Đồ án: Scada trong hệ thống điện

Chia sẻ: Ngo Hoan Kha | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

1.303
lượt xem 450
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án: Scada trong hệ thống điện giúp bạn nắm bắt khái quát chung về Scada, ứng dụng trong công tác điều độ hệ, tổ chức của Scada trạm, trạm điện và Scada trạm. Cùng tham khảo nhé.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Scada trong hệ thống điện

Đồ án Scada trong hệ thống điện Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Cưng 1
MỤC LỤC Trang Chương 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SCADA ................................................... 5 1 .1 Tổng quan chung về SCADA ......................................................................... 5 1 .2 Các ứng dụng vào thực tế và so sánh lợi thế với hệ cũ:................................... 6 1 .3 Kết cấu của một hệ SCADA................................................................ ........... 7 1 .4 Phần cứng và ph ần mềm của hệ SCADA: .................................................... 10 1 .5 Truyền tin trong hệ SCADA................................................................ ......... 10 1 .6 Những yêu cầu chung về một hệ SCADA .................................................... 12 1 .7 Ứng dụng trong công tác điều độ hệ thống điện Việt Nam ........................... 13 1 .8 Nguyên lý làm việc của hệ thống SCADA ................................................... 13 1 .9 Ứng dụng SCADA trên lưới điện ................................................................. 14 Chương 2: ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TÁC ĐIỀU ĐỘ HỆ ........................ 19 SCADA trạm và các chức năng của SCADA trạm ...................................... 19 1. 2 . Các kiến trúc của SCADA trạm ..................................................................... 20 Lợi ích của việc sử dụng SCADA trạm ....................................................... 21 3. Chương 3: TỔ CHỨC CỦA SCADA TRẠM ................................ ..................... 23 1 . Tổ chức của SCADA ................................ ................................ ..................... 23 2 . Lựa chọn hệ điều hành ................................................................................... 24 3 . Triển khai xây dựng bộ phần mềm cho SCADA trạm .................................... 26 Chương 4: TRẠM ĐIỆN VÀ SCADA TRẠM ................................................... 27 1. SCADA trong hệ thống điện lực ..................................................................... 27 2 Các loại h ình SCADA trong hệ thống điện...................................................... 29 2
LỜI CẢM ƠN Sau hơn 8 tu ần thực hiện, đến nay đồ án em đ ã hoàn thành. Việc thực hiện đồ án tuy gặp nhiều khó khăn do về kiến thức còn hạn chế và nguồn tài liệu còn thiếu và kinh nghiệm thực tế tuy nhiên với sự giúp đỡ và hướng dẫn của thầy cô và các b ạn cùng lớp n ên đến nay đồ án của em đã hoàn thành đúng tiến độ. Nhân đây, em xin chân thành cám ơn các thầy cô bộ môn kỹ thuật điện và đặc b iệt là th ầy Trần Trung Tín và cùng tất cả các bạn đã giúp em hoàn thành tốt đồ án n ày. Và m ột lần nửa xin cám ơn tất cả các thầy cô và các bạn giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Xin trân thành cám ơn. Cần Thơ ngày 24 tháng 10 năm 2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Cưng 3
LỜI MỞ ĐẦU Với su hướng công nghiệp hóa hiện đất nước thì ứng dụng công nghệ mới vào sản xuất và công tác qu ản lí ngày càng được mở rộng và áp dụng ngày càng rộng rãi h ơn. Và nghành kỹ thuật điện cũng thế các hệ thống quản lí bằng các phần mềm cũng đư ợc mở rộng. Scada là hệ thống quản lí thu nhập dữ liệu, giám sát và điều khiển từ xa hết sức h iện đại mà nước đang dần áp dụng vào hệ thông điện nư ớc ta. Và ngay bây giờ tôi xin giới thiệu đến các bạn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng scada vào hệ thống điện ở Việt Nam chúng ta. Do hạn chế về kinh nghiệm thực tiễn, nguồn tài liệu h ạn chế và kiến thức thực tế và thời gian nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót mong thầy và các bạn thông cảm bỏ qua và góp ý thêm để đồ án đư ợc hoàn chỉnh hơn. Em xin trân thành cám ơn. 4
Chương 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SCADA 1.1 Tổng quan chung về SCADA a. Định nghĩa: SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa. Người vận h ành có th ể nhận biết và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông. Nói cách khác, SCADA thường đư ợc dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện các chức năng sau:  Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến.  Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.  Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý.  Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà máy.  Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính xác. b. Chức năng và vai trò: Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức theo nhiều cấp quản lý. Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu thập và điều khiển giám sát riêng lên từng đối tượng cụ thể của hệ thống. Chính vì thế việc SCADA cho một hệ thống sản xuất công nghiệp cũng được phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tuỳ vào quy mô của từng cấp mà có nh ững yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA là ph ải thực hiện những dịch vụ sau:  Thu thập số liệu từ xa (qua đư ờng truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và tổ chức việc lưu 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 h ệ sản xuất trên cở sở các dữ liệu đ ã thu th ập được.  Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài h ệ (đọc/viết số liệu P LC/RTU, trả lời các bản tin yêu cầu từ cấp trên về số liệu, về thao tác hệ). 5
 Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm theo một phương thức truyền thông n ào đó đ ể tự động hoá việc quản lý giám sát, điều khiển cho một đối tượng 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 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 đưa 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 n ày góp ph ần đáng kể trong việc giảm giá th ành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh. 1.2 Các ứng dụng vào thực tế và so sánh lợi thế với hệ cũ: Các h ệ thống SCADA đ ược dùng cho hệ thống điện, hệ thống xe lửa, nhà máy nước sạch, trạm xử lý nước sạch, h àng h ải… Hệ thống SCADA của ngành điện Việt nam hiện nay đ ược chia th ành ba cấp: cấp quốc gia, cấp Bắc Trung Nam và cấp tỉnh. Khi hệ thống trở th ành phức tạp hơn, có th ể sẽ có cấp huyện. Trung tâm điều độ quốc gia theo dõi và điều khiển các nh à m áy phát điện, các đường dây/trạm 500kV và các đường dây/trạm 220kV lớn. Ba trung tâm điều độ miền theo dõi và đ iều khiển các đường dây/trạm 220kV và các đường dây/trạm 110kV lớn trong khu vực mình. Các trung tâm điều độ cấp tỉnh theo dõi và điều khiển hệ thống phân phối điện trong khu vực của mình. Các h ệ thống SCADA dùng RTU ngày càng được thay thế bởi PLC, trong hệ SCADA cho hệ thống điều độ điện cấp quốc gia hay miền cũng đang ngày càng đi theo xu thế này. Việc xây dựng các hệ thống SCADA dùng PLC sẽ đem lại các lợi th ế sau:  Kinh phí sẽ thấp hơn nhiều.  Các h ệ điều khiển cũ có nhiều tủ, bảng, khoá, nút ấn… Do đó chúng rất cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích.Ngoài ra còn rất khó khăn trong việc lắp đặt, kiểm định, vận h ành, giám sát, bảo dư ỡng. Tuy nhiên công việc này sẽ rất đơn giản nếu chúng ta sử dụng hệ SCADA d ùng PLC. 6
 Các kỹ sư Việt Nam dễ tiếp cận với công nghệ PLC hơn và do đó kh ả năngthiết kế, nâng cấp và làm chủ công nghệ dễ d àng hơn.  Mua thiết bị dễ dàng hơn.  Dễ bảo dưỡng và thay thế các thiết bị.  Đặc biệt với hệ SCADA th ì việc thu thập, lưu trữ, báo cáo, thống kê, phân tích hệ thống rất dễ dàng.  Các h ệ thống SCADA sẽ trở n ên đơn giản hơn và phổ biến hơn trong tương lai bởi lẽ các thiết bị trong lĩnh vực tự động hoá đang ngay càng phát triển mạnh. Hình 1.1 Cấu trúc hệ SCADA cơ bản 1.3 Kết cấu của một hệ SCADA Nói một cách đơn giản, hệ thống SCADA có ba phần: Các PC ở phòng điều khiển trung tâm, các RTU( remote terminal unit) hay PLC(programable logic controller) ở các trạm xa và thiết bị thông tin để kết nối hai phần trên với nhau. Kết cấu phần mềm của phần PC ở phòng điều khiển trung tâm được thể hiện trong bảng Hình 1. Chúng ta sẽ thấy các chức năng của các PC của hệ thống 7
SCADA tương tự như phần HMI của hệ thống DCS: Hiển thị, điều khiển từ phòng đ iều khiển trung tâm, thu th ập dữ liệu, quản lý các số liệu, quản lý báo động, b áo cáo. Các hệ thống SCADA cũ chạy trên môi trường DOS, VMS hay UNIX. Các h ệ thống mới hơn chạy trên nền của Windows, Linux. Hình 1.2 Kiến trúc phần mềm Client/Server của hệ SCADA a. SCADA Server SCADA Sever chính là máy Server của hệ thống SCADA ở trung tâm được nối với các RTU hay PLC. Trong cấu trúc phần mềm máy chủ Server đó có chức n ăng thu thập, chia sẻ dữ liệu với các máy Client thông qua m ang Ethernet và gửi 8
m ệnh lệnh từ các Client trực tiếp đến các bộ điều khiển.Vì vậy trên các máy Server thường đư ợc dùng để cài đặt các phần m ềm phát triển (development), thiết lập cấu h ình truyền thông để kết nối với thiết bị hiện trường. b. SCADA Client SCADA Client gồm các máy tính công nghiệp được nối với máy Server bằng m ạng Ethernet. Các máy tính n ày sẽ được cài các ph ần mềm giao d iện ngư ời máy (Human Machine Interface) kết nối với dữ liệu của máy Server đ ể hiển thị hoặc đ iều khiển. Tức là các máy Client nay sẽ thu thập các trạng thái và điều khiển các bộ controller gián tiếp thông qua máy Server. Mối quan hệ giữa các Client và Server do các kỹ sư lập trình thiết lập, tuỳ thuộc vào ph ần mềm công nghiệp được sử dụng trong hệ SCADA. c. PLC- RTU RTU đư ợc định nghĩa là một thiết bị được điều khiển bằng bộ vi xử lý, có kh ả n ăng xử lý các đầu vào ra theo th ời gian thực, thu thập số liệu và báo động, báo cáo về SCADA Server, và thi hành các lệnh của SCADA Server. Theo truyền thống, hệ thống SCADA th ường sử dụng các thiết bị RTU. Nhưng ngày nay, với sự phát triển của PLC, các nhà tích h ợp hệ thống thích dùng PLC thay vì RTU cho việc thiết kế cho nhiều hệ thống SCADA. 9
Các RTU và các PLC được nối với các I/O tại các trạm. Các đầu vào, qua RTU h ay PLC cho các thiết bị SCADA ở phòng điều khiển trung tâm biết trạng thái của h ệ thống tại hiện trường.Thiết bị SCADA có thể điều khiển bằng cách thao tác đầu ra, cũng như qua các RTU hayPLC. Như vậy, RTU và PLC là thiết bị được trực tiếp nối với I/O và trung tâm điều khiển tín hiệu. 1.4 Phần cứng và phần mềm của hệ SCADA: a. Phần cứng Tu ỳ thuộc vào từng hãng ch ế tạo, các hệ SCADA sẽ mang một số đặc điểm khác nhau, tuy nhiên nói chung phần cứng của hệ SCADA sẽ gồm những ph ần sau:  Máy tính PC với các dịch vụ truyền thông chuẩn và các chương trình giao diện đồ hoạ được thiết kế sẵn.  Các bộ điều khiển logic có khả năng lập trình PLC (Programmable Logic Controller).  Các transmitter/RTU số thông minh.  Card m ạng và hệ thống cáp nối đi theo phục vụ cho quá trình thu thập và điều khiển. b. Phần mềm Phần mềm của SCADA là m ột chương trình thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của một hệ SCADA. Phần mềm phải có khả năng thu thập dữ liệu theo thời gian thực và có khả năng điều khiển đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Ngoài ra, phần m ềm SCADA phải có khả năng kết nối mạng, chẳng hạn như Internet hay Ethernet, đ ể có thể chuuyển các b áo cáo dưới nhiều hình thức khác nhau, như d ạng bảng thống kê, d ạng biểu đồ hay dạng đồ thị. 1.5 Truyền tin trong hệ SCADA a. Các dạng truyền tin trong hệ SCADA Ngoài việc sử dụng các máy tính công nghiệp, các Server, thiết bị mạng… ở phòng theo dõi trung tâm. Một bộ phận không thể thiếu được trong hệ thống SCADA là hệ thống truyền tin. Nó liên quan đến tính ổn định và sự chính xác của h ệ thống. Vì vậy, một hệ truyền tin được chọn trong một hệ SCADA ph ải thoả mãn 10
các tiêu chuẩn như: giải tốc độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bô hay d ị bộ, khoảng cách đ ịa lý… Hệ thống truyền tin được chọn phải tương thích với thiết bị trường và máy chủ Server. Một số thiết bị có thể sử dụng đ ược để truyền dữ liệu trong hệ SCADA như sau: Modem RDT (Radio Data Technology) của Anh quốc có các loại truyền sóng Radio, vô tuyến; các thiết bị thu phát sóng của Motorola, các bộ RTU, GPS. Tuỳ theo mô hình, phạm vi của từng hệ SCADA mà ta áp dụng từng loại thiết bị trên sẽ phát huy hết tính năng tác dụng của nó. Hệ thống SCADA cấp quốc gia và miền dùng các RTU được thiết kế đặc b iệt cho ngành điện (theo tiêu chuẩn IEEE và IEC, có kh ả năng chịu đư ợc nhiễu điện từ…). Các thiết bị RTU thông minh với các trung tâm điều độ qua thủ tục truyền tin IEC-870-5-101. Ngoài ra, với nhiều hệ SCADA dùng PLC dùng thủ tục truyền tin là Profibus. Bảng dưới đây tổng kết lại các dạng truyền tin thường dùng trong hệ SCADA: b. Truyền tin số Truyền tin số là truyền đi các bản tin số ( m ã dưới dạng bit, byte…) từ nơi phát đến nơi thu có những tín hiệu truyền để đãm b ảo truyền số liệu. 11
Truyền từ ứng dụng này đến một ứng dụng khác, trong truyền tin công n ghiệp th ường là: giữa một ứng dụng chủ với ứng dụng slave hay giữa một ứng dụng khách hàng với ứng dụng server phục vụ hoạc giữa các ứng dụng chủ với các ứng dụng slave của mỗi master với nhau, hay giữa các master với nhau. c. Truyền tin hiện trường Việc truyền tin hiện trường nh àm đ ảm bảo việc máy chủ thường xuyên thông tin với các PLC hay RTU. Các thông tin được thống nhất theo kiểu : -Máy chủ gửi từ một bảng tin từng lệnh đến PLC hay RTU trên bus mutidros. -PLC hay RTU liên quan thực hiện mỗi lệnh đó và gửi tin trả lời kết quả. Các b ản tin do máy chủ gửi đi thường là lệnh read các loại số liệu của PLC h ay RTU và m ột vài lệnh write một số hệ số bằng số gán địa chỉ hay đơn vị cho các số đó. Các bản tin tức thời thường đ ược gửi về các số lư ợng trạng thái đo của PLC h ay RTU hay báo cáo có tình trạng có sai trong bản tin nhận đư ợc. 1.6 Những yêu cầu chung về một hệ SCADA a. Những yêu cầu chung về phần cứng: • Máy tính PC dùn g để thu thập và điều khiển phải mang tính phổ thông và có khả năng giao tiếp tốt với các hãng thiết bị phần cứng khác nhau. • Có hệ điều hành đa nhiệm có khả năng mở rộng và giao tiếp dễ dàng với các phần mềm và ph ần cứng khác. b. Những yêu cầu chung về phần mềm: • Có kh ả năng tương thích với các giao thức (Protocol) thông dụng. • Dễ dàng thiết kế và nâng cấp khi cần thiết. c. Về dịch vụ SCADA: • Có kh ả năng thu thập, lưu trữ, sử dụng số liệu được ít nhất trong một n ăm. • Cung cấp sự giao tiếp và giao diện dễ dàng cho ngư ời sử dụng và vận h ành. Dể d àng cho ngươì dùng hiển thị sơ đồ và đồ thị trong giám sát cũng như in báo cáo. 12
• Giúp thao tác điều khiển từ xa dễ dàng, tuy nhiên vẫn phải bảo đảm thao tác đ iều khiển bằng tay. d. Yêu cầu về giá thành và chi phí lắp đặt phải rẻ, hợp lý. 1.7 Ứng dụng trong công tác điều độ hệ thống điện Việt Nam Quá trình phát triển của công nghệ điều khiển hệ thống điện: Từ những năm 1970, hệ thống máy tính đã được ứng dụng rộng rãi trong các trung tâm điều độ hệ thống điện lớn trên thế giới. Lúc đầu, hệ thống máy tính phục vụ việc quản lý kỹ thuật, quản lý các dữ liệu, các thiết bị trên hệ thống điện và ph ục vụ việc tính toán các bài toán rời rạc, đơn lẻ. Dần dần các phần mềm chuyên dụng phục vụ quản lý, đ iều hành hệ thống điện được ra đ ời. Vào đầu những năm 1980,, hầu hết các trung tâm điều khiển của các hệ thống đ iện lớn trên th ế giới đ ã được trang bị “Hệ thống thu thập dữ liệu và giám sát điều khiển” gọi tắt là SCADA. Chức năng cơ bản của hệ thống SCADA là thu nhận tự động, xử lý các dữ liệu, hiển thị trên màn hình bảng sơ đồ các tín hiệu thời gian thực của các phần tử trên hệ thống điện như: tần số, điện áp các điểm nút, thông số vận h ành (công su ất tác dụng, công suất phản kháng, dòng điện, điện áp, nhiệt độ, áp lực dầu…) của các thiết bị (máy phát điện, máy biến áp, đư ờng dây điện…). Nó h iển thị trạng thái làm việc của tất cả các thiết bị đóng cắt, tăng giảm nấc phân áp của máy biến áp… giúp cho các k ỹ sư điều hành hệ thống điện điều khiển từ xa, theo dõi, giám sát sự làm việc của to àn bộ hệ thống điện. 1.8 Nguyên lý làm việc của hệ thống SCADA Khi các thiết bị đang vận hành vi ph ạm các giới hạn cho phép của các thông số k ỹ thuật hoặc bị sự cố, hệ thống tự động đưa ra các tín hiệu cảnh báo dạng chuông, còi; hiển thị nội dung sự kiện cảnh báo bằng những dòng lệnh theo màu sắc và nhấp nháy, điều này giúp cho các kỹ sư điều hành hệ thống đ iện có những hành động ứng xử kịp thời để đưa các thiết bị trở lại trạng thái vận hành bình thường hoặc đưa các thiết bị dự phòng vào ho ạt động thay thế nhằm đảm bảo cho hệ thống điện vẫn làm việc ở trạng thái ổn định và kinh tế. Tất cả các sự kiện xảy ra đối với các thiết bị trên hệ thống điện, đối với các chế độ vận hành hệ thống điện đều được lưu trữ tự động theo trật tự thời gian, có độ chính xác đến từng mili giây(ms), có thể truy xuất 13
khi cần thiết dưới dạng các bảng biểu, đồ thị giúp cho quá trình xử lý và phân tích sự cố được chính xác. Hệ thống SCADA cho phép các kỹ sư điều h ành có thể thực hiện các thao tác, đ iều khiển các thiết bị từ xa như khởi động hay ngừng các tổ máy phát điện, thay đổi công suất theo yêu cầu, đóng cắt các thiết bị, điều chỉnh nấc điện áp của các m áy biến áp… Khả năng này cho phép giảm bớt nhân lực, tiến tới có thể xoá bỏ chế độ người trực vận hành ở các trạm điện, các nhà m áy. Các thiết bị làm việc hoàn toàn tự động, được điều khiển từ xa từ các trung tâm điều độ. Từ thập kỷ 90 trở lại đ ây, các h ệ thống tích hợp thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát được ứng dụng và phát triển rộng rãi. Chức năng cơ b ản của hệ thống SCADA tích hợp là nó được trang bị thêm nhiều phần mềm ứng dụng khác hỗ trợ trong việc tự động lấy các dữ liệu thời gian thực của hệ thống, đ ưa vào tính toán và cho ra kết quả bằng các lệnh đ iều khiển trực tiếp lên một phần thiết bị của hệ thống điện hoặc đ ưa ra các khuyến cáo cụ thể cho các kỹ sư điều h ành thực hiện nhằm đảm bảo sự làm việc của hệ thống điện được ổn định, an toàn và kinh tế nhất. Các phần mềm ứng dụng thông thường đi kèm là: - Điều khiển phát điện tự động (AGC: Automatic Generation Control). - Điều độ kinh tế (ED: Economic Dispatch). - Phân tích ch ế độ đột biến (CA: Contingency Analysis). - Đánh giá trạng thái (SE: State Estimation). - Tính toán trào lưu công suất (DLF: Dispatch Load Flow). - Tối ưu hoá trào lưu công su ất (OPF: Optimal Power Flow). - Dự báo phụ tải (LF: Load Forecast). - Lập kế hoạch vận hành (GP: Generation Planning). 1.9 Ứng dụng SCADA trên lưới điện Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ứng dụng của các hệ thống thông tin đo lường điều khiển xa ngày càng rộng. Xét trong ph ạm vi một nh à máy điện, đó là hệ thống tự động hoá nhà máy, đối với trạm biến áp là hệ thống tự động hoá trạm (Substation Automation System - SAS). Từ năm 1994 cùng với việc xây dựng hệ thống tải điện 500 kV, Trung tâm Điều độ HTĐ quốc gia ra đời với phần trung tâm 14
của nó là h ệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Sau đó lưới điện phân phối của các công ty Điện lực cũng từng bước được áp dụng hệ thống SCADA/EMS (Energy Management System), mở ra một triển vọng vận hành HTĐ an toàn, liên tục và kinh tế. Ảnh minh hoạ a . Nguyên lí làm việc: Nguyên tắc làm việc của hệ thống SCADA như sau: - Thu thập dữ liệu: Dữ liệu từ các trạm biến áp và các nhà máy điện được chia làm ba loại chính:  Dữ liệu trạng thái: trạng thái các máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, các khoá điều khiển từ xa/tại chỗ v.v... Các cảnh báo của các bảo vệ.  Dữ liệu tương tự: Công suất tác dụng MW, phản kháng MVAr, điện áp, dòng điện, vị trí nấc biến áp v.v...  Dữ liệu tích luỹ theo thời gian: Điện năng kWh, kvarh v.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. 15
- Điều khiển: Lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA của trung tâm điều độ thông qua kênh truyền gửi đến RTU (hoặc SAS), các lệnh điều khiển có thể là: . Lệnh đóng cắt máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa (open/close). . Lệnh điều khiển tăng giảm (Raise/Lower) . Lệnh điều khiển thay đổi giá trị đặt (Setpoint) - Giám sát: Dữ liệu thu thập từ các trạm về trung tâm điều khiển sẽ được máy tính xử lý: + Hiển thị trên các sơ đồ, bảng biểu và các d ạng đồ thị xu hướng. + Đối với dữ liệu trạng thái (máy cắt, dao cách ly, cảnh báo v.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. + Đối với dữ liệu giá trị đo xa, dữ liệu nhận được sẽ được kiểm tra so sánh với các ngư ỡng dưới và ngưỡng trên (đ ã được định trước), nếu giá trị đo được bị vi phạm th ì hệ thống sẽ phát cảnh báo cho người vận hành. b.Các chức năng SCADA • Thu thập dữ liệu, • Điều khiển giám sát, • Giao tiếp người máy đồ họa hoàn toàn, • Điều khiển cảnh báo và sự kiện, • Ghi nh ận trình tự các sự kiện, • Lưu trữ và khôi phục dữ liệu quá khứ, • Phân tích dữ liệu sự cố, • Phân tích kết dây và trạng thái hệ thống, • Xu hướng của dữ liệu động và dữ liệu quá khứ, • Tạo báo cáo, th ường lệ và đặc biệt, • Biến cố và thẻ báo thiết bị đóng cắt, • Thông tin liên lạc với các Trung tâm Điều độ. c .Các chức năng EMS trong lưới truyền tải 16
Hệ thống quản lý năng lư ợng (EMS) cung cấp cho Trung tâm Điều độ phương tiện để điều khiển và vận hành một cách tối ưu HTĐ. Các chức năng chính của bộ chương trình EMS đáp ứng yêu cầu vận h ành an toàn và kinh tế. Các chương trình ứng dụng bao gồm: • Thiết lập trạng thái kết dây và đánh giá trạng thái. • Phân tích đột biến (bao gồm cả tự động lựa chọn trường hợp đột biến), • Trào lưu công suất cho kỹ sư điều hành. • Vận h ành kinh tế trong điều kiện có ràng buộc. • Phần mềm huy động thủy điện. • Tự động điều khiển phát điện (AGC). • Trào lưu công suất tối ưu. • Dự báo phụ tải. • Phối hợp thuỷ-nhiệt điện. •Huy động tổ máy. Các chương trình trên được hỗ trợ cho cả chế độ thời gian thực và chế độ n ghiên cứu. Do tính ch ất quan trọng của hệ thống SCADA/EMS m à hầu hết các thiết bị đều có cấu h ình kép. Tương tự như đối với lưới truyền tải, để quản lý vận h ành lưới điện phân phối cao áp ngư ời ta sử dụng hệ thống SCADA/DMS. Trong đó DMS (Distribution Management System) là các ứng dụng đi cùng với hệ thống SCADA phục vụ quản lý lưới điện phân phối. Ngoài ra để phục vụ cho quản lý vận h ành lưới trung thế phân phối còn có h ệ thống tự động hóa lưới phân phối DAS (Distribution Automation System). d .Các Chức năng DMS trong lưới phân phối. Các chức năng DMS giúp vận h ành lưới điện phân phối an toàn và hiệu quả nhất, các chức năng điển h ình như sau: . Tô màu động theo phân cấp điện áp, phân loại thiết bị hoặc theo mức mang tải v.v... . Tính toán trào lưu công su ất . Tính toán ngắn mạch . Cân bằng phụ tải cho các xuất tuyến hoặc các máy biến áp 17
. Tối thiểu hóa tổn thất công suất theo ràng buộc lưới . Định vị sự cố . Cô lập điểm sự cố và khôi phục lưới . Lập kế hoạch sửa chữa lưới điện . Sa thải phụ tải . Mô phỏng phục vụ đào tạo điều độ viên Hiện nay EVN có một số đơn vị đã đưa hệ thống SCADA/DMS vào vận h ành, có một số hệ thống do ABB cung cấp, hệ thống cũ h ơn vận hành tại Công ty Điện lực TP Hồ Chí Minh, hệ thống mới vận h ành tại Công ty Điện lực Hà Nội. Công ty Điện lực Đồng Nai, các Điện lực Cần Thơ, Lâm Đồng thuộc Công ty Điện lực 2 cũng đã triền khai thành công hệ thống SCADA/DMS trên lưới điện phân phối. Công ty Điện lực 3 đang cùng với ABB Oy triển khai dự án để đưa h ệ thống SCADA/DMS vào vận hành tại các thành phố Đà Nẵng, Huế, Quy Nhơn và Buôn Mê Thuột 18
Chương 2 ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TÁC ĐIỀU ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM KHÁI QUÁT VỀ SCADA TRẠM 1. SCADA trạm và các chức năng của SCADA trạm SCADA trạm là một hệ thống tự động hoá bằng máy tính và sử dụng các transmitter/sensor thông minh để giúp việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển hoạt động của trạm. Cấu trúc chủ yếu của trạm là gồm: máy tính làm nhiệm vụ thu th ập, lưu trữ, hiển thị số liệu và xử lý số liệu để điều khiển trạm, để kết nối thông tin với các thiết bị đo lường và điều khiển thông minh. SCADA trạm có các chức năng cơ bản sau: • Thu th ập số liệu các thanh cái của trạm bao gồm bộ các thông số(U, I, P,Q…) của các phần tử và trạng thái của các thiết bị trong trạm(chủ yếu là trạng thái máy cắt, trạng thái cầu dao, điện áp trên thanh cái… ). • Th ực hiện các lệnh theo yêu cầu của người điều hành hệ thống và người trực trạm đưa ra hoặc của SCADA điều độ cấp trên. Việc điều khiển chủ yếu là đóng cắt các máy cắt và điều chỉnh tăng giảm nấc phân áp của máy biến áp. • Cung cấp giao tiếp người - m áy với người điều hành hay người trực trạm: các control pannel, các b ảng mạch mà trên đó ta dùng để biểu thị các thiết bị, thông số giờ đây ta thay thế bằng giao tiếp bởi màn hình, chuột, bàn phím. Giao diện người – m áy(HMI) của SCADA trạm cho phép ngư ời dùng dễ dàng hơn trong việc giám sát, thu th ập dữ liệu, điều khiển, quản lý h ệ thống và vận hành trạm. 19
• Ghi nhận, quản lý, lưu giữ lịch sử vận hành trạm, lịch sử các sự kiện như: báo động, sự cố; lưu trữ các quá trình thao tác trong h ệ. Điều n ày sẽ rất có ích trong việc phát hiện và sử lý khi có lỗi xảy ra. • Quản lý cơ sở dữ liệu lịch sử của trạm để phục vụ trong việc in báo cáo với cấp trên, gửi số liệu lên SCADA điều độ cấp trên. • Có một cơ chế tự động tạo và in các báo các khi cần thiết. • Có khả năng truyền thông với cấp trên như: nhận lệnh từ cấp trên đưa xuống và tiến hành gửi các báo cáo theo yêu cầu của cấp trên. • Truyền tin với cấp dưới của SCADA trạm là các transmitter, sensor, cơ cấu chấp h ành. 2. Các kiến trúc của SCADA trạm Hiện nay các thiết bị đo lường và điều khiển thông minh, các transmitter số h ợp bộ, các RTU và các PLC đang phát triển mạnh và bắt đầu được ứng dụng ngay càng rộng rãi hơn trong hầu hết các ngành công nghiệp từ các khu chế biến thực phẩm, n ơi các nhà máy xí nghiệp sản xuất mà dường như trước đây không m ấy khi sử dụng đến các thiết bị tự động hoá, cho đến các khu chế xuất, các khu công n ghiệp. Ở một số nước tiên tiến, các hệ thống SCADA sử dụng RTU hay PLC đang n gày càng được phát triển. Tuy nhiên xu hướng người ta ngày càng sử dụng PLC thay cho các RTU càng ngày càng được ưa chuộng hơn. Rất nhiều phần mềm SCADA đã ra đời với nhiều hỗ trợ hơn cho người thiết kế hệ thống, một số sản phẩm, thiết bị của nhiều hãng như Wonderware, Siemens, Nari… đ ã ra đời và được đưa ra th ị trường. Nói chung, chúng ta có thể phân các sản phẩm n ày thành một số kiểu cấu trúc sau: 20