CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ ỨNG DỤNG THỰC TẾ Để nâng cao chất lượng và đảm bảo cung cấp điện, hệ thống điện Việt Nam đang được đầu tư xây dựng và phát triển ngày càng nhiều các đường dây và trạm biến áp, cũng như không ngừng mở rộng các trạm biến áp đã đầu tư xây dựng trước đây như đầu tư xây dựng các máy biến áp số hai và các xuất tuyến trung áp nhằm mục đích đảm bảo cung cấp điện đảm bảo sự tăng trưởng của phụ tải. Mặt khác hệ thống điện Việt Nam ngày càng được hiện đại hóa bằng các thiết bị hiện đại, các thiết bị lạc hậu trước đây dần được thay thế bằng các thiết bị hiện đại, được sản xuất theo công nghệ mới có chất lượng và độ tin cậy cao hơn. Hiện nay đa số các trạm biến áp trạm biến áp có cấp điện áp 110kV, 220kV và 500kV đều được đầu tư đồng bộ hệ thống SCADA. Các trạm biến áp 500kV, 220kV mới và một số trạm biến áp 110kV được đầu tư hệ thống điều khiển tích hợp bằng máy tính để phục vụ việc giám sát và điều hành lưới điện từ các Trung tâm điều độ Miền và Trung tâm điều độ Quốc Gia.
Với lưới điện phức tạp việc vận hành lưới điện sẽ ngày càng khó khăn hơn khi mật độ các trạm biến áp ngày càng nhiều hơn, việc đảm bảo tính ổn định hệ thống khó hơn, mặt khác do nhu cầu của phụ tải đòi hỏi chất lượng điện năng ngày càng cao. Do đó việc đầu tư nâng cấp các Hệ thống SCADA/EMS cũng như các trạm điện được trang bị hệ thống tự động hóa là cần thiết. Tổng quan về mạng Scada 1. Định nghĩa và nguyên tắc làm việc của hệ thống SCADA Hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition- SCADA): Là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu.
SCADA là một công cụ tự động hóa trong nhiều lĩnh vực, dùng kỹ thuật vi xử lý - PLC/RTU (Programmaple Logic Controller/ Remote Terminal Unit), để trợ giúp việc điều hành kỹ thuật ở các cấp trực điều hành các hệ thống tự động công nghiệp cũng 9 như hệ thống điện. Hệ thống này cung cấp cho người vận hành những thông tin quan trọng của đối tượng cần quan tâm và cho phép thực hiện các lệnh điều khiển cần thiết về phía đối tượng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn và có hiệu quả. SCADA được hình thành và phát triển cùng với sự phát triển chung của các ngành công nghiệp khác như công nghiệp vi xử lý, viễn thông, tin học. Từ những năm đầu thập niên 70 nền công nghiệp các nước phát triển đi vào xu hướng tự động hóa.
Việc sản xuất thủ công được thay thế dần ở các xí nghiệp công nghiệp. Bên cạnh đó ngành công nghệ thông tin, đặc biệt sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực tin học - công nghệ phần mềm, các hệ thống tự động hóa điều khiển bằng chương trình cũng ra đời. Với đặc điểm là một công cụ tự động hóa nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ việc quản lý điều khiển trong sản xuất công nghiệp, đến quản lý truyền tải và phân phối điện năng trong Điện lực. Sau khi chuyển sang cơ chế thị trường, đất nước mở cửa quá trình công nghiệp tự động hóa bắt đầu, các nhà máy xí nghiệp xây dựng đều được ưu tiên về công nghệ tiên tiến và hệ thống SCADA - công cụ của tự động hóa cũng được phát triển rộng, lắp đặt ở nhiều nhà máy, xí nghiệp công nghiệp sản xuất chất lượng cao.
Công nghệ SCADA ở nước ta, do nhập thiết bị của nhiều nước công nghiệp tiên tiến nên nó rất đa dạng về mẫu mã, cấu trúc, về chuẩn và chủng loại. Nhưng là một hệ thống công nghiệp mới nên hệ thống SCADA phần lớn cũng là hệ theo chuẩn công nghiệp chung. Hiện nay SCADA không thể thiếu được cho việc sản xuất tự động ở xí nghiệp công nghiệp cần độ chính xác và tự động hóa cao. Để đáp ứng với khả năng phát triển chung của nền kinh tế, hệ thống điện đóng vai trò chủ đạo không những thúc đẩy nền kinh tế mà còn đảm bảo an ninh, chính trị, quốc phòng.
Vì vậy việc sử dụng SCADA trong hệ thống điện Việt Nam để đảm bảo việc cung cấp điện liên tục, vận hành, xử lý tình huống một cách nhanh chóng để đáp ứng yêu cầu của nền kinh tế phát triển. - Thu thập các dữ liệu: Dữ liệu từ các trạm biến áp được chia làm ba loại chính: 10 + Dữ liệu trạng thái: Trạng thái các máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, các khoá điều khiển từ xa / tại chổ, công suất tác dụng MW, phản kháng MVAr, điện áp, dòng điện, điện năng kWh, kVArh .v từ các trạm biến áp, các nhà máy điện, các thiết bị đóng cắt phân đoạn trên lưới. + Dữ liệu tương tự: Công suất tác dụng MW, phản kháng MVAr, điện áp, dòng điện, vị trí nấc biến áp v. + Dữ liệu tích luỹ theo thời gian: Điện năng kWh v.
Các dữ liệu trạng thái từ các rơ le trung gian được đưa vào các đầu vào số của RTU, còn các dữ liệu tương tự từ cuộn thứ cấp của máy biến dòng điện và điện áp được đưa vào các bộ biến đổi (tranducer), đầu ra của bộ biến đổi được đưa vào các cổng đầu vào tương tự của RTU. Tại RTU dữ liệu được số hoá và thông qua kênh truyền (giao thức) gửi về trung tâm điều độ. - Điều khiển: Lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA của Trung tâm điều độ thông qua kênh truyền gửi đến các RTU (hoặc SAS), để điều khiển các thiết bị đóng cắt từ xa như: + Lệnh đóng cắt máy cắt, recloser, dao cắt tải (MC), dao cách ly, dao tiếp địa. + Lệnh điều khiển thay đổi giá trị đặt của rơle.
+ Lệnh điều khiển tăng giảm (Raise/Lower) + Lệnh điều khiển thay đổi giá trị đặt (Setpoint) - Giám sát: Mọi thay đổi trạng thái của các thiết bị đóng/cắt hay các thông tin về sự tác động của bảo vệ rơle đều được thu thập về trung tâm điều khiển và được máy tính xử lý: + Hiển thị trên các sơ đồ, bảng biểu và các dạng đồ thị tương ứng để giám sát các tình trạng làm việc của thiết bị. + Đối với dữ liệu trạng thái (máy cắt, dao cách ly, cảnh báo v.) khi phát hiện ra có sự thay đổi trạng thái hệ thống SCADA sẽ phát cảnh báo bằng âm thanh và dòng thông báo để lôi kéo sự chú ý của người vận hành. 11 + Đối với dữ liệu giá trị đo xa, dữ liệu nhận được sẽ được kiểm tra so sánh với các ngưỡng dưới và ngưỡng trên (đã được định trước), nếu giá trị đo được bị vi phạm thì hệ thống sẽ phát cảnh báo cho người vận hành. Ngoài 3 chức năng trên, hệ thống SCADA còn có các chức năng sau: Phân tích, xử lý dữ liệu và nắm bắt sự kiện, giao tiếp người máy (Man - machine interface), tính toán phân bố trào lưu cống suất, ngắn mạch, lập báo cáo, DMS (Demand Management System) hệ thống quản lý nhu cầu phụ tải, Sử dụng cơ sở dữ liệu cho các mục đích khác.
Các bộ phận chính của hệ thống SCADA lưới điện phân phối Hệ thống SCADA lưới điện phân phối bao gồm 3 bộ phận sau: - Bộ phận điều khiển mạng lưới (Network Control Level): Làm việc dựa trên giao diện người - máy đến các TBA hoặc các nút điều khiển (Recloser, MC, RMU…) qua hệ thống máy tính đặt tại phòng điều khiển trung tâm. Các máy tính này làm việc theo thời gian thực trên một hệ điều hành thông dụng và các phần mềm SCADA liên quan. Ngoài ra, còn có một bộ phận điều khiển khác (Remote Terminal Level) cũng làm việc như bộ phận điều khiển mạng lưới nhưng qua máy tính xách tay (Laptop) từ một vị trí tạm thời nào đó và kết nối vào hệ thống điều khiển qua modem và đường dây điện thoại hữu tuyến với các mật mã truy cập. - Bộ phận hệ thống thông tin liên lạc (Remote Communication System Level): gồm các thiết bị thông tin liên lạc giữa bộ phận điều khiển mạng lưới với bộ phận tự động hóa trạm và các nút điều khiển.
- Bộ phận tự động hóa trạm và các nút điều khiển (Substation Level and Field Station): bộ phận này bao gồm các RTU thích hợp cho từng TBA và các nút điều khiển như Recloser, MC, DCL. Thiết bị của hệ thống SCADA 1. Phần cứng: Để xây dựng hệ thống SCADA cho trạm biến áp cần các phần cứng sau: 12 - Máy tính công nghiệp (IPC) - Bộ tích hợp thiết bị (Kết nối và thu thập dữ liệu lên máy tính) - Thiết bị mạng (Switch, Router,…) - Các thiết bị ngoại vi khác như: Máy in Laser A3, A4, hệ thống báo động (Alarm Announciator), đồng hồ chủ (Time Synchronisation (GPS)) phục vụ cho việc đồng bộ thời gian và tần số cho các thiết bị. - Thiết bị local RTU dùng để thu nhận, giám sát, đo xa các đại lượng điện hệ thống nguồn tại phòng điều khiển trung tâm.
Phần mềm: Trọn bộ phần mềm SCADA lưới điện phân phối gồm các modul chính sau: - Phần mềm cho giám sát điều khiển: Tạo ra giao diện hiển thị các thông số, điều khiển qua giao diện hiển thị, lưu trữ dữ liệu vào cơ sở dữ liệu - Phần mềm giám sát, quản lý: Hiển thị các thông số, lưu trữ các dữ liệu vào cơ sở dữ liệu (Giao diện có thể là web navigator) Thu thập, trao đổi, lưu trữ, xử lý dữ liệu thời gian thực. Điều khiển giám sát từ xa. Quản lý thứ tự đóng, cắt. Tự động sa thải phụ tải.
Xử lý kết dây hệ thống. Xử lý văn bản và bảng tính điện tử. Đồng bộ thời gian và chỉnh thời gian chuẩn. Các chương trình giao diện với các phần mềm ứng dụng, giao diện với mạng LAN và hệ thống máy tính.
- Các phần mềm phụ trợ: Kết nối mạng, kết nối PLC —IPC, … 1. Bộ phận thông tin liên lạc (Remote Communication System Level) Hệ thống thông tin liên lạc: là tập hợp các phương tiện truyền dẫn như cáp quang (FO), vi ba (MW), tải ba (PLC); sóng siêu cao tần (UHF), PSTN, GPS, GPRS. được dùng để truyền số liệu từ Trung tâm điều khiển đến thiết bị đầu cuối. Hệ thống SCADA thường sử dụng một hệ thống thông tin làm việc chính và một hệ thống thông tin dự phòng để đảm bảo độ tin cậy.1 - Bộ phận thông tin liên lạc hệ thống SCADA lưới điện phân phối.