Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu scada vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kv tại công ty điện lực bến tre Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu scada vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kv tại công ty điện lực bến tre Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu scada vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kv tại công ty điện lực bến tre Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu scada vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kv tại công ty điện lực bến tre Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu scada vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kv tại công ty điện lực bến tre
TỒNG QUAN
Khái quát về SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu, giúp con người điều khiển và giám sát từ xa, vượt trội hơn so với hệ thống điều khiển tự động thông thường Để thực hiện chức năng này, SCADA cần có hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu và giao diện người-máy (HMI - Human Machine Interface).
Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA
Trong hệ thống điều khiển giám sát, HMI đóng vai trò quan trọng không chỉ ở cấp điều khiển mà còn ở các cấp thấp hơn, nơi mà việc giao tiếp và tương tác với người dùng là cần thiết.
Có năm loại diện người-máy phục vụ cho quan sát và thao tác ở cấp điều khiển cục bộ Do yếu tố giá thành và đặc điểm kỹ thuật, các màn hình vận hành (OP - Operator Panel), màn hình cảm ứng (TP - Touch Panel) và Multi Panel chuyên dụng được sử dụng phổ biến và đóng vai trò quan trọng hơn trong quá trình vận hành.
SCADA, theo quan điểm truyền thống, là hệ thống mạng và thiết bị chuyên thu thập dữ liệu từ các trạm xa và truyền về trung tâm xử lý, với sự chú trọng vào hệ truyền thông và phần cứng Tuy nhiên, trong những năm gần đây, sự phát triển vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và phần mềm đã mở ra nhiều khả năng mới, khiến cho việc thiết kế hệ thống SCADA hiện nay tập trung vào việc lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và giải pháp tích hợp hệ thống.
1.1.2 Chức năng và vai trò của SCADA
Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp được tổ chức thành nhiều cấp quản lý, với mỗi cấp đảm nhiệm việc đo lường, thu thập và giám sát các đối tượng cụ thể Do đó, hệ thống SCADA cũng được phân chia thành các cấp khác nhau, tùy thuộc vào quy mô và yêu cầu riêng của từng cấp Mỗi cấp SCADA cần thực hiện các dịch vụ thiết yếu để đảm bảo hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống.
Thu thập số liệu từ xa thông qua đường truyền số liệu là một phương pháp quan trọng để ghi nhận các thông tin về sản xuất Việc tổ chức lưu trữ dữ liệu này trong nhiều loại cơ sở dữ liệu giúp quản lý hiệu quả các số liệu liên quan đến lịch sử sản xuất, sự kiện thao tác và báo động.
- Điều khiển và giám sát hệ sản xuất trên cở sở các dữ liệu đã thu thập đƣợc
Để nâng cao hiệu quả công tác truyền thông số liệu, cần thực hiện việc đọc và viết số liệu từ PLC/RTU, đồng thời trả lời kịp thời các bản tin yêu cầu từ cấp trên liên quan đến số liệu và thao tác của hệ thống.
SCADA là hệ thống kết hợp giữa phần cứng và phần mềm, sử dụng phương thức truyền thông để tự động hoá quản lý, giám sát và điều khiển các đối tượng công nghiệp Xu hướng tự động hoá ngày càng trở nên quan trọng, vì vậy việc áp dụng SCADA là điều cần thiết trong ngành công nghiệp hiện đại.
Để không tụt hậu trong sản xuất, việc áp dụng SCADA là điều tất yếu SCADA cho phép thu thập dữ liệu chính xác về hệ thống, từ đó hỗ trợ đưa ra quyết định đúng đắn và dễ dàng trong công tác điều khiển Điều này giúp giảm chi phí nhân lực và vận hành, góp phần giảm giá thành sản phẩm và tăng sức cạnh tranh trên thị trường.
1.1.3 Nguyên lý hoạt động của SCADA
1.1.3.1 Cơ chế thu thập dữ liệu
Trong hệ thống SCADA, quá trình thu thập dữ liệu bắt đầu từ việc các RTU quét thông tin từ các thiết bị chấp hành kết nối với chúng, thời gian thực hiện nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong Các máy chủ thực hiện việc quét các RTU với tốc độ chậm hơn để thu thập dữ liệu Để điều khiển, máy chủ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, cho phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp đến các thiết bị chấp hành để thực hiện nhiệm vụ.
Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA có thể là dạng liên tục (analog), dạng số (digital) hay dạng xung (pulse)
Giao diện người dùng đồ họa (GUI) là thành phần cơ bản cho việc vận hành các thiết bị đầu cuối, cho phép hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển và giám sát Dữ liệu được trình bày dưới dạng hình ảnh tĩnh, và khi có sự thay đổi trong dữ liệu, hình ảnh cũng sẽ tự động cập nhật để phản ánh những thay đổi đó.
Hệ thống SCADA thường hiển thị sự biến đổi liên tục của dữ liệu theo thời gian trên giao diện đồ họa (GUI) dưới dạng đồ thị.
Một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống SCADA là khả năng xử lý lỗi hiệu quả khi xảy ra sự cố Khi gặp phải sự cố, hệ thống SCADA có thể áp dụng một trong những phương pháp xử lý khác nhau để khôi phục hoạt động.
Trong các hệ thống SCADA, các RTU với dung lượng bộ nhớ lớn cho phép lưu trữ dữ liệu quan trọng Khi hệ thống hoạt động ổn định, dữ liệu sẽ được sao lưu vào bộ nhớ của RTU Điều này đảm bảo rằng trong trường hợp xảy ra lỗi, các RTU có thể sử dụng dữ liệu đã lưu trữ để duy trì hoạt động cho đến khi hệ thống trở lại trạng thái bình thường.
Hệ thống SCADA thường được trang bị các phần cứng dự phòng như hệ thống truyền thông hai đường truyền, RTU đôi hoặc máy chủ kép Những bộ phận này sẽ được kích hoạt khi hệ thống gặp sự cố hoặc cần hoạt động offline để bảo trì, sửa chữa hoặc kiểm tra Việc sử dụng phần cứng dự phòng giúp đảm bảo tính liên tục và ổn định của hệ thống SCADA.
Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA
Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất quan trọng trong các hệ thống công nghiệp lớn, nơi có nhiều thiết bị và chức năng khác nhau Do quy mô rộng lớn và tính phức tạp của hệ thống, việc sử dụng một hệ thống điều khiển trung tâm để quản lý tất cả các chức năng này gặp nhiều khó khăn Vì vậy, các chức năng giám sát, điều khiển và thu thập số liệu cần được phân phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau, tùy thuộc vào mức độ quan trọng và yêu cầu cụ thể của từng chức năng.
Hình 1.2: Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát
Hệ thống SCADA cho hệ thống hợp nhất, do một công ty điện lực quản lý, thường được phân chia thành ba cấp độ cơ bản.
Các chức năng chính của cấp chấp hành bao gồm đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu khi cần thiết Hầu hết các thiết bị cảm biến và chấp hành đều có hệ thống điều khiển riêng, giúp thực hiện việc đo lường và truyền động một cách chính xác và nhanh nhạy Ngoài ra, các thiết bị thông minh với bộ vi xử lý riêng có khả năng xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi gửi lên cấp điều khiển cao hơn.
Cấp điều khiển có nhiệm vụ chính là nhận và xử lý thông tin từ các bộ cảm biến theo thuật toán nhất định, sau đó truyền đạt kết quả xuống các bộ chấp hành Máy tính thực hiện việc theo dõi các công cụ đo lường và tự động thực hiện các thao tác như ấn nút mở/đóng van, điều chỉnh cần gạt, và núm xoay Đặc điểm nổi bật của cấp điều khiển là khả năng xử lý thông tin hiệu quả.
Cấp trường (Field level) đề cập đến các bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành được lắp đặt trực tiếp tại hiện trường, gần gũi với hệ thống kỹ thuật.
1.2.3 Cấp điều khiển giám sát
Chức năng giám sát và vận hành trong quá trình kỹ thuật hỗ trợ người dùng cài đặt ứng dụng và theo dõi hoạt động Nó giúp xử lý các tình huống bất thường và thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức Các chức năng này thường không cần thiết bị phần cứng đặc biệt, chỉ yêu cầu một máy tính thông thường.
Các yêu cầu chung của hệ thống SCADA
Giám sát và đảm bảo tính chính xác của các thông số vận hành hệ thống như dòng điện, điện áp, công suất, tần số, và vị trí nấc của máy biến áp là rất quan trọng Đồng thời, việc theo dõi trạng thái của các phần tử đóng cắt trong hệ thống, bao gồm trạng thái đóng/mở của máy cắt, dao cách ly, và dao tiếp địa, cũng cần được thực hiện để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong vận hành.
1.3.2.1 Quá trình điều khiển phải chính xác, tin cậy
Trong quá trình thực hiện các thao tác đóng/mở máy cắt và dao cách ly từ xa, cần đảm bảo tính tin cậy tuyệt đối và không được nhầm lẫn Các thao tác này phải được giám sát chặt chẽ về tính liên động phối hợp giữa máy cắt, dao cách ly và các thiết bị liên quan, tuân theo quy trình vận hành quy phạm của hệ thống.
1.3.2.2 Cài đặt thông số từ xa
Khi cấu trúc lưới điện thay đổi hoặc công suất tăng lên để chống quá tải, các thông số vận hành của lưới và thiết bị cũng sẽ bị ảnh hưởng Do đó, cần điều chỉnh lại các thông số bảo vệ rơ le hoặc thay đổi tỷ số biến đổi trong các thiết bị đo để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Việc cài đặt đồng hồ và công tơ theo cách đếm phù hợp với thực tế có thể được thực hiện từ xa tại các Trung tâm điều độ khu vực hoặc quốc gia.
1.3.3 Quản lý và lưu trữ dữ liệu
Giám sát sự cố trên lưới và thiết bị, cảnh báo bằng âm thanh, màu sắc hoặc thông báo trên màn hình hiển thị, ghi lại chuỗi sự kiện và xác định chẩn đoán sự cố.
Tất cả các chức năng trên của hệ thống phải đƣợc bảo mật ở mức cao nhất và tuyệt đối tin cậy
1.3.4 Tính năng thời gian thực
Hệ thống SCADA là công cụ quan trọng trong việc điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu thời gian thực Tính năng thời gian của SCADA không chỉ đảm bảo độ chính xác và đúng đắn của kết quả đầu ra mà còn quyết định sự hoạt động bình thường của các hệ thống kỹ thuật, đặc biệt là hệ thống điện Việc đưa ra kết quả đúng thời điểm là yếu tố then chốt để duy trì hiệu quả hoạt động của hệ thống.
- Độ nhạy nhanh: tốc độ truyền thông tinh hữu ích phải đủ nhanh để đáp ứng nhu cầu trao đổi dữ liệu trong một giải pháp cụ thể
- Tính tiền định: Dự đoán trước được thời gian phản ứng tiêu biểu và thời gian phản ứng chậm nhất với yêu cầu của từng trạm
Độ tin cậy và tính kịp thời là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo thời gian vận chuyển dữ liệu một cách an toàn giữa các trạm trong một khoảng xác định.
- Tính bền vững: có khả năng xử lý sự cố một cách thích hợp để không gây thiệt hại thêm cho toàn bộ hệ thống.
Tổng quan về cơ cấu hệ thống SCADA
Hệ thống SCADA cần được thiết kế với cấu trúc phân cấp quản lý hiệu quả để giám sát và thu thập số liệu Các yêu cầu chung của hệ thống SCADA bao gồm khả năng điều khiển từ xa, thu thập dữ liệu thời gian thực và đảm bảo tính bảo mật.
Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa
RTU (Remote Termial Units) hoặc là các khối (bộ) vi điều khiển logic lập trình
PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) có khả năng giao tiếp hiệu quả với các thiết bị chấp hành như cảm biến cấp trường, hộp điều khiển đóng cắt và van chấp hành, giúp tối ưu hóa quy trình tự động hóa.
Trạm điều khiển và giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm
Hệ thống truyền thông bao gồm mạng truyền thông công nghiệp, thiết bị viễn thông và thiết bị chuyển đổi dòng kênh, có nhiệm vụ truyền dữ liệu từ cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ.
Giao diện người – máy (HMI) là thiết bị hiển thị thông tin về quá trình xử lý dữ liệu, giúp người vận hành dễ dàng kiểm soát và điều khiển hoạt động của hệ thống.
Theo các thành phần, có một cơ chế thu thập dữ liệu nhƣ sau:
Trong hệ thống SCADA, quá trình thu thập dữ liệu bắt đầu từ việc các RTU quét thông tin từ các thiết bị chấp hành được kết nối.
Thời gian thực hiện nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong Các máy chủ quét RTU với tốc độ chậm hơn để thu thập dữ liệu từ các RTU Để điều khiển, các máy chủ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, cho phép chúng gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp đến các thiết bị chấp hành để thực thi nhiệm vụ.
Trong quá trình truyền tải dữ liệu, dữ liệu có thể là dạng liên tục (Analog), dạng số (Digital) hay dạng xung (Pulse)
Giao diện cơ sở để vận hành trên các thiết bị đầu cuối là màn hình giao diện đồ họa (GUI), cho phép hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống Dữ liệu được trình bày dưới dạng hình ảnh tĩnh và sẽ tự động thay đổi khi có sự biến động trong dữ liệu.
Hệ thống SCADA hiển thị sự biến đổi liên tục của dữ liệu theo thời gian trên giao diện đồ họa GUI, thường dưới dạng đồ thị.
Hệ thống SCADA nổi bật với khả năng xử lý lỗi hiệu quả khi gặp sự cố Khi xảy ra sự cố, hệ SCADA có thể áp dụng một trong các phương pháp xử lý để khôi phục hoạt động bình thường.
Trong các hệ thống SCADA, các RTU với dung lượng bộ nhớ lớn có khả năng lưu trữ dữ liệu quan trọng Khi hệ thống hoạt động ổn định, dữ liệu sẽ được sao lưu vào bộ nhớ của RTU Điều này cho phép các RTU sử dụng dữ liệu tạm thời trong trường hợp hệ thống gặp lỗi, cho đến khi hoạt động trở lại bình thường.
Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống:
Hệ thống SCADA thường được trang bị các bộ phận dự phòng như hệ thống truyền thông hai đường truyền, RTU đôi hoặc hai máy chủ Những bộ phận này sẽ được kích hoạt khi hệ thống SCADA gặp sự cố hoặc hoạt động offline, phục vụ cho mục đích bảo trì, sửa chữa và kiểm tra.
Thành phần hệ thống SCADA
Hệ thống SCADA bao gồm các thiết bị RTUs (Remote Terminal Units) để thu thập và gửi dữ liệu về trạm chủ qua hệ thống truyền thông Trạm chủ hiển thị dữ liệu thu được, giúp người vận hành thực hiện các nhiệm vụ điều khiển từ xa một cách hiệu quả.
Dữ liệu chính xác và kịp thời giúp tối ưu hóa hoạt động và quy trình của nhà máy Hệ thống SCADA mang lại nhiều lợi ích như hiệu quả cao, độ tin cậy tốt, chi phí thấp và đặc biệt là nâng cao tính an toàn trong quá trình vận hành.
Một hệ thống SCADA phức tạp có năm cấp độ cơ bản sau:
- Thiết bị đo và thiết bị điều khiển;
- Trạm đầu cuối và thiết bị đầu cuối RTU;
- Các trạm thu thập dự liệu;
- Hệ thống xử lý dữ liệu
Phần mềm SCADA được chia thành hai loại chính: phần mềm sở hữu và phần mềm nguồn mở Phần mềm sở hữu do các nhà cung cấp hệ thống SCADA thiết kế để tương tác với phần cứng của họ, nhưng điều này dẫn đến sự phụ thuộc lớn vào các nhà cung cấp Ngược lại, phần mềm nguồn mở ngày càng trở nên phổ biến hơn nhờ khả năng tương tác linh hoạt, cho phép tích hợp thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau trong cùng một hệ thống.
Citect và WonderWare là hai trong số các phần mềm SCADA phổ biến hiện nay Nhiều gói phần mềm SCADA hiện tại còn tích hợp tính năng quản lý tài sản, mang lại sự tiện lợi cho người dùng trong việc giám sát và điều khiển hệ thống.
Phần mềm SCADA sẽ bao gồm những phần chính sau:
- Giao diện người sử dụng;
- Giao diện cho thiết bị đầu cuối RTU và PLC;
- Phương thức truy cập dữ liệu;
- Quá trình phân phối máy chủ/khách
Hình 1.4: Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển và giám sát SCADA
Có rất nhiều loại cáp truyền thông đƣợc sử dụng trong hệ thống SCADA Thông tin trong ngành Điện lực đƣợc truyền tải thông qua các hình thức sau:
- Các kênh sử dụng cao tần theo tuyến đường dây tải điện PLC (Power Line Carrier)
- Sử dụng các đường dây Điện lực, dây chống sét hoặc các đường cáp đặt cách ly trong chúng để tạo kênh cao tần truyền tin
Việc truyền thông tin cao tần qua đường dây Điện lực được thực hiện theo nhiều sơ đồ khác nhau, bao gồm Dây phát – Dây nhận, Dây pha – Dây đất, Dây pha – Dây pha, và Dây pha của lộ này – Dây pha của lộ khác Đồng thời, đường dây chống sét (DCS) cũng được sử dụng để truyền tin qua các sơ đồ như DCS – DCS, DCS - Dây đất, và hai DCS – Dây đất.
- Các đường cáp đặt cách ly trong đường dây Điện lực hoặc trong dây chống sét cũng được thực hiện theo các sơ đồ tương tự
- Các kênh theo đường cáp ngầm dưới đất hoặc dây hữu tuyến trên không, thường sử dụng loại cáp đồng trục
- Các kênh liên lạc sử dụng vô tuyến chuyển tiếp hay vi ba với bước sóng 1 – 10cm
- Các kênh vô tuyến sóng ngắn, bước sóng từ 10 – 50cm
- Các kênh cáp quang chôn ngầm dưới đất hoặc theo đường dây truyền tải điện
- Các kênh thuê của ngành Bưu điện
Hiện nay, trong ngành Điện lực, các phương thức truyền tin như cao tần qua đường dây tải điện, vô tuyến chuyển tiếp và kênh cáp quang đang được áp dụng phổ biến.
1.5.4 Tổng quan về mạng cục bộ LAN
Mạng cục bộ LAN (Local Area Network) cho phép chia sẻ tài nguyên thông tin giữa các trạm trong mạng SCADA thông qua các phương tiện truyền thông Topology mạng, hay cấu trúc mạng, là cách sắp xếp các nút và cáp trong mạng cục bộ, chia thành hai loại chính: tập trung và phân tán Trong topology tập trung, như mạng hình sao, có một máy tính trung tâm điều khiển truy cập mạng, giúp bảo đảm an toàn dữ liệu và quản lý tập trung Ngược lại, trong các topology phân tán như mạng Bus hoặc mạng vòng tròn, không có máy trung tâm, cho phép từng trạm công tác tự do truy cập vào mạng.
17 một các độc lập và tự thiết lập các ghép nối riêng của mình với các trạm công tác khác
Mạng LAN kết nối các máy tính cá nhân và thiết bị khác trong một khu vực hạn chế bằng dây cáp chất lượng, cho phép người dùng trao đổi thông tin, chia sẻ thiết bị ngoại vi và truy cập dữ liệu lưu trữ trên máy chủ tệp Mạng LAN có thể đơn giản, chỉ liên kết vài máy tính và một thiết bị ngoại vi như máy in laser, hoặc phức tạp hơn với máy chủ trung tâm, cho phép người dùng giao tiếp qua email, chia sẻ chương trình đa người dùng và truy cập cơ sở dữ liệu chung.
MODEM (Modulator/Demodulator) là thiết bị chuyển đổi tín hiệu số từ cổng nối tiếp máy tính thành tín hiệu tương tự để truyền qua đường điện thoại, đồng thời cũng chuyển đổi tín hiệu tương tự nhận được thành tín hiệu số Trong điện toán cá nhân, MODEM thường được sử dụng để trao đổi chương trình và dữ liệu với các máy tính khác cũng như truy cập dịch vụ thông tin trực tuyến như Dow Jones News/Retrieval Service.
MODEM, viết tắt của Modulator/Demodulator (điều biến/giải điều biến), là thiết bị quan trọng giúp chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự và ngược lại Điều này cần thiết vì đường dây điện thoại chỉ có khả năng xử lý âm thanh trong dải tần từ 300Hz đến 3000Hz, phù hợp với giọng nói con người Tốc độ truyền dữ liệu của MODEM được đo bằng bit mỗi dây (bps), không phải là baut, mặc dù hai thuật ngữ này thường bị nhầm lẫn.
Việc chọn MODEM trở nên dễ dàng hơn với các tùy chọn tốc độ khác nhau, bao gồm loại tốc độ chậm (300 hoặc 1200 bps) và loại tốc độ nhanh (2400 bps) Hiện nay, người dùng có nhiều lựa chọn hơn để phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình.
1.5.6 Yêu cầu về máy tính trong hệ thống SCADA
Máy tính trong hệ thống SCADA cần đạt tiêu chuẩn cao về cấu hình và chất lượng, thường là các máy tính đặc chủng được sản xuất riêng cho ngành công nghiệp Hiện nay, các dòng máy tính công nghiệp của Dell và HP đang được sử dụng phổ biến Đặc biệt, máy Workstation HP Z600 là lựa chọn thường gặp cho các máy trạm, với cấu hình tối thiểu đáp ứng yêu cầu của hệ thống.
HP Z600 WORKSTATION CPU Intel Xeon E5504 2.00 4MB/800 QC CPU -1
RAM HP 2GB (2x1GB) DDR3-1333 ECC 1-CPU RAM
OS Genuine Windows Vista® XP Professional 32-bit
Hard Drive HP 160GB SATA 7200 1st HDD
Video Card NVIDIA Quadro FX380 256MB Graphics
Mouse HP Optical 3-Button Mouse
Key board HP USB Standard Keyboard
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho máy chủ, việc lựa chọn màn hình HP LCD 21” chuyên dụng là rất quan trọng Để máy tính hoạt động hiệu quả trong thời gian dài, cần thực hiện bảo trì định kỳ, có thể là hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng hoặc kiểm tra hàng năm.
- Những yêu cầu chung về phần cứng:
Máy tính PC cần phải có tính phổ thông và khả năng giao tiếp hiệu quả với nhiều loại thiết bị phần cứng khác nhau để phục vụ cho việc thu thập và điều khiển.
Có hệ điều hành đa nhiệm có khả năng mở rộng và giao tiếp dễ dàng với các phần mềm và phần cứng khác
- Những yêu cầu chung về phần mềm:
Có khả năng tương thích với các giao thức (Protocol) thông dụng
Dễ dàng thiết kế và nâng cấp khi cần thiết
Hệ thống có khả năng thu thập, lưu trữ và sử dụng dữ liệu trong vòng ít nhất một năm, đồng thời cung cấp giao tiếp và giao diện thân thiện với người dùng Người sử dụng có thể dễ dàng hiển thị sơ đồ và đồ thị trong quá trình giám sát, cũng như in báo cáo một cách thuận tiện.
Giúp thao tác điều khiển từ xa dễ dàng, tuy nhiên vẫn phải bảo đảm thao tác điều khiển bằng tay
- Yêu cầu về giá thành và chi phí lắp đặt phải rẻ, hợp lý
1.5.7 Truyền tin trong hệ SCADA
- Các dạng truyền tin trong hệ SCADA
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tụ điện ảnh hưởng đến lưới điện áp phân phối
Khi công suất phản kháng được cung cấp bởi các tụ điện tại một số nút trong mạng phân phối, dòng điện sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi điện áp và giảm điện áp trong mạng lưới Để hiểu rõ hơn về tác động của tụ điện đối với sự sụt giảm điện áp, chúng ta sẽ xem xét hệ thống thử nghiệm hai nút Sự sụt giảm điện áp trong hệ thống này được tính toán dựa trên sự xen kẽ của tụ điện công suất phản kháng Nếu ΔP và ΔQ là biến thể của dòng hoạt động và phản ứng công suất, thì sự thay đổi điện áp ở nút 2 trong khi giá trị điện áp ở nút 1 được giữ không đổi sẽ được định nghĩa cụ thể.
Vì điện áp rơi trong phần ảo là nhỏ, nó có thể được bỏ qua Do đó, sụt áp liên quan đến hoạt động và phản ứng dòng điện giữa nút 1 và 2 được diễn đạt như sau:
Hình 2.1: Hệ thống kiểm tra hai nút Độ lớn của sự sụt giảm điện áp này đƣợc tính nhƣ sau:
Với điều kiện chỉ có công suất phản kháng thay đổi, biến thiên giảm điện áp đƣợc đƣa ra bởi (5):
Nếu công suất phản kháng được cung cấp từ tụ điện giảm đi một lượng ΔQC, dòng công suất phản kháng cũng sẽ giảm tương ứng Trong trường hợp này, sự thay đổi điện áp tại nút 2 được tính toán theo phương trình (6) Để làm rõ hơn về vấn đề này, hệ thống kiểm tra được trình bày trong Hình 2.2 sẽ được xem xét.
Sự thay đổi điện áp trong nút 13 do đƣợc bơm công suất phản kháng của tụ 3 và các tụ khác đƣợc xác định nhƣ sau:
Biến đổi điện áp ở nút 13, ký hiệu là ΔV3, được gây ra bởi sự thay đổi công suất phản kháng từ các tụ điện 1, 2 và 3, được thể hiện qua ΔQC1, ΔQC2 và ΔQC3 Độ lớn điện áp tại các tụ điện này được biểu thị bằng |V1|, |V2| và |V3| Tự kháng của tụ điện 3, ký hiệu là X33, được định nghĩa là tổng điện kháng của đường dây giữa các trạm biến áp và tụ điện tại nút Bên cạnh đó, X31 và X32 là điện kháng tương hỗ giữa các tụ điện, được xác định là tổng của các dòng kháng, thể hiện sự kết nối giữa nút trạm biến áp và hai tụ điện Các giá trị điện kháng này được tính toán theo một công thức cụ thể.
Trong đó Xn là điện kháng của dòng cung cấp nút n Các biến thể trên nút của tụ 1 và 2 tương tự được cho bởi (11) và (12):
Các phương trình (7), (11), (12) cũng có thể được sắp xếp theo dạng ma trận Đó là:
Hình 2.2: Hệ thống phân phối điển hình
Nói chung, phương trình (13) có thể được mở rộng như sau:
Trong đó n là số lƣợng tụ điện chuyển đổi Tóm tắt quan hệ trên đƣợc đƣa ra bởi (15):
Sau đó, biến thể công suất phản kháng dựa trên biến thể của sụt áp đƣợc tính nhƣ sau:
2.2 Ƣớc lƣợng điện áp giữa các nút tụ điện Để ƣớc tính điện áp tại một nút nằm giữa hai điển hình các nút tụ điện, giả sử rằng tải đƣợc phân chia giống hệt nhau giữa hai nút với điện áp đo đƣợc Trong trường hợp này, sự sụt giảm điện áp tương tự như tình huống trong đó tải giữa hai nút tụ tập trung ở nửa đường trên chúng Theo hình 2.3, điện áp ước tính của điểm giữa nút 1 và 2, đƣợc tính bằng dữ liệu thu thập của RTU đƣợc cài đặt trong nút của tụ 1 và được viết dưới dạng (17) [11]: Điện áp ƣớc tính của điểm giữa nút 2 và 1 đó là tính bằng RTU đƣợc cài đặt trong nút của tụ 2 được tính bằng phương trình (18):
Trong khi tải được phân phối chính xác giữa hai nút, hai giá trị điện áp sẽ bằng nhau Tuy nhiên, trong mạng thực tế, tải không phân phối giống hệt nhau Để cải thiện độ chính xác của dự toán, nên lấy trung bình các giá trị điện áp này Do đó, điện áp ước tính cho bộ nạp giữa các nút 1 và 2 được tính bằng cách tính trung bình của các điện áp.
Trong nghiên cứu này, giá trị đo lường RTU được xác định từ kết quả dòng điện ngược/về Các đơn vị phát điện phân tán được coi là tải âm và là nút PQ trong phương trình dòng điện Phương pháp này đã được đề cập trong tài liệu [15,16].
Hình 2.3: Một phần của mạng lưới phân phối
2.3 Đề xuất cấu trúc hệ thống
Trong phần này, chúng tôi mô tả cấu trúc của mạng lưới phân phối, bao gồm việc cài đặt RTU, tụ điện và các liên kết truyền thông trong mô hình đề xuất.
2.3.1 SCADA và hệ thống RTU
Giải pháp SCADA cho tự động hóa phân phối (DA) và hệ thống quản lý phân phối (DMS) mang lại nhiều lợi ích cho việc giám sát và kiểm soát SCADA hiện đại giúp theo dõi thiết bị hiệu quả, đảm bảo hoạt động tối ưu bằng cách phát hiện và khắc phục sự cố trước khi chúng trở thành lỗi hệ thống nghiêm trọng.
Hệ thống SCADA bao gồm các thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) có nhiệm vụ thu thập dữ liệu thực địa và truyền về trạm chủ qua một liên kết truyền thông RTU kết nối với các cảm biến tương tự và kỹ thuật số tại các vị trí từ xa, cho phép giám sát hiệu quả Trạm chủ không chỉ hiển thị dữ liệu thu được mà còn hỗ trợ người vận hành thực hiện các nhiệm vụ điều khiển từ xa.
Sơ đồ khối trong Hình 2.4 mô tả cách phần mềm Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) kết nối với các tụ điện trong lưới phân phối hiện đại Quy trình bắt đầu với RTU, nơi thực hiện phép đo và tính toán, sau đó gửi các tham số đến các RTU khác Dữ liệu này tiếp tục được chuyển đến SCADA chính Các thông tin từ RTU được đưa vào máy tính EMS, nơi thuật toán đề xuất được chạy để xác định các bước chuyển đổi tụ điện nhằm cải thiện cấu hình điện áp Cuối cùng, SCADA chính gửi lệnh điều chỉnh chuyển đổi qua liên kết truyền thông, và các tụ điện hệ thống điều khiển sẽ nhận đầu vào từ RTU để điều chỉnh các bước tương ứng.
Hình 2.4: Cấu hình DMS, SCADA và RTU
2.3.2 Đề xuất cấu hình hệ thống phân phối
Hệ thống đề xuất được cấu hình với một RTU cài đặt trên mỗi nút tụ điện, như thể hiện trong Hình 2.5 Các liên kết giao tiếp giữa các RTU cũng được trình bày trong hình này Mỗi RTU có nhiệm vụ đo một số tham số cục bộ và thực hiện các phép tính đơn giản Hình 2.6 mô tả các tham số cần đo bởi RTU trong mô hình Cụ thể, mỗi RTU sẽ đo điện áp tại nút của nó, cùng với dòng năng lượng hoạt động và phản ứng từ nguồn cấp dữ liệu kết nối Mô hình điều khiển điện áp thời gian thực này sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có để tối ưu hóa hiệu suất.
27 tầng lưới điện thông minh như hệ thống thông tin liên lạc và thiết bị đo lường; Do đó nó không cần đầu tƣ thêm để thực hiện
2.3.3 Thuật toán đề xuất Điện áp tối đa và tối thiểu của các nút nằm xung quanh mỗi nút tụ điện có thể đƣợc ƣớc tính bằng cách sử dụng dữ liệu đo RTU Sau đó, sử dụng tính toán RTU và thuật toán đề xuất, điện áp trong mỗi bus tụ có thể đƣợc điều chỉnh; nó làm cho điện áp của các nút xung quanh các nút tụ điện đạt giá trị gần với 1 pu
Trong thuật toán đề xuất, điện áp tối đa và tối thiểu được tính cho từng RTU, với kết quả đầu ra gửi tới RTU như dữ liệu đầu vào Cụ thể, RTUn là RTU kết nối với một ngân hàng tụ điện, trong khi RTUn-1 là đầu nguồn RTU kết nối với tụ điện ở đầu nguồn của RTUn, và RTUn+1 là RTU cuối nguồn Quy trình tính toán của RTUn được mô tả trong hình 2.7, trong đó RTU xa nhất tính toán điện áp tối đa và tối thiểu, sau đó gửi dữ liệu cho RTU đầu nguồn Khi nhận dữ liệu từ RTU cuối nguồn, RTU đầu nguồn sẽ tính toán điện áp tối đa và tối thiểu dựa trên thông tin từ RTU cuối nguồn và các thông số đo được Quy trình này tiếp tục cho đến khi dữ liệu điện áp tối đa và tối thiểu được nhận bởi bộ xử lý điều khiển điện áp Ví dụ, RTUn ước tính cấu hình điện áp giữa RTUn+1 và nút của nó bằng biểu thức (20).
Điện áp ước tính trung bình cho khoảng cách giữa RTUn và RTUn +1 được tính dựa trên điện áp ước tính và điện áp ước tính tương tự của RTUn +1, theo công thức (21).
Đề xuất cấu trúc hệ thống
Trong phần này, chúng tôi sẽ mô tả cấu trúc của mạng lưới phân phối bao gồm thiết bị RTU, tụ điện và các liên kết truyền thông trong mô hình đề xuất.
2.3.1 SCADA và hệ thống RTU
Giải pháp SCADA cho tự động hóa phân phối (DA) và hệ thống quản lý phân phối (DMS) mang lại lợi ích đáng kể trong việc giám sát và kiểm soát SCADA hiện đại giúp theo dõi thiết bị một cách hiệu quả, đảm bảo hoạt động tối ưu bằng cách phát hiện và khắc phục lỗi trước khi chúng trở thành sự cố nghiêm trọng trong hệ thống.
Hệ thống SCADA bao gồm nhiều thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) có nhiệm vụ thu thập dữ liệu thực địa và truyền tải về trạm chủ qua liên kết truyền thông RTU kết nối với các cảm biến tương tự và kỹ thuật số tại từng vị trí từ xa, trong khi trạm chủ hiển thị dữ liệu thu thập được và cho phép người vận hành thực hiện các nhiệm vụ điều khiển từ xa.
Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) được kết nối với các tụ điện trong lưới phân phối hiện đại thông qua sơ đồ khối Quá trình bắt đầu từ RTU, nơi thực hiện các phép đo và tính toán, sau đó gửi các tham số đến RTU khác cho đến khi dữ liệu được chuyển đến SCADA chính Dữ liệu này sau đó được đưa vào máy tính EMS, nơi thuật toán đề xuất chạy để xác định các bước tụ điện cần chuyển đổi nhằm cải thiện cấu hình điện áp Cuối cùng, SCADA chính gửi lệnh điều chỉnh chuyển đổi trình tự qua liên kết truyền thông, và tụ điện hệ thống điều khiển nhận đầu vào từ RTU để điều chỉnh các bước của nó.
Hình 2.4: Cấu hình DMS, SCADA và RTU
2.3.2 Đề xuất cấu hình hệ thống phân phối
Hệ thống đề xuất được cấu hình với một RTU cài đặt trên mỗi nút tụ điện, như thể hiện trong Hình 2.5 Các liên kết giao tiếp giữa các RTU cũng được mô tả trong hình Mỗi RTU có nhiệm vụ đo lường một số tham số cục bộ và thực hiện các phép tính đơn giản Theo Hình 2.6, các tham số cần đo bao gồm điện áp của nút, cùng với dòng năng lượng hoạt động và phản ứng trong nguồn cấp dữ liệu kết nối Mô hình điều khiển điện áp thời gian thực được đề xuất dựa trên cơ sở hạ tầng hiện có.
27 tầng lưới điện thông minh như hệ thống thông tin liên lạc và thiết bị đo lường; Do đó nó không cần đầu tƣ thêm để thực hiện
2.3.3 Thuật toán đề xuất Điện áp tối đa và tối thiểu của các nút nằm xung quanh mỗi nút tụ điện có thể đƣợc ƣớc tính bằng cách sử dụng dữ liệu đo RTU Sau đó, sử dụng tính toán RTU và thuật toán đề xuất, điện áp trong mỗi bus tụ có thể đƣợc điều chỉnh; nó làm cho điện áp của các nút xung quanh các nút tụ điện đạt giá trị gần với 1 pu
Trong thuật toán đề xuất, điện áp tối đa và tối thiểu được tính toán cho từng RTU, với dữ liệu đầu ra được gửi tới RTU như là dữ liệu đầu vào Cụ thể, RTUn là RTU kết nối với một ngân hàng tụ điện, trong khi RTUn-1 là RTU đầu nguồn và RTUn+1 là RTU cuối nguồn Quy trình tính toán của RTUn được mô tả trong hình 2.7, trong đó RTU xa nhất tính toán điện áp tối đa và tối thiểu, sau đó gửi dữ liệu cho RTU đầu nguồn RTU đầu nguồn, khi nhận dữ liệu từ RTU cuối nguồn, sẽ tiếp tục tính toán điện áp tối đa và tối thiểu dựa trên dữ liệu đầu vào và các thông số đo được Quá trình này lặp lại cho đến khi dữ liệu điện áp tối đa và tối thiểu được gửi đến bộ xử lý điều khiển điện áp Ví dụ, RTUn sử dụng các phép đo cục bộ để ước tính cấu hình điện áp giữa RTUn+1 và nút của nó theo biểu thức (20).
Điện áp ước tính trung bình cho khoảng cách giữa RTUn và RTUn +1 được xác định dựa trên điện áp ước tính của RTUn cùng với điện áp ước tính tương tự của RTUn +1 Công thức tính toán cho khoảng cách này được trình bày trong (21).
Điện áp tối đa và tối thiểu xung quanh RTUn+1 được xác định dựa vào điện áp của nút RTU n+1 (V n+1), điện áp ước tính cho đầu nguồn của RTUn+1 (Vest,n+1,f) và điện áp ước tính cho cuối nguồn của RTUn+1.
Trong lưu đồ, giá trị của Vest,n+2,f và Vest,n+1,b là giống nhau Trong giai đoạn tiếp theo, điện áp giữa RTUn và RTUn-1 sẽ được ước tính bằng phương trình (22).
Cuối cùng, các giá trị Vn, Vest,n,b và Vest,n,n-1, cùng với các giá trị tối đa và tối thiểu của điện áp tại các nút gần RTUn+1 và RTU cuối nguồn, sẽ được gửi đến RTU đầu nguồn.
Hình 2.5: Cấu trúc và vị trí của thiết bị trong phương pháp đề xuất
Hình 2.6: Chi tiết về các phép đo RTU
Hình 2.7: Quy trình của thuật toán RTU
Nhờ vào các tính toán được thực hiện bởi mỗi RTU, dữ liệu được truyền tải nhanh chóng và thời gian xử lý được rút ngắn So với hệ thống SCADA truyền thống, mô hình đề xuất cho thấy khả năng phản ứng nhanh hơn đối với biến đổi điện áp.
Sau khi gửi các giá trị tối đa và tối thiểu của điện áp tại mỗi nút tụ đến bộ điều khiển trung tâm thông qua RTU gần nhất, sự chênh lệch giữa giá trị tối đa và tối thiểu của điện áp cho từng tụ điện được tính toán theo công thức (23).
Sự thay đổi điện áp cần thiết trong nút của tụ thứ i đƣợc tính nhƣ sau:
Giá trị điện áp điều chỉnh tại nút tụ điện được ký hiệu là b(i), trong khi Vdif,i thể hiện sự khác biệt giữa điện áp tối đa và tối thiểu của mỗi nút tụ Quy định về điện áp tính toán này được áp dụng thông qua việc thay đổi tụ điện phản kháng Số lượng thay đổi trong tụ điện công suất phản kháng được xác định dựa trên một phương trình cụ thể.
Trong bài viết này, chúng tôi trình bày phương pháp điều khiển tụ điện thông qua bộ điều khiển trung tâm, nơi nhận giá trị điện áp tối đa và tối thiểu của từng tụ điện để tính toán các bước chuyển đổi cần thiết Các lệnh này được gửi đến từng RTU để thực hiện Hai mô hình điện áp mới được đề xuất dựa trên thuật toán, mỗi mô hình mang lại những lợi ích riêng, giúp DSO lựa chọn giữa chi phí đầu tư thấp hơn và chất lượng điện tốt hơn Sơ đồ tính toán bộ điều khiển được minh họa trong hình 2.8.
Hình 2.8: Lưu đồ tính toán bộ điều khiển trung tâm
Hình 2.9:Sơ đồ vận hành lưới điện phân phối điển hình có lắp đặt tụ bù điều khiển từ xa
ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Ứng dụng hệ thống SCADA trên lưới điện
Nguyên tắc làm việc của hệ thống SCADA nhƣ sau:
- Thu thập dữ liệu: Dữ liệu từ các trạm biến áp và các nhà máy điện đƣợc chia làm ba loại chính:
Dữ liệu trạng thái bao gồm thông tin về tình trạng của các máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, và các khóa điều khiển từ xa hoặc tại chỗ Ngoài ra, các cảnh báo từ các thiết bị bảo vệ cũng được ghi nhận để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong vận hành.
+ 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 rơ le trung gian được đưa vào đầu vào số của RTU, trong khi dữ liệu tương tự từ cuộn thứ cấp của máy biến dòng điện và điện áp được chuyển đến các bộ biến đổi Đầu ra của bộ biến đổi sau đó được đưa vào các cổng đầu vào tương tự của RTU Tại RTU, dữ liệu được số hoá và gửi về trung tâm điều độ qua kênh truyền.
Lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA của trung tâm điều độ được gửi đến RTU (hoặc SAS) thông qua kênh truyền, bao gồm các lệnh điều khiển cần thiết để quản lý và giám sát hệ thống.
+ 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 đƣợc máy tính xử lý:
+ Hiển thị trên các sơ đồ, bảng biểu và các dạng đồ thị xu hướng
Hệ thống SCADA sẽ phát cảnh báo âm thanh và hiển thị thông báo khi có sự thay đổi trạng thái dữ liệu, như máy cắt, dao cách ly hay các cảnh báo khác, nhằm thu hút sự chú ý của người vận hành.
Dữ liệu giá trị đo xa sẽ được kiểm tra và so sánh với các ngưỡng dưới và trên đã được xác định trước Nếu giá trị đo được vi phạm các ngưỡng này, hệ thống sẽ gửi cảnh báo đến người vận hành.
- Giao tiếp người máy đồ họa hoàn toàn;
- Điều khiển cảnh báo và sự kiện;
- Ghi nhận 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, thường lệ và đặc biệt;
- Biến cố và thẻ báo thiết bị đóng cắt;
- Thông tin liên lạc với các Trung tâm Điều độ
3.1.3 Các chức năng EMS trong lưới truyền tải
Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) giúp Trung tâm Điều độ tối ưu hóa việc điều khiển và vận hành hệ thống điện Các chức năng chính của EMS đảm bảo yêu cầu vận hành an toàn và tiết kiệm chi phí Các chương trình ứng dụng của hệ thống này được thiết kế để đáp ứng nhu cầu vận hành hiệu quả.
- 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 hành 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;
- Phối hợp thuỷ - nhiệt điện;
Các chương trình hỗ trợ cả chế độ thời gian thực và chế độ nghiên cứu, nhấn mạnh tầm quan trọng của hệ thống SCADA/EMS với cấu hình kép cho hầu hết thiết bị Đối với lưới truyền tải, hệ thống SCADA/DMS được sử dụng để quản lý vận hành lưới điện phân phối cao áp.
Hệ thống quản lý phân phối (DMS) là các ứng dụng hỗ trợ quản lý lưới điện phân phối, hoạt động song song với hệ thống SCADA Để nâng cao hiệu quả quản lý vận hành lưới trung thế phân phối, hệ thống tự động hóa lưới phân phối (DAS) cũng được triển khai.
3.1.4 Các Chức năng DMS trong lưới phân phối
Các chức năng DMS giúp vận hành lưới điện phân phối an toàn và hiệu quả nhất, các chức năng điển hình nhƣ 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 suất;
- Cân bằng phụ tải cho các xuất tuyến hoặc các máy biến áp;
- Tối thiểu hóa tổn thất công suất theo ràng buộc lưới;
- Cô lập điểm sự cố và khôi phục lưới;
- Lập kế hoạch sửa chữa lưới điện;
- Mô phỏng phục vụ đào tạo điều độ viên
Hiện nay, EVN đã triển khai hệ thống SCADA/DMS tại nhiều đơn vị, trong đó có hệ thống do ABB cung cấp Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh đang vận hành hệ thống cũ, trong khi Công ty Điện lực Hà Nội sử dụng hệ thống mới Ngoài ra, Công ty Điện lực Đồng Nai và các Công ty Điện lực Cần Thơ, Lâm Đồng thuộc Công ty Điện lực 2 cũng đã thành công trong việc triển khai hệ thống SCADA/DMS trên lưới điện phân phối Công ty Điện lực 3 đang hợp tác với ABB Oy để triển khai hệ thống này tại các thành phố Đà Nẵng, Huế, Quy Nhơn và Buôn Mê Thuột.
Ứng dụng SCADA trong giám sát lưới hạ thế
Mạng SCADA giám sát lưới hạ thế hiện nay không chỉ đảm nhận chức năng giám sát và thu thập, xử lý dữ liệu mà còn cần đáp ứng các mục tiêu phát triển bền vững và hiệu quả.
- Bảo đảm tính liên tục của lưới điện hạ thế
- Tối ƣu hóa các nguồn tài nguyên cũng nhƣ chất lƣợng bảo trì
- Nâng cao chất lƣợng điện năng
- Bảo đảm an toàn lưới điện hạ thế
Hình 3.2: Ứng dụng hệ thống SCADA trong giám sát lưới hạ thế
Lưới điện hạ thế hiện đại khi được lắp đặt luôn luôn phải thỏa mãn các mục tiêu sau:
- Nâng cao mức linh hoạt khi sử dụng điện năng
- Giảm giá thành sử dụng điện
- Tiết kiệm chi phí lắp đặt, bảo trì và nâng cấp
- Bảo đảm an toàn cho người vận hành
- Cải thiện nghi khi vận hành lưới điện hạ thế
- Muốn vậy, lưới điện hạ thế cần phải có tính thích ứng cao, khả năng nâng cấp và thích nghi với mọi cấu hình khi lắp đặt
Người vận hành lưới điện hạ thế để thỏa mãn các yêu cầu của mạng SCADA giám sát lưới cần phải biết:
Để đảm bảo hiệu quả khi lắp đặt, cần cài đặt đầy đủ các chức năng điều khiển và nắm vững các trạng thái vận hành Điều này bao gồm cả khả năng điều khiển từ xa của các khí cụ và thiết bị.
- Kết nối tốt với mọi phần tử nằm trong mạng hạ thế đang vận hành, bảo đảm đáp ứng nhanh nhất khi có sự cố xảy ra
- Khai thác và xử lý tốt dữ liệu thu thập
- Đo và hiển thị mọi thông số của lưới phân phối (dòng, áp, công suất, cos…)
- Bảo đảm an toàn cho người và thiết bị
Mạng SCADA giám sát lưới hạ thế có thể được phân chia thành 4 nhóm chức năng chính: Đo lường, Hiển thị, Điều khiển và Quản lý.
Tóm tắt bốn nhóm chức năng nhƣ sau:
- Chức năng Đo lường: Bảo đảm thu thập được đầy đủ dữ liệu liên quan đến hệ thống phân phối lưới hạ thế
- Chức năng Hiển thị: Thể hiện đầy đủ mọi thông số lưới cũng như luôn kịp thời cảnh báo sự cố nếu có
- Chức năng Điều khiển: Có khả năng giám sát và điều khiển từ xa mọi thành phần của lưới hạ thế
- Chức năng Quản lý: Bảo đảm giảm chi phí vận hành tăng cường tiện nghi và đơn giản hóa công tác bảo trì
Các thiết bị bảo vệ và đóng cắt hiện đại cho phép mở rộng 4 chức năng chính nêu trên, cụ thể:
Nâng cao tính năng đo lường các thông số lưới điện, thiết bị không chỉ hiển thị giá trị dòng và áp trên PANEL mà còn cung cấp các đại lượng P, S, cosϕ Ngoài ra, thiết bị còn có khả năng truyền giá trị đo về máy tính PC trung tâm, giúp quản lý và giám sát hiệu quả hơn.
Hình 3.3: Lưu đồ chính vận hành giám sát lưới điện hạ thế
- Chức năng điều khiển có nhiều tính năng mới
- Có khả năng tập trung dữ liệu để kiểm tra và phân tích
- Điều khiển từ xa CB cùng các thiết bị khác trong mạng
- Hiển thị thông báo trạng thái từng thiết bị cũng nhƣ tình trạng điện áp trên từng thanh cái
- Phát hiện sự cố và cảnh báo kịp thời
Chức năng chuẩn đoán và bảo trì giờ đây được nâng cấp với tính năng định vị chính xác vị trí sự cố, đồng thời lưu trữ các thông số liên quan đến từng sự cố.
- Chức năng quản lý có khả năng đọc thông số điện tiêu thụ từ xa, giám sát và phân tích đầy đủ các đại lƣợng P, S, cos
Hình 3.4: Lưu đồ vận hành và giám sát nhánh tải CD
Hình 3.5: Lưu đồ vận hành và giám sát nhánh tải EF
Hình 3.6: Lưu đồ vận hành và giám sát nhánh tải GH
Hình 3.7: Chương trình con phát hiện và khắc phục sự cố
Hình 3.8: Chương trình con phát hiện và phân loại các sự cố về dòng
Hình 3.9: Chương trình con theo dõi bù công suất phản kháng
Ứng dụng SCADA vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV tại Công
Mục đích của nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giám sát khai thác dữ liệu online MIMIC vào lưới điện phân phối 22 kV là để phát triển phương thức vận hành tiên tiến, nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong cung cấp điện, đồng thời giảm thiểu số lượng nhân viên vận hành và cải thiện chất lượng điện năng.
Hệ thống giám sát khai thác dữ liệu (GSKTDL) kết hợp các giải pháp điều khiển từ xa và giám sát hệ thống phân phối, truyền tải Phần mềm hệ thống MIMIC không chỉ hoạt động hiệu quả như giao thức người-máy trong hệ thống tự động, mà còn hỗ trợ giám sát tình trạng vận hành lưới điện và quản lý hoạt động của thiết bị một cách toàn diện.
ePowerMan kết nối với board mạch giám sát MIMIC bên ngoài bảng điện, giúp nâng cao khả năng giám sát và truy xuất thông tin nhanh chóng, từ đó tối ưu hóa hoạt động của hệ thống lưới điện.
ePowerMan cung cấp các chức năng quản trị cơ bản như phân quyền người dùng, sao lưu an toàn, truy xuất và cập nhật thông tin Hệ thống cũng cho phép tổng kết và báo cáo tình trạng hệ thống lưới điện một cách nhanh chóng và chính xác Tóm lại, GSKTDL là một hệ thống đa chức năng, đáp ứng tốt nhu cầu quản lý và giám sát.
Công ty Điện lực Bến Tre sử dụng mạng cáp quang nội tỉnh để truyền dẫn thông số vận hành từ các thiết bị điện bên ngoài như Recloser và bộ điều khiển tụ bù về Phòng Điều Độ Việc này giúp nâng cao hiệu quả trong công tác điều hành và quản lý hệ thống điện.
Hệ thống điện (HTĐ) hiệu quả hơn
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý bảng điện MIMIC
+ Máy tính: Cài đặt phần mềm ePowerman cho phép điều khiển trạng thái các đèn LED, lưu trữ các thông tin, vẽ sơ đồ lưới điện
Board mạch điện là một mạch vi xử lý có chức năng giao tiếp giữa máy tính và các đèn LED, đảm nhiệm việc điều khiển 32 đèn LED.
Bảng đèn LED là một cấu trúc được tạo thành từ nhiều miếng mica hình vuông kích thước 10cm x 10cm, ghép lại để tạo thành bảng điện lớn theo kích thước mong muốn Trên bảng điện, các nhà thiết kế in sơ đồ đơn tuyến và gắn đèn LED bên cạnh các thiết bị đóng cắt như Recloser, LBS, DS, FCO để hiển thị trạng thái hoạt động của thiết bị Hiện tại, bảng MIMIC trong phòng Điều độ có ba trạng thái được quy ước cụ thể.
LED màu đỏ chỉ thiết bị ở trạng thái đóng
LED xanh chỉ thiết bị đang ở trạng thái mở
LED chớp xanh lưới điện hoặc thiết bị đang bị sự cố
Hình 3.12: Giao diện phần mềm ePowerman
Bên trái là các công cụ đồ họa để vẽ sơ đồ lưới điện; phóng to, thu nhỏ; di chuyển sơ đồ lưới điện
Màn hình bên phải hiển thị thông tin thuộc tính của thiết bị, bao gồm dòng điện, điện áp, công suất và hệ thống cài đặt của thiết bị như Recloser Ngoài ra, nó còn cung cấp các thông số lịch sử như năm vận hành, tất cả các thông tin này đều được người dùng nhập vào.
Vẽ sơ đồ lưới điện trên máy tính
Cho phép điều độ viên điều khiển trạng thái các đèn LED để thực hiện giám sát và vận hành của lưới điện
Phần mềm ePowerman cho phép lưu những thông số “tĩnh” của thiết bị
Người dùng có thể nhập thông số để phục vụ cho việc vận hành lưới điện Khi cần thông tin về một nút cụ thể trên lưới điện, chỉ cần nhấp chuột vào nút đó trên sơ đồ, các thông số tỉnh như Pmax, Pmin và dòng cài đặt sẽ hiển thị, hỗ trợ Điều độ viên trong quản lý và vận hành lưới điện, bao gồm chuyển lưới và tiết giảm Điều này giúp nâng cao hiệu quả thao tác, tiết kiệm thời gian và đảm bảo an toàn.
Biểu mẫu báo cáo nhật ký vận hành lưới điện hiện tại chưa phù hợp với các mẫu của Công ty và có khả năng chỉnh sửa theo nhu cầu của người dùng.
Bảng MIMIC có khả năng kết nối với các hệ thống SCADA, cho phép cập nhật trạng thái thiết bị và hiển thị thông số vận hành tức thời một cách hiệu quả.
- Các phần mềm giám sát và điều khiển:
Phần mềm Recloser_ACQ: Giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị recloser
Hình 3.13: Giao diện phần mềm Recloser_ACQ
Hiện thị thông số vận hành của thiết bị Recloser online
Lưu thông số vận hành
Cảnh báo khi có sự cố
Điều khiển đóng cắt các Recloser từ xa
Xem thông số vận hành từ xa trên các thiết bị máy tính sách tay, Ipad, Iphone (yêu cầu các thiết bị có nối mạng Internet)
Phần mềm nầy có thể dễ dàng phát triển thêm nhiều nút giám sát mà không cần thay đổi cấu trúc của chương trình
- Phần mềm cổng VCom ảo, đây là tính năng phụ của hệ thống
Phần mềm Recloser cho phép truy cập và cài đặt thông số từ xa thông qua mạng cáp quang và các tủ RTU có sẵn, giúp người dùng không cần phải đến hiện trường Hiện tại, công ty đã triển khai 64 nút thiết bị có khả năng truy cập và điều chỉnh Recloser một cách hiệu quả.
* Ƣu điểm của giải pháp:
- Hệ thống dễ dàng phát triển thêm nhiều nút giám sát, không cần thay đổi cấu trúc chương trình
- Hệ thống dễ dàng phát triển nâng cấp từ đường truyền ADSL lên mạng cáp quang
Hệ thống được trang bị phần mềm giám sát, cho phép nâng cấp để phát triển nhiều công cụ hỗ trợ cho việc vận hành lưới điện hiệu quả hơn.
- Hệ thống truyền số liệu Real “thực” trực tiếp từ các Recloser nên số liệu chính xác
Hệ thống có khả năng tương tác hiệu quả với nhiều thiết bị khác nhau, bao gồm điện kế điện tử, tủ điều khiển LBS, tủ điều khiển tụ bù và máy đo chất lượng điện năng.
* Giám sát online chỉ số các thiết bị điện tử thông minh:
- Mục đích sử dụng hệ thống:
Bảng MIMIC (Modified Intergration Microprocessor Intergration Communication) hỗ trợ giám sát trạng thái tổng thể tình trạng vận hành lưới điện và quản lý hoạt động của thiết bị
Phần mềm hỗ trợ sao lưu, truy xuất, cập nhật, tổng kết, báo cáo tình trạng lưới một cách nhanh chóng
Thu thập dữ liệu truyền tự động về Trung tâm từ các thiết bị điện tử thông minh trên lưới như: Recloser, LBS, điện kế điện tử, …
Hệ thống báo động bằng âm thanh 2 cấp Hỗ trợ thông tin về việc mất pha cũng như xác định tương đối địa điểm có sự cố
Hỗ trợ theo dõi trạng thái hoạt động lưới điện mọi lúc mọi nơi trên các thiết bị điện thoại di động, Iphone, Ipad, máy vi tính xách tay,
- Tín hiệu trên lưới thu thập:
Để thu thập số liệu từ 15kV-35kV, thiết kế trích tín hiệu cần sử dụng chuẩn 101 (RS-232) và chuẩn 104 (RS-485, RJ45) trong các thiết bị điện tử thông minh trên lưới.
