Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giao thức truyền thông IEC 61850 trong trạm biến áp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:112

Thêm vào BST

Báo xấu

55
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thực hiện phân tích, khảo sát trạm tích hợp dựa trên những phân tích IED và những giao thức mạng dùng trong trạm biến áp. Phân tích tiêu chuẩn IEC 61850 thông qua việc phân tích mô hình đối tượng, mô hình trao đổi thông tin. Giới thiệu những mô hình dịch vụ truyền thông trong tiêu chuẩn IEC 61850.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giao thức truyền thông IEC 61850 trong trạm biến áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM -------------------- TRƯƠNG THẾ VIỆT NGHIÊN CỨU GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG IEC 61850 TRONG TRẠM BIẾN ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã ngành: 60520202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGÔ CAO CƯỜNG Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM ngày 02 tháng 02 năm 2013. Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) 1. PGS.TS. BÙI XUÂN LÂM 2. TS. NGUYỄN HÙNG 3. TS. TRƯƠNG VIỆT ANH 4. PGS.TS. NGÔ VĂN DƯỠNG 5. TS. ĐỒNG VĂN HƯỚNG Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Khoa quản lý chuyên ngành sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV PGS.TS. BÙI XUÂN LÂM
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP. HCM, ngày 02 tháng 02 năm 2013 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRƯƠNG THẾ VIỆT Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 25 - 02 - 79 Nơi sinh: Long An Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1181031071 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG IEC 61850 TRONG TRẠM BIẾN ÁP. II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Thực hiện phân tích, khảo sát trạm tích hợp dựa trên những phân tích IED và những giao thức mạng dùng trong trạm biến áp. - Phân tích tiêu chuẩn IEC 61850 thông qua việc phân tích mô hình đối tượng, mô hình trao đổi thông tin. - Giới thiệu những mô hình dịch vụ truyền thông trong tiêu chuẩn IEC 61850. - Áp dụng giao thức IEC 61850 vào việc phân tích trạm Thuận An 110/220KV. - Phân tích ngôn ngữ cấu hình trạm SCL và phương pháp xây dựng, cấu hình trạm thông qua phần mềm Kalkitech. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 21 tháng 06 năm 2012. IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 25 tháng 12 năm 2012. V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGÔ CAO CƯỜNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TS. NGÔ CAO CƯỜNG
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn. Trương Thế Việt
ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin được gửi lời cám ơn trân trọng và sâu sắc nhất đến thầy TS. Ngô Cao Cường người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cám ơn quý Thầy - Cô trong Khoa Điện Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM đã truyền đạt kiến thức cũng như định hướng nghiên cứu cho tôi trong quá trình học tập tại trường. Tôi cũng xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi của Anh Dương Tấn Bảo ở trạm Thuận An trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin cám ơn Phòng IT Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM đã hỗ trợ cho tôi trong quá trình thiết kế giao diện mô phỏng. Cuối cùng, tôi xin cám ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và những người thân đã động viên, hỗ trợ tôi trong cuộc sống, học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cám ơn! Trương Thế Việt
iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Quá trình tự động hóa trạm biến áp đã và đang phát triển nhanh chóng và nhận được nhiều sự quan tâm về kỹ thuật trong ngành điện vì những lợi ích to lớn mà nó mang lại. Quá trình này rõ ràng là động lực, là sự kích thích cho hướng phát triển mới trong ngành công nghiệp trạm biến áp với mục tiêu cuối cùng là đạt hiệu quả cao trong công tác quản lý vận hành, bảo trì và đầu tư vốn với sự giảm thiểu sức lao động của con người. Việc có quá nhiều nhà cung cấp thiết bị với nhiều giải pháp phần cứng và các kỹ thuật truyền thông khác nhau làm cho việc giao tiếp giữa những thiết bị trở nên khó khăn trong việc kết nối, giao tiếp giữa các thiết bị trong cùng hệ thống. Sau khi tôi tìm hiểu và phân tích giao thức theo tiêu chuẩn IEC 61850 được áp dụng vào trạm biến áp, nội dung chính của luận văn gồm những phần sau: Chương 1: Phân tích những kiến thức cơ bản về trạm biến áp tích hợp để từ đó hiểu được những khái niệm liên quan đến truyền thông trong hệ thống trạm biến áp. Mô tả thiết bị IED, là thiết bị chính được dùng trong trạm biến áp tích hợp hay những tiêu chuẩn về giao thức. Chương 2: Tìm hiểu tiêu chuẩn IEC 61850 thông qua những mô hình đối tượng, mô hình tiếp cận, mô hình trao đổi thông tin. Đồng thời cung cấp kiến thức về thuộc tính dữ liệu trong việc điều kiển, giám sát thiết bị thông qua mô hình dịch vụ truyền thông hay mô tả cơ chế trao đổi thông tin giữa các thiết bị IED. Chương 3: Tập trung vào nghiên cứu những giao thức truyền thông, thông qua mô hình dịch vụ và mô hình thông tin cơ bản, từ đó tìm hiểu những đặc điểm, thuộc tính dữ liệu trong mô hình của IED. Chương 4: Là những đặc điểm mang tính ứng dụng của tiêu chuẩn IEC 61850 vào việc cấu hình trạm thông qua việc tìm hiểu ngôn ngữ cấu hình trạm SCL. Chương này cũng đề xuất định hướng trong việc phát triển, nâng cấp và cải tạo hệ thống trạm để tuân theo tiêu chuẩn IEC 61850 với những công cụ cấu hình trạm, giúp cho việc quản lý, thiết kế và cấu hình trạm được hiệu quả. Chương 5: Trình bày nội dung tổng kết của luận văn với những đóng góp cũng như hướng phát triển của đề tài.
iv ABSTRACT The procedure of the substation automation has been developed fast and got a lot of people’s interest in electricity technology because of its benefit. It is the motivation in new development of substation industry which gets best benefit in operation management, maintenance and investment with least labors. In substations, communication systems linking role between IEDs to perform functions control, remote monitoring stations or connect to nearby stations. There are many equipment suppliers with hard equipment solutions and communication technology which made difficulties in communicate equipment, connections ability of connecting similar equipment in the system. After I researched and analyzed IEC 6180 standard protocol applied in substation, this thesis includes five chapters as below: Chapter 1: Basic knowledge of integrated power station. Based on this, we understand concepts related to communication in power system. IED equipment is described as main one in integrated power station or standards about automatic station which has been developed recently with protocol used in power station. Chapter 2: Learning of IEC 6180 standard through object, approaching and exchanging information models. This chapter also provides knowledge of data attribute in control and equipment observation through communication service model or descriptions of exchanging information mechanism between IED equipment. Chapter 3: Concentrating in communication protocols based on communication service model and communication basic model to find out data characteristics and attributes in IED model. Chapter 4: Feature applications of IEC 61850 standard in station configuration by studying language of SCL station configuration. This chapter also gives out the orientations of development, upgrading and power station system improvement following IEC 61850 standards. Station configuration tools are introduced to help for management, design and station configuration effectively. Chapter 5: Conclusion with others’ contributions and development.
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..............................................................................................i LỜI CÁM ƠN ...................................................................................................ii TÓM TẮC LUẬN VĂN ....................................................................................iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ix DANH MỤC BẢNG ..........................................................................................xi DANH MỤC HÌNH ...........................................................................................xii PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................01 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC THÀNH PHẦN ĐIỀU KHIỂN TRONG TRẠM BIẾN ÁP. A. Giới thiệu. ......................................................................................................04 B. Các thành phần điều khiển trong trạm biến áp ..........................................04 1.1. Giới thiệu hệ thống tự động trong trạm biến áp .............................................04 1.2. Quá trình phát triển các kiểu hệ thống trạm biến áp ......................................05 1.2.1. Hệ thống điều khiển kiểu truyền thống ....................................................05 1.2.2. Hệ thống điều khiển kiểu tích hợp ...........................................................07 1.3. Tổng quan hệ thống điều khiển tích hợp .......................................................08 1.4. Thiết bị điện tử thông minh (IED) .................................................................10 1.5. Giới thiệu về Logical Nodes .........................................................................11 1.6. Giao thức (Protocol) .....................................................................................14 1.6.1. Chuẩn Ethernet .......................................................................................15 1.6.2. Giao thức TCP/IP Internet.......................................................................15 1.6.3. Một số giao thức trong trạm biến áp ........................................................17 1.7. Sự phát triển của các tiêu chuẩn truyền thông ...............................................18 1.7.1. Cấu trúc truyền thông UCA ....................................................................19 1.7.2. Dự án IEC 61850 ....................................................................................19 1.8. Cấu trúc truyền thông Client/Server ..............................................................20 C. Kết luận .........................................................................................................20 CHƯƠNG 2: CÁC MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850.
vi A. Giới thiệu ......................................................................................................21 B. Tiêu chuẩn IEC 61850 và những mô hình đối tượng ..................................21 2.1. Giới thiệu về tiêu chuẩn IEC 61850 ..............................................................21 2.2. Tổng quan về khái niệm tiêu chuẩn IEC 61850 .............................................24 2.2.1. Phân tích chức năng ứng dụng và trao đổi thông tin ................................25 2.2.2. Mô tả về thông tin của dữ liệu .................................................................27 2.2.3. Các dịch vụ trao đổi thông tin .................................................................28 2.3. Mô hình theo hướng tiếp cận ........................................................................29 2.3.1. Phân tích chức năng ứng dụng và trao đổi thông tin ................................29 2.3.2. Tạo các mô hình thông tin từ các thành phần hợp thành ..........................30 2.3.3. Mô hình trao đổi thông tin ......................................................................31 2.4. Quan sát theo hướng ứng dụng .....................................................................33 2.4.1. Giới thiệu ................................................................................................33 2.4.2. Mô hình LN và Data ...............................................................................35 2.5. Quan sát theo hướng thiết bị .........................................................................35 2.5.1. Giới thiệu ................................................................................................35 2.5.2. Mô hình thiết bị ......................................................................................36 2.6. Quan sát theo hướng trao đổi thông tin .........................................................37 2.6.1. Những mô hình dịch vụ của IEC 61850 ..................................................37 2.6.2. Mô hình ảo..............................................................................................38 2.6.3. Cơ chế trao đổi thông tin cơ bản .............................................................38 2.7. Điểm liên kết trao đổi thông tin giữa thiết bị vật lý và mô hình ứng dụng .....40 2.8. Lập bảng đồ ACSI vào hệ thống trao đổi thông tin thực ................................41 2.8.1. Giới thiệu ................................................................................................41 2.8.2. Mô hình ánh xạ MMS .............................................................................42 2.9. Mô hình lớp dữ liệu ......................................................................................42 2.9.1. Tổng quan ...............................................................................................42 2.9.2. Áp dụng ..................................................................................................43 2.10. Thiết lập tên ................................................................................................44 C. Kết luận .........................................................................................................44
vii CHƯƠNG 3: NHỮNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850 A. Giới thiệu.......................................................................................................45 B. Những giao thức truyền thông theo mô hình dịch vụ ..................................45 3.1. Giới thiệu về mô hình dịch vụ .......................................................................45 3.1.1. Tổng quan về ACSI ................................................................................45 3.1.2. Tổng quan mô hình thông tin cơ bản .......................................................45 3.1.3. Tổng quan về các mô hình dịch vụ ..........................................................46 3.2. Mô hình máy chủ (Server) ............................................................................47 3.3. Mô hình Logical Devices ..............................................................................49 3.4. Mô hình Logical Nodes ................................................................................50 3.5. Mô hình lớp dữ liệu (Data class) ...................................................................52 3.6. Mô hình DataSet ...........................................................................................54 3.7. Mô hình sự cố trạm GOOSE .........................................................................56 3.8. Truyền dữ liệu Sampled Value (SV) .............................................................58 3.9. Báo cáo và ghi nhật ký ..................................................................................59 C. Kết luận .........................................................................................................61 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CẤU HÌNH NGÔN NGỮ VÀ MÔ TẢ CẤU TRÚC TRẠM BIẾN ÁP THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850. A. Giới thiệu.......................................................................................................62 B. Mô tả cấu trúc trạm biến áp với tiêu chuẩn IEC 61850 .............................62 4.1. Giới thiệu ngôn ngữ SCL (Substation Configuration Language) ...................62 4.1.1. Mô hình đối tượng ngôn ngữ SCL...........................................................62 4.1.2. Tập tin mô tả file SCL và cấu trúc ngôn ngữ SCL ...................................64 4.2. Phân tích các bước thiết kế trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850 .............66 4.2.1. Những yêu cầu cho việc xây dựng trạm theo IEC 61850 .........................66 4.2.2. Những yêu cầu cho việc nâng cấp trạm theo IEC 61850..........................67 4.3. Các bước thực hiện xây dựng trạm theo tiêu chuẩn IEC 61850 .....................69 4.3.1. Giới thiệu ...............................................................................................69 4.3.2. Các bước thiết kế trạm ............................................................................69
viii 4.4. Giới thiệu về trạm biến áp Thuận An 110/220KV .........................................70 4.4.1. Giới thiệu ................................................................................................70 4.4.2. Quy mô thiết kế ở trạm Thuận An 110/220KV........................................70 4.4.3. Những yêu cầu đã đáp ứng ở trạm Thuận An 110/220KV .......................71 4.4.4. Sơ đồ một sợi trạm Thuận An 110/220KV ..............................................72 4.4.5. Điều khiển từ xa trạm Thuận An 110/220kV ...........................................73 4.4.6. Tủ thiết bị điều khiển tại các ngăn lộ của trạm ........................................74 4.4.7. Đánh giá ưu điểm, nhược điểm trạm Thuận An .......................................75 4.5. Giới thiệu phần mềm thực hiện ngôn ngữ cấu hình trạm - SCL .....................76 4.5.1. Giới thiệu công cụ cấu hình trạm ............................................................76 4.5.2. Giới thiệu Kalkitech SCL Manager (SCLM) ...........................................77 4.6. Thiết kế hỗ trợ mô phỏng tiêu chuẩn IEC 61850 ...........................................85 C. Kết luận .........................................................................................................86 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – ĐÁNH GIÁ 5.1. Kết luận ........................................................................................................87 5.2. Đánh giá hướng phát triển.............................................................................88 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................89 PHỤ LỤC
ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ACSI - Abstract Communication Service Interface: Dịch vụ giao tiếp truyền thông trừ tượng. BRCB - Buffer Report Control Block: Khối điều khiển báo cáo có bộ đệm. CDC - Common Data Class: Nhóm các dữ liệu dùng chung. CPU - Central Processing Unit: Đơn vị xử lý trung tâm. CT - Current Transfomer: Máy biến dòng. CU - Control Unit: Phần từ điều khiển. DO - Data Object: Đối tượng dữ liệu. DPC - Controllable Double Ponit: Điểm điều khiển kép. EPRI - Electric Power Research Institure: Viện nghiên cứu năng lượng điện. FC - Functional Constraint: Chức năng bắt buộc. FCDA - Functional Constration Data Attribute: Chức năng bắt buộc về thuộc tính. GOCB - Goose Control Block: Khối điều khiển GOOSE. GOOSE - Generic Object Oriented Substation Event: Thông điệp truyền giữa các IED. GSE - Generic Substation Event: Mô hình sự cố trạm tổng thể. GsCB - GSSE Control Block: Khối điều khiển thông điệp GSSE. DNP - Distributed Network Protocol: Phát triển giao thức mạng phân tán. HMI - Human Machine Interface: Giao diện người máy IEC - International Electrotechnical Commission: Tổ chức kỹ thuật điện quốc tế IED - Intelligent Electronic Devices: Thiết bị điện tử thông minh. IEEE - Institute of Electrical And Electronics Engineers: Viện kỹ thuật điện và điện tử. IP - Internet Protocol: Giao thức mạng. ISO - International Standards Organization: Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế. LAN - Local Area Network: Mạng cục bộ LAN. LCB - Log Control Block: Khối điều khiển ghi nhật ký. LD - Logical Device: Thiết bị Logic
x LLNO - Logical Node Zero: Tên qui định trong tiêu chuẩn cho các đối tượng ảo. LN - Logical Node: Nút logical (Tên qui định cho đối tượng ảo). LPHD - Physical Device Logical Node: LN của thiết bị thực. MMS - Manufacturing Message Specification: Đặc điểm tin nhắn từ nhà sản xuất. MV - Measured Value: Giá trị đo lường. MU - Measurement Unit: Phần tử đo lường. OSI - Open Systems Interconnection: Hệ thống mở. PD - Physical Device: Thiết bị vật lý. PU - Protection Unit: Phần tử bảo vệ. RTU - Remote Terminal Unit: Thiết bị điều khiển từ xa. SA - Substation Automation: Tự động hoá trạm biến áp SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition: Hệ thu thập dữ liệu và điều khiển có giám sát. SCL - Substation Configuration Language: Ngôn ngữ cấu hình trạm SCSM - Specific Communication Service Mapping: Dịch vụ ánh xạ truyền thông cụ thể. SI - Substation Integration: Tích hợp trạm biến áp. SPS - Single Point Status: Điểm trạng thái đơn. SV - Sampled Values: Giá trị lấy mẫu. TCP - Transmission Control Protocol: Giao thức điều khiển truyền tải. TS - Time Synchoronisation: Thời gian đồng bộ. UCA - Utility Communications Architecture: Cấu trúc truyền thông tiện ích UDP - User Datagram Protocol: Giao thức cơ bản USVCB - Unicast Sampled Value Control Block: Khối điều khiển gửi giá trị mẫu theo kiểu unicast. VT - Voltage Transfomer: Biến áp đo lường. XCBR - Circuit Breaker: Máy cắt. XML - Extensible Mark-up Language: Cầu trúc ngôn ngữ đánh dấu có thể mở rộng.
xi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Mô tả nhóm Logical Node ................................................................... 12 Bảng 1.2: Mô tả nhóm và số chức năng của LN ................................................... 12 Bảng 1.3: Các lớp dữ liệu Logical Node .............................................................. 13 Bảng 3.1: Định nghĩa lớp Server.......................................................................... 48 Bảng 3.2: Định nghĩa lớp Logical Device ............................................................ 50 Bảng 3.3: Định nghĩa lớp Logical Node............................................................... 51 Bảng 3.4: Định nghĩa lớp Data ............................................................................ 54 Bảng 3.5: Định nghĩa lớp DATA-SET (DS) ........................................................ 55 Bảng 3.6: Định nghĩa khối lớp GOOSE ............................................................... 57 Bảng 3.7: Dịch vụ lớp MSVCB ........................................................................... 59
xii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mô hình trạm được tích hợp với thiết bị Sicom .................................... 05 Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống điều khiển kiểu truyền thống ................................... 06 Hình 1.3: Mô hình giữa điều khiển truyền thống và điều khiển tích hợp .............. 08 Hình 1.4: Cấu hình của hệ thống điều khiển tích hợp ........................................... 09 Hình 1.5: Mô hình tích hợp của thiết bị IED được dùng trong trạm ..................... 11 Hình 1.6: Mô tả chức năng của LN trong các IED ............................................... 11 Hình 1.7: Mô hình khối Physical Device ............................................................. 13 Hình 1.8: Mô hình dịch vụ truyền thông theo IEC 61850..................................... 14 Hình 1.9: Cấu trúc sử dụng mạng Enternet trong trạm ......................................... 15 Hình 1.10: Mô hình OSI và giao thức TCP/IP ..................................................... 16 Hình 1.11: Mô hình giao thức IEC 870-5-101...................................................... 17 Hình 1.12: Mô hình hợp nhất giữa UCA và IEC .................................................. 18 Hình 1.13: Đặt điểm mô hình dự án IEC 61850 ................................................... 19 Hình 1.14: Mô hình truyền thông tin Client/Server .............................................. 20 Hình 2.1: Mô hình tiêu chuẩn IEC 61850 ............................................................ 22 Hình 2.2: Mô hình kết nối “Interoperability” IED giữa các hãng ......................... 23 Hình 2.3: Mô hình cấu trúc liên kết tự động hóa trạm biến áp .............................. 24 Hình 2.4: Mô hình tiếp cận tiêu chuẩn IEC 61850 ............................................... 25 Hình 2.5: Mô tả loại thông tin trong LN............................................................... 26 Hình 2.6: Nguyên tắc hợp thành của khối thiết bị (IED) ...................................... 27 Hình 2.7: Mô tả dạng cấu trúc về thông tin vị trí của một máy cắt ....................... 28 Hình 2.8: Mô hình trích ngắn của một đoạn dịch vụ ............................................ 28 Hình 2.9: Khái niệm quá trình chia nhỏ và hợp thành của một LN ....................... 29 Hình 2.10: Mô tả thông tin có cấu trúc cây của một XCBR1 ................................ 30 Hình 2.11: Nguyên tắc mô hình đầu ra và đầu vào ............................................... 31 Hình 2.12: Mô hình đầu ra................................................................................... 32 Hình 2.13: Khái niệm mô hình ngõ ra GSE ......................................................... 32 Hình 2.14: Thiết lập dữ liệu và báo cáo cho một máy cắt ..................................... 33
xiii Hình 2.15: Mô hình liên kết trong trạm................................................................ 34 Hình 2.16: Logical Nodes và Data ....................................................................... 35 Hình 2.17: Mô hình kết nối giữa các LN .............................................................. 35 Hình 2.18: Mô hình thiết bị (LD) ......................................................................... 36 Hình 2.19: Mô hình Logical Device và LLN0/LPHD .......................................... 36 Hình 2.20: Phương pháp trao đổi thông tin ACSI ................................................ 37 Hình 2.21: Mô hình ảo......................................................................................... 38 Hình 2.22: Áp dụng cho mô hình GSE ................................................................ 39 Hình 2.23: Cấu trúc thành phần của các hướng quan sát ...................................... 40 Hình 2.24: Ánh xạ ACSI vào lớp trao đổi thông tin ............................................. 41 Hình 2.25: Ánh xạ chi tiết cho một biến tên MMS ............................................... 42 Hình 2.26: Mô hình tóm tắt dữ liệu trong IEC 61850-7-X ................................... 43 Hình 2.27: Mô hình tên tham khảo trong tiêu chuẩn ............................................ 43 Hình 2.28: Mô hình định nghĩa của tên của thiết bị máy cắt................................. 44 Hình 3.1: Mô hình khái niệm cơ bản của các lớp ACSI ....................................... 46 Hình 3.2: Khái niệm mô hình dịch vụ ACSI ........................................................ 47 Hình 3.3: Các khối hình thành mô hình Server .................................................... 48 Hình 3.4: Mô hình khối Logical Device ............................................................... 49 Hình 3.5: Mô hình lớp Data cho một máy cắt XCBR trong LN ........................... 53 Hình 3.6: Dịch vụ hoạt động trên dữ liệu ............................................................. 53 Hình 3.7: Thành phần DataSet ............................................................................. 55 Hình 3.8: Mô hình sự cố dùng GOOSE ............................................................... 56 Hình 3.9: Mô hình SV ......................................................................................... 58 Hình 3.10: Mô hình báo cáo và ghi nhật ký ......................................................... 59 Hình 4.1: Mô hình trao đổi thông tin trong quá trình cấu hình trạm ..................... 63 Hình 4.2: Mô hình đối tượng SCL ....................................................................... 64 Hình 4.3: Cấu hình hệ thống dựa trên SCL .......................................................... 65 Hình 4.4: Lưu đồ các bước thiết kế trạm biến áp.................................................. 70 Hình 4.5: Trạm biến áp tích hợp Thuận An 110/220kV ....................................... 71 Hình 4.6: Sơ đồ một sợi trạm Thuận An 110/220kV ............................................ 72
xiv Hình 4.7: Hệ thống điều khiển trạm Thuận An 110/220kV .................................. 73 Hình 4.8: Màn hình hiển thị trạng thái làm việc của trạm..................................... 74 Hình 4.9: Tủ điều khiển ngăn lộ trạm .................................................................. 75 Hình 4.10: Trang bắt đầu của SCL Manager ........................................................ 78 Hình 4.11: Tạo một New Project ......................................................................... 78 Hình 4.12: Xây dựng sơ đồ một sợi (SLD) .......................................................... 79 Hình 4.13: Thêm IED từ cửa sổ Project Explorer................................................. 80 Hình 4.14: Những tùy chọn để thêm IED ............................................................. 80 Hình 4.15: Chi tiết về điểm truy cập cho IED ...................................................... 80 Hình 4.16: Thêm các chức năng mới cho IED ..................................................... 81 Hình 4.17: Chọn IED từ cơ sở dữ liệu.................................................................. 82 Hình 4.18: Bảng mô tả chi tiết của IED (SEL- 311L) .......................................... 82 Hình 4.19: Kết quả sau khi chọn IED (SEL- 311L).............................................. 83 Hình 4.20: Thêm các đối tượng dữ liệu................................................................ 83 Hình 4.21: Thêm các thuộc tính dữ liệu ............................................................... 83 Hình 4.22: Thêm vào IED dịch vụ DataSet .......................................................... 84 Hình 4.23: Hộp thoại điều chỉnh thuộc tính cho khối GSE ................................... 84 Hình 4.24: Xuất file SCL (file SSD, file SSD hay file ICD)................................. 85 Hình 4.25: Mô hình giám sát trạm ....................................................................... 85 Hình 4.26: Mô hình sự cố trong trạm GSE. .......................................................... 86
1 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài. Ngày nay với sự phát triển không ngừng của công nghệ trong lĩnh vực thiết bị điện - điện tử, với sự xuất hiện của những rơle kỹ thuật số cùng với những tính năng vược trội đã thay thế dần các rơle cơ truyền thống trong hệ thống điện. Một hệ thống trạm sử dụng rơle kỹ thuật số sẽ linh hoạt hơn, đảm nhiệm được nhiều chức năng hơn. Với xu hướng toàn cầu hóa thì hội nhập là vấn đề cấp thiết với mỗi quốc gia. Qua đó, việc một trạm biến áp sử dụng thiết bị gồm nhiều chuẩn loại từ nhiều nhà cung cấp khác nhau là rất phổ biến. Từ đó, một vấn đề đặt ra là sự kết nối giữa các thiết bị trong trạm hoặc cần có một giao thức dùng chung có thể áp dụng cho tất cả các thiết bị từ những nhà cung cấp khác nhau để giao tiếp, trao đổi dữ liệu được với nhau trong trạm biến áp. Sự ra đời của tiêu chuẩn IEC 61850 dựa trên những mục tiêu của cấu trúc truyền thông tiện ích UCA, đã tạo nên bước đột phá trong công nghệ trạm biến áp. Từ khi áp dụng tiêu chuẩn IEC 61850 thì việc kết nối, trao đổi dữ liệu giữa những thiết bị từ nhiều nhà cung cấp trở nên dễ dàng hơn và hạn chế được giao thức độc quyền. Từ đó, tiêu chuẩn IEC 61850 được chọn làm tiêu chuẩn trong tự động hóa trạm. Sau quá trình nghiên cứu, phân tích những ứng dụng từ tiêu chuẩn IEC 61850 trong trạm biến áp dựa trên những mô hình ứng dụng, trao đổi thông tin, tìm hiểu về giao thức hay việc sử dụng ngôn ngữ SCL trong cấu hình trạm. Từ những phân tích tiêu chuẩn IEC 61850 đề tài được chọn có tên: “Nghiên cứu giao thức truyền thông IEC 61850 trong trạm biến áp’’. 1.2. Tính cấp thiết của đề tài. Một giao thức có thể cấu hình được cho các thiết bị từ nhiều hãng khác nhau là vấn đề đang được tập đoàn Điện Lực Việt Nam (EVN) quan tâm, nhằm từng bước phát triển hệ thống điện theo hướng hiện đại hóa, nhằm nâng cao chất lượng trong công tác vận hành, tăng cường khả năng cạnh tranh của ngành điện với các nước trong khu vực và trên thế giới. Để nâng cao tính cạnh tranh, thuận lợi cho quá trình mở rộng phát triển hệ thống, tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850 được tập đoàn
2 EVN lựa chọn và định hướng ứng dụng vào hệ thống trạm biến áp trong hiện tại và tương lai. Những đề tài nghiên cứu về tiêu chuẩn IEC 61850 trong trạm biến áp trước đây đã có một số đề tài thực hiện nhưng chỉ giới hạn trong phần giới thiệu về thiết bị hỗ trợ được tiêu chuẩn IEC 61850, vẫn chưa đi sâu vào tìm hiểu giao thức kết nối hay cấu hình trạm. Với đề tài “Nghiên cứu giao thức truyền thông IEC 61850 trong trạm biến áp”, sẽ bổ sung những kiến thức nghiên cứu về những mô hình ứng dụng, trao đổi thông tin hay sử dụng ngôn ngữ để cấu hình trạm, cùng với hướng nâng cấp hay xây dựng trạm mới theo tiêu chuẩn IEC 61850. 1.3. Mục tiêu của đề tài. - Thông qua đề tài nhằm tìm hiểu cơ chế hoạt động của trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850. - Phân tích thiết bị IED dùng trong trạm, tìm hiểu những giao thức truyền dữ liệu hay các mô hình trong tiêu chuẩn IEC 61850. - Sử dụng ngôn ngữ và phần mềm hỗ trợ trong việc cấu hình trạm theo IEC 61850. - Kết quả đề tài dùng làm tài liệu nghiên cứu - giảng dạy cho sinh viên các ngành hệ thống điện hay cung cấp điện. - Làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ - nhân viên đang tham gia vận hành, quản lý các trạm điện trong ngành điện. 1.4. Nội dung nghiên cứu. Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu của đề tài, quá trình nghiên cứu thông qua các bước sau: - Nghiên cứu, phân tích tiêu chuẩn IEC 61850 qua tài liệu IEC 61850. - Khảo sát hoạt động thực tế của trạm biến áp Thuận An 110/220KV. - Tìm hiểu những thiết bị điện tử thông minh (IED) thông qua Database từ Software Kalkitech SCL Manager. - Tìm hiểu kiến thức về những yêu cầu thiết kế trạm từ tài liệu “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”. - Sử dụng chương trình Visual Studio 2010 để thiết kế giao diện mô phỏng kết nối giữa các IED.
3 1.5. Phương pháp nghiên cứu. Để giải quyết các vấn đề trên đề tài đã đưa ra những phương pháp nghiên cứu như sau: - Tìm hiểu thực trạng về cấu hình, cách kết nối và truyền thông tin trong trạm biến áp thực tế ở Trạm Thuận An 110/220KV, tỉnh Bình Dương. - Đọc và tìm hiểu tiêu chuẩn IEC 61850 thông qua trang mạng: www.iec.ch. - Phân tích hướng dẫn sử sụng Software Kalkitech SCL Manager. - Tìm hiểu những thiết bị điện tử thông minh (IED) thông qua Database từ Software Kalkitech SCL Manager. - Phân tích yêu cầu về thiết kế trạm từ tài liệu “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”. - Tìm hiểu hướng dẫn sử dụng chương trình Visual Studio 2010 để thiết kế giao diện mô phỏng. 1.6. Cấu trúc luận văn. Luận văn được thực hiện với cấu trúc như sau: Chương 1: Tổng quan các thành phần điều khiển trong trạm biến áp. Chương 2: Các mô hình đối tượng theo tiêu chuẩn IEC 61850. Chương 3: Những giao thức truyền thông theo tiêu chuẩn IEC 61850. Chương 4: Phân tích cấu hình ngôn ngữ và mô tả cấu trúc trạm theo tiêu chuẩn IEC 61850. Chương 5: Kết luận - đánh giá.