Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế hệ thống SCADA cho trạm điện phân phối

Khám phá luận văn thạc sĩ về thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối sử dụng SCADA, nâng cao hiệu quả quản lý và giám sát.

• Tác giả: Nguyễn Đức Mùi
• Người hướng dẫn: TS. Đào Huy Du
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Hệ Thống Truyền Thông Cho Trạm Điện Phân Phối Sử Dụng SCADA
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống SCADA cho trạm điện phân phối

Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là một phần không thể thiếu trong việc giám sát và điều khiển các trạm điện phân phối. Hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu từ các thiết bị điện, giúp người quản lý có cái nhìn tổng quan về tình trạng hoạt động của trạm. Việc tích hợp hệ thống SCADA vào trạm điện phân phối không chỉ nâng cao hiệu quả quản lý mà còn đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Theo nghiên cứu của Nguyễn Đức Mùi, việc ứng dụng SCADA trong trạm điện phân phối đã mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và kỹ thuật.

1.1. Khái niệm và vai trò của hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA là một công cụ quan trọng trong việc giám sát và điều khiển các thiết bị điện. Nó cho phép thu thập dữ liệu từ xa, giúp người quản lý có thể theo dõi tình trạng hoạt động của trạm điện phân phối một cách hiệu quả.

1.2. Lợi ích của việc áp dụng SCADA trong trạm điện phân phối

Việc áp dụng công nghệ SCADA giúp giảm thiểu nhân công, nâng cao độ chính xác trong giám sát và điều khiển. Hệ thống này còn giúp phát hiện sớm các sự cố, từ đó giảm thiểu thiệt hại cho hệ thống điện.

II. Thách thức trong việc thiết kế hệ thống SCADA cho trạm điện phân phối

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc thiết kế hệ thống SCADA cho trạm điện phân phối cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như an ninh mạng, khả năng tương thích giữa các thiết bị và độ tin cậy của hệ thống là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng. Theo nghiên cứu, việc đảm bảo an ninh mạng trong SCADA là rất quan trọng để bảo vệ hệ thống khỏi các cuộc tấn công từ bên ngoài.

2.1. Vấn đề an ninh mạng trong hệ thống SCADA

An ninh mạng là một trong những thách thức lớn nhất đối với hệ thống SCADA. Các cuộc tấn công mạng có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho hệ thống điện, do đó cần có các biện pháp bảo vệ hiệu quả.

2.2. Khả năng tương thích giữa các thiết bị trong SCADA

Khả năng tương thích giữa các thiết bị là yếu tố quan trọng trong việc thiết kế hệ thống SCADA. Việc lựa chọn thiết bị phù hợp sẽ giúp hệ thống hoạt động hiệu quả và giảm thiểu rủi ro.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống SCADA cho trạm điện phân phối

Để thiết kế một hệ thống SCADA hiệu quả cho trạm điện phân phối, cần áp dụng các phương pháp hiện đại và phù hợp với yêu cầu thực tế. Việc sử dụng các thiết bị thông minh và phần mềm quản lý hiện đại sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống. Theo nghiên cứu, việc áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế trong thiết kế sẽ giúp nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ thống.

3.1. Các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống SCADA

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế quốc tế là rất quan trọng trong việc xây dựng hệ thống SCADA. Các tiêu chuẩn này giúp đảm bảo tính tương thích và an toàn cho hệ thống.

3.2. Lựa chọn thiết bị và phần mềm cho SCADA

Lựa chọn thiết bị và phần mềm phù hợp là yếu tố quyết định đến hiệu quả của hệ thống SCADA. Các thiết bị thông minh và phần mềm quản lý hiện đại sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống SCADA trong trạm điện phân phối

Hệ thống SCADA đã được ứng dụng rộng rãi trong các trạm điện phân phối, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và giám sát. Việc sử dụng hệ thống SCADA không chỉ giúp giảm thiểu nhân công mà còn nâng cao độ chính xác trong việc điều khiển và giám sát các thiết bị. Theo nghiên cứu, nhiều trạm điện đã đạt được hiệu quả kinh tế cao nhờ vào việc áp dụng công nghệ SCADA.

4.1. Các ví dụ thành công trong ứng dụng SCADA

Nhiều trạm điện phân phối đã thành công trong việc áp dụng hệ thống SCADA, giúp nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm thiểu rủi ro. Các ví dụ này chứng minh tính khả thi và hiệu quả của công nghệ SCADA.

4.2. Kết quả đạt được từ việc áp dụng SCADA

Việc áp dụng công nghệ SCADA đã mang lại nhiều kết quả tích cực, bao gồm giảm thiểu tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện. Điều này không chỉ có lợi cho các nhà quản lý mà còn cho người tiêu dùng.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai của hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và giám sát các trạm điện phân phối. Tương lai của hệ thống SCADA hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến với sự phát triển của công nghệ thông tin và truyền thông. Việc tích hợp các công nghệ mới như IoT và AI vào SCADA sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành điện.

5.1. Xu hướng phát triển của công nghệ SCADA

Công nghệ SCADA đang ngày càng phát triển với sự tích hợp của các công nghệ mới như IoT và AI. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống.

5.2. Tương lai của hệ thống SCADA trong ngành điện

Tương lai của hệ thống SCADA trong ngành điện sẽ tiếp tục được cải tiến và mở rộng. Việc áp dụng các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả quản lý và giám sát trong các trạm điện phân phối.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1. 32 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SCADA ĐIỆN LỰC. Khái quát chung. Các yêu cầu truyền thông SCADA trong hệ thống điện.

Chất lượng dịch vụ (QoS). Tính tương đồng. Khả năng bảo mật. Các cấu trúc truyền thông SCADA.

Liên kết điểm – điểm và đa điểm. Cấu trúc bus. Cấu trúc mạch vòng (Ring). Cấu trúc hình sao (Star).

Cấu trúc lưới (Mesh). Cấu trúc lai. Luồng dữ liệu. Các kỹ thuật truyền thông dữ liệu SCADA.

Peer – to – peer. Truyền thông dữ liệu. Các thành phần trong hệ thống truyền thông dữ liệu. Truyền dẫn các tín hiệu số.

Các chế độ truyền thông. 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các kỹ thuật phát hiện lỗi. Các kỹ thuật điều khiển truy nhập đường truyền.

Kiến trúc giao thức truyền thông SCADA. Mô hình 7 tầng OSI. Mô hình EPA. Mô hình TCP/IP.

Các giao thức SCADA và Smart Grid. Giao thức Modbus. Giao thức Profibus. Giao thức Profinet.

Chuẩn đồng bộ pha IEEE C37. Môi trường truyền thông SCADA và smart grid. Truyền thông trên đường dây điện lực PLCC. Truyền thông trên nền điện thoại.

Truyền thông không dây. Thông tin vệ tinh. Kết luận chương. 73 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRUYỀN THÔNG CHO TRẠM ĐIỆN PHÂN PHỐI.

Mô hình trạm biến áp phân phối. Yêu cầu thiết kế với hệ thống truyền thông SCADA. 76 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mô hình hệ thống truyền thông SCADA.

Cấu trúc truyền thông. Đồng hồ đa năng Selec MFM – 384. Bộ điều khiển S7 – 1200. Mô đun truyền thông CM 1241 RS422/RS485.

Tủ điều khiển giám sát SCADA cho trạm điện phân phối. Kết luận chương 3. 92 CHƢƠNG 4: LẬP TRÌNH TRUYỀN THÔNG SCADA TRẠM ĐIỆN PHÂN PHỐI. Giới thiệu phần mềm TIA Portal:.

Lập trình truyền thông Modbus RTU với CM 1241. Cài đặt mô đun CM 1241 trong Project. Cấu hình mô đun truyền thông CM 1241. Lập trình truyền thông Modbus RTU.

Lập trình truyền thông Ethernet. Lập trình cho bộ điều khiển PLC. Thuật toán chương trình. Chương trình điều khiển.

Lập trình giao diện điều khiển giám sát. Màn hình chính. Giao diện điều khiển, giám sát. Giám sát các thông số theo thời gian.

Bản ghi nhật ký sự cố. Cài đặt thông số. Kết luận chương. Hướng phát triển của luận văn.

118 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 119 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SCADA VÀ TRẠM ĐIỆN PHÂN PHỐI 1. Giới thiệu về hệ thống điện Việt Nam Hệ thống điện Việt Nam hiện nay được quản lý và điều hành bởi Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN). Mô hình hệ thống điện có thể chia thành ba khâu chính gồm: Phát điện, truyền tải và phân phối.

 Khâu phát điện: Bao gồm các nhà máy điện như thủy điện, nhiệt điện, phong điện, thực hiện biến đổi các dạng năng lượng khác thành điện năng. Các nhà máy điện thuộc quyền quản lý của Tổng công ty phát điện 1, 2, 3, một số thuộc EVN, một số khác thuộc các đơn vị ngoài ngành điện như Tập đoàn dầu khí Việt Nam, Tập đoàn than khoáng sản Việt Nam.  Khâu truyền tải: Bao gồm các hệ thống trạm biến áp 500 kV, 220 kV và hệ thống lưới truyền tải, có chức năng truyền tải điện năng tới các vùng khác nhau.  Khâu phân phối: Bao gồm các hệ thống điện các trạm 110 kV, 35 kV, 22 kV, các trạm điện phân phối, khách hàng và hệ thống lưới phân phối.

Đây là khâu cuối cùng trong việc cung cấp điện tới người tiêu dùng. Các trạm phân phối thuộc quyền quản lý của các Tổng Công ty Điện lực miền Bắc, Trung, Nam…  Hệ thống truyền tải điện: Hiện đang sử dụng 4 cấp điện áp đó là các cấp điện áp: 500kV, 220kV, 110kV và 66kV. Tuy nhiên chỉ còn một số nơi rất ít sử dụng cấp điện áp 66kV và trong tương lai gần cấp điện áp này sẽ không được sử dụng cho truyền tải điện ở Việt Nam. Công tác vận hành và bảo dưỡng hệ thống truyền tải điện chủ yếu do 4 Công ty truyền tải điện đảm nhiệm chủ yếu, tuy nhiên trong thực tế hiện nay vẫn có một số đường dây truyền tải điện và TBA 110kV, 66kV do các Điện lực quản lý vận hành và bảo dưỡng.

Công ty truyền tải điện 1 có trụ sở đóng tại Hà Nội, quản lý vận hành và bảo dưỡng toàn bộ lưới điện có cấp điện áp 500kV, 220kV và một số đường dây 110kV, TBA 110kV thuộc địa phận các tỉnh từ Hà Tĩnh trở ra. Các Điện lực ở Bắc Miền Trung và Miền Bắc quản lý các đường dây và TBA 110kV trở xuống. Công ty truyền tải điện 2 có trụ sở đóng tại Đà Nẵng, quản lý toàn bộ các đường dây và TBA có cấp điện áp 500kV, 220kV và hầu hết các đường dây và TBA có cấp điện áp 110kV thuộc địa bàn các tỉnh từ Quảng Bình đến Quảng Ngãi và Kon Tum. Công ty truyền tải điện 3 đóng tại Nha Trang, quản lý toàn bộ các đường dây và TBA có cấp điện áp 500kV, 220kV và đa số các đường dây và TBA có cấp điện áp 110kV từ Bình Định vào đến Cam Ranh và các tỉnh Gia Lai, Đăk Lăk, Đăk Nông.

Công ty truyền tải điện 4 có trụ sở tại thành phố Hồ Chí Minh, quản lý toàn bộ các đường dây và TBA có cấp điện áp 500kV, 220kV khu vực Nam Trung bộ (Ninh Thuận trở vào), Miền Nam và Lâm Đồng. Các Điện lực từ các tỉnh Ninh Thuận trở vào đa số quản lý các đường dây và TBA110kV trở xuống. Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 2  Hệ thống lƣới điện phân phối: Do điều kiện lịch sử để lại, hiện nay, hệ thống lưới điện phân phối của Việt Nam bao gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, cả ở thành thị và nông thôn, do bảy công ty điện lực thuộc Tổng công ty điện lực Việt Nam quản lý. Nhằm nâng cao độ tin cậy trong việc cung cấp điện, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng của khách hàng và giảm tổn thất điện năng của toàn hệ thống, Tổng công ty điện lực Việt Nam thường xuyên đầu tư mở rộng, nâng cấp và cải tạo lưới điện phân phối trên phạm vi cả nước.

Các công ty phân phối điện đã triển khai nhiều biện pháp quản lý nhằm giảm tối đa tổn thất điện năng khu vực cũng như nâng cao chất lượng trong việc cung cấp điện cho khách hàng. 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 TBA, cũng như không ngừng mở rộng các TBA đã đầu tư xây dựng trước đây như đầu tư xây dựng các MBA số 2 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. Tổng quan về trạm biến áp Trạm biến áp (TBA, Substation) là một thành phần đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện, được dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác.

Điện năng từ nhà máy điện tới các hộ tiêu thụ có thể đi qua nhiều TBA, biến đổi qua nhiều mức điện áp khác nhau. Thành phần chính trong TBA là các máy biến áp điện lực (MBA, Power Transformer).  Phân loại trạm biến áp: Các TBA có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, theo cấp điện áp người ta phân thành:  Trạm biến áp tăng áp: có điện áp phía thứ cấp lớn hơn điện áp phía sơ cấp. Thường dùng ở các nhà máy điện, cung cấp năng lượng cho hệ thống điện và phụ tải ở xa.

 Trạm biến áp hạ áp: có điện áp phía thứ cấp nhỏ hơn điện áp phía sơ cấp. Trạm thường nhận điện năng từ hệ thống điện để phân phối cho phụ tải. Theo chức năng nhiệm vụ, người ta phân thành hai loại:  Trạm biến áp truyền tải: kết nối hai hoặc nhiều đường dây truyền tải. Trạm thường có công suất lớn, cấp điện cho một vùng địa lý rộng ở nhiều mức điện áp khác nhau, với một số lượng lớn các máy cắt, thiết bị bảo vệ, điều khiển (BU, BI, rơ le, hệ thống SCADA, …).

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 3  Trạm biến áp phân phối: truyền năng lượng từ lưới truyền tải tới hệ thống phân phối. Trạm có nhiệm vụ phân phối trực tiếp cho các hộ sử dụng điện của xí nghiệp, khu dân cư trường học … thường có cấp điện áp nhỏ (10, 6, 0. Theo hình thức và cấu trúc, người ta chia thành trạm ngoài trời và trạm trong nhà:  Trạm biến áp ngoài trời: các thiết bị phía điện áp cao như: dao cách ly, máy cắt, máy biến áp, thanh góp … đều đặt ngoài trời. Còn phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà, hoặc đặt trong các tủ sắt chế tạo sẵn chuyên dùng để phân phối phần hạ thế.

Thích hợp cho trạm có công suất lớn, có đủ không gian cần thiết để đặt các thiết bị ngoài trời. Sử dụng loại trạm đặt ngoài trời sẽ tiết kiệm được khá lớn về kinh phí xây dựng hơn trạm đặt trong nhà.  Trạm biến áp trong nhà: ở đây các thiết bị đều được đặt trong nhà. Loại trạm này hay thường gặp ở các trạm phân xưởng hoặc các trạm biến áp của các khu vực trong thành phố.

Trạm biến áp phân phối Các trạm phân phối (TPP, Distrubution Substation) được dùng để cung cấp điện áp cho các hộ tiêu thụ, mà ở đó người ta có thể cho xuống 6,3 kV hoặc 0,4 kV cung cấp tới các thiết bị điện. Hình 1-1: Hình ảnh một trạm biến áp phân phối 1. Đặc điểm của trạm phân phối Trạm biến áp phân phối được sử dụng nhiều trong các khu dân cư, các trạm cấp nguồn cho các doanh nghiệp và xưởng sản xuất. Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.