí lỗi đến công nhân quản lý vận hành
giúp việc tiếp cận và xử lý sự cố nhanh hơn và chính xác hơn. Điều này giảm thiểu các
chỉ số SAIDI/SAIFI/MAIFI góp phần đảm bảo chỉ tiêu độ tin cậy của lƣới điện.
VI.
CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài đƣợc tổ chức gồm có các chƣơng, các phần nhƣ sau: Trƣớc tiên, phần mở
đầu giới thiệu về lý do chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tƣợng và phạm vi nghiên
cứu của đề tài, phƣơng pháp nghiên cứu và ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
3
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ TỰ ĐỘNG
CHẨN ĐOÁN LỖI TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.1. Tổng quan về tự động hóa lƣới điện phân phối
Hệ thống điện ngày càng phức tạp, nhu cầu phụ tải ngày càng lớn, yêu cầu chất
lƣợng dịch vụ, cụ thể là độ tin cậy, hiệu suất và an ninh hệ thống, ngày càng cao, cộng
thêm các quan ngại về bền vững năng lƣợng môi trƣờng, tất cả đã mở đƣờng cho sự
phát triển lƣới điện thông minh. Các công ty điện lực đang áp dụng nhiều công nghệ
mới vào hệ thống điện, bao gồm các nguồn năng lƣợng tái tạo, nguồn điện phân bố, và
các công nghệ thông tin và truyền thông mới nhất. Để thành công, hoạt động quản lý
hệ thống điện, ví dụ nhƣ tự động hóa phân phối (distribution automation - DA), phải
dựa vào các thông tin thu thập từ hệ thống theo dõi tích hợp. DA cho phép nhân viên
trung tâm điều khiển theo dõi tình hình hoạt động của hệ thống theo thời gian thực và
cho phép tự động cấu trúc lại hệ thống để đạt hiệu quả tối ƣu, giảm tác động và thời
gian mất điện.
C
C
R
L
T.
Hiện nay các công ty Điện lực áp dụng một số công nghệ cho phép theo dõi từ
xa, điều phối và vận hành các bộ phận hợp thành hệ thống phân phối theo chế độ thời
gian thực từ các vị trí ở xa. Nhóm các cơng nghệ ADA bao gồm: Giám sát điều khiển
và thu thập dữ liệu (supervisory control and data acquisition - SCADA), điều khiển
điện áp và bù vô công (volt and VAR control – VVC).
DU
1.2. Giới thiệu hệ thống SCADA và Trung tâm điều khiển GLPC
1.2.1. Khái niệm về hệ thống SCADA.
Supervisory Control And Data Acquiste là cụm từ viết tắt SCADA và là hệ thống
giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu.
Hệ thống SCADA đƣợc định nghĩa nhƣ một tập hợp các thiết bị rằng sẽ đƣợc
cung cấp cho ngƣời vận hành ở một nơi xa với thông tin đầy đủ để xác định trạng thái
cụ thể của thiết bị hoặc xử lý một tình huống nào đó khi vắng mặt.
1.2.2. Chức năng:
a) Quá trình thu thập dữ liệu (Data acquisition hoặc monitoring):
Việc thu thập dữ liệu sẽ đƣợc lấy từ các trạm biến áp, nhà máy điện, các thiết bị
đóng cắt phân đoạn trên lƣới. Dữ liệu thu thập sẽ đƣợc chia làm 3 loại chính là dữ liệu
trạng thái, dữ liệu tƣơng tự và dữ liệu tích lũy theo thời gian. Dữ liệu trạng thái sẽ bao
gồm các trạng thái của các máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, các khóa điều khiển từ
xa…Dữ liệu tƣơng tự là dữ liệu đầu ra của công suất tác dụng MW, công suất phản
kháng, điện áp, dòng điện,…Dữ liệu theo thời gian sẽ là điện năng KWh, KVArh,..
4
Các dữ liệu trạng thái lấy từ các rơ le trung gian hoặc từ các tiếp điểm phụ của
thiết bị đóng cắt đƣợc đƣa vào các đầu vào số của thiết bị đầu cuối RTU. Các dữ liệu
tƣơng tự lấy từ cuộn thứ cấp của máy biến dòng điện và máy biến áp đƣợc đƣa vào bộ
biến đổi, đầu ra của bộ biến đổi đƣợc đƣa vào các cổng đầu vào tƣơng tự của RTU. Tại
RTU dữ liệu đƣợc số hóa và thơng qua kênh truyền gửi về trung tâm điều độ.
b) Quá trình điều khiển và giám sát (Supervisory control):
Với tiêu chí đẩy mạnh điều khiển tự động hóa vào sâu bên trong mọi lĩnh vực đời
sống cũng nhƣ sản xuất. Hệ thống SCADA ngày càng hoàn thiện, quá trình tự động
hóa hồn tồn có thể đạt đƣợc 2 thành phần đó là giám sát và điều khiển.
Q trình giám sát tự động hóa sẽ đƣợc biên dịch thành ngƣời vận hành trong
phịng điều khiển, chúng ta có thấy quá trình điều khiển từ xa trên màn hình điều khiển
trung tâm hệ thống, hồn thành tất cả các thơng tin yêu cầu hiển thị trên màn hình và
cập nhật các khoảng thời gian thích hợp. Q trình đó sẽ diễn ra nhƣ các bƣớc sau:
C
C
R
L
T.
DU
Hình 1.1. Quá trình điều khiển và giám sát
-
Thu thập dữ liệu từ hiện trƣờng
Chuyển đổi dữ liệu thành hình thức truyền thơng tin
Gộp các dữ liệu thành một khối dữ liệu
Chiều các khối dữ liệu thông qua phƣơng thức giao tiếp truyền
Nhận dữ liệu tại phòng điều khiển trung tâm
Giải mã dữ liệu
Hiển thị dữ liệu thích hợp trên màn hình điều khiển trung tâm.
5
Ngồi các chức năng trên, hệ thống MiniSCADA cịn có các chức năng sau: phân
tích, xử lý và lƣu trữ số liệu, tính tốn phân bố trào lƣu cơng suất, ngắn mạch, độ tin
cậy, quản lý nhu cầu phụ tải, cung cấp cơ sở dữ liệu cho các mục đích khác.
C
C
R
L
T.
DU
Hình 1.2. Sơ đồ quản lí và trao đổi thơng tin của hệ thống SCADA
1.2.3. Cấu trúc của hệ thống SCADA
Về hệ thống SCADA là sự tích hợp các cơng nghệ bao gồm 4 thành phần sau:
-
RTU (Remote Terminal Units)
Commmunication System
Master Station
Human Machine Interface (HMI)
Hình 1.3. Các thành phần hệ thống SCADA
a) Remote Terminal Units:
6
RTU (Remote Terminal Units): là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa RTU có
chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành (Actuator).
Chức năng và các thành phần RTU: RTU sẽ gồm những thành phần chính
dùng để hoàn thành các mục tiêu giám sát và điều khiển các thiết bị trƣờng.
Communication Subsystem: giao tiếp giữa mạng truyền thông SCADA và các
logic RTU nội bộ. Khối hệ thống này sẽ nhận đƣợc dữ liệu từ máy chủ, biên dịch các
dữ liệu, bằng cách chúng sẽ kết nối với RTU và lần lƣợt chúng sẽ kết nối đến các thiết
bị trƣờng. RTU sẽ gửi một dữ liệu thích hợp về máy trạm chủ về thu thập các dữ liệu
cần thiết. Nó cũng sẽ thu thập tất cả các dữ liệu từ các thiết bị trƣờng, xử lý và chuyển
đổi dữ liệu có liên quan đến máy chủ. RTU cũng có thể báo cáo cho một máy hoặc cho
nhiều máy chủ.
Logic Subsystem: hệ thống bao gồm một bộ xử lý chính và cơ sở dữ liệu, xử lý
tất cả thời gian đƣợc lƣu giữ chính.
C
C
Termination Subsystem: nó sẽ cung cấp giao tiếp giữa RTU và các thiết bị mở
rộng, chẳng hạn những đƣờng các cáp truyền thơng, nguồn chính và các trạm thiết bị.
Logic RTU cần đƣợc bảo vệ khỏi môi trƣờng khắc nghiệt của trạm biến áp.
R
L
T.
Power Supply Subsystem: Chuyển đổi từ nguồn chính, thƣờng là nguồn từ trạm
biến áp, cung cấp nguồn cần thiết cho các hệ thống RTU khác.
DU
Test/HMI Subsystem: Hệ thống sẽ bao gồm một loạt thành phần hardware/
firmware tests, và các số liệu đƣợc thu thập, trong RTU, và bảng hoặc màn hình kiểm
tra/ bảo trì.
Hình 1.4. Các thành phần RTU
7
b) Hệ thống giao tiếp:
Communication System: bao gồm mạng truyền thồng công nghiệp, các thiết bị
viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trƣờng
đến các khối điều khiển và máy chủ.
c) HMI:
C
C
R
L
T.
DU
Hình 1.5. Màn hình giám sát và điều khiển hệ thống SCADA
HMI (Human Machine Interface): là giao tiếp và tƣơng tác giữa các trạm điều
khiển giám sát trung tâm và ngƣời vận hành hoặc ngƣời đã đang sử dụng hệ thống
SCADA. Tín hiệu đơn (single bit) trên màn hình máy tính HMI của phần mềm Sys600
đƣợc chia làm 2 mức:
ALARM: cảnh báo
WARNING: báo động
d) Master Station:
Master Station: Đây là trạm thu thập các dữ liệu nhƣ máy tính, thiết bị ngoại vi,
các thiết bị ngõ vào, ngõ ra thích hợp hệ thống (Input/Output) cho phép ngƣời vận
hành có thể giám sát trạng thái của hệ thống (quá trình) và điều khiển đƣợc.
Các thành phần Master Station: Master Station sẽ đƣợc phân loại gồm 2 thành
phần đó là phần cứng và phần mềm:
8
Hình 1.6. Truyền dữ liệu từ RTU đến IEDs và các bộ tập trung thu thập dữ liệu từ
IEDs
Phần mềm Master Station:
C
C
R
L
T.
Data acquisition and Control: bao gồm chức năng cơ bản SCADA của thu thập
dữ liệu và điều khiển.
DU
Database: Hệ thống điện SCADA yêu cầu một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu
chuyên dụng vì dữ liệu trong quá khứ rất quan trọng. Việc truy cập dữ liệu trên bất kỳ
truy vấn nào nhanh chóng đạt đƣợc bằng cơ sở dữ liệu đã đƣợc thiết lập và có thể có
thiết kế tùy chỉnh theo yêu cầu của trạm chủ.
Reporting and Accounting: Thiết lập phân cấp hệ thống điện yêu cầu một số
lƣợng lớn các báo cáo và tài khoản đƣợc chuẩn bị để nộp cho các cơ quan khác nhau
và cho các mục đích nội bộ. Do đó, chức năng này rất quan trọng trong các ứng dụng
điện. Phần mềm báo cáo và kế tốn có thể đƣợc xác định trƣớc nhƣng nên đƣợc tùy
chỉnh để đáp ứng các yêu cầu trong tƣơng lai.
HMI Functions: Phần mềm trên bảng điều khiển của ngƣời vận hành là vô cùng
quan trọng và để hoạt động trơn tru của trung tâm điều khiển, phần mềm này phải thân
thiện với ngƣời dùng.
Phần cứng Master Station:
Phần cứng chính trong một trạm chủ sẽ là các hệ thống máy tính và máy chủ
đƣợc sử dụng để thực hiện các tác vụ khác nhau đƣợc thực hiện bởi trạm. Các máy chủ
máy tính phải đƣợc chọn dựa trên yêu cầu của trạm chủ.
1.2.4. Nguyên lý làm việc của hệ thống MiniSCADA:
Theo từng chu kỳ thời gian định trƣớc, máy tính chủ của hệ thống SCADA tại
Trung tâm điều khiển sẽ thực hiện việc truyền tín hiệu thông tin quét tuần tự các trạm
9
biến áp, Recloser, LBS. Các TBA, Recloser, LBS đƣợc trang bị các thiết bị đầu cuối
giám sát từ xa RTU/Gateway cho phép trung tâm điều khiển có thể điều khiển các thiết
bị thơng qua nó. Hơn nữa các RTU/Gateway cũng có thể thơng báo lại cho trung tâm
điều khiển các thao tác đã đƣợc thực hiện cũng nhƣ các thông số chế độ nhƣ dịng
điện, điện áp, cơng suất tác dụng, công suất phản kháng và thông số trạng thái của các
phần tử nhƣ trạng thái đóng hay mở của máy cắt, nhiệt độ…
Để giảm bớt số lƣợng dữ liệu truyền giữa các TBA và trung tâm điều khiển, dữ
liệu chỉ đƣợc truyền khi chúng thay đổi hoặc rơi ra ngồi vùng giới hạn cho trƣớc.
Máy tính chủ của trung tâm điều khiển sẽ lần lƣợt quét các thiết bị đầu cuối ở các
RTU/Gateway bằng cách gửi một thông báo ngắn tới từng RTU/Gateway và yêu cầu
mỗi RTU/Gateway báo cáo. Khi nhận đƣợc thông báo, RTU/Gateway sẽ gửi trả lời
ngƣợc lại cho máy tính chủ và dữ liệu nhận đƣợc sẽ lƣu trữ trong bộ nhớ của máy tính
chủ. Khi thực hiện thao tác từ điều khiển từ máy tính chủ tại Trung tâm điều khiển, tín
hiệu điều khiển đƣợc gửi đến các RTU/Gateway các thơng báo và tín hiệu này sẽ đƣợc
máy in của máy tính in ra hoặc đƣợc hiển thị trên màn hình. Phần lớn các hệ thống có
chu trình qt tất cả các RTU/Gateway đƣợc thực hiện trong khoảng vài giây. Tuy
nhiên trong trƣờng hợp xảy ra sự cố hoặc có cảnh báo tín hiệu hoặc thay đổi trạng thái
bất kì tại một trạm nào đó, thông báo sẽ đƣợc gửi từ RTU/Gateway ở đây gửi về máy
tính chủ, q trình qt bình thƣờng sẽ bị dừng lại trong thời gian đủ để thiết bị nhận
đƣợc thơng báo và phát tín hiệu cảnh báo sao cho ngƣời vận hành có thể phản ứng tức
thì. Nhƣ vậy Trung tâm điều khiển luôn đƣợc cấp những thông tin mới nhất về tình
trạng hệ thống điện.
C
C
R
L
T.
DU
Việc liên lạc giữa máy tính chủ ở trung tâm điều khiển với các RTU/Gateway
thông qua đƣờng truyền thông tin cáp quang và đƣờng truyền thông tin 3G.
1.2.5. Hệ thống MiniSCADA của công ty Điện lực Gia Lai:
a) Tổng quan hệ thống:
Hiện nay, cùng với cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0 thì việc tự động hóa trong
hoạt động sản xuất, đặc biệt việc tự động hóa trong QLVH trạm điện là vơ cùng cần
thiết, Cũng tƣơng tự nhƣ các ngành công nghiệp khác, ngành điện chúng ta cũng cần
một hệ thống dùng để thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển từ xa phục vụ cho công
tác quản lý vận hành lƣới điện. Vì thế, Trung tâm điều khiển Gia Lai đƣợc xây dựng
và đƣa vào vận hành. Sau đó, hệ thống này tiếp tục đƣợc phát triển, các kết nối liên tục
đƣợc mở rộng. Cụ thể, Công ty Điện lực Gia Lai đã đầu tƣ hệ thống MiniScada/Trung
tâm điều khiển phục vụ công tác vận hành hệ thống điện các hạng mục sau:
- 01 Trung tâm giám sát và điều khiển
- Các điểm đầu cuối (RTU)/Gateway thu thập số liệu, tập trung thơng tin và
điều khiển các thiết bị đóng cắt, đo lƣờng tại các trạm biến áp 110kV; các nhà máy
10
thuỷ điện; các trạm biến áp trung gian 35kV; các thiết bị đóng cắt phân tán trên lƣới
điện trung áp (Recloser; LBS…) của Công ty điện lực Gia lai.
- Hệ thống thơng tin liên lạc kết nối các điểm đóng cắt, thu thập số liệu về trung
tâm điều khiển.
b) Quy mô của hệ thống:
Hệ thống MiniSCADA trung tâm điều khiển xa Gia Lai đang đƣợc thi công và
vận hành sơ bộ kết nối các tín hiệu từ các trạm về trung tâm điều khiển tại Gia Lai,
gồm 7 trạm 110kV:
Hệ thống SCADA/DMS của Công ty Điện lực Gia Lai (GLPC) đã đƣa vào vận
hành từ tháng 5/2018, dựa trên nền cơng nghệ tiên tiến của hãng ABB (Phần Lan).
Tính đến nay, Trung tâm điều khiển đã kết nối điều khiển:
* Hệ thống SCADA SYS600:
- 11 trạm biến áp 110kV không ngƣời trực (100%);
- 233 thiết bị đóng cắt trên lƣới (200 Reloser, 33 LBS);
- 08/09 trạm biến áp trung gian, trong đó có 01 trạm biến áp 35kV (đầy đủ
RTU, I/O); 07 trạm (lấy trực tiếp tín hiệu SCADA từ MC Recloser).
- 06 nhà máy thuỷ điện (Ayun Trung, Pleikeo, Ry Ninh 2, Hà Tây, Ia Mơr, Đăk
Ble); 01 nhà máy điện mặt trời Chƣ Ngọc (15MWp).
- Giám sát 01 nhà máy điện mặt trời: Krông Pa (49MWp).
C
C
R
L
T.
DU
* Hệ thống DMS600:
STT
Nội dung
Số lƣợng
Đã cập nhật
Tỉ lệ
1
Trạm biến áp 110kV
11
11
100%
2
Trạm biến áp TG 35kV
9
8
89%
3
Thiết bị đóng cắt (Recloser,
LBS)
200
200
100%
4
Trạm biến áp phụ tải
4.488
4.422
98%
GLPC đã thực hiện cập nhật toàn bộ cơ sở dữ liệu từ SYS600 sang DMS600: đo
lƣờng, điều khiển...và các ĐZ, TBA phụ tải, FCO đầy đủ theo mặt bằng địa lý lƣới
điện thực tế đang QLVH.
c) Giải pháp công nghệ chủ yếu của hệ thống nhƣ sau:
* Phƣơng thức truyền thông:
11
Sử dụng đƣờng truyền cáp quang kết nối với các TBA 110kV cho tín hiệu
SCADA và Camera
Sử dụng đƣờng truyền 3G, thiết lập kết nối VPN trên modem cho các thiết phân
tán trên lƣới điện trung áp.
* Giao thức truyền thông:
Các trạm biến áp kết nối đến trung tâm qua giao thức IEC 60870-5-104
Giao thức đang sử dụng để kết nối các IEDs (thiết bị điện tử thơng minh ví dụ
nhƣ: Relay, BCU, Meter...) tại các trạm biến áp: IEC61850, Modbus, DNP3.0
Giao thức đang sử dụng để kết nối các thiết bị trên lƣới điên phân phối:
IEC60870-5-101/104, DNP3.0
* Các phần mềm của hệ thống
C
C
R
L
T.
DU
Hình 1.7. Giao diện phần mềm SYS600 của ABB
Hệ thống SCADA sử dụng phần mềm SYS600 V9.4 của ABB, phần mềm đƣợc
cài đặt trên các SYS Server và máy tính FE, hổ trợ biên dịch tất cả các tiêu chuẩn
truyền thơng cơng nghiệp hiện có. SYS600 thực hiện nhiệm vụ thu thập và trao đổi dữ
liệu với các RTU (tại trạm 35kV), Gateway (Tại trạm 110kV), Recloser, LBS trên lƣới
điện trung áp. Trạng thái thiết bị, các giá trị đo lƣờng đều đƣợc thể hiện dƣới giao diện
đồ họa giúp ngƣời vận hành dễ dàng thao tác với thiết bị, đồng thời tất cả thông tin sự
kiện từ thiết bị đến hệ thống đều đƣợc đồng bộ theo đồng hồ chuẩn GPS và đƣợc lƣu
trữ theo trình tự thời gian.
12
Chƣơng trình quản lý lƣới điện phân phối (DMS600) với hệ thống cơ sở dữ liệu
SQL Server liên kết với dữ liệu của SYS600 theo phƣơng thức OPC (OLE for process
control). Trong đó tồn bộ dữ liệu lƣới điện đƣợc thể hiện dƣới dạng bản đồ địa lý
(GIS). Trên cơ sở dữ liệu thu thập từ SCADA kết hợp với dữ liệu tĩnh đƣợc nhập vào
chƣơng trình thực hiện các tính tốn phân tích chế độ làm việc của lƣới nhƣ: tính tốn
trào lƣu cơng suất, tính tốn điểm mở tối ƣu, tính tốn ngắn mạch, định vị sự cố, dự
báo phụ tải, lập kế hoạch vận hành.
C
C
R
L
T.
DU
Hình 1.8. Giao diện phần mềm DMS600 của ABB
d) Thành phần chính của hệ thống MiniSCADA Gia Lai:
Hình 1.9. Hệ thống giám sát MINISCADA
13
Máy tính chủ SYS1 và SYS2: Chính là 02 máy chủ, đƣợc cài đặt phần mềm
microSCADA 9.4, DMS 600 và chạy trên nền hệ điều hành Window Server 2012. Hai
máy chủ này lƣu trữ toàn bộ cơ sở dữ liệu chƣơng trình của hệ thống SCADA Tỉnh
Gia Lai và chạy song song với nhau, có cùng một chức năng nhiệm vụ. Trong cùng
một thời điểm, chỉ có một máy trực tiếp làm việc (Hot), máy còn lại ở trạng thái dự
phòng (Cold) và sẵn sàng thay thế cho máy “Hot”, việc chuyển đổi trạng thái làm việc
giữa 2 máy do phần mềm xử lý tự động.
Máy tính FE1 (Front-End 1) và FE2 (Front-End 2): hai máy này đƣợc cài đặt
phần mềm microSCADA 9.4 và chạy trên nền hệ điều hành Window Server 2012 lƣu
trữ toàn bộ cơ sở dữ liệu về hệ thống truyền thơng từ các máy tính SYS1, SYS2 đến
các RTU/Gateway đặt tại các trạm, phân đoạn trên lƣới. Trong cùng một thời điểm, cả
hai máy đều làm việc (Hot), máy FE1 kết nối trực tiếp đến SYS1, FE2 kết nối trực tiếp
đến SYS2; luồng thông tin sẽ đi thơng suốt từ
RTU/Gateway và ngƣợc lại. Máy tính chủ HIS: Chạy trên hệ điều hành Window
Server 2012, đƣợc cài đặt phần mềm microSCADA 9.4, DMS600 và lƣu trữ toàn bộ
dữ liệu thu thập đƣợc cũng nhƣ các biến đổi của toàn bộ hệ thống SCADA.
C
C
R
L
T.
Máy WorkStation Admin: Chạy trên hệ điều hành Window 7, đƣợc cài đặt
phần mềm micro DMS600 và các phần mềm khác thuộc phạm vi SCADA, chức năng
chính của máy này là phục vụ ngƣời quản trị hệ thống theo dõi, quản lý, bảo trì phần
mềm, mở rộng nâng cấp hệ thống SCADA. Chỉ ngƣời có quyền đăng nhập ở mức quản
trị hệ thống mới đăng nhập vào máy này, các cấp đăng nhập khác không thể đăng nhập
vào đƣợc.
DU
Máy tính WorkStation 1 và WorkStation 2: Các máy này chạy trên hệ điều
hành Window 7, chỉ đƣợc cài đặt phầm mềm micro DMS 600; hoạt động dựa trên
phƣơng thức Remote desktop đến máy SYS1 và SYS2 để hiển thị các sơ đồ, thông số
vận hành…, phục vụ cho ĐĐV điều khiển, giám sát thiết bị tại các vị trí có kết nối
SCADA. Hai máy này hoạt động dƣới sự điều khiển của máy SYS1 hoặc SYS2, thông
qua hai máy này ĐĐV đăng nhập vào máy SYS1, SYS2 chứ bản thân nó khơng có
chứa bất kỳ cơ sở dữ liệu nào.
Máy tính WorkStation 3 (Projector console): chạy trên hệ điều hành Window
7, chỉ đƣợc cài đặt phầm mềm micro DMS 600; hoạt động dựa trên phƣơng thức
Remote desktop đến máy SYS1 và SYS2; chức năng chính của máy này chỉ để phóng
to các sơ đồ, thơng số vận hành... lên 2 màn chiếu kích thƣớc 3400mmx2500mm thơng
qua hai máy chiếu đặt ở hai vị trí khác nhau; tƣơng tự nhƣ các máy WorkStation 1 và
WorkStation 2, máy này hoạt động dƣới sự điều khiển của máy SYS1 hoặc SYS2.
Máy in: Gồm 2 máy in màu A4: HP M452DN và 1 máy in màu A3: HP M855.
Đây là toàn bộ các máy in để phục vụ in ấn báo cáo, sơ đồ…
14
GPS: Có chức năng thu nhận hệ thống giờ từ vệ tinh thông qua antena, hệ thống
giờ này đƣợc máy chủ SYS1, SYS2 xử lý và gửi đến toàn bộ các máy tính tại DCC;
Gateway/Modem 3G tại các trạm và các phân đoạn trên lƣới, do đó tồn bộ hệ thống
SCADA đƣợc đồng bộ với nhau cùng một thời gian (thời gian thực).
M2M Gateway (GW1 và GW2): là thiết bị giao tiếp với các Modem 3G đƣợc
thiết lập đƣờng truyền VPN trong hệ thống.
Rounter+Firewall: Thiết bị định tuyến và tƣờng lửa bảo vệ an toàn cho hệ thống
SCADA khi đăng nhập hệ thống SCADA bằng đƣờng Internet.
Saco: Thiết bị cảnh báo bằng cịi, đèn khi có sự thay đổi bất kỳ nào đối với hệ
thống SCADA.
Lan Switch: Tất cả các thiết bị tại DCC đƣợc kết nối với nhau bằng mạng LAN
kép, hai Switch nối chung với nhau.
Máy phát điện, UPS: Hệ thống lƣu trữ điện (ắc quy + UPS) với công suất 15
kVA, nguồn đầu vào là điện lƣới 3 pha (0,4kV) hệ thống UPS này cấp điện cho toàn
bộ thiết bị đặt tại DCC và đƣợc giám sát chặt chẽ bởi thiết bị giám sát RTU đặt tại
phòng thiết bị của DCC. Ngồi ra, hệ thống này cịn có một máy phát Diesel (cơng
suất 16kW, điện áp đầu cực 380/220V). Khi mất điện lƣới, hệ thống máy phát sẽ tự
động vận hành sau thời gian đặt trƣớc.
C
C
R
L
T.
DU
e) Giới thiệu về giao thức IEC 60870-5-104
Giao thức IEC 60870-5-104 đƣợc ủy ban kỹ thuật điện quốc tế-IEC
(International Electrotechnical Commission) phát hành vào năm 2000. IEC 60870-5104 là một tiêu chuẩn cho những hệ thống và thiết bị đƣợc giám sát và điều khiển từ
xa, và là giao thức truyền thông giữa các Gateway/RTU và hệ thống trung tâm điều
khiển DCC với việc truyền dữ liệu theo dạng nối tiếp, dựa trên nền tảng TCP/IP.
Thông tin từ các thiết bị vật lý nhƣ điện áp, dịng điện, tần số, cơng suất, nhiệt độ,
trạng thái đóng cắt của các thiết bị… và thông tin theo hƣớng ngƣợc lại là các lệnh
điều khiển hoạt động của các thiết bị vật lý.
Giao thức IEC 60870-5-104 hồn tồn tƣơng thích với giao thức IEC 60870-5101 về lớp liên kết (Link layer) và lớp ứng dụng (Aplication layer), do đó việc xây
dựng cơ sở dữ liệu của các đối tƣợng điều khiển trong hệ thống MiniScada trên IEC
104 tƣơng tự nhƣ trên IEC 101.
Có thể mở rộng tiêu chuẩn IEC 60870-5-104 theo các tiêu chuẩn sau:
IEC 60870-5-1: Transmission Frame Formats (Định dạng khung truyền).
IEC 60870-5-2: Link Transmission Procedures (Thủ tục truyền dẫn kết nối dữ
liệu).
15
IEC 60870-5-3: General Structure Of Application Data (Tổng quan cơ cấu tổ
chức của dữ liệu ứng dụng).
IEC 60870-5-4: Definition And Coding Of Information Elements (Định nghĩa và
mã hóa các yếu tố thông tin).
IEC 60870-5-5: Basic Application Functions (Chức năng ứng dụng cơ bản).
IEC 60870-5-6 Guidelines for conformance testing for the IEC 60870-5
companion standards: Các hƣớng dẫn để kiểm tra sự tƣơng thích cho các tiêu chuẩn
đồng hành IEC 60870-5.
IEC 60870-5-7: Mở rộng an ninh cho giao thức IEC 60870-5-101 và IEC 608705-104 (áp dụng IEC 62351).
IEC 60870-5-101(1995): Giao thức truyền tin - Các chuẩn tƣơng thích cho các
nhiệm vụ điều khiển xa cơ bản.
C
C
IEC 60870-5-102(1996): Giao thức truyền tin - Tiêu chuẩn đi kèm cho việc
truyền tải tổng số tích hợp trong hệ thống điện.
R
L
T.
IEC 60870-5-103(1997): Giao thức truyền tin - Tiêu chuẩn đi kèm cho các giao
diện thông tin của các thiết bị bảo vệ.
DU
IEC 60870-5-104(2000): Giao thức truyền tin - Truy cập mạng cho IEC 60870- 5101 sử dụng các cấu hình truyền tin tiêu chuẩn.
Giao thức IEC 60870-5-104 hỗ trợ giao diện kết nối qua Ethernet (kênh FE-Fiber
Ethernet), với tốc độ truyền cơ bản của kênh FE từ 128kb/s đến 2Mb/s, nên đáp ứng
tín hiệu của giao thức IEC 104 sẽ tốt hơn giao thức IEC 101.
Giao thức IEC 60870-5-104 thực hiện kết nối trên nền giao thức TCP/IP nên việc
bắt bắt tay trên lớp vật lý thực hiện đơn giản, dễ dàng tƣơng thích giữa hệ thống
MiniSCADA với các thiết bị Gateway/RTU của các hãng khác nhau.
Với các đặc điểm trên, giao thức IEC104 dễ dàng đƣợc triển khai cho các giải
pháp truyền thông SCADA của lƣới điện phân phối, trên cơ sở hạ tầng Internet công
cộng với cơ chế bảo mật hiệu quả.
Ƣu điểm của giao thức IEC 60870-5-104:
Giao thức IEC 60870-5-104 thực hiện kết nối vật lý trên nền giao thức TCP/IP
nên dễ dàng tƣơng thích giữa hệ thống SCADA với RTU/Gateway của các hãng khác
nhau.
Giao thức IEC 60870-5-104 của RTU/Gateway có thể hỗ trợ trên 2 địa chỉ máy
chủ, do đó phƣơng thức truyền thơng dự phịng dễ dàng thực hiện trên các lớp mạng
khác nhau. Đƣờng truyền thơng dự phịng (backup line) đƣợc đề xuất trong dự án này
là đƣờng truyền GPRS/3G.
16
Giao thức IEC 60870-5-104 hồn tồn tƣơng thích với giao thức IEC 60870-5101 về lớp liên kết và lớp ứng dụng, do đó việc xây dựng cơ sở dữ liệu cho các đối
tƣợng điều khiển trên hệ thống SCADA không thay đổi. Ngồi ra cịn hỗ trợ giao diện
kết nối qua Ethernet nên việc đầu tƣ các thiết bị truyền thông tƣơng đối rẻ tiền và dễ
quản lý bảo dƣỡng.
Với tốc độ của kênh FE (Fast Ethernet) từ 128kb/s đến 2Mb/s, tốc độ đáp ứng
của giao thức IEC 104 tốt hơn giao thức IEC 101.
Việc ứng dụng giao thức truyền thông IEC 60870-5-104 cho hệ thống SCADA
LĐPP về cơ bản sẽ khắc phục đƣợc các hạn chế mà các phƣơng thức truyền thông theo
giao thức IEC 60870-5-101 đang gặp phải. Trên nền tảng giao thức mạng TCP/IP, giao
thức IEC 60870-5-104 cho phép thiết lập truyền thông một cách đơn giản, chi phí thấp,
đồng thời dễ dàng khai thác hạ tầng viễn thông của các nhà cung cấp dịch vụ. Bên
cạnh đó, cơ chế dự phịng truyền thơng và dự phịng hệ thống sẽ dễ dàng đƣợc thiết lập
qua khả năng chia sẻ dữ liệu trên môi trƣờng mạng. Tuy nhiên, yêu cầu bảo mật trong
các giải pháp truyền thông phải đƣợc đặc biệt ƣu tiên khi khai thác trên hạ tầng truyền
thông công cộng.
C
C
R
L
T.
f) Phần mềm hệ thống MiniSCADA.
DU
* Chức năng MiniSCADA
Hình 1.10. Chức năng chính MiniSCADA
Chức năng chính của MiniSCADA gồm:
- Hiển thị đồ họa
- Quản lý các đại lƣợng cần đƣợc bảo vệ
- Thu thập dữ liệu
