Đặt vấn đề Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, nguồn điện cũng phải đáp ứng những đòi hỏi về công suất và chất lƣợng. Vấn đề công suất phát ra phải đƣợc đƣa đến và tận dụng một cách hiệu quả nhất, không để lãng phí quá nhiều, ảnh hƣởng đến kinh tế là một bài toán đang rất đƣợc quan tâm. Nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp, phƣơng thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, giảm tổn thất điện năng trên lƣới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện đang là một trong những chỉ tiêu thi đua quan trọng nhất trong Tập đoàn Điện lực Việt Nam. Trƣớc những yêu cầu trên, ngoài việc mở rộng và phát triển nguồn điện thì vấn đề nghiên cứu, đƣa ra các giải pháp vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả 1 Luan van vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, giảm tổn thất điện năng trên lƣới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện là một vấn đề cấp bách hiện nay.
Mục đích và nhiệm vụ của luận văn Với tính cấp thiết nêu trên, luận văn đi nghiên cứu và ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA vào lƣới điện phân phối 22 kV là nhằm mở ra một phƣơng thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, giảm tổn thất điện năng trên lƣới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện. Đồng thời luận văn cũng đi nghiên cứu phần mềm ePowerMan là công cụ để hỗ trợ giám sát, truy xuất nhanh chóng, điều hành hoạt động của hệ thống lƣới điện hiệu quả hơn. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giám sát khai thác dữ liệu online MIMIC (Modified Intergration Microprocessor Intergration Communication) vào lƣới điện phân phối 22 kV là nhằm mở ra một phƣơng thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, và độ tin cậy cung cấp điện. Nghiên cứu việc liên kết với board mạch giám sát MIMIC đƣa ra ngoài bảng điện và phần mềm ePowerMan để hỗ trợ giám sát, truy xuất nhanh chóng, điều hành hoạt động của hệ thống lƣới điện hiệu quả.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tƣợng Nghiên cứu các giải pháp, phƣơng thức điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu các thiết bị trên lƣới điện phân phối, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, và độ tin cậy cung cấp điện.2 Phạm vi Lƣới điện phân phối, ứng dụng phần mềm ePowerMan và hệ thống điều khiển giám sát khai thác dữ liệu là tổng hợp các giải pháp của điều khiển từ xa và giám sát 2 Luan van hệ thống phân phối và truyền tải. Công nghệ phần mềm hệ thống MIMIC cũng có thể sử dụng tốt nhƣ giao thức ngƣời - máy hệ thống tự động, nó cũng thích hợp với việc hỗ trợ giám sát trạng thái tổng thể tình trạng vận hành lƣới điện và quản lý hoạt động của thiết bị trên lƣới điện phân phối của Công ty Điện lực Bến Tre. Điểm mới của luận văn Xây dựng giải pháp, phƣơng thức điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mới trên lƣới điện phân phối bằng bảng điện MIMIC kết hợp với phần mềm ePowerMan để thu thập dữ liệu truyền tự động về Trung tâm từ các thiết bị điện tử thông minh trên lƣới nhƣ: Recloser, LBS, tụ bù, điện kế điện tử,… Sử dụng mạng cáp quang nội tỉnh của Công ty Điện lực Bến Tre để truyền dẫn các thông số vận hành từ thiết bị điện bên ngoài nhƣ: Recloser, bộ điều khiển tụ bù truyền về Phòng Điều Độ của Công ty Điện lực Bến Tre, để điều hành quản lý hệ thống điện (HTĐ) hiệu quả. Giá trị thực tiễn Sử dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu vào lƣới điện phân phối 22 kV là nhằm mở ra một phƣơng thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, giảm tổn thất điện năng trên lƣới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện.
Bố cục của luận văn Cấu trúc của luận văn gồm 4 chƣơng, cụ thể nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan. Chƣơng 2: Cở sở lý thuyết. Chƣơng 3: Ứng dụng hệ thống SCADA trên lƣới điện phân phối. Chƣơng 4: Kết luậnvà Hƣớng phát triển.
Tài liệu tham khảo 3 Luan van Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Khái quát về SCADA 1.1 Tổng quan về SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con ngƣời trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thƣờng. Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ thống SCASA phải có hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng nhƣ hệ giao diện ngƣời – máy (HMI – Human Machine Interface).1: Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn ngƣời ta cũng cần giao 4 Luan van diện ngƣời – máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều khiển cục bộ. Vì lý do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận hành (OP – Operator Panel), màn hình sờ (TP – Touch Panel), Multi Panel … chuyên dụng đƣợc sử dụng nhiều và chiếm vai trò quan trọng hơn. Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm để xử lý.
Trong các hệ thống nhƣ vậy thì hệ truyền thông và phần cứng đƣợc đặt lên hàng đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn. Trong những năm gần đây sự tiến bộ vƣợt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống.2 Chức năng và vai trò của SCADA Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thƣờng đƣợc tổ chức theo nhiều cấp quản lý. Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lƣờng, thu thập và điều khiển giám sát riêng lên từng đối tƣợng cụ thể của hệ thống. Chính vì thế việc SCADA cho một hệ thống sản xuất công nghiệp cũng đƣợc phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tuỳ vào quy mô của từng cấp mà có những yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA là phải thực hiện những dịch vụ sau: - Thu thập số liệu từ xa (qua đƣờng truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và tổ chức việc lƣu trữ trong nhiều loại cơ sở số liệu (số liệu về lịch sử sản xuất, về sự kiện thao tác, về báo động…).
- Điều khiển và giám sát hệ sản xuất trên cở sở các dữ liệu đã thu thập đƣợc. - Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài hệ (đọc/viết số liệu PLC/RTU, trả lời các bản tin yêu cầu từ cấp trên về số liệu, về thao tác hệ). - Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm theo một phƣơng thức truyền thông nào đó để tự động hoá việc quản lý giám sát, điều khiển cho một đối tƣợng công nghiệp. Và ta nhận thấy rằng xu thế tự động hoá là một xu thế không thể tránh khỏi do vậy việc áp dụng bài toán SCADA là một việc 5 Luan van làm tất yếu nếu chúng ta không muốn tụt hậu trong sản xuất.
Vai trò của nó là rất rõ ràng, SCADA giúp ta thu thập rất chính xác về hệ thống từ đó có thể đƣa ra các quyết định đúng đắng về hệ, đồng thời ta cũng dễ dàng trong công tác điều khiển và ra quyết định. Việc làm này sẽ giảm đáng kể việc chi phí về vấn đề nhân lực, về vận hành điều này góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh.3 Nguyên lý hoạt động của SCADA 1.1 Cơ chế thu thập dữ liệu Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu đƣợc thực hiện trƣớc tiên ở quá trình các RTU quét thông tin có đƣợc từ các thiết bị chấp hành nối với chúng. Thời gian để thực thi nhiệm vụ này đƣợc gọi là thời gian quét bên trong. Các máy chủ quét các RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này.
Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thi nhiệm vụ.2 Xử lý dữ liệu Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA có thể là dạng liên tục (analog), dạng số (digital) hay dạng xung (pulse) Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống. Tại một thời điểm, dữ liệu đƣợc hiện thị dƣới dạng hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi theo. Trong trƣờng hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ SCADA thƣờng hiện thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ họa (GUI) dƣới dạng đồ thị. Một ƣu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lí lỗi rất thành công khi hệ thống xảy ra sự cố.
Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử lí sau: 6 Luan van Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có dung lƣợng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ đƣợc sao lƣu vào trong bộ nhớ của RTU. Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thƣờng.