Xây dựng hệ thống vận hành và giám sát điện năng cho phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo - Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (14)

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Xây dựng hệ thống vận hành và
giám sát điện năng cho phịng thí nghiệm năng lượng tái tạo” tại trường Đại
học Bách khoa Hà Nội do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS.
Nguyễn Huy Phương. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh
mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác.
Nếu phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hà Nội, ngày 05, tháng 01, năm 2017
Sinh viên thực hiện

Trần Văn Hiển


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................ i
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. iv
LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................... 1
Chương 1 ............................................................................................................... 2
TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ......................... 2
1.1. Giới thiệu chung .......................................................................................... 2
1.2. Các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay ....................................................... 3
1.2.1. Thủy điện nhỏ ....................................................................................... 4
1.2.2. Năng lượng gió ..................................................................................... 5
1.2.3. Năng lượng Mặt Trời ........................................................................... 6
1.2.4. Năng lượng thủy triều .......................................................................... 7
1.2.5. Năng lượng sinh khối ........................................................................... 7
1.2.6. Năng lượng địa nhiệt ............................................................................ 8

1.3. Hiện trạng và xu hướng của nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam ........... 8
1.3.1 Thủy điện nhỏ ........................................................................................ 9
1.3.2. Năng lượng gió ................................................................................... 10
1.3.3 Năng lượng sinh khối .......................................................................... 11
1.3.4. Năng lượng Mặt Trời ......................................................................... 11
1.3.5. Năng lượng địa nhiệt .......................................................................... 12
1.4. Kết luận ..................................................................................................... 12
Chương 2 ............................................................................................................. 14
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP
DỮ LIỆU ...................................................................................................................... 14
2.1 Giới thiệu chung ......................................................................................... 14
2.2 Hệ thống SCADA là gì? ............................................................................. 15
2.3. Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA .............................................. 16


2.4. Các yêu cầu chung của hệ thống SCADA................................................. 17
2.4.1. Chức năng giám sát ............................................................................ 17
2.4.2. Chức năng điều khiển ......................................................................... 17
2.4.3. Quản lý và lưu trữ dữ liệu .................................................................. 18
2.4.4. Tính năng thời gian thực .................................................................... 18
2.5. Cấu trúc của một hệ thống SCADA .......................................................... 19
2.5.1. Cấu trúc phần cứng............................................................................. 19
2.5.2. Cấu trúc phần mềm............................................................................. 20
2.5.3. Truyền thông trong hệ thống .............................................................. 22
2.6. Bộ điều khiển logic khả trình PLC trong SCADA .................................... 22
2.7. Một số chuẩn mạng truyền thông trong hệ thống SCADA ....................... 24
2.7.1. Profibus .............................................................................................. 24
2.7.2. Modbus ............................................................................................... 24
2.7.3 AS-i...................................................................................................... 25
2.7.4. Ethernet .............................................................................................. 26

2.8. Các ứng dụng của hệ thống SCADA......................................................... 26
2.9. Kết luận ..................................................................................................... 27
Chương 3 ............................................................................................................. 28
THIẾT KẾ HỆ THỐNG VẬN HÀNH VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG PHỊNG
THÍ NGHIỆM ............................................................................................................. 28
3.1. Giới thiệu chung về hệ thống phịng thí nghiệm năng lượng tái tạo ......... 28
3.1.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống ............................................................ 28
3.1.2. Các thành phần chính của hệ thống .................................................... 30
3.2. Thiết kế hệ thống vận hành và giám sát phòng thí nghiệm năng lượng tái
tạo .............................................................................................................................. 32
3.2.1. Một số yêu cầu khi thiết kế ................................................................ 32
3.2.2. Các thành phần hệ thống vận hành và giám sát cần xây dựng ........... 32


3.2.3. Thiết kế mơ hình vận hành và giám sát điện năng cho phịng thí nghiệm
............................................................................................................................... 34
3.3. Tính tốn và lựa chọn thiết bị phần cứng cho hệ ...................................... 35
3.3.1. Các thành phần chính trong hệ thống ................................................. 35
3.3.2. Lựa chọn thiết bị................................................................................. 37
3.4. Thiết kế giao diện vận hành và giám sát cho phịng thí nghiệm ............... 42
3.4.1. Màn hình chính ................................................................................... 43
3.4.2. Bảo mật hệ thống ................................................................................ 44
3.4.2. Màn hình vận hành và giám sát .......................................................... 45
3.4.3. Các dạng hiển thị thơng số ................................................................. 49
3.4.5. Cấu hình hệ thống............................................................................... 49
3.4.6. Cảnh báo/ báo động ............................................................................ 50
3.4.7. Lưu trữ, báo cáo thống kê................................................................... 50
3.5. Kết luận ..................................................................................................... 51
Chương 4 ............................................................................................................. 52
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ MƠ PHỎNG ........................................ 52

4.1. Xây dựng chương trình cho trạm điều khiển............................................. 52
4.1.1. Phân cổng vào ra cho PLC S7-300..................................................... 52
4.1.2. Cấu hình hệ thống trạm điều khiển PLC S7-300 ............................... 54
4.1.3. Viết chương trình điều khiển cho PLC S7-300 .................................. 56
4.2. Sử dụng Wincc Flexible để thiết kế giao diện .......................................... 56
4.3. Mô phỏng chương trình ............................................................................. 59
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 66
PHỤ LỤC ............................................................................................................ 67
1. Sơ đồ hệ thống .............................................................................................. 67
2. Chương trình vận hành và giám sát .............................................................. 69


Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phân bố tổng tiêu thụ năng lượng tồn cầu (2010) ......................................... 2
Hình 1.2. Sự tăng trưởng của các nguồn năng lượng tái tạo ........................................... 3
Hình 1.3 Các nguồn năng lượng tái tạo phổ biến ........................................................... 4
Hình 1.4. Mơ hình ngun lý hoạt động của nhà máy thủy điện .................................... 4
Hình 1.5. Mơ hình hệ thống điện gió hịa lưới với tốc độ thay đổi................................. 5
Hình 1.6. Cơng suất lắp đặt điện gió trên tồn thế giới tính đến năm 2014 [1] .............. 5
Hình 1.7. Sử dụng pin Mặt Trời để sản xuất điện năng phục vụ sinh hoạt..................... 6
Hình 1.8. Cơng suất lắp đặt điện Mặt Trời trên tồn thế giới tính đến năm 2014 [1] .... 6
Hình 1.9. Mơ hình ngun lý tạo ra điện từ thủy triều ................................................... 7
Hình 1.10. Mơ hình hoạt động của nhà máy điện địa nhiệt ............................................ 8
Hình 1.11. Các tuabin gió tại nhà máy điện Tuy Phong (Bình Thuận) ........................ 10
Hình 1.12. Hình ảnh dàn pin Mặt Trời lắp đặt tại đảo Trường Sa ................................ 12
Hình 1.13. Mục tiêu phát triển NLTT tại Việt Nam giai đoạn 2011 - 2030 [3] ........... 13
Hình 2.1. Mơ hình hệ thống SCADA trong hệ thống lưới điện phân tán ..................... 15

Hình 2.2. Một hệ thống SCADA cơ bản ....................................................................... 15
Hình 2.3. Mơ hình phân cấp chức năng của hệ thống SCADA .................................... 16
Hình 2.4. Cấu trúc một hệ thống SCADA cơ bản ......................................................... 19
Hình 2.5. Các thành phần chức năng chính của PLC ................................................... 23
Hình 2.6. Một hệ thống SCADA sử dụng PLC để điều khiển giám sát ....................... 23
Hình 2.7. Một hệ thống mạng Profibus tiêu biểu .......................................................... 24
Hình 2.8. Một hệ thống mạng Modbus tiêu biểu .......................................................... 25
Hình 2.9. Một hệ thống mạng AS-i tiêu biểu ................................................................ 25
Hình 2.10. Một hệ thống mạng Ethernet tiêu biểu ........................................................ 26
Hình 3.1. Mơ hình hệ thống trên nền tảng Simatic S7-300 .......................................... 34
Hình 3.2. CPU 317F-2 PN/DP của hãng Siemens ........................................................ 38

i


Danh mục hình vẽ

Hình 3.3. Module mở rộng đầu vào/ra SM 323 16DI/16DO ........................................ 39
Hình 3.4. Đồng hồ giám sát năng lượn Sentron PAC4200 ........................................... 40
Hình 3.5. Đồng hồ giám sát năng lượng Sentron PAC3200 ......................................... 41
Hình 3.6. Cơng tắc tơ của hãng Siemens ...................................................................... 41
Hình 3.7. Bộ lưu điện dự phịng (UPS) ......................................................................... 42
Hình 3.8. Màn hình chính ............................................................................................. 44
Hình 3.9. Của sổ đăng nhập quyền điều khiển.............................................................. 45
Hình 3.10. Màn hình giám sát hệ thống điện Mặt Trời................................................. 45
Hình 3.11. Màn hình giám sát hệ thống điện gió .......................................................... 45
Hình 3.12. Màn hình giám sát hệ thống điện lưới ........................................................ 46
Hình 3.13. Màn hình giám sát hệ thống điện dự phịng ................................................ 47
Hình 3.14. Màn hình giám sát hệ thống điện máy phát ................................................ 47
Hình 3.15. Màn hình giám sát hệ thống điện tải ........................................................... 47

Hình 3.16. Màn hình giám sát hệ thống điện nguồn ..................................................... 47
Hình 3.17. Hiển thị dưới dạng đồ thị ............................................................................ 48
Hình 3.18. Hiển thị dưới dạng bảng .............................................................................. 48
Hình 3.19. Cấu hình ngưỡng cảnh báo.......................................................................... 49
Hình 3.20. Cảnh báo bằng đèn đỏ nhấp nháy khi vượt ngưỡng ................................... 50
Hình 3.21. Cảnh báo dạng tập trung ............................................................................. 50
Hình 3.22. Lưu trữ, báo cáo thống kê điện năng tiêu thụ theo ngày ............................. 50
Hình 4.1. Cấu hình phần cứng cho trạm PLC của hệ thống ......................................... 56
Hình 4.2. Cấu hình dữ liệu PLC đọc về từ Sentron PAC ............................................. 56
Hình 4.3. Tạo một dự án với WinCC flexible ............................................................... 57
Hình 4.4. Giao diện thiết kế chính của WinCC flexible ............................................... 58
Hình 4.5. Các loại kết nối được hỗ trợ trong phần mềm............................................... 59
Hình 4.6. Thư viện riêng dành cho WinCC flexible ..................................................... 59
Hình 4.7. Giao diện được người dùng thiết kế .............................................................. 60

ii


Danh mục hình vẽ

Hình 4.8. Màn hình chờ (HOME) ................................................................................. 61
Hình 4.9. Màn hình vận hành (MAIN) ......................................................................... 61
Hình 4.10. Màn hình giám sát nguồn điện lưới (EVN) ................................................ 62
Hình 4.11. Màn hình giám sát điện Mặt Trời (SOLAR) ............................................... 62
Hình 4.12. Màn hình giám sát điện Gió (WIND) ......................................................... 63
Hình 4.13. Màn hình giám sát nguồn dự phịng (ACQUI) .......................................... 63
Hình 4.14. Màn hình giám sát điện máy phát (GENERATOR) ................................... 64
Hình 4.15. Màn hình giám sát các nguồn (SUPPLY) ................................................... 64
Hình 4.16. Màn hình giám sát phụ tải (LOAD) ............................................................ 65
Hình 4.17. Xuất dữ liệu ra file excel ............................................................................. 65

iii


Danh mục bảng biểu và từ viết tắt

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Công suất lắp đặt các nhà máy NLTT đến hết năm 2010 (MW)[2] ............... 9
Bảng 1.2. Chi phí cho sản xuất điện từ NLTT[2] ........................................................... 9
Bảng 2.1. Một số phần mềm SCADA phổ biến hiện nay ............................................. 21
Bảng 3.1. Thơng số máy tính được sử dụng trong hệ thống ......................................... 37
Bảng 4.1. Phân cổng đầu vào số cho PLC S7-300 ........................................................ 53
Bảng 4.2. Phân cổng đầu ra số cho PLC S7-300 .......................................................... 57
Bảng 4.3. Phân cổng đầu vào tương tự cho PLC S7-300.............................................. 57

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ATS

Automatic Tranfer Switch

Tự động chuyển mạch

CSMD/CD

Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detect

Đa truy cập nhận biết sóng
mang tránh xung đột

HMI

Human Machine Interface

Giao diện người - máy

MCCB/MCB

Moulded Case Circuit Breaker/ Áp tô mát kiểu khối/ Áp tô mát
Miniature Circuit Breaker
dạng nhỏ

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

PLC

Programable Logic Controller

Bộ điều khiển logic khả trình

PV

Photovoltaics

Điện Mặt Trời

RTU

Remote Terminal Unit

Thiết bị đầu cuối

SCADA

Supervisory Control And Data
Acquisition

Hệ thống điều khiển giám sát
và thu thập dữ liệu

TCP/IP

Transmission Control
Protocol/Internet Protocol

Giao thức kiểm soát truyền
nhận

iv


Lời nói đầu

LỜI NĨI ĐẦU
Trong bối cảnh hiện nay, nhu cầu sử dụng điện năng ở nước ta ngày càng lớn.
Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ…ngày càng cạn kiệt,

gây ô nhiễm môi trường trong quá trình khai thác, sử dụng. Vì vậy, trong những năm
gần đây các hoạt động nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mới và năng lượng tái tạo đã
được triển khai khá mạnh mẽ và rộng khắp trên cả nước. Bên cạnh đó, một trong những
giải pháp hiệu quả nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng, tích hợp năng lượng tái tạo là xây
dựng các hệ thống quản lý, giám sát điện năng cho phép thực hiện điều đó.
Xuất phát từ những điều trên, em xin thực hiện đề tài: “Xây dựng hệ thống vận
hành và giám sát điện năng cho phịng thí nghiệm năng lượng tái tạo” tại trường
Đại học Bách khoa Hà Nội. Nội dung của đề tài gồm các phần cơ bản như sau:
Chương 1: Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo, hiện trạng và tiềm năng ở
Việt Nam.
Chương 2: Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
(SCADA).
Chương 3: Thiết kế hệ thống vận hành và giám sát điện năng cho phịng thí nghiệm
trên nền tảng Simatic của Siemens.
Chương 4: Xây dựng chương trình và mơ phỏng.
Sau một thời gian được sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Huy Phương và các thầy
(cơ) trong bộ mơn Tự động hóa cơng nghiệp, đồ án của em đã được hoàn thiện. Tuy
nhiên, do thời gian tương đối ngắn và trình độ chun mơn cịn hạn chế nên bản đồ án
của em khơng tránh khỏi sai sót. Em mong nhận được sự góp ý của các thầy (cô) và các
bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Nguyễn Huy Phương đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ em trong q trình hồn thiện đồ án.
Hà Nội, tháng 01, năm 2017
Sinh viên thực hiện
Trần Văn Hiển

1


Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Ở Việt Nam, nguồn năng lượng hóa thạch đang dần suy giảm do trữ lượng có hạn
mà nhu cầu sử dụng ngày càng lớn, kèm theo đó việc tiêu thụ nguồn năng lượng này
đang gây ô nhiễm một cách nghiêm trọng. Trong khi đó tiềm năng phát triển các nguồn
năng lượng mới và năng lượng tái tạo là rất lớn, việc phát triển nguồn năng lượng tái
tạo (NLTT) sẽ góp phầm giảm tiêu hao năng lượng hóa thạch, đồng thời giảm phát thải
khí thải nhà kính, giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường. Do đó, các nguồn điện được sản xuất
ra từ các nguồn năng lượng tái tạo đang được xem là sự bổ sung lý tưởng cho sự thiếu
hụt điện năng và khơng chỉ giúp đa dạng hóa các nguồn năng lượng mà cịn góp phần
phân tán rủi ro, tăng cường, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.

1.1. Giới thiệu chung
Năng lượng đóng vai trị hết sức quan trọng trong nền kinh tế của các quốc gia. Và
trong cân bằng năng lượng thì nhiên liệu, mà chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch, lại chiếm
tỉ lệ vượt trội tuyệt đối so với các dạng năng lượng khác (hình 1.1).

Hình 1.1. Phân bố tổng tiêu thụ năng lượng toàn cầu (2013)

Hiện nay, trong khi trữ lượng các dạng năng lượng hóa thạch (dầu mỏ, khí thiên
nhiên và than đá) đang vơi dần và có thể cạn kiệt trong một tương lai khơng xa và kèm
theo đó là hiện tượng nóng lên tồn cầu do biến đổi khí hậu, thế giới đang ra sức tìm
kiếm các dạng năng lượng khác thay thế chúng. Quá trình này đã được khởi đầu ở một
số nước, nhất là ở các nước phát triển. Con người ngày càng đẩy mạnh nghiên cứu những
2

Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

phương án sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng mới và tái tạo, ít gây ơ nhiễm mơi
trường như năng lượng gió, năng lượng Mặt Trời, năng lượng thủy triều, năng lượng địa
nhiệt, năng lượng sinh học và năng lượng hạt nhân nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng
của mình.

Hình 1.2. Sự tăng trưởng của các nguồn năng lượng tái tạo

Việt Nam hiện đang là quốc gia phải nhập khẩu năng lượng (xăng dầu, than đá) và
nếu so sánh với các quốc gia giàu các nguồn năng lượng hóa thạch thì trữ lượng các
dạng năng lượng đó của chúng ta chỉ đứng ở vị trí rất khiêm tốn. Với tốc độ tăng trưởng
cùng với nhu cầu sử dụng năng lượng như hiện nay thì các nguồn năng lượng đó chỉ có
thể đáp ứng nhu cầu sử dụng trong khoảng vài chục năm nữa thôi. Việc sử dụng các
nguồn năng lượng hóa thạch cũng kéo theo rất nhiều hệ lụy, nhất là tới mơi trường sống
của con người do khí thải phát ra, nhất là khí phát thải CO2 (dioxide cacrbon), khí đóng
vai trị chính trong việc làm Trái Đất nóng lên, làm nước biển dâng... và Việt Nam chính
là một trong năm nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của việc biến đổi khí hậu. Chính vì
vậy, cùng với sự phát triển nhu cầu năng lượng, chúng ta cũng phải có trách nhiệm cùng
với tồn thế giới tìm cách giảm tỉ lệ lượng khí phát thải trong tiến trình phát triển kinh
tế - xã hội. Việt Nam cũng đã bước vào nhóm các nước tìm kiếm và sử dụng các dạng
năng lượng tái tạo vào phục vụ đời sống.

1.2. Các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay
Năng lượng tái tạo khơng cịn là khái niệm xa lạ với chúng ta, có thể hiểu năng
lượng tái tạo là năng lượng được tạo ra từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên như ánh
sáng Mặt Trời, gió, thủy triều và địa nhiệt (hình 1.3). Nó là các nguồn năng lượng sạch,
vơ tận, có thể tái tạo để sử dụng và có sẵn ở mọi nơi trên Trái Đất.

3

Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

Hình 1.3 Các nguồn năng lượng tái tạo phổ biến

Năng lượng tái tạo đã đang dần thay thế một phần cho việc sử dụng các nguồn
nhiên liệu hóa thạch và đóng một vai trị quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu năng
lượng, giảm phát thải khí nhà kính, chống biến đổi khí hậu...
1.2.1. Thủy điện nhỏ
Hiện nay, thủy điện nhỏ được coi là một trong các nguồn năng lượng tái tạo đáng
kể để sản xuất để sản xuất điện sinh hoạt và thân thiện với môi trường. Thủy điện nhỏ
sử dụng năng lượng của những dòng chảy nhỏ làm quay tua bin nước, máy phát để phát
điện. Trước đây, thủy điện có cơng suất nhỏ dưới 10MW được coi là thủy điện nhỏ.
Năm 2007, Bộ Công thương xác định các nhà máy thủy điện có cơng suất dưới 30MW
là thủy điện nhỏ.

Hình 1.4. Mơ hình ngun lý hoạt động của nhà máy thủy điện

Lợi thế chủ yếu của các nhà máy thủy điện là tiết kiệm chi phí nhiên liệu do chúng
sử dụng nguồn nước hoàn toàn ngoài tự nhiên. Mặt khác, tuổi thọ của các nhà máy thủy
4


Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

điện thường rất cao từ 50 năm đến 100 năm. Do đó, về lâu dài thì đây có thể coi là một
nguồn năng lượng rẻ nhất. Các chi phí vận hành, bảo dưỡng hàng năm là rất thấp, khả
năng tự động hóa cao. Tuy nhiên, nó cũng có nhiều nhược điểm: vốn đầu tư lớn, thời
gian xây dựng lâu, gây nhiều ảnh hưởng xã hội và sinh thái, phụ thuộc nhiều vào yếu tố

thời tiết. Nhưng thủy điện nhỏ vẫn là một nguồn năng lượng sinh điện có giá thành sinh
điện thấp nhất so với hầu hết tất cả các nguồn năng lượng tái tạo khác hiện nay.
1.2.2. Năng lượng gió
Năng lượng gió được đánh giá là một trong những năng lượng thân thiện với mơi
trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội. Nhà máy điện gió biến đổi động năng
của dịng khơng khí thành điện năng qua tuabin gió và máy phát. Năng lượng gió có ưu
điểm là không tốn nhiên liệu đầu vào, không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, so với
các nguồn năng lượng khác, chi phí phát điện từ nguồn điện gió tương đối cao.

Hình 1.5. Mơ hình hệ thống điện gió hịa lưới với tốc độ thay đổi

Năng lượng gió giúp đa dạng các nguồn năng lượng, là một điều kiện quan trọng
để tránh phụ thuộc vào một hoặc số ít nguồn năng lượng chủ yếu. Chính điều này, giúp
phân tán rủi ro và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.

Hình 1.6. Cơng suất lắp đặt điện gió trên tồn thế giới tính đến năm 2015 [1]

5


Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

1.2.3. Năng lượng Mặt Trời
Hệ thống nguồn năng lượng Mặt Trời (viết tắt là PV) có khả năng chuyển đổi
quang năng của ánh sáng Mặt Trời thành điện năng nhờ các tấm pin năng lượng Mặt
Trời. Các hệ thống năng lượng pin Mặt Trời rất đơn giản, không cần phần chuyển động,
khơng địi hỏi phải bảo dưỡng chăm sóc thường xuyên như các hệ thống năng lượng
khác nên là các hệ thống rất được quan tâm nghiên cứu phát triển và ứng dụng.

Hình 1.7. Sử dụng pin Mặt Trời để sản xuất điện năng phục vụ sinh hoạt

Các hệ thống pin năng lượng Mặt Trời có độ tin cậy và độ bền rất cao, tuổi thọ
trung bình của các tấm pin Mặt Trời từ 20 đến 40 năm. Pin Mặt Trời có ưu điểm là gọn,
nhẹ, có thể lắp đặt ở bất kì đâu miễn có ánh nắng Mặt Trời chiếu, an toàn với người sử
dụng và đặc biệt thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, hệ thống pin năng lượng Mặt
Trời lại không thể sản xuất điện năng liên tục được. Nó chỉ hoạt động khi có ánh sáng
từ Mặt Trời chiếu vào nó nhưng nó vẫn được xem là nguồn năng lượng tái tạo có tiềm
năng lớn nhất.

Hình 1.8. Cơng suất lắp đặt điện Mặt Trời trên tồn thế giới tính đến năm 2015 [1]

6


Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

Việc xây dựng hệ thống năng lượng Mặt Trời có chi phí đầu tư khá lớn, dẫn đến
giá thành điện năng khá cao nên là một rào cản lớn trong phát triển hệ thống này. Tuy
nhiên, năng lượng Mặt Trời vẫn đóng một vai trị quan trọng trong phát triển điện năng,
trong bối cảnh nhu cầu điện năng ngày một tăng cao.
1.2.4. Năng lượng thủy triều
Năng lượng thủy triều ứng dụng sự lên xuống của nước biển để làm quay cánh
quạt chạy máy phát điện. Đây cũng là một nguồn năng lượng vơ tận và khơng có chi phí
cho nhiên liệu đầu vào. Tương tự năng lượng gió, năng lượng Mặt Trời, năng lượng
thủy triều cũng không làm phát sinh khí thải ra mơi trường, khơng địi hỏi chi phí bảo
dưỡng cao. Khác với năng lượng gió và năng lượng Mặt Trời, năng lượng thủy triều khá
ổn định vì thủy triều trong ngày có thể dự báo chính xác được sự lên xuống của thủy
triều.

Hình 1.9. Mơ hình ngun lý tạo ra điện từ thủy triều

Nhược điểm của loại năng lượng này là địi hỏi một lượng chi phí đầu tư là rất lớn,
chỉ sử dụng được một thời gian ngắn trong ngày khi có thủy triều lên xuống. Trên thế
giới cũng như ở Việt Nam rất ít nơi có địa hình thuận lợi để khai thác nguồn năng lượng
này một cách hiệu quả.
1.2.5. Năng lượng sinh khối
Năng lượng sinh khối là loại năng lượng có nguồn gốc từ các sinh vật, đa số là
các cây trồng hay vật liệu có nguồn gốc từ thực vật. Năng lượng sinh khối có thể được
tạo ra từ nhiều loại sản phẩm nơng nghiệp khác nhau như thân, cành, vỏ cây, các sản
phẩm dư thừa khi chế biến nông lâm sản, gỗ củi, rác thải, phân gia súc và bã phế thải
hữu cơ trong công nghiệp.
Đây là một nguồn năng lượng khá hấp dẫn với nhiều lợi ích to lớn về mơi trường
và kinh tế xã hội, nhất là về mặt phát triển nông thôn. Năng lượng sinh khối không
7


Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

những tái sinh được mà còn tận dụng chất thải làm nhiên liệu. Do đó, vừa giảm thiểu
rác thải, vừa biến rác thải thành sản phẩm hữu ích.
1.2.6. Năng lượng địa nhiệt
Địa nhiệt là dạng năng lượng sạch và bền vững. Nhà máy điện địa nhiệt sử dụng
nhiệt năng từ lịng đất tạo hơi nước có nhiệt độ cao chạy tuabin hơi, máy phát để sản
xuất điện năng. So với các nguồn năng lượng khác như thủy điện, gió, hay Mặt Trời thì
địa nhiệt khơng phụ thuộc yếu tố thời tiết và khí hậu. Do đó, địa nhiệt có hiệu suất sử
dụng rất cao. Bên cạnh đó, tác động tới mơi trường của nhà máy địa nhiệt là rất ít.

Hình 1.10. Mơ hình hoạt động của nhà máy điện địa nhiệt

Đây là nguồn tài nguyên hồi phục được nhưng rất chậm do quá trình tự nhiên tạo

ra chúng rất dài (khoảng vài chục nghìn năm). Vì thế nếu khai thác q mức có thể dẫn
đến khơng hồi phục được nữa. Cũng như một số nguồn năng lượng khác, rào cản chi
phí, cũng như khó khăn trong khai thác do phải tiến hành thăm dị, khai thác như khai
thác dầu khí ngăn cản sự phát triển của nó.

1.3. Hiện trạng và xu hướng của nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam
Việt Nam là quốc gia có tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo, bao gồm: năng
lượng gió, năng lượng Mặt Trời, năng lượng sinh học, thủy điện nhỏ và các nguồn năng
lượng khác từ biển. Chiến lược năng lượng quốc gia Việt Nam và các phương án quy
hoạch điện lực đã đặt ra các mục tiêu lớn về phát triển năng lượng tái tạo. Tuy nhiên,
hiện nay các tiềm năng về các nguồn năng lượng tái tạo của Việt Nam đều chưa được
phát huy và có những chính sách phát triển phù hợp.
Tính đến năm 2010, cơng suất lắp đặt điện từ năng lượng tái tạo trên toàn hệ thống
là khoảng 790MW (bảng 1.1), chủ yếu là từ thủy điện nhỏ, sinh khối, gió và Mặt Trời.
Rào cản chính cho phát triển năng lượng tái tạo là chi phí sản xuất và một số công nghệ

8


Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

sản xuất ở nước ta chưa có. Nhưng sự phát triển của cơng nghệ năng lượng tái tạo, chi
phí cho các nguồn năng lượng mới sẽ sớm có tính cạnh tranh kinh tế với các nguồn
nhiên liệu hóa thạch và có thể đáp ứng một phần nhu cầu năng lượng của Việt Nam.
Thủy điện nhỏ

Năng lượng sinh khối

Khí sinh học Điện Mặt Trời Điện gió

600

150

0,5

2

37,5

Bảng 1.1. Cơng suất lắp đặt các nhà máy NLTT đến hết năm 2010 (MW) [2]

Ngoài yếu tố giá thành sản xuất cao, một số rào cản khác đối với sự phát triển năng
lượng tái tạo có thể kể đến như: thiếu các chính sách và tổ chức hỗ trợ cho phát triển,
thiếu thông tin và cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quy hoạch và hoạch định chính sách,
cơng nghệ và dịch vụ phụ trợ cho năng lượng tái tạo chưa phát triển, khó tiếp cận nguồn
vốn để phát triển các dự án năng lượng tái tạo. Tại Việt Nam, qua các nghiên cứu trong
dự án Tổng sơ đồ phát triển năng lượng tái tạo của Viện Năng Lượng, chi phí cho sản
xuất điện từ năng lượng tái tạo như sau:
Loại nguồn

Thủy điện nhỏ

Gió

Trấu

Bã mía

Giá thành

300 – 1000

1200 – 1800

900 – 1600

700 - 1200

Loại nguồn

Khí từ rác thải

Đốt rác thải

Pin Mặt Trời

Địa nhiệt

Giá thành

700 – 800

1600 – 1800

3600 -6000

1100- 1600

(VNĐ/kWh)

(VNĐ/kWh)
Bảng 1.2. Chi phí cho sản xuất điện từ NLTT [2]

1.3.1 Thủy điện nhỏ
Theo đánh giá, tiềm năng thủy điện nhỏ của Việt Nam vào khoảng 4.000MW,
trong đó loại nguồn có cơng suất từ 100kW-30MW chiếm 93-95%, cịn loại nguồn có
cơng suất dưới 100kW chỉ chiếm 5-7%, với tổng cơng suất trên 200MW. Tính đến năm
2010, toàn quốc đã đưa vào khai thác và sử dụng trên 500 thủy điện nhỏ có quy mơ cơng
suất từ 5kW tới 10MW với tổng công suất lắp đặt trên 100MW, sản lượng điện hàng
năm vào khoảng 120-150 triệu kWh/năm. Tuy nhiên, những cơng trình có quy mơ cơng
suất từ 5kW-100kW hiện nay đã ngừng hoạt động. Các trạm thủy điện nhỏ có cơng suất
từ 100kW đến dưới 10MW có 117 trạm nhưng hiện nay chỉ cịn có 55/117 trạm còn hoạt
9


Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

động (chiếm 47%). Ngoài ra, các trạm và tổ máy thủy điện cực nhỏ với công suất từ 0,25kW do các gia đình tự quản, khai thác tại các vùng chưa có lưới điện quốc gia (khoảng
100.000-150.000 trạm) vẫn hoạt động tốt, cung cấp điện sinh hoạt, sản xuất góp phần
nâng cao chất lượng đời sống cho đồng bào vùng sâu, vùng xa cịn nhiều khó khăn.
1.3.2. Năng lượng gió
Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một thuận
lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió. Vùng có tiềm năng gió tốt chỉ chiếm 2% diện
tích lãnh thổ chủ yếu là các vùng bờ biển và cao nguyên phía Nam. Trên mặt đất, nhìn
chung tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam nhỏ, phần lớn lãnh thổ có tổng năng
lượng gió cả năm khơng vượt qua 200kWh/m2.

Hình 1.11. Các tuabin gió tại nhà máy điện Tuy Phong (Bình Thuận)

Tuy vậy, theo chương trình khảo sát về năng lượng cho Châu Á của Ngân hàng
Thế giới (World Bank), Việt Nam lại có tiềm năng gió lớn nhất khu vực Đơng Nam Á
với tổng điện năng ước đạt 513.360MW, lớn gấp hơn 200 lần công suất của nhà máy
thủy điện Sơn La và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện Việt Nam vào
năm 2020.
Các dự án điện gió đang được khai thác và triển khai ở nhiều vùng khác nhau, tập
trung ở các tỉnh miền Trung (Ninh Thuận, Bình Thuận, Bình Định), Nam Bộ (Cà Mau,
Bạc Liêu, Kiên Giang) và các vùng đảo (Trường Sa, Côn Đảo, Phú Quốc…). Cho đến
nay, cả nước đã có 42 dự án điện gió tại 12 tỉnh (chủ yếu ở miền Trung, Tây Nguyên,
Tây Nam Bộ) với tổng công suất 3.906MW.
Tất nhiên, để chuyển từ tiềm năng lý thuyết thành tiềm năng có thể khai thác, đến
tiềm năng kỹ thuật, và cuối cùng thành tiềm năng kinh tế là cả một câu chuyện dài,
nhưng điều đó khơng ngăn cản việc chúng ta xem xét một cách thấu đáo tiềm năng to
lớn về năng lượng gió ở Việt Nam.
10


Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

1.3.3 Năng lượng sinh khối
Tiềm năng về năng lượng sinh khối của Việt Nam được đánh giá là rất đa dạng và
có trữ lượng khá lớn. Theo tính tốn của Viện Năng lượng Việt Nam, tổng nguồn sinh
khối vào khoảng 118 triệu tấn/năm bao gồm khoảng 40 triệu tấn rơm rạ, 8 triệu tấn trấu,
6 triệu tấn bã mía và trên 50 triệu tấn vỏ cà phê, vỏ đậu, phế thải gỗ...
Nguồn sinh khối chủ yếu của nước ta gồm: gỗ và phụ phẩm cây trồng, trong đó
gồm rừng tự nhiên, rừng trồng, cây trồng phân tán, cây công nghiệp và cây ăn quả, phế
phẩm gỗ công nghiệp. Theo Viện Năng lượng - Bộ Công Thương, tiềm năng sinh khối
gỗ năng lượng lên đến gần 25 triệu tấn, tương đương với 8,8 triệu tấn dầu thô. Riêng
tiềm năng năng lượng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp của nước ta gồm rơm, rạ, trấu,
bã mía và các loại nơng sản khác lên đến gần 53,5 triệu tấn, tương đương với 12,8 triệu

tấn dầu thô. Ðặc biệt nguồn năng lượng này sẽ liên tục được tái sinh và tăng trưởng đều
đặn trong vòng 30 năm.
Ðể phát huy tiềm năng năng lượng sinh khối, Việt Nam đang phải đối mặt với
những rào cản tự nhiên cũng như sự cạnh tranh từ bên ngoài. Các vấn đề về môi trường,
thu hẹp đất nông nghiệp, cơng nghệ, thiết bị… khiến Chính phủ gặp rất nhiều khó khăn
để xây dựng một lộ trình phát triển năng lượng sinh khối. Ðể biến tiềm năng năng lượng
sinh khối thành năng lượng chất lượng cao vẫn đang là một vấn đề chờ lời giải.
1.3.4. Năng lượng Mặt Trời
Việt Nam được đánh giá là một trong số quốc gia có tiềm năng khá đáng kể về
năng lượng Mặt Trời. Các địa phương ở phía Bắc bình qn có khoảng từ 1800-2000
giờ nắng trong một năm, cịn các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào) bình quân khoảng
2000-2600 giờ nắng trong một năm. Bức xạ Mặt Trời trung bình nhận được tại mặt đất
dao động trong khoảng từ 3,54 đến 5,15 kWh/m2/ngày. Tiềm năng lí thuyết được đánh
giá khoảng 43,9 tỉ TOE/năm.
Sự phát triển của điện Mặt Trời ở Việt Nam trong hơn 10 năm gần đây hết sức
mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi vào đời sống. Các ứng dụng bao gồm điện Mặt
Trời cho hộ gia đình và các trung tâm dịch vụ, hệ thống đun nước Mặt Trời, điện Mặt
Trời, hệ thống đèn điện và sấy…Trong số các ứng dụng, công nghệ đun nước Mặt Trời
được xem là có giá trị kinh tế, hiệu quả và phổ biến nhất hiện nay.
Tuy nhiên, tỉ trọng của năng lượng Mặt Trời trong cán cân năng lượng chung của
tồn đất nước vẫn cịn rất hạn chế. Cho đến nay, theo số liệu chưa chính thức thì tổng
cơng suất lắp đặt trên phạm vi toàn quốc chỉ vào khoảng 2,5MWp. Các hệ thống năng
lượng Mặt Trời hiện nay thường là những hệ thống nhỏ lẻ, không nối lưới, thường được
11


Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

sử dụng trực tiếp ở dạng điện một chiều để thắp sáng. Trong một số trường hợp được
biến đổi thành điện xoay chiều để sử dụng cho các nhu cầu khác.

Hình 1.12. Hình ảnh dàn pin Mặt Trời lắp đặt tại đảo Trường Sa

1.3.5. Năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong lịng Trái Đất. Năng
lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt động phân hủy
phóng xạ của các khống vật, và từ năng lượng Mặt Trời được hấp thụ tại bề mặt Trái
Đất. Kết quả nghiên cứu cho thấy, tổng công suất các nhà máy địa nhiệt nếu được xây
dựng ở Việt Nam có thể lên tới khoảng trên 400MW. Riêng vùng đồng bằng sông Hồng,
nơi vốn bị hạn chế về nguồn năng lượng gió và năng lượng Mặt Trời bởi yếu tố khí hậu
thì nghiên cứu cho thấy năng lượng địa nhiệt lại tương đối ấn tượng, khá phong phú.
Theo tính tốn của các nhà khoa học, chỉ riêng sử dụng bơm địa nhiệt dùng cho điều
hịa khơng khí ở Hà Nội cũng sẽ tiết kiệm được khoảng 800 tỉ đồng/năm và góp phần
giảm thải CO2 ở mức tương đương 252.000 tấn do sử dụng khí thiên nhiên [4].
Tuy nhiên, nguồn năng lượng này chưa được quan tâm khai thác, mới ở giai đoạn
nghiên cứu sơ khai, chưa có những ứng dụng cụ thể phát điện từ nguồn năng lượng này.

1.4. Kết luận
Theo số liệu báo cáo năm 2010, tổng điện năng sản xuất từ các dạng năng lượng
tái tạo đã cung cấp lên lưới điện quốc gia đạt gần 2.000 triệu kWh, chiếm khoảng 2%
tổng sản lượng điện phát lên lưới toàn hệ thống. Dự kiến đến năm 2020, nguồn điện
cung cấp từ năng lượng tái tạo sẽ chiếm khoảng 9,9% cơng suất phát điện tồn hệ thống
(hình 1.13).

12


Chương 1. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo

Hình 1.13. Mục tiêu phát triển NLTT tại Việt Nam giai đoạn 2011 - 2030 [3]

So với nhiều nước trên thế giới, những kết quả nêu trên còn quá nhỏ bé và chưa
phát huy hết tiềm năng hiện có. Chính vì vậy, việc xem xét khai thác nguồn năng lượng
tái tạo trong giai đoạn tới sẽ có ý nghĩa hết sức quan trọng cả về kinh tế, xã hội, an ninh
năng lượng và bảo vệ môi trường.

13


Chương 2. Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

Chương 2
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
VÀ THU THẬP DỮ LIỆU

2.1 Giới thiệu chung
Lưới điện truyền thống bao gồm các đường dây truyền tải điện, các trạm biến áp,
lưới điện phân phối làm nhiệm vụ truyền tải điện năng từ các nhà máy điện đến phụ tải
tiêu thụ. Tuy nhiên cùng với sự phát triển, cơng nghiệp hóa, tăng trưởng dân số thì nhu
cầu điện năng ngày càng tăng cao dẫn tới lưới điện có thể vận hành ở các trạng thái bất
lợi, xác suất sự cố tăng cao trong những lúc cao điểm.
Mặt khác, lưới điện truyền thống hầu như không được thiết kế để cho phép tích
hợp nhiều loại nguồn phát điện với đặc tính cơng suất phát biến đổi nhiều như các nguồn
phát điện dựa trên năng lượng mặt trời, dựa trên sức gió…Khi cơng suất khai thác của
các loại nguồn này càng tăng nên theo sự tiến bộ của cơng nghệ thì việc tích hợp vào
lưới điện trở nên ngày càng khó khăn ở khía cạnh đảm bảo nhu cầu điện năng. Sự phức
tạp trong quản lý lưới điện, điều tiết nguồn phát và giới hạn khả năng truyền tải của lưới.
Do đó, cần thiết phải phát triển một hệ thống lưới điện với độ tin cậy cao, có khả
năng tự điều chỉnh và cho phép tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo phân tán vào lưới.
Ứng dụng SCADA vào trong vận hành và giám sát các nguồn năng lượng là một giải

pháp hiệu quả hiện nay. Hệ thống SCADA cho phép chúng ta khai thác hiệu quả các
nguồn năng lượng này nhờ những ưu điểm mà nó mang lại. SCADA cho phép tích hợp
các cơng nghệ giám sát và điều khiển số vào hệ thống. Ta có thể khai thác tối đa năng
lượng từ các nguồn phát này, tối ưu quá trình vận hành và khai thác. Việc thu thập dữ
liệu, điều khiển và giám sát từ xa giúp tiết kiệm thời gian, chi phí.
Trên thực tế, các hệ thống SCADA hiện nay cũng đã được áp dụng cho các trung
tâm điều độ quốc gia, các trung tâm điều độ miền, địa phương, các trạm biến áp không
người trực… trong hệ thống điện. Cùng với sự phát triển của các nguồn năng lượng tái
tạo (nguồn phân tán) thì việc triển khai hệ thống SCADA càng được đẩy mạnh trong hệ
thống. Đó là tiền đề quan trọng để tiến tới xây dựng một hệ thống điện thông minh tại
Việt Nam.

14


Chương 2. Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

Hình 2.1 Mơ hình ứng dụng của SCADA trong lưới điện phân tán

2.2 Hệ thống SCADA là gì?
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển
giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình quản lý, giám sát
và điều khiển từ xa.

Hình 2.2. Một hệ thống SCADA cơ bản

Khởi nguồn của hệ thống SCADA chính là các thiết bị nhập, xuất dữ liệu được sử
dụng để kiểm sốt từ xa các hoạt động cơng nghiệp trong những năm 1960. Chỉ đến đầu

15

Chương 2. Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

những năm 1970, khái niệm “SCADA” mới được hình thành, khi mà các bộ vi xử lý và
điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller) phát triển, từ đó giúp
nâng cao khả năng quản lý và kiểm sốt quy trình tự động hóa.

2.3. Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA
Toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu được phân chia thành các
cấp chức năng như hình vẽ minh họa dưới đây (hình 2.3).

Hình 2.3. Mơ hình phân cấp chức năng của hệ thống SCADA

Để sắp xếp, phân loại chức năng tự động hóa của một hệ thống điều khiển giám
sát và thu thập dữ liệu người ta thường sử dụng mơ hình như trên. Với loại mơ hình này
các chức năng được phân thành nhiều cấp khác nhau, từ dưới lên trên. Càng ở những
cấp dưới thì chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn, địi hỏi yêu cầu cao hơn về độ
nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Một số chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên
các chức năng ở cấp dưới nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao đổi và xử lý lại lớn
hơn rất nhiều.
Đặc điểm của các cấp này như sau:
Cấp chấp hành: Gồm các S-A (Sensors - Actuators), các bộ điều chỉnh (Regulator)
dùng để thu thập thông tin từ đối tượng hay hiện trường sản xuất, xử lý và truyền số liệu
đến các thiết bị trong hệ thống.
Cấp điều khiển: Thực hiện việc điều khiển các quá trình kỹ thuật và thực hiện kết
nối các bộ điều khiển, thiết bị điều khiển logic khả trình PLC, thiết bị điều khiển q
trình cơng nghệ trong các máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) hoặc
máy tính cơng nghiệp.

16


Chương 2. Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

Cấp điều khiển giám sát: Thực hiện chức năng vận hành giám sát và điều khiển
quá trình kỹ thuật. Tại cấp này thực hiện các chức năng giao diện người – máy, lưu trữ
số liệu liên quan tới quá trình, ra các lệnh, thiết lập cấu hình và thay đổi chế độ làm việc
cho quá trình kỹ thuật, máy sản xuất… Thiết bị trong cấp này là các máy trạm làm việc,
các máy tính cơng nghiệp.
Cấp điều hành sản xuất: Thực hiện việc điều hành linh hoạt các hoạt động khác
nhau như điều hành sản xuất, phân bố nguồn lực, lên kế hoạch sản xuất…
Cấp quản lý cơng ty: Nó thực hiện kết nối và phối hợp các hoạt động quản lý khác
nhau trên mọi nhà máy, chi nhánh, trung tâm điều độ tại nhiều thành phố hay các quốc
gia khác nhau.
Thông thường người ta chỉ coi ba cấp dưới thuộc phạm vi của một hệ thống điều
khiển và giám sát. Tuy nhiên biểu thị hai cấp trên cùng (quản lý công ty và điều hành
sản xuất) sẽ giúp ta hiểu thêm một mơ hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể
cho các hệ thống SCADA. Gần đây, do nhu cầu tự động hoá tổng thể kể cả ở các cấp
điều hành sản xuất và quản lý cơng ty, việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các cấp trung
gian không cần thiết trong mơ hình chức năng trở nên cần thiết. Cũng vì thế, ranh giới
giữa cấp điều hành sản xuất nhiều khi khơng rõ ràng, hình thành xu hướng hội nhập hai
cấp này thành một cấp duy nhất gọi chung là cấp điều hành.

2.4. Các yêu cầu chung của hệ thống SCADA
2.4.1. Chức năng giám sát
- Giám sát và đảm bảo được tính chính xác: tồn bộ các thơng số vận hành của hệ
thống như dịng điện, điện áp, cơng suất, tần số,…
- Giám sát được các trạng thái: của các phần tử đóng cắt trong hệ thống. Đó có
thể là trạng thái đóng cắt của rơ le, cơng tắc tơ, máy cắt, dao cách ly,…

2.4.2. Chức năng điều khiển
- Quá trình điều khiển phải chính xác, tin cậy: trong q trình thực hiện các thao
tác đóng/mở, điều khiển chuyển nấc nguồn áp…từ xa phải đảm bảo tuyệt đối tin cậy,
không được nhầm lẫn, có nghĩa là các thao tác được giám sát chặt chẽ về tính liên động
phối hợp giữa các thiết bị điều khiển, chấp hành,… và các thiết bị liên quan tuân theo
quy trình vận hành của hệ thống.
- Cài đặt thơng số từ xa: khi có sự thay đổi về cấu trúc của hệ thống hoặc nâng cao
công suất chống quá tải như trong hệ thống điện thì các thơng số vận hành của hệ thống

17