MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vần đề Cục điều tiết điện lực và Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) giao cho Tổng Công ty Điện lực TPHCM (EVNHCMC) triển khai xây dựng Trung Tâm Điều khiển và các trạm không người trực. Trong đó, hệ thống SCADA tại Trung Tâm Điều độ Hệ thống điện TPHCM (TTĐĐHTD) đóng vai trò quan trọng trong việc thao tác xa cho các trạm không người trực và bán người trực khi triển khai thực hiện theo các yêu cầu trên. Hệ thống SCADA Trung Tâm Điều Độ Hệ thống điện TPHCM (TTĐĐHTĐ) đã được đầu tư từ năm 1998 gồm hệ thống máy tính chủ Alpha Server và phần mềm SPIDER 7.0 của ABB cung cấp. Trải qua 17 năm vận hành, hệ thống vẫn còn khả năng hoạt động nhưng đã bộc lộ nhiều khuyết điểm như vận hành thiếu ổn định và không đáp ứng được khối lượng tín hiệu ngày càng tăng cao… Do đó EVNHCMC đã triển khai dự án nâng cấp HT SCADA trung tâm thành HT SCADA/DMS hiện đại, dự kiến sẽ hoàn tất vào cuối năm 2016.
Tuy nhiên trong giai đoạn 2014 -2016, để đáp ứng nhu cầu xây dựng Trung Tâm điều khiển cũng như triển khai thực hiện các trạm không người trực, đội ngũ kỹ sư SCADA TTĐĐ đã nghiên cứu sử dụng các phần mềm Survalent để xây dựng hệ thống SCADA đáp ứng các yêu cầu vận hành như: thành lập Trung Tâm Điều Khiển. triển khai các trạm không người trực và bán người trực, cũng như từng bước tiếp cận hệ thống SCADA hiện đại nhằm đáp ứng các yêu cầu hiện đại hóa lưới điện trước mắt mà Tổng công ty đề ra. Mục tiêu làm chủ công nghệ HT SCADA trung tâm cũng được ban lãnh đạo Trung Tâm ưu tiên hàng đầu trong công tác tác nghiên cứu và triển khai thực hiện 2 như: việc tự xây dựng HT máy tính chủ trung tâm và cài đặt phần mềm ứng dụng, xây dựng tích hợp cơ sở dữ liệu … đã giúp giảm phụ thuộc vào nhà thầu và nâng cao trình độ của đội ngũ cán bộ kỹ thuật.2 Mục tiêu nghiên cứu Triển khai xây dựng nhanh 01 hệ thống SCADA trung tâm đáp ứng được nhu cầu hiện tại trong thời gian chờ nâng cấp hệ thống SCADA/DMS Xây dựng các giải pháp Nâng cấp giao thức RP570 ABB sang giao thức IEC 60870-5-101 và IEC 60870-5-104 cho 55 trạm có kết nối SCADA hiện nay. Kết nối các hệ thống DAS và các Recloser có công SCADA về hệ thống SCADA TT Chia sẽ các Màn hình giám sát cho các Công ty Điện Lực khu vực.
Xây dựng các tài liệu đào tạo hướng dẫn vận hành và cấu hình hệ thống 1. Nội dung nghiên cứu Nhiệm vụ 01: Đánh giá hiện trạng hệ thống SCADA ABB, phân tích các tính năng và so sánh với nhu cầu hiện đại hóa lưới điện. Đề xuất các giải pháp thực hiện Nhiệm vụ 02: Nghiên cứu tiêu chuẩn SCADA - IEEE Std C37. Xây dựng mô hình và các tiêu chuẩn kỹ thuật cho hệ thống SCADA Trung Tâm Nhiệm vụ 03: Thu thập thông tin, phân tích các phần mềm SCADA trên thế giới.
Nhiệm vụ 04: Nghiên cứu sử dụng phần mềm SCADA Survalent cho hệ thống SCADA Trung Tâm Nhiệm vụ 05: Nghiên cứu xây dựng giải pháp triển khai phần cứng, phần mềm, hệ thống mạng cho hệ thống SCADA Trung Tâm. 3 Nhiệm vụ 06: Nghiên cứu xây dựng giải pháp chuyển đổi giao thức RP570 – IEC60870-5-101 và IEC60870-5-104 của các RTU và Gateway tại trạm. Nhiệm vụ 07: Nghiên cứu xây dựng giải pháp truyền thông từ trạm về Trung Tâm. Nhiệm vụ 08: Nghiên cứu xây dựng các màn hình giám sát HMI.
Nhiệm vụ 09: Triển khai thực hiện hệ thống mới. Nhiệm vụ 10: Triển khai mở rộng Console cho Cao thế và Công ty Điện Lực Sài Gòn theo phần mềm Survalent. Nhiệm vụ 11: Đánh giá hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật. Nhiệm vụ 12: Xây dựng các chương trình đào tạo cho các kỹ sư vận hành và SCADA 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.1 Phương pháp tiếp cận thu thập thông tin: Thu thập và tìm hiểu thông tin về tiêu chuẩn IEEE Std C37.1 cho hệ thống SCADA Nghiên cứu và so sánh phần mềm SCADA Spider của ABB và phần mềm SCADA Survalent.
Thu thập và tìm hiểu thông tin về các RTU và Gateway hiên hữu tại trạm. Các phần mềm cấu hình RTU và Gateway. Thu thập thông tin về hạ tầng mạng hiện hữu của TCT Điện Lực TPHCM 1.2 Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Mục đích và các thành phần trong Tiêu chuẩn IEEE Std C37.1 Nghiên cứu tài liệu về các yêu cầu về cấu hình phần cứng và phần mềm của Survalent, tính phù hợp với Tiêu chuẩn IEEE Std C37. 4 Nghiên cứu các tiêu chuẩn kỹ thuật, giao thức của các RTU và Gateway hiên hữu tại trạm.
Tính sẵn sàng về giao thức IEC60870-5-101 và IEC60870-5-104 của các RTU và Gateway.3 Phương pháp thực nghiệm: Bước 1: Xây dựng mô hình Chạy thử nghiệm song song với hệ thống SCADA hiện hữu cho 01 trạm với mô hình đã nghiên cứu. Đánh giá và so sánh các tính năng giữa 02 hệ thống. Bước 2: Nhân rộng mô hình đã thử nghiệm cho các trạm có phụ tải thấp và các máy cắt dự phòng Bước 3: Triển khai thực hiện cho toàn hệ thống. 5 Chương 2: TIÊU CHUẨN SCADA IEEE STD C37.
Tổng quan Hệ thống SCADA được áp dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là trên hệ thống điện các nước. Có nhiều nhà sản xuất hệ thống SCADA trên thế giới có kinh nghiệm trong việc xây dựng các Trung tâm điều khiển. Hệ thống SCADA giao tiếp với rất nhiều các thiết bị từ nhất thứ, nhị thứ, truyền thông, máy tính … Do đó, để xây dựng một hệ thống SCADA cần phải xem xét về các tiệu chuẩn áp dụng cho hệ thống SCADA Trong đề tài nghiện cứu khoa học này sử dụng tiêu chuẩn IEEE Std C37.1 trong việc xây dựng hệ thống Scada TT đáp ứng yêu cầu vận hành. Tiêu chuẩn IEEE Std C37.1 những đặc điểm sau: • IEEE Std C37.1 là tiêu chuẩn quốc tế được áp dụng cho việc trang bị hệ thống Scada từ trạm đến trung tâm trên thế giới.
• Tiêu chuẩn IEEE Std C37.1 cung cấp các định nghĩa, đặc tính kỹ thuật, phân tích hiệu suất hệ thống và các ứng dụng của 01 hệ thống SCADA và hệ thống điều khiển máy tính trạm. • Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế, mua sắm, và triển khai cho tất cả các thành phần của hệ thống SCADA. Người thiết kế có thể lựa chọn từng phần riêng biệt trong tiêu chuẩn để áp dụng theo yêu cầu • Trong trường hợp này, tiêu chuẩn được áp dụng cho việc thiết kế cấu hình hệ thống, mua sắm phần mềm, phần cứng 01 hệ thống SCADA đáp ứng đủ nhu cầu hiện tại cho công tác vận hành trạm không người trực và bán người trực. Các định nghĩa trong tiêu chuẩn 6 Availability (A) là tỷ số giữa thời gian uptime (hoạt động) và tổng thời gian(uptime + downtime (ngừng hoạt động).
Giá trị thường là 99. Control arm time-out: là khoảng thời gian tối đa từ lúc thiết bị nhận lệnh bắt tay va xử lý. Debounce period: thời gian trễ giữa 02 tín hiệu Input khi chuyển từ trạng ON sang OFF hay ngược lại. Diagnostics: là ứng dụng để kiểm tra quá trình hoạt động của thiết bị cũng như kiểm tra lỗi trong quá trình vận hành.
Double-point status: tín hiệu trạng thái 02 bit. o Giá trị 1 và 2 tương đương trạng thái NORMAL or VALID. o Giá trị 0 và 3 tương đương trạng thái TRAVELLING or ABNORMAL or INVALID states. Latency: độ trễ là thời gian tính từ khi tín hiệu từ bộ cảm biến truyền đến người dùng hoặc ứng dụng đầu tiên.
Local area network (LAN): là mạng nội bộ thường được dùng trong 01 trạm điện hoạc 01 văn phòng. Mạng LAN thường được thiết kế cho 01 khu vực nhỏ như trạm điện hoặc văn phòng. Mạng LAN trong trạm điện cũng có thể phân thành nhiều mạng Sub hoặc nhiều phân đoạn để dễ dàng trong việc quản lý các tiến trình và lưu lượng. Mạng Serial cung có thể sử dụng trên hạ tầng mạng LAN.
Lock-out period: là tham số được định nghĩa là khoảng thời gian giải trừ quá trình ra lệnh từ bộ phận vận hành từ lúc thiết bị nhân lệnh và bị lỗi trong quá trình trao đổi. pseudo points: là dữ liệu hệ thống phát sinh nội bộ bên trong hệ thống do hệ thống ứng dụng phần mềm tạo ra. Nó thường là kết quả tính toán hoac biến hệ thống. recloser: Tính năng tự đóng lai hoặc thiết bị đóng cắt trên lưới phân phối.
Resolution: độ phân giải của 01 giá trị khi tăng, dùng trong đo lường hoặc thời gian truyền. 7 scan (interrogation): là tiến trình xử lý thu thập dữ liệu từ trung tâm đến thiết bị. scan cycle: là chu kỳ thời gian để quét lại toàn bộ dữ liệu từ trạm lên trung tâm. Scan Enable: là tính năng bật tắt chức năng scan Select Before Operate: là 02 phần quá trình xử lý lệnh điều khiển để đảm bảo về mặt an ninh đường truyền trước khi xử lý.
Single point/multiple point control:Điều khiển 01 điểm đơn hay là 01 tập nhiều điểm Time skew: Thời gian nghiêng: Thời gian trôi qua giữa khi các giá trị đầu tiên trong một tập hợp các phép đo được thực hiện cho đến khi giá trị cuối cùng của cùng một tập các phép đo được thực hiện. Các tập dữ liệu có thể bao gồm các phép đo được thực hiện trong một gần, như trong một trạm duy nhất, hoặc trên một khu vực địa lý rộng lớn như trong các phép đo lưu lượng cho một mạng truyền dẫn lớn. Unavailability: là tỷ số downtime/(uptime + downtime). Hoặc là tổng thời gian của (uptime + downtime), hoặc downtime/(uptime + downtime).
Ví dụ là 4h/tháng. update periodicity: chu kỳ update thường sử dụng cho các giá trị đo lường. virtual input/output (I/O): là các giá giả lặp trạng thái thiết bị như satus, control, or analog mà không cần phải đấu dây. Wide area network (WAN): là mạng diện rộng cho 01 khu vực địa lý lớn là tập hợp nhiều mạng LAN.3 Tổng quan hệ thống 2.1 Tổng quan Trong những năm gần đây, dựa trên mạng tự động hóa trạm đã phát triển rất nhiều với việc sử dụng các IED.
Việc xử lý hiện đang được phân phối và sử dụng 8 các chức năng mà phải được thực hiện tại các trung tâm điều khiển, đơn vị thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) bây giờ có thể được thực hiện bởi các IED hoặc một nhóm các IED mạng.
