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, hỗ trợ con người trong việc điều khiển và giám sát từ xa, vượt trội hơn so với hệ 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).

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 cần thiết phải có giao diện người dùng để tương tác hiệu quả.

Có năm loại diện người-máy phục vụ cho quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều khiển cục bộ Do giá thành và đặc điểm kỹ thuật, các màn hình vận hành (OP - Operator Panel), màn hình sờ (TP - Touch Panel) và Multi Panel chuyên dụng được ưa chuộng và đóng vai trò quan trọng hơn trong quá trình này.

SCADA, theo quan điểm truyền thống, được xem là hệ thống mạng và thiết bị chủ yếu để thu thập dữ liệu từ các trạm xa và truyền tải về trung tâm xử lý Trong những hệ thống này, yếu tố truyền thông và phần cứng thường được ưu tiên hàng đầu Tuy nhiên, với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và phần mềm trong những năm gần đây, việc thiết kế hệ thống SCADA đã chuyển trọng tâm sang lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống mới.

1.1.2 Chức năng và vai trò của SCADA

Hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức theo nhiều cấp quản lý, mỗi cấp đảm nhiệm việc đo lường, thu thập và giám sát các đối tượng cụ thể Do đó, việc triển khai SCADA cho hệ thống sản xuất cũng được phân chia thành các cấp khác nhau, tùy thuộc vào quy mô và yêu cầu cụ thể của từng cấp Mỗi cấp SCADA cần thực hiện những dịch vụ quan trọng nhằm đảm bảo hiệu quả quản lý và điều hành hệ thống.

Thu thập dữ liệu từ xa thông qua các đường truyền số liệu để ghi nhận thông tin về sản xuất và tổ chức lưu trữ trong nhiều loại cơ sở dữ liệu, bao gồm số liệu 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

Thực hiện công tác truyền thông số liệu cả trong và ngoài hệ thống, bao gồm việc đọc và ghi số liệu từ PLC/RTU Đồng thời, cần phải trả lời 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 các phương thức truyền thông để tự động hóa quản lý, giám sát và điều khiển trong các ngành công nghiệp Xu hướng tự động hóa ngày càng trở nên phổ biến và không thể tránh khỏi, do đó việc áp dụng hệ thống SCADA là cần thiết để nâng cao hiệu quả hoạt động.

Để không tụt hậu trong sản xuất, việc áp dụng SCADA là điều cần thiết SCADA giúp thu thập thông tin chính xác về hệ thống, từ đó hỗ trợ ra quyết định đúng đắn và dễ dàng trong công tác điều khiển Việc này không chỉ giảm chi phí nhân lực mà còn tối ưu hóa quy trình vận hành, góp phần giảm giá thành sản phẩm và nâng cao 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 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 thực hiện điều khiển, các máy chủ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, cho phép chúng gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp tới 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 cơ sở để vận hành 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 Dữ liệu được trình bày dưới dạng hình ảnh tĩnh, và sẽ thay đổi tương ứng khi có sự thay đổi 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) thông qua các đồ thị trực quan.

Hệ SCADA có một ưu điểm nổi bật là khả năng xử lý lỗi hiệu quả khi hệ thống gặp sự cố Khi xảy ra sự cố, hệ thống SCADA có thể áp dụng một trong những phương pháp xử lý phù hợp để khắc phục tình hình.

Trong hệ thống SCADA, các RTU với dung lượng bộ nhớ lớn cho phép lưu trữ dữ liệu khi hệ thống hoạt động ổn định Khi xảy ra sự cố, các RTU sẽ sử dụng dữ liệu đã được sao lưu trong bộ nhớ để duy trì hoạt động cho đến khi hệ thống phục hồi trở lại bình thường.

Hệ thống SCADA thường được trang bị các phần cứng dự phòng như hệ thống truyền thông với hai đường truyền, RTU đôi hoặc hai máy chủ 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.

Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA

Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là thiết yếu cho hệ thống công nghiệp, đặc biệt là trong các hệ thống sản xuất quy mô lớn với nhiều thiết bị và chức năng khác nhau Do 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 là rất khó khăn Vì vậy, các chức năng giám sát, điều khiển và thu thập số liệu được phân phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau dựa trên mức độ quan trọng và yêu cầu tính năng cụ thể.

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.

Cấp chấp hành thực hiện ba chức năng chính: 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 để đảm bảo việc đo lường và truyền động diễn ra chính xác và nhanh chóng Ngoài ra, các thiết bị thông minh tích hợp bộ vi xử lý có khả năng xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi truyền 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 một thuật toán nhất định, sau đó truyền đạt kết quả xuống các bộ chấp hành Máy tính đảm nhận 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) bao gồm 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 một quá trình kỹ thuật hỗ trợ người sử dụng cài đặt ứng dụng, theo dõi và xử lý các tình huống bất thường Ngoài ra, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức Việc thực hiện các chức năng giám sát và điều khiển thường không cần thiết bị phần cứng đặc biệt, chỉ cần 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 hoạt động ổn định và an toàn.

1.3.2.1 Quá trình điều khiển phải chính xác, tin cậy

Trong quá trình thực hiện thao tác đóng/mở máy cắt, dao cách ly và điều khiển chuyển nấc phân áp của máy biến áp 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 sự liên động phối hợp giữa máy cắt, dao cách ly và các thiết bị liên quan, tuân thủ quy trình quy phạm vận hành của hệ thống.

1.3.2.2 Cài đặt thông số từ xa

Khi cấu trúc lưới điện thay đổi hoặc công suất chống quá tải được nâng cao, các thông số vận hành của lưới và thiết bị cũng sẽ biến động 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 để đếm số liệu phù hợp với thực tế có thể được thực hiện từ xa tại các Trung tâm điều độ vùng hoặc quốc gia.

1.3.3 Quản lý và lưu trữ dữ liệu

Giám sát các 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

SCADA là hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu thời gian thực, vì vậy tính năng thời gian của nó rất quan trọng Hoạt động bình thường của các hệ thống kỹ thuật, đặc biệt là hệ thống điện, không chỉ phụ thuộc vào độ chính xác và tính đúng đắn của kết quả đầu ra, mà còn vào thời điểm đưa ra kết quả.

- 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 thời gian kịp thời là yếu tố quan trọng, đảm bảo quá trình vận chuyển dữ liệu diễn ra một cách đáng tin cậy giữa các trạm trong một khoảng thời gian 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 có cơ cấu cơ bản phù hợp với sự phân cấp quản lý, giám sát và thu thập số liệu, đồng thời đáp ứng các yêu cầu chung của hệ thống này.

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, hộp điều khiển đóng cắt và van chấp hành, đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa công nghiệp.

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 các thiết bị chuyển đổi dòng kênh, có chức năng 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 xử lý dữ liệu, giúp người vận hành kiểm soát và điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống.

Theo các thành phần, có một cơ chế thu thập dữ liệu nhƣ sau:

Trong hệ thống SCADA, dữ liệu được thu thập đầu tiên thông qua quá trình quét thông tin từ các RTU, mà các RTU này nhận được từ các thiết bị chấp hành được kết nối.

Thời gian quét bên trong là khoảng thời gian để thực hiện nhiệm vụ, trong đó các máy chủ quét 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 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 người dùng đồ họa (GUI) là cơ sở để vận hành các thiết bị đầu cuối, cho phép hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển và giám sát Tại mỗi thời điểm, dữ liệu được trình bày dưới dạng hình ảnh tĩnh, và khi có sự thay đổi trong dữ liệu, hình ảnh cũng sẽ được cập nhật tương ứng.

Hệ thống SCADA thường hiển thị sự biến đổi liên tục của dữ liệu theo thời gian thông qua giao diện đồ họa GUI, sử dụng đồ thị để minh họa quá trình thay đổi này.

Một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống SCADA là khả năng xử lý lỗi hiệu quả khi xảy ra sự cố Cụ thể, khi gặp tình huống khẩn cấp, hệ thống SCADA có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau để khắc phục sự cố một cách nhanh chóng và chính xác.

Trong các hệ thống SCADA, các RTU có dung lượng bộ nhớ lớn cho phép lưu trữ dữ liệu Khi hệ thống hoạt động ổn định, dữ liệu sẽ được sao lưu vào bộ nhớ của RTU Điều này giúp các RTU có thể sử dụng tạm thời dữ liệu đã lưu trữ khi hệ thống gặp sự cố, 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 cần hoạt động offline để thực hiện bảo trì, sửa chữa hoặc kiểm tra.

Thành phần hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA bao gồm các thiết bị đầu cuối RTUs (Remote Terminal Units) để thu thập và truyền dữ liệu về trạm chủ Trạm chủ hiển thị dữ liệu này, cho phép 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, bao gồm hiệu quả cao hơn, độ tin cậy tốt, chi phí thấp và đặc biệt là tăng cường 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 thuộc quyền sở hữu và phần mềm nguồn mở Phần mềm thuộc quyền 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 nhà cung cấp Ngược lại, phần mềm nguồn mở ngày càng phổ biến 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 những phần mềm SCADA phổ biến trên thị trường 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 như: 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

Trong ngành Điện lực hiện nay, việc truyền tin 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 hệ thống SCADA thông qua các phương tiện truyền thông Topology mạng, hay còn gọi là cấu trúc mạng, là cách sắp xếp hình học của các nút và cáp trong mạng cục bộ, được 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 toàn bộ hoạt động của mạng 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 (Local Area Network) kết nối các máy tính cá nhân và thiết bị trong một khu vực hạn chế thông qua dây cáp chất lượng cao, cho phép người dùng trao đổi thông tin, chia sẻ thiết bị ngoại vi như máy in laser và truy cập dữ liệu từ máy chủ Quy mô và độ phức tạp của mạng LAN có thể khác nhau, từ việc liên kết ba máy tính cá nhân đến các hệ thống phức tạp với máy chủ trung tâm, hỗ trợ giao tiếp qua email và truy cập cơ sở dữ liệu dùng 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, nó cũng chuyển đổi tín hiệu tương tự nhận được thành tín hiệu số Trong lĩnh vực điện toán cá nhân, MODEM thường được sử dụng để trao đổi chương trình, dữ liệu với máy tính khác và truy cập các dịch vụ thông tin trực tuyến như Dow Jones News/Retrieval Service.

MODEM là viết tắt của Modulator/Demodulator, có chức năng điều biến và giải điều biến tín hiệu Việc điều biến là cần thiết vì đường dây điện thoại chỉ xử lý được tần số giọng nói từ 300Hz đến 3000Hz Tốc độ truyền dữ liệu của MODEM được đo bằng bit mỗi giây (bps), không phải là baut, mặc dù hai thuật ngữ này thường bị nhầm lẫn.

Chọn MODEM trở nên dễ dàng hơn với các tùy chọn tốc độ đa dạng, bao gồm loại tốc độ chậm (300 hoặc 1200 bps) và loại tốc độ nhanh (2400 bps) Hiện nay, người dùng có nhiều sự lựa chọn hơn cho MODEM 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 sản xuất riêng cho ngành công nghiệp Hiện nay, các dòng máy tính công nghiệp của Dell và HP được sử dụng phổ biến Đặc biệt, máy trạm Workstation mới nhất của HP, Z600, có cấu hình tối thiểu như sau:

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 cần thiết, nhằm hỗ trợ khả năng xử lý và lưu trữ dữ liệu hiệu quả Để máy vi tính hoạt động bền bỉ, công tác bảo trì định kỳ là rất quan trọng, có thể thực hiện hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng hoặc kiểm tra hàng năm.

- Những yêu cầu chung về phần cứng:

Máy tính PC được sử dụng để thu thập và điều khiển cần phải có tính phổ thông, đồng thời phải đảm bảo khả năng giao tiếp hiệu quả với nhiều loại thiết bị phần cứng khác nhau.

Có hệ điều hành đa nhiệm có khả năng mở rộng và giao tiếp dễ dàng với các phần mềm và 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 ít nhất một năm, đồng thời cung cấp giao diện thân thiện và dễ sử dụng cho người vận hành Người dùng 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 ở các nút khác nhau 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 ảnh hưởng của tụ điện đến 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 Để xác định sự thay đổi điện áp ở nút 2, trong khi giá trị điện áp ở nút 1 được giữ ổn định, chúng ta xem ΔP và ΔQ là biến thể của dòng hoạt động và phản ứng công suất.

Vì điện áp rơi phần ảo là nhỏ, nó thường bị bỏ qua Do đó, sụt áp liên quan đến hoạt động và phản ứng dòng điện giữa nút 1 và 2 có thể được mô tả 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 bơm từ tụ điện giảm với giá trị ΔQC, thì dòng công suất phản kháng cũng sẽ giảm tương ứng Trong tình huống này, sự thay đổi điện áp tại nút 2 được tính theo phương trình (6) Để làm rõ thêm các giải thích, 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:

ΔV3 là biến đổi điện áp tại nút 13 do sự thay đổi công suất phản kháng của các tụ 1, 2 và 3, được thể hiện qua ΔQC1, ΔQC2 và ΔQC3 Độ lớn điện áp tại các tụ 1, 2 và 3 lần lượt được ký hiệu là |V1|, |V2| và |V3| X33 đại diện cho tự kháng của tụ điện 3, được định nghĩa là tổng điện kháng của đường dây giữa các trạm biến áp và tụ điện Trong khi đó, X31 và X32 là điện kháng tương hỗ giữa các tụ, được xác định là tổng của các dòng kháng Các điện kháng này có vai trò quan trọng tại điểm chung giữa nút trạm biến áp và hai tụ điện.

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 mạng thực, tải không được phân phối đồng đều giữa hai nút, dẫn đến sự khác biệt trong giá trị điện áp Để cải thiện độ chính xác của dự toán, việc lấy trung bình các giá trị điện áp là cần thiết 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 này.

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 nút PQ trong phương trình dòng điện Phương pháp này đã được đề cập trong các 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 cài đặt RTU, tụ điện và các liên kết truyền thông của 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 toàn diện cho 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 sự cố trước khi chúng trở thành lỗi hệ thống nghiêm trọng.

Hệ thống SCADA bao gồm nhiều thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) có chức năng thu thập dữ liệu thực địa và truyền tải về trạm chủ qua liên kết truyền thông RTU tạo ra giao diện với các cảm biến tương tự và kỹ thuật số tại các 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.

Sơ đồ khối trong Hình 2.4 minh họa cách phần mềm Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) kết nối với các tụ điện trong lưới phân phối hiện đại Quá trình bắt đầu từ RTU, nơi thực hiện phép đo và tính toán, sau đó gửi các tham số đến các RTU khác cho đến khi dữ liệu được chuyển đến SCADA chính Dữ liệu từ RTU sẽ được nhập vào máy tính EMS, tại đây thuật toán sẽ 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 trong hệ thống sẽ nhận đầu vào từ RTU để điều chỉnh các bước của chúng.

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 được cài đặt tại mỗi nút tụ điện, như thể hiện trong Hình 2.5 Các liên kết giao tiếp giữa các RTU cũng được trình bày rõ ràng 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, RTU cần đo điện áp tại nút của nó, cùng với dòng năng lượng hoạt động và phản ứng từ nguồn cấp dữ liệu kết nối Đặc biệt, mô hình điều khiển điện áp thời gian thực này 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 kết quả đầu ra được 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 RTU đầu nguồn 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 rồi gửi dữ liệu cho RTU đầu nguồn Khi RTU đầu nguồn nhận dữ liệu từ RTU cuối nguồn, nó sẽ tính toán lại điện áp tối đa và tối thiểu dựa trên dữ liệu đầu vào và các thông số đo được Quy trình này tiếp tục cho đến khi dữ liệu điện áp tối đa và tối thiểu được chuyển tới bộ xử lý điều khiển điện áp Ví dụ, theo sơ đồ, RTUn sử dụng các phép đo cục bộ để 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 bằng điện áp ước tính của RTUn và điện áp ước tính tương tự của RTUn +1.

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 lợi ích toàn diện trong việc giám sát và kiểm soát SCADA hiện đại giúp theo dõi thiết bị một cách chính xác, đảm bảo hoạt động ở mức tối ưu bằng cách phát hiện và khắc phục lỗi trước khi chúng trở thành sự cố hệ thống nghiêm trọng.

Hệ thống SCADA bao gồm các thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) thu thập dữ liệu thực địa và truyền về trạm chủ qua liên kết truyền thông RTU tạo ra giao diện với các cảm biến tương tự và kỹ thuật số tại từng vị trí từ xa Trạm chủ không chỉ hiển thị dữ liệu thu thập được mà còn 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 phép đo và tính toán, gửi các tham số đến các 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 SCADA chính sẽ gửi lệnh điều chỉnh chuyển đổi trình tự qua liên kết truyền thông, và cuối cùng, các tụ điện trong hệ thống điều khiển sẽ nhận đầu vào từ RTU và 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 trình bày trong Hình 2.5, trong đó mỗi nút tụ điện được trang bị một RTU Kết nối giao tiếp giữa các RTU cũng được thể hiện 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, RTU cần đo điện áp tại nút của nó, cùng với dòng năng lượng hoạt động và phản ứng trong nguồn cấp dữ liệu Đề xuất mô hình điều khiển điện áp thời gian thực dựa trên cơ sở hạ tầng này.

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 kết quả đầu ra được gửi đến RTU như dữ liệu đầu vào Cụ thể, RTUn 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 minh họa trong hình 2.7, trong đó RTU xa nhất sẽ tính toán điện áp tối đa và tối thiểu, sau đó gửi dữ liệu cho RTU đầu nguồn RTU đầu nguồn sẽ tiếp nhận dữ liệu từ RTU cuối nguồn để tính toán điện áp tối đa và tối thiểu dựa trên thông tin nhận được và các thông số đo lường của nó Quá trình này tiếp tục 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, thông qua các phép đo cục bộ, 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 và điện áp ước tính tương tự của RTUn +1, theo công thức (21).

Điện áp tối đa và tối thiểu xung quanh RTUn+1 được xác định dựa trên 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 tương đương Ở giai đoạn tiếp theo, điện áp giữa khoảng cách RTUn và RTUn-1 sẽ được ước tính dựa trên phương trình (22).

Cuối cùng, các giá trị Vn, Vest,n,b, và Vest,n,n-1, cùng với 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

Việc thực hiện các tính toán tại mỗi RTU giúp giảm thời gian chuyển dữ liệu và thời gian tính toán So với hệ thống SCADA thông thường, mô hình đề xuất cho thấy khả năng phản ứng nhanh hơn với biến đổi điện áp.

Sau khi xác định và gửi 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 các giá trị này cho mỗi 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 trên nút của 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 tính toán điện áp này được thực hiện thông qua việc điều chỉnh tụ điện phản kháng Số lượng thay đổi trong tụ điện công suất phản kháng được xác định bằng cách áp dụng một phương trình cụ thể.

Trong bài viết này, chúng tôi trình bày quy trình điều khiển tụ điện, bắt đầu từ việc lựa chọn các bước chuyển đổi tụ điện dựa trên công suất phản kháng yêu cầu Các bước này sau đó được gửi đến từng tụ điện RTU, với sơ đồ tính toán bộ điều khiển trung tâm được minh họa trong hình 2.8 Bộ điều khiển trung tâm nhận giá trị điện áp tối đa và tối thiểu của mỗi tụ điện, từ đó tính toán và gửi lệnh các bước cần thiết tới RTU Dựa trên thuật toán đề xuất, hai mô hình điện áp mới cho kiểm soát được giới thiệu, mỗi mô hình mang lại những lợi thế riêng, giúp DSO lựa chọn dựa trên sự cân nhắc giữa chi phí đầu tư và chất lượng điện năng.

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, cùng với các khoá 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 quá trình 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

Dữ liệu trạng thái từ các rơ le trung gian được đưa vào các 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 kết nối với các cổng đầu vào tương tự của RTU Tại RTU, dữ liệu được số hóa và gửi về trung tâm điều độ qua kênh truyền giao thức.

Lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA tại trung tâm điều độ được truyền đến RTU (hoặc SAS) qua kênh truyền, bao gồm các loại lệnh điều khiển khác nhau.

+ 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 phát hiện sự thay đổi trạng thái của dữ liệu, như máy cắt, dao cách ly, và cảnh báo, nhằm thu hút sự chú ý của người vận hành.

Dữ liệu giá trị đo xa sẽ được kiểm tra so sánh với các ngưỡng dưới và ngưỡng trên đã được định trước Nếu giá trị đo được vi phạm các ngưỡng này, hệ thống sẽ phát cảnh báo cho 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) hỗ trợ Trung tâm Điều độ trong việc tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện (HTĐ) Các chức năng chính của EMS đảm bảo vận hành an toàn và kinh tế, với nhiều chương trình ứng dụng đa dạng.

- 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 cho cả chế độ thời gian thực và nghiên cứu, với hệ thống SCADA/EMS có cấu hình kép do tính quan trọng của nó Để quản lý vận hành lưới điện phân phối cao áp, hệ thống SCADA/DMS được áp dụng tương tự như trong lưới truyền tải.

Hệ thống quản lý phân phối (DMS) là ứng dụng hỗ trợ quản lý lưới điện phân phối, kết hợp với hệ thống SCADA Để tối ưu hóa quản lý vận hành lưới trung thế phân phối, còn có hệ thống tự động hóa lưới phân phối (DAS).

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, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã triển khai hệ thống SCADA/DMS tại một số đơn vị, trong đó có hệ thống do ABB cung cấp Hệ thống cũ được vận hành tại Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh, trong khi hệ thống mới đang hoạt động tại Công ty Điện lực Hà Nội 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 đưa hệ thống này vào vận hành 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 bảo chức năng giám sát và thu thập, xử lý dữ liệu mà còn phải đáp ứng các mục tiêu phát triển bền vững và hiệu quả trong quản lý hệ thống điện.

- 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:

Khi lắp đặt, cần cài đặt đầy đủ các chức năng điều khiển và nắm vững các trạng thái vận hành, 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 loại thành bốn 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 mặt trước của PANEL, mà còn cung cấp thông tin về các đại lượng P, S, cosϕ Hơn nữa, thiết bị còn có khả năng truyền tải 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 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 nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giám sát khai thác dữ liệu online MIMIC vào lưới điện phân phối 22 kV là nhằm cải tiến phương thức vận hành, nâng cao hiệu quả và chất lượng điện năng, giảm số lượng nhân viên vận hành, đồng thời tăng cường độ tin cậy trong cung cấp điện.

Hệ thống giám sát khai thác dữ liệu (GSKTDL) tích hợp các giải pháp điều khiển từ xa và giám sát hệ thống phân phối, truyền tải Công nghệ phần mềm MIMIC được sử dụng hiệu quả như giao thức người-máy trong hệ thống tự động, đồng thời hỗ trợ giám sát tình trạng vận hành lưới điện và quản lý hoạt động thiết bị.

Với việc kết nối với board mạch giám sát MIMIC bên ngoài bảng điện, ePowerMan hỗ trợ giám sát và truy xuất nhanh chóng, giúp điều hành hoạt động của hệ thống lưới điện một cách hiệu quả.

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 còn 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.

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 loại board mạch vi xử lý, có nhiệm vụ giao tiếp giữa máy tính và các đèn LED Nó có khả năng điều khiển 32 đèn LED một cách hiệu quả.

Bảng đèn LED được cấu tạo từ nhiều miếng mica hình vuông kích thước 10cm x 10cm, ghép lại để tạo thành một bảng điện lớn theo kích thước mong muốn Trên bảng này, 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 của thiết bị Hiện tại, bảng MIMIC trong phòng Điều độ có 3 trạng thái quy ước.

 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

Bên phải màn hình hiển thị thông tin thuộc tính thiết bị, bao gồm dòng điện, điện áp, công suất và hệ thống cài đặt của thiết bị như Recloser Ngoài ra, còn có các thông số lịch sử như năm vận hành, tất cả đều do 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

Khi cần truy cập thông số vận hành của một nút trên lưới điện, người dùng chỉ cần nhấp chuột vào nút đó trên sơ đồ, và ngay lập tức các thông số tỉnh như Pmax, Pmin, và dòng cài đặt sẽ được hiển thị Điều này hỗ trợ hiệu quả cho Điều độ viên trong việc quản lý và vận hành lưới điện, bao gồm các nhiệm vụ như chuyển lưới và tiết giảm tải Quá trình thao tác diễn ra nhanh chóng và an toàn, nâng cao hiệu quả công việc.

Biểu mẫu báo cáo nhật ký vận hành lưới điện hiện tại chưa phù hợp với các mẫu của Công ty Tuy nhiên, người dùng có thể chỉnh sửa biểu mẫu này theo nhu cầu của mình.

Bảng MIMIC có khả năng tích hợp với các hệ thống SCADA, cho phép cập nhật trạng thái thiết bị và hiển thị các thông số vận hành theo thời gian thực.

- 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 này cho phép người dùng truy cập vào Recloser thông qua mạng cáp quang và các tủ RTU đã có sẵn, với việc cài đặt trên máy chủ Hiện tại, công ty đã triển khai 64 nút thiết bị có khả năng truy cập và cài đặt thông số Recloser từ xa, giúp tiết kiệm thời gian và công sức mà không cần phải đến hiện trường.

* 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 áp dụng phần mềm giám sát cho phép nâng cấp dễ dàng, từ đó 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 này có khả năng giao tiếp 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:

Do yêu cầu thu thập số liệu từ 15kV-35kV, thiết kế trích tín hiệu được thực hiện từ chuẩn 101 (RS-232) và chuẩn 104 (RS-485, RJ45) trong các thiết bị điện tử thông minh trên lưới.