Chương 1: Giới thiệu luận văn Chương 2: Hệ thống SCADA và các ứng dụng quản lý, điều khiển trong hệ thống điện Chương 3: Mạng thông tin trong hệ thống điện và các giao thức truyền thông công nghiệp Chương 4: Các giải pháp tích hợp hệ thống SCADA cho trạm biến áp -4- Chương 5: Áp dụng tích hợp hệ thống SCADA cho trạm biến áp E1.17 Bắc Thăng Long Chương 6: Khai thác hệ thống tin SCADA/DMS tính toán điều khiển lưới phân phối Chương 7: Kết luận, kiến nghị Các phụ lục và tài liệu tham khảo -5- CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG SCADA VÀ CÁC ỨNG DỤNG QUẢN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG QUẢN LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2. Vai trò và mô hình của hệ thống thông tin trong hệ thống điện Trong hệ thống điện có rất nhiều các thiết bị đã gần đạt hoặc vượt quá vòng đời làm việc của mình và cũng có nhiều thiết bị với công nghệ mới cần được đưa vào hoạt động để đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật ngày càng cao. Để có thể nâng cao hiệu quả hoạt động của các thiết bị hiện có và cả những thiết bị mới cần phải nắm được hiện trạng của hệ thống điện cũng như phải dự đoán trước được định hướng phát triển trong tương lai. Các thiết bị giám sát, điều khiển và bảo vệ tạo thành một hệ thống hoạt động phục vụ cho mục đích này.
Trong những phần tiếp theo dưới đây, thuật ngữ "hệ thống điện" được dùng để chỉ tập hợp các thiết bị cấu tạo nên hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng, "I&C" (Instrumentation and Control) được dùng để chỉ cho tập hợp các thiết bị giám sát, điều khiển và bảo vệ hệ thống điện. Còn "IEDs" (Intelligent Electronic Devices) dùng để chỉ các thiết bị điện tử thông minh thường được dùng trong các mục đích bảo vệ, đo lường và lưu giữ sự kiện. Theo cách truyền thống, thông tin về các thiết bị trong hệ thống điện được thu nhập thông qua giám sát hay kiểm tra bằng tay (manual) hoặc thông qua các bản ghi sự cố. Việc giám sát và chuẩn đoán hoạt động các thiết bị hiện nay mới chỉ được xem xét một cách định kỳ mà rất ít khi được cập nhật tự động (automatic).
Nếu phát hiện ra lỗi, các hoạt động bảo dưỡng sẽ được ghi nhớ và tiến hành như là một phần của kế hoạch bảo dưỡng định kỳ tiếp theo. Có nghĩa là các hoạt động bảo dưỡng đối với thiết bị được quyết định và tiến -6- hành một cách chủ quan mà không quan tâm tới tình trạng hiện tại cấp thiết của thiết bị. Các hoạt động bảo dưỡng định kỳ như vậy cũng thường tiêu tốn một lượng ngân sách không nhỏ. Đôi khi do nguồn thông tin thu nhập không chính xác, các hoạt động bảo dưỡng sẽ bị áp dụng sai mục đích.
Trên thực tế, thông tin thu nhận được từ hệ thống tích hợp của các IEDs có thể phục vụ cho rất nhiều mục đích của hệ thống điện trong đó có việc giám sát. Dữ liệu phục vụ cho việc chuẩn đoán có thể là thông tin về tình trạng vận hành như giá trị đo lường, trạng thái hay các tham số của các thiết bị như tình trạng làm việc của máy cắt, máy biến áp. Dữ liệu phục vụ cho phân tích hệ thống điện có thể là các bản ghi (ví dụ từ rơle số) phản ánh phản ứng của hệ thống điện trước các sự cố, theo thời gian. Chúng cũng bao gồm cả các báo cáo sự kiện hay chuỗi các sự kiện (sequential events).
Hiện nay nguồn dữ liệu này chưa được khai thác triệt để cho mục đích vận hành hệ thống điện. Ta nhận thấy rằng năng lực vận hành hệ thống điện cũng như giá thành cho nó phụ thuộc vào khả năng thu nhận và xử lý nguồn thông tin một cách tức thời. Thông tin đòi hỏi phải được cập nhật hết sức thường xuyên, 24 giờ trong ngày, bảy ngày trong tuần. và phải có một hệ thống tích hợp của các IEDs để cung cấp nguồn dữ liệu.
Nhiều IEDs được chế tạo để phục vụ cho riêng cho việc giám sát và ghi lại thông tin của các thiết bị như các bộ đo nhiệt độ máy biến áp và môi trường, các thiết bị thống kê số lần nhảy của máy cắt. Các IEDs khác được chế tạo với mục đích chính là đo lường các thông số hoạt động của hệ thống hay bảo vệ cũng có thể tạo ra và cung cấp những nguồn cơ sở dữ liệu có giá trị. Khi tích hợp chúng lại trong một hệ thống, các IEDs sẽ phát huy được sức mạnh và tính kinh tế, giúp hợp lý hóa hệ thống I&C, tạo ra khả năng cho việc bảo vệ, tự động hóa, điều khiển, giám sát và phân tích hệ thống điện. Trong đó, -7- chức năng giám sát (monitoring) và phân tích (analysis) hệ thống tạo ra 6 dạng cơ sở dữ liệu như sau: Dữ liệu thiết bị Dữ liệu về thiết bị là những giá trị đo lường định kỳ của các tham số của hệ thống điện và các trạng thái thu thập từ thiết bị để phục vụ giám sát một cách vật lý hệ thống điện, ví dụ như dòng điện hay điện áp của máy biến áp.
Dữ liệu về thiết bị bao gồm các trạng thái riêng biệt, điện áp một chiều và giá trị analog đầu vào ở mức thấp (low-level). Dữ liệu về thay đổi trạng thái Dữ liệu về thay đổi trạng thái, gọi tắt là COS (Change-of-State), thường được gán nhãn thời gian và được tạo ra khi có một sự thay đổi trạng thái xảy ra trong hệ thống điện. Dạng dữ liệu này thường được chuyển đến bộ ghi chuỗi sự kiện dưới dạng một chuỗi các sự kiện SOE (sequence of events). Sở dĩ được đặt tên như vậy vì dữ liệu sẽ cung cấp các thông tin về việc gì đã xảy ra, khi nào, và theo một thứ tự ra sao.
Dữ liệu tính toán IEDs căn cứ vào các dữ liệu của thiết bị để tính toán và cung cấp các giá trị đo lường dưới dạng analog cho thấy trạng thái hoạt động của hệ thống điện. Các dữ liệu đo lường được tính toán định kì này sẽ cho phép theo dõi một cách tức thời diễn biến của hệ thống. Dữ liệu cũng có thể được tích lũy theo thời gian, căn chỉnh và lọc. Các giá trị tức thời và tích lũy này được lưu giữ bởi các IEDs sẽ tạo ra một cơ sở dữ liệu quá khứ (Historical Data) phục vụ cho nhiều mục đích sau này của hệ thống (ví dụ cung cấp đồ thị phụ tải và phụ tải đỉnh của một khu vực).
Dữ liệu chuẩn đoán Hệ thống rơle bảo vệ và thiết bị giám sát IEDs lưu giữ các thông tin về quá trình hoạt động của thiết bị trong hệ thống điện để phục vụ cho việc phân tích. -8- Thông tin có thể là tổng số lần hoạt động, tần suất sử dụng, dòng điện cắt của máy cắt. Thêm nữa, các quá trình tự kiểm tra trong nội tại IEDs cũng tạo ra nguồn thông tin về chính quá trình hoạt động của IEDs. Dữ liệu chuẩn đoán này cung cấp những thông tin cần thiết về chất lượng của hệ thống điện và của cả hệ thống I&C.
Hơn nữa, với việc lưu giữ và sử dụng các dữ liệu chuẩn đoán, hệ thống I&C có thể ngay lập tức phát hiện nguyên nhân gây ra hư hỏng thiết bị, phát ra các cảnh báo hoặc đưa ra các hoạt động nhằm ngăn chặn những hư hỏng nặng hơn. Điều này giúp cho việc nhanh chóng sửa chữa hoặc thay thế thiết bị nếu cần thiết. Dữ liệu quá khứ Các IEDs lưu giữ các dữ liệu thu thập được để cung cấp thông tin về phản ứng của hệ thống điện theo thời gian và với những hiện tượng xảy ra. Kiểu dữ liệu này bao gồm các thông tin mô tả hệ thống, các sự kiện, các bản ghi chuỗi sự kiện SER (Sequential events recorder), chất lượng điện năng và thông tin về bảo vệ rơle.
Một lệnh đồng bộ về thời gian từ trung tâm điều khiển sẽ cho phép các thiết bị trong hệ thống có cùng một giá trị thời gian, phục vụ cho việc gán nhãn thời gian (time stamp). Dữ liệu quá khứ cho phép các hoạt động phân tích hệ thống điện và cả hệ thống I&C để hợp lý hóa và nâng cao thiết kế hệ thống. Thêm vào đó, việc các giá trị được lưu giữ một cách định kỳ còn giúp cho việc định hướng và phát hiện các nguyên nhân hư hỏng thiết bị và các cấu hình không hợp lý. Thường thì dữ liệu quá khứ lưu giữ dưới dạng các báo cáo và các báo cáo này có thể được kết nối đến các thiết bị khác một cách tự động hay theo yêu cầu để phục vụ cho các quá trình từ xa.
Những báo cáo này có thể có dung lượng rất lớn và đòi hỏi một khoảng thời gian không nhỏ để truyền tải. Dữ liệu cài đặt Dữ liệu cài đặt được sử dụng để cấu hình cho phần mềm của các IEDs nhằm -9- thực hiện các chức năng tối ưu hóa cho các chương trình ứng dụng. Thêm vào đó, dữ liệu cài đặt sẽ thiết lập các ngưỡng cho các sự kiện và trạng thái khởi động cho các bản ghi sự kiện SER. Các thông tin cài đặt thường được tính toán và lưu trữ từ xa trước khi truyền đến các IEDs thông qua các kênh liên lạc.
Chúng thường cần phải được thể hiện và kết hợp với các dữ liệu khác tạo ra bởi các IEDs. Ví dụ như tỷ số biến dòng hay là giá trị trở kháng của đường dây. Các hệ thống quản lý mạng (Network Manager) 2. Khái niệm chung Các hệ thống quản lý mạng trong Hệ thống điện cung cấp những nền tảng cơ sở cho việc xây dựng các hệ thống quản lý và điều khiển các quá trình của hệ thống điện.
Có thể kể đến: Hệ thống quản lý Năng lượng EMS (Energy Management System); Hệ thống tự động phân phối DA (Distribution Automation); Hệ thống giám sát điều khiển và thu nhập số liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Hệ thống quản lý mạng cung cấp khả năng điều khiển trải rộng trên tất cả các quá trình sản xuất, truyền tải và mạng lưới phân phối điện năng. Các hệ thống quản lý SCADA/EMS/DMS có mặt trong hầu hết các trung tâm điều khiển. Nó cho phép các trung tâm điều khiển kết nối liên lạc với các trung tâm máy tính khác đồng thời tích hợp các máy tính để phục vụ điều khiển tại các nhà máy điện, trạm biến áp.
Việc tích hợp giữa các hệ thống như vậy khiến cho việc truy nhập và tìm kiếm dữ liệu cần thiết trở nên hết sức nhanh chóng và dễ dàng.