Giai Phap He Thong Mini SCADA

T ẠP ẠP CHÍ KHOA HỌ H ỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGH Ệ, ĐẠI ĐẠI HỌ HỌC Đ À N Ẵ N ẴNG NG - SỐ SỐ 4(39).2010

NGHIÊN CỨ U GIẢI PHÁP MỞ R ỘNG HỆ THỐNG MINISCADA LƯỚ I ĐIỆN PHÂN PHỐI – KHU VỰ C MIỀN TRUNG A STUDY ON THE SOLUTIONS FOR THE EXPANSION OF MINISCADA ON DISTRIBUTION NETWORKS IN CENTRAL REGIONS

ị nh Tr ần Vinh T nh

Nguyễ n Thành, Nguyễ n V ăn Ngà

Tr ườ ng Đạ ườ ng Đại học Bách khoa, Đại học Đà N ẵ ẵng ng

T ổ n ổng g Công ty Điện l ự ự c miề n Trung

TÓM TẮT

Hàng nă năm, lướ l ướii điện phân phố phối được được đầu đầu tư phát triể triển không ngừ ngừng để đáp ứng nhu cầu cung cấ cấp điện cho khách hàng. Vì vậ vậy, hệ thố thống miniSCADA/DMS phả phải được được đầu đầu tư mở r ộng đồng đồng bộ bộ với sự sự phát triể triển củ của lướ lướii điện để đáp ứng các yêu cầ cầu về về điều khiể khiển, giám sát và thu thậ thập dữ liệ liệu trên lướ lướii điện cũng như như khả khả năng khai thác các ứng dụng của hệ thố thống miniSCADA/DMS. Bài báo phân tích, đánh giá giả giải pháp kỹ kỹ thuậ thuật kết nối SCADA tạ tại các tr ạm biế biến áp (TBA) 110kV, các thiế thiết bị trên lướ lướii điện phân phố phối (LĐ (LĐPP) như như: Recloser, LBS và hệ hệ thố thống thông tin truyề truyền thông giữ giữa Trung tâm điều khiể khiển với các TBA 110kV, Recloser, LBS củ của hệ thố thống miniSCADA tạ tại 4 thành phố phố: Huế Huế, Đà Nẵ Nẵng, Qui Nhơ Nhơn và Buôn Ma Thuộ Thuột, khu vự vực miề miền Trung. Từ Từ đó, đề xuấ xuất các giả giải pháp mở mở r ộng hệ hệ thố thống thông tin truyề truyền thông và kế kết nố nối SCADA tại các TBA 110kV, Recloser, LBS và mô hình kế k ết nố n ối SCADA LĐ LĐPP khu vự vực miề mi ền Trung phù hợp trong công tác quả qu ản lý vậ vận hành, điều độ lưới ưới điện để định định hướng ướng cho việ việc đầu đầu tư xây dựng mớ mới và kế kết nố nối mở mở r ộng hệ hệ thố thống miniSCADA trong tươ tương ng lai. ABSTRACT

Every year the distribution network is continuously developed to meet the demand of supplying power to customers. Therefore, the miniSCADA/DMS must be invested and expanded hand in hand with the power network development in response to the control, supervision and data collection on the power network as well as the exploitation of the miniSCADA/DMS applications. applications. This article presents analyses and evaluation on the technical solutions for the SCADA connection at 110kV substations, and equipment on the distribution network including Reclosers, LBS, and the communication communication system between between the control centre centre and the 110kV substations, reclosers, LBS of the miniSCADA systems in the four cities -- Hue, Danang, Quinhon and Buon Ma Thuot in Central Vietnam. In this article, we propose solutions to the expansion and connection of miniSCADA 110kV substations, reclosers, LBS and the SCADA connection model on the Central power distribution networks, facilitating the operating management and power dispatching to orientate new activities for the construction and expansion of future miniSCADA.

1. Đặ vấn đề Đặtt vấ Từ năm 2006, Tổng Công ty Điện lực miền Trung (EVNCPC) đầu t ư hệ thống miniSCADA LĐPP t ại 4 thành ph ố khu vực mi ền Trung: Huế, Đà N ẵng, Qui Nhơ n và Buôn Ma Thu ột. Đến đầu năm 2010, Hệ thống miniSCADA đã đượ c nghiệm thu đưa vào vận hành thử nghiệm. Qua thờ i gian vận hành thử nghiệm đã chứng minh đượ c việc 255

T ẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC Đ À N ẴNG - SỐ 4(39).2010

đầu t ư xây dựng h ệ thống miniSCADA là c ần thiết, mang lại nhiều ti ện ích trong công tác quản lý vận hành và điều độ lướ i điện. Tuy nhiên, để phát huy hi ệu quả hệ thống miniSCADA và khai thác đượ c các ứng dụng của chươ ng trình phần mềm SCADA/DMS cần ti ế p t ục đầu t ư mở r ộng k ết n ối SCADA tại các TBA 110kV và các thiết bị trên lướ i điện như Recloser, LBS. 2. Phân tích, đánh giá hệ thống thông tin liên lạc - Hệ thống thông tin liên lạc gi ữa Trung tâm điều khiển và các TBA 110kV s ử dụng giải pháp truyền d ẫn quang làm đườ ng truyền chính và đườ ng truyền d ự phòng là đườ ng dây điện thoại công cộng (PSTN) để truyền số liệu. Vớ i giải pháp sử dụng đườ ng truyền này chi phí đầu tư thấ p do sử dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của lướ i điện; đây là đườ ng truyền có băng thông r ộng, sử dụng nhiều dịch vụ đồng thờ i và độ tin cậy cao. Vì vậy, tiế p tục tận dụng cơ sở hạ tầng cáp quang hi ện có để k ết nối mở r ộng SCADA trong tươ ng lai là giải pháp hợ p lý. - Hệ thống thông tin liên l ạc giữa trung tâm điều khiển và các Recloser, LBS đượ c s ử dụng h ệ thống thông tin UHF, g ồm 2 kênh truyền: UHF1 là kênh truy ền chính và UHF2 là kênh d ự phòng. Dải tần số hoạt động t ừ 400 MHz – 470 MHz. Gi ải pháp k ết nối và truyền tin như hình 2.1: Tại Trung tâm điều khiển lắ p đặt modem UHF master và anten. T ại các Recloser, LBS l ắ p đặt modem UHF slave và anten. Các modem master và slave ho ạt động trên nguyên t ắc điểm – đa điểm. Hệ thống thông tin UHF có chi phí đầu tư thấ p hơ n so vớ i các hệ thống thông tin khác nh ư: GSM/GPRS, cáp quang, ADSL….có k ết cấu đơ n giản, dễ dàng lắ p đặt và thiết lậ p kênh truyền. Tuy nhiên, h ệ thống UHF hoạt động theo nguyên t ắc light-of-sight (tầm nhìn thẳng) và dải tần số thấ p nên phụ thuộc r ất nhiều vào điều kiện thờ i tiết và địa hình, do vậy tín hiệu truyền tin thườ ng bị chậ p chờ n hoặc nhiễu…Để khắc phục các nh ượ c điểm nêu trên, nhóm tác gi ả đề xuất mô hình giải pháp mở r ộng hệ thống thông tin UHF nh ư sau:

Cáp quang

Hình 2.1. Mô hình hệ thố ng UHF hiện hữ u

256

Hình 2.2. Mô hình mở r ộng hệ thố ng UHF.


Hiện nay, EVNCPC đã đầu tư xây dựng các tr ạm thu phát sóng BTS và h ệ thống cáp quang tại các quận, huyện, thành phố để cung cấ p dịch vụ viễn thông ngành điện. Trên cơ sở hạ tầng hiện có phân vùng các Recloser, LBS…th ực hiện k ết nối SCADA theo vùng phủ sóng của tr ạm BTS. Sau đó sử dụng giải pháp lắ p đặt modem UHF master và anten t ại cột anten của tr ạm BTS và modem UHF slave và anten t ại các Recloser, LBS. Tín hi ệu tại ngõ ra của modem UHF master s ẽ đượ c ghép nối lên thiết bị truyền dẫn quang hi ện có tại tr ạm BTS, từ đó truyền về Trung tâm điều khiển t ại tr ụ sở các Công ty Điện lực. Mô hình mở r ộng như hình 2.2.

3. Phân tích, đánh giá giải pháp k ết nối SCADA tại các TBA 110kV và các thiết bị LBS, Recloser trên lướ i điện 3.1. T ại các TBA 110kV

- Giải pháp k ết nối SCADA hiện tại: Tại các TBA 110kV l ắ p đặt RTU 560. Các tín hiệu điều khiển, giám sát đượ c l ấy từ các tiế p điểm ph ụ của r ơl e, mạch điều khiển, giám sát tại tr ạm đưa vào các card vào/ra c ủa RTU 560. Các tín hiệu đo lườ ng đượ c lấy từ TU, TI đưa vào Transducer và k ết nối đến RTU 560 qua c ổng giao tiế p RS485 v ớ i giao thức truyền thông Modbus. Gi ải pháp k ết n ối này có ưu điểm là thu thậ p đượ c các tín hiệu điều khiển, giám sát vớ i các mã hiệu r ơl e của các nhà sản xuất khác nhau nhưng có r ất nhiều nhượ c điểm như: Khi mở r ộng RTU phụ thuộc hoàn toàn vào công ngh ệ của nhà s ản xuất; lắ p đặt quá nhiều các thiết bị phụ như: r ơl e trung gian, hàng k ẹ p, contact, cáp tín hiệu đấu nối…dẫn đến độ tin cậy thấ p, khó khăn trong quản lý vận hành, tốn nhiều thờ i gian và chi phí trong vi ệc đấu nối, thí nghiệm; sai số đo lườ ng lớ n. Ngoài ra, gi ải pháp này không khai thác đượ c nhiều ch ức n ăng như: truy cậ p và cài đặt các thông số r ơl e từ Trung tâm điều khiển; đọc xa các thông s ố đo lườ ng từ công tơ (meter) hoặc r ơ le (IEDs); không ghi nh ận đượ c dòng s ự cố thông qua r ơl e từ Trung tâm điều khiển. - Giải pháp mở r ộng: + Đối vớ i các TBA 110kV đã lắ p đặt RTU 560: Khi đầu tư mở r ộng lưu ý các card tín hiệu vào/ra phải có cùng thông s ố k ỹ thuật, mã hiệu và nhà s ản xuất vớ i các card vào/ra hiện hữu. Số lượ ng card vào/ra ph ụ thuộc vào số lượ ng các tín hiệu cần thu thậ p. + Đối vớ i các TBA 110kV đầu t ư xây dựng m ớ i: Theo định h ướ ng, ngành điện Việt Nam đang nổ lực chuyển từ TBA 110kV có ng ườ i tr ực sang tr ạm không ngườ i tr ực nhằm nâng cao n ăng suất lao động, vì vậy c ần l ựa ch ọn các giải pháp k ỹ thuật và công nghệ phù hợ p vớ i yêu cầu v ề quản lý vận hành và điều độ lướ i điện. Đề xuất mô hình giải pháp đầu tư TBA 110kV theo gi ải pháp tự động hoá TBA 110kV trên n ền tảng giao thức truyền thông IEC 61850. Tr ướ c đây, các giao th ức truyền thông đượ c sử dụng trong việc giám sát điều khiển xa TBA ph ổ biến như: Modbus, DNP3, UCA và IEC 60870-5-103... Khi xây dựng và phát triển về tự động hoá TBA g ặ p nhiều khó khăn do các thi ết bị đượ c cung cấ p bở i các nhà sản xuất khác nhau thì thi ết bị không thể trao đổi, sử dụng thông tin lẫn 257


nhau, đồng thờ i hạn chế về tốc độ xử lý thông tin. Xuất phát từ những hạn chế đó, từ năm 1994 các chuyên gia c ủa các nướ c châu Âu và B ắc Mỹ trong hiệ p hội tiêu chuẩn k ỹ thuật điện quốc tế IEC và ANSI đã phối hợ p xây dựng phát triển và cho ra đờ i giao thức truyền thông IEC 61850 trên c ơ sở sự k ết hợ p của tiêu chuẩn UCA2.0 và IEC 60870-5103. Từ năm 2004, giao th ức truyền thông IEC 61850 đã đượ c ứng dụng r ộng rãi trên thế giớ i trong l ĩ nh vực tự động hoá TBA. Hệ thống tự động hoá tr ạm thực hiện nhiệm vụ thu thậ p thông tin vận hành, hệ thống bảo vệ, điều khiển và đo lườ ng tại TBA. Thông tin sẽ đượ c thu thậ p thông qua việc k ết nối tr ực tiế p vớ i các thiết bị điều khiển, bảo vệ và đo lườ ng thông minh (IEDs) bằng giao thức truyền thông IEC61850. Giải pháp này sẽ cho phép loại bỏ RTU như hiện nay; tạo ra sự thuận tiện cho việc mở r ộng và nâng c ấ p sau này, giảm chi phí và thờ i gian cho công tác đấu nối và thí nghiệm; k ết nối các IEDs của các nhà sản xuất khác nhau; tiế p cận đến mọi dữ liệu của thiết bị trong tr ạm; đáp ứng đượ c các yêu cầu về TBA không ngườ i tr ực; tận dụng đượ c sức mạnh của đườ ng truyền quang trên cơ sở hạ tầng hiện có của lướ i điện. Sơ đồ hệ thống điều khiển tích hợ p TBA 110kV như hình 3.1. Để đảm bảo cho việc mở r ộng k ết n ối các IEDs của các nhà s ản xu ất khác nhau yêu cầu các IEDs phải đượ c tuân thủ đúng và đầy đủ chuẩn giao thức truyền thông IEC61850. Cấu hình mở r ộng k ết nối thực hi ện trên các file ngôn ng ữ cấu hình tr ạm có phần mở r ộng là: *.SCL (Substation Configuration Language). *.SCD files (System Configuration Description); *.SSD files (System Specification Description); *.ICD files (IED Capability Description); *.CID (Configured IED Description).

p tr ạm biế n áp 110kV. Hình 3.1. S ơ đồ hệ thố ng đ iề u khiể n tích hợ

258


3.2. T ại các LBS

- Gi ải pháp k ết n ối SCADA tại các LBS hiện t ại: L ắ p đặt thiết b ị REC 523 như là một RTU thu thậ p các tín hiệu điều khiển, giám sát t ại LBS. Các tín hiệu điều khiển, giám sát đượ c trích từ tiế p điểm phụ của mạch điều khiển, giám sát tại tủ điều khiển đưa vào REC523. L ắ p đặt TU, TI để lấy tín hiệu đo lườ ng: I, U, P, Q và Cos φ và cấ p nguồn cho tủ điều khiển, RTU và môtơ truyền động. Lắ p đặt thiết bị thông tin UHF g ồm: Moderm, anten, kim chống sét. Các LBS hi ện có trên l ướ i điện đượ c trang bị nhiều mã hiệu của nhiều nhà sản xuất khác nhau và ch ỉ có bộ phận đóng cắt cơ khí không có t ủ điều khiển. Để thực hiện k ết nối SCADA các LBS hiện có trên l ướ i điện phải mua sắm bổ sung tủ điều khiển gồm: môtơ và thanh truyền động từ tủ điều khiển đến bộ phận đóng cắt cơ khí phải cùng mã hiệu và nhà sản xuất vớ i phần đóng cắt cơ khí của LBS hiện hữu trên lướ i điện để đảm bảo tươ ng thích về hành trình truyền động c ơ khí, nhưng do một số mã hiệu LBS của các nhà sản xuất không còn s ản xuất hoặc có sản xuất thì giá thành khá cao. Hình 3.2. S ơ đồ của một LBS tr ọn bộ. Giải pháp mở r ộng: Để thực hiện k ết nối SCADA tại các LBS và kh ắc phục các hạn chế nêu trên, cần đầu tư mớ i LBS tr ọn b ộ gồm: c ơ cấu đóng cắt, t ủ điều khiển, động cơ và thanh truyền động, máy biến áp cấ p nguồn, RTU, modem UHF slave. RTU đượ c cài đặt giao thức truyền thông IEC60870-5-101 slave đáp ứng theo chuẩn giao thức truyền thông IEC60870-5-101 master hi ện có tại Trung tâm điều khiển (tuân thủ bảng Interoperability Checklist for IEC60870-5-101). Ngoài ra, trang b ị thêm modem UHF master và anten l ắ p đặt t ại Trung tâm điều khiển (hoặc tại các tr ạm BTS) cùng nhà sản xu ất LBS tr ọn bộ đượ c trang bị. Sơ đồ của một LBS tr ọn bộ như hình 3.2. 3.3. T ại các Recloser

- Giải pháp k ết nối SCADA tại các Recloser hi ện t ại: Lắ p đặt thiết bị REC 523 như là một RTU thu thậ p các tín hi ệu điều khiển, giám sát và đo lườ ng tại các Recloser. Các tín hiệu điều khiển, giám sát đượ c trích từ card vào/ra ho ặc tiế p điểm phụ của mạch điều khiển, giám sát t ại tủ điều khiển của Recloser đưa vào REC 523. L ắ p đặt TU, TI để lấy tín hiệu đo l ườ ng: I, U, P, Q và Cosφ và c ấ p ngu ồn cho tủ điều khiển và RTU. L ắ p đặt thiết bị thông tin UHF gồm: Moderm, anten, kim chống sét. Các Recloser hi ện có trên l ướ i điện đượ c trang bị nhiều chủng loại của nhiều nhà 259


sản xuất khác nhau. Một số chủng loại Recloser tủ điều khiển không có card vào/ra nên không thể thực hiện k ết nối SCADA. Vì vậy, để thực hiện việc k ết nối SCADA phải mua bổ sung card vào/ra c ủa chính nhà s ản xuất Recloser hiện hữu nhưng gặ p nhiều khó khăn do: nhà sản xuất không còn s ản xuất hoặc có sản xuất thì giá thành khá cao. Ngoài ra, các Recloser đã đưa vào vận hành khá lâu nên MainBoard t ủ điều khiển có thể không nhận dạng đượ c tín hiệu từ Card vào/ra lắ p đặt bổ sung. Mặt khác, k ết nối SCADA theo giải pháp này không khai thác đượ c các d ịch vụ như: truy xuất và cài đặt dữ liệu của Recloser từ Trung tâm điều khiển, đọc xa các thông s ố đo lườ ng tr ực tiế p từ tủ điều khiển, ghi nhận dòng sự cố. Giá thành của thiết bị và chi phí l ắ p đặt của giải pháp k ỹ thuật này khá cao. Giải pháp mở r ộng: Đầu tư mua sắm mớ i các Recloser tr ọn bộ gồm: bộ phận đóng cắt Recloser, máy bi ến áp cấ p ngu ồn, t ủ điều khiển đượ c tích hợ p sẵn RTU, modem UHF slave và h ệ thống anten thu phát v ớ i dải tần số từ 400 MHz – 470 MHz.

Hình 3.3. S ơ đồ khố i của một Recloser tr ọn bộ.

Giao thức truyền thông đượ c cài đặt tại RTU slave c ủa Recloser đáp ứng theo chuẩn giao thức truyền thông IEC60870-5-101 master hiện có tại Trung tâm điều khiển (tuân thủ bảng Interoperability Checklist for IEC60870-5-101). Ngoài ra, trang b ị thêm modem UHF master và anten thu phát lắ p đặt tại Trung tâm điều khiển (hoặc tại tr ạm BTS) của cùng nhà sản xuất Recloser tr ọn bộ đượ c trang bị. Sơ đồ khối của một Recloser tr ọn bộ như hình 3.3.

4. Mô hình giải pháp k ết nối mở rộng SCADA LĐPP khu vự c miền Trung Để định hướ ng cho việc đầu tư mở r ộng k ết nối SCADA LĐPP khu vực miền Trung đáp ứng các yêu cầu v ề quản lý vận hành và điều độ lướ i điện theo định h ướ ng của Tậ p đoàn Điện lực Việt Nam, mô hình và giải pháp k ết nối SCADA như hình 4.1: - Thiết lậ p Trung tâm giám sát, điều hành sản xuất tậ p trung để giám sát điều hành các ho ạt động quản lý vận hành, điều độ, sản xuất và kinh doanh điện năng LĐPP khu vực miền Trung. Thực hiện k ết nối chia sẻ thông tin vận hành SCADA qua mạng máy tính vớ i Trung tâm Điều độ hệ thống điện miền Trung (A3), Điều độ LĐPP và Trung tâm thao tác đóng cắt - Công ty Lướ i điện Cao thế miền Trung. - Thiết lậ p một trung tâm thao tác đóng cắt các TBA 110kV không ng ườ i tr ực theo địa bàn Tỉnh, thành phố hoặc khu vực tr ực thuộc Công ty Lướ i điện Cao thế miền Trung có nhiệm vụ quản lý vận hành và thao tác đóng cắt theo lệnh của các c ấ p điều độ 260


có quyền điều khiển. Thực hi ện k ết n ối SCADA về Trung tâm thao tác đóng cắt t ừ các TBA 110kV đượ c đầu tư theo giải pháp tự động hoá TBA không ng ườ i tr ực. - Thực hiện k ết nối SCADA tại các TBA 110kV (các thi ết bị thuộc quyền điều khiển của A3), các nhà máy điện có tổng công suất l ắ p đặt > 30MW về Trung tâm điều khiển A3. - Thực hiện k ết nối SCADA tại các TBA 110kV (các thi ết bị thuộc quyền điều khiển c ủa Điều độ LĐPP), các nhà máy điện có tổng công suất l ắ p đặt ≤ 30MW và các thiết bị trên LĐPP như Recloser, LBS, RMU…v ề Trung tâm điều khiển tại tr ụ sở Công ty Điện lực tỉnh, thành ph ố. - Giao thức truyền thông sử dụng để k ết nối giữa RTU/Gateway và h ệ thống SCADA (tại Trung tâm điều khiển) là IEC 60870-5-101. Thực hiện k ết nối chia sẻ thông tin vận hành SCADA qua m ạng Internet vớ i giao thức ICCP.

Hình 4.1. Mô hình k ết nố i SCADA L Đ PP khu vự c miề n Trung.

5. K ết luận Giải pháp k ỹ thuật mở r ộng k ết nối SCADA tại các TBA 110kV, các thi ết bị Recloser, LBS trên lướ i điện và mô hình gi ải pháp k ết nối SCADA LĐPP khu vực miền Trung là một đề xuất định hướ ng cho việc đầu tư mở r ộng hệ thống SCADA LĐPP 261


trong tươ ng lai. Giải pháp này gi ải quyết đượ c các h ạn chế của giải pháp k ết nối SCADA hiện t ại, đáp ứng các yêu c ầu v ề công tác quản lý vận hành và điều độ LĐPP, giảm chi phí đầu tư cho việc thực hiện k ết nối SCADA.

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tài liệu k ỹ thuật của các thiết bị trong hệ thống mini SCADA: RTU 560; REC523; Fall Back Switch; Radio UHF (Satel); Recloser; LBS, máy c ắt… [2] Giải pháp về tự động hoá tr ạm biến áp của các nhà sản xuất ABB, Siemens. [3] Hồ sơ thiết k ế hệ thống miniSCADA tại 4 thành phố Huế, Đà Nẵng, Qui Nhơ n, Buôn Ma thuột. [4] International Standard IEC 60870-5-101; IEC 61850. [5] Klaus-Peter Brand, Volker Lohmann, Wolfgang Wimmer: “Substation Automation Hanbook”. [6] James Northcote – Green, Robert Wilson: “Control and Automation of Electrical Power Distribution System”.

262

Giai Phap He Thong Mini SCADA

Recommend Documents