Hệ thống SCADA nhà máy điện, trạm biến áp

Slide Hệ thống SCADA nhà máy điện, trạm biến áp Mô hình các cấp ĐKGS trong hệ thống bao gồm (workstation và communication units) Mô Hình DKGS Trong Hệ Thống Điện SCADA trong hệ thống điện SC. Toàn bộ kiến thức tổng quát về hệ thống SCADA trong các nhà máy điện, trạm biến áp...

Hệ thống SCADA nhà máy điện, trạm

biến áp

SCADA trong hệ thống điện

 SCADA (Supervisory Control And Data

Acpuisition)

 Thu thập dữ liệu : Điện áp, dòng điện, trào lưu công

suất, trạng thái,

 Điều khiển các thiết bị đóng cắt

 Chức năng chính SCADA tại trạm - SAS

 Thu thập dữ liệu từ : thiết bị đóng cắt, các thiết bị đo

lường như biến dòng điện, biến điện áp và các thao tác điều khiển đóng cắt các thiết bị

 Các thông tin liên quan của một trạm điện có thể truy

cập tại chỗ thông qua giao diện người máy –HMI (Human Machine Interface) cho mục đích điều khiển

và giám sát tại chỗ

What is SCADA

What is SCADA

SCADA trong hệ thống điện

 Đồng bộ thời gian dữ liệu (GPS)

 Chức năng truyền thông kết nối :

là một hệ phân tán, mức quan trọng nhất và thấp nhất là tự động hóa trạm

SubStation Automation

All this and more with

Sys 600

RTU và SA

 RTU (Remote Terminal Unit) và SA

 RTU : Không thực hiện các chức năng tại chỗ và thông tin lên trung tâm giám sát và điều khiển từ trung tâm,

 SA: Thu thập dữ liệu , thông tin với trung tâm thông quan

GATEWAY, lưu giữ thông tin …

RTU

Remote Terminal Unit

Đánh giá chung về SAS - VN

Ứng dụng SAS trong HTĐ

 Xem xét đến HTĐ hiện tại:

 Cải thiện điều khiển trạm

 Chức năng điều khiển xa : cho phép người vận hành hệ

thống SCADA có một cái nhìn tổng thể trong việc điều

khiển mạng Họ sẽ nhận được thông tin giám sát và có thể vận hành thiết bị đóng cắt tin cậy hơn

 Chức năng điều khiển tại chỗ: người vận hành sử dụng trạm khi họ đang ở tại trạm

 Trình tự ghi sự kiện với việc đánh dấu thời gian với độ

chính xác đến ms, mà nó được tích hợp trong các IED

 Ghi nhiễu loạn trong hệ thống SAS cho phép các kỹ sư bảo dưỡng mạng phân tích nguyên nhân sự cố

 Các rơ le bảo vệ số cải thiện chất lượng bảo vệ Các thiết bị này có thể được chỉnh định với sự chính xác rất cao

 SA giảm thiểu những lỗi, sự cố do con người gây

ra bởi nguyên lý khóa liên động số

 Giảm thiểu số lần thao tác sai

 Tách nhiễu loạn trên lưới , nâng cao chất lượng điện

 Chức năng tự chẩn đoán trong SA cho phép nhân viên bảo dưỡng nhanh chóng sửa chữa thiết bị hỏng hóc

 Chiến lược kinh doanh

Quản lý và sử dụng dữ liệu trong SA

 Trình tự sự kiện, ghi nhiễu loạn, chất lượng đo lường, đo đếm thống kê cho mục đích lập kế hoạch vận hành hệ thống điện, thông tin kế toán

 Sa thải phụ tải tần số thấp ở phạm vi

hệ thống

 Điều khiển bảo vệ dự phòng

 Điều khiển điện áp thông minh

Điều kiện ứng dụng PAS

 Thiết bị nhất đồng bộ, tin cậy, an toàn

 Thiết bị nhị thứ , IED : đảm bảo kết nối, đồng bộ

 Hệ thống máy tính: hoạt động tốt trong môi trường điều kiện nơi sử dụng

 Con người : đảm bảo trình độ, ý thức vận hành

DMS- EMS

điện – kết hợp GPS

mầu sắc trên bản dồ lưới

DMS-EMS (Thông tin khách hàng)

DMS-EMS (Định vị lỗi)

tính toán khoảng cách và hiển thị định vị lỗi trên bản đồ lưới

DMS-EMS (Xác định lỗi , Báo cáo)

hồi lại hệ thống nhanh

Cấu Hình Kỹ Thuật Trạm 110kV

 Sơ đồ kết nối hệ thống theo 2 kiểu:

Cấu Hình Kỹ Thuật Trạm 110kV

1. Phần mềm hệ thống điều khiển phải

viết trên nền WinNT/ 2000 latest

hoặc Linux

2. Tất cả các thiết bị điều khiển bảo vệ

phải được nối với nhau theo cấu

Control Monitoring

Protection Protection Protection Protection Protection

Cấu Hình Kỹ Thuật Trạm 110kV

5. Các giao thức (protocol) truyền tin

giữa các lớp Host Computer với :

modules(NIM) và với lớp

IED theo chuẩn

IEC61850 /UCA2, Modbus

TCP, DNP, TCP and

IEC870-5-104

truyền tin giữa substation

real - time databases với hệ

thống SCADA sẵn có khác

Cấu Hình Kỹ Thuật Trạm 110kV

Interface Module-NIM ) là thiết bị nối giữa các relays and/or I/O unit và máy tính trạm substation computer.

Các giao thức được áp dụng truyền tin giữa khối NIM và các IED hoặc Relay :

fast messaging, Kbus, PROFIBUS FMS … )

Cấu Hình Kỹ Thuật Trạm 110kV

8. Để cắt giảm lượng dây dẫn, toàn bộ các tủ đo lường

điều khiển bảo vệ được đặt ngoài trời ngay tại các ngăn lộ Do vậy các tủ đó đều theo tiêu chuẩn IP67 ( quạt, sấy… )

 Tủ 3 bay gom vào 1 nhà

9. Các đại lượng Analog được đo lường bởi các bộ đo

lường hoặc các relay: S, P, Q, U, I, f, T

10. Giám sát các máy cắt: Số lần đóng cắt, I peak, I

trbình, …

11. Sequence - Events - Recorder (SER) được đưa tới

các máy tính trạm để lưu trữ và hiển thị

12. Tất cả các cảnh báo đều được hiển thị, ghi lại giúp

cho việc bảo dưỡng, phân tích sự cố

Cấu Hình Kỹ Thuật Trạm 110kV

13. Hệ thống giám sát và điều khiển gồm

 Only hard - wired logic system

at bay level

14. Tất cả các thiết bị bảo vệ và máy tính

host computers phải đồng bộ thời gian

GPS clock source qua IRIG-B

15. Human-Machine-Interface (HMI) phải

được thiết kế sao cho thuận tiện và hiển thị đủ thông tin cần thiết cho việc vận

hành trạm

IEC 61850/UCA, DNP, IEC 870-5-103, Modbus, Manufacturer's protocol

Cấu hình mạng LAN

Thảo Luận Cấu Hình 1

 Phân tích sơ đồ SA của trạm A ( hình1)

Thảo Luận Cấu Hình 1

 Phân tích sơ đồ SA của trạm A ( hình1)

Thảo Luận Cấu Hình 1

 Phân tích sơ đồ SA của trạm B (hình 2)

Thảo Luận Cấu Hình 1

 Phân tích sơ đồ SA của trạm B (hình 2)

Thảo Luận Cấu Hình 1

 Phân tích sơ đồ SA của trạm B (hình 2)

Nhận xét cấu hình 2

All this and more with

SA Pro

Ứng dung cấu hình 2 trong trạm

Thảo Luận Cấu Hình 2

 Phân tích sơ đồ SA của trạm C ( hình3)

Cấu Hình Kỹ Thuật Trạm 110kV (RTU)

trạm điều kiển xa - RTU

 Giao thức truyền tin chuẩn 101,104,61850…

 Truyền thông đa phương tiện tiên tiến

 Chuẩn hóa phần cứng và phần mêm

 Sử dụng công nghệ IT

(new technologies for engineering, diagnostics and maintenance)

Cấu Hình Kỹ Thuật Trạm 110kV – Yêu Cầu của RTU

 Mở rộng linh hoạt phần cứng

 Nâng cao khả năng truyền thông

 Đa dạng truyền thông với IEDs

 Tích hợp HMI cho các trạm giám sát

 Tích hợp chức năng PLC trong lập trình

 Các công cụ cho kỹ sư với kết nối số liệu

 Tối ưu hóa các chức năng

 Thuận tiện cho việc bảo trì , bảo dưỡng, kiểm tra

 Hỗ trợ chức năng an toàn và bảo mật (redundant solutions)

Cấu Hình Kỹ Thuật Trạm 110kV (RTU)

Commands

Monitoring Direction

+ serial interfacing

of IEDs

Station HMI

Integrated HMI PLC functions Data archives

Integrated HMI

Cấu Hình Kỹ Thuật Trạm 110kV (RTU)– WB

Sub-RTU

Diagnosis

IEC60870-5-101, IEC60870-5-104 DNP3, DNP3 over WAN

Cấu Hình Kỹ Thuật Trạm 110kV (RTU)– Hybrid

IEC60870-5-103 DNP3, MODBUS

PLC

Stationsbus IEC61850-8

■ modules with years of experience

■ reduced costs for spare parts

■ security of investment

RTU560A

RTU560C RTU560E

RTU560D

Thông Tin - GATE WAY

 Thiết bị liên kết trạm với Trung tâm khiển giám sát xa (trung tâm điều độ: Ax)

 Một số loại GW:

 Industrial PC : 6MD9xxx

 Com 6xx , RTU, RSC9698

 Third party : KalKi Tech…

 Kết nối vật lý: từ IPC, ra Modem (tủ thông tin)

 Protocol:

 Input: 61850, Modbus…

 Output: T101

Cấu Hình Máy Tính

Dell Precision Workstation

-Communication subrack 560CSR01

560CMU04

A B 1 2

A B 1 2

Tx Rx

ER

MMI C

Trung Tâm Điều Khiển 110kV

NCC

I/O Subracks IEDs Sub-RTUs

560CMU04

A B 1 2

A B 1 2

Tx Rx

ER

MMI C

I/O Subracks IEDs Sub-RTUs NCC

A B 1 2

A B 1 2

Tx Rx

ER

MMI C

I/O Subracks IEDs Sub-RTUs

I/O Subracks IEDs Sub-RTUs

A B 1 2

A B 1 2

A B 1 2

Tx Rx

ER

MMI C

NCC

Cấu trúc 110kV SAS

“Station Server” IEC T104

Corporate Network TCP/IP Control

Center

Profibus FMS

Redundant HMI Server

HMI Clients

“Station Server”

Station Bus

Ethernet IEC61850

Cấu trúc 110kV Phú Định

Cấu trúc 110kV Cầu Diễn

Remote Terminal Unit

560CMU04,05 Module, 4 Serial, 1 Ethernet Interfaces

 128 MB Flash Memory

 4 serial, 1 Ethernet communication interfaces for host communication and/or subordinated devices and/or RTU I/O communication

560CMU02 Module, 3 serial, 1 Ethernet Interface

 only one slot width

 compatible for 23TP21/23ET23 end version for RTU560C!!)

(Low- No additional MMI port required

■ IO-bus on backside, front

interface free for other

protocols

■ One CMU solution for

RTU560C

General modules RTU560

WT-Modem 23WT22/23/24 Power Supply Unit 560PSU01/02

Real Time Clock 560RTC01/02/03 Optical Coupler 23OK24

Power Supply Unit 560PSU01

short circuit proof, controlled load balancing

F1

S1

5 V DC

24 V DC

Power Supply Unit 560PSU02

controlled load balancing

 alarm indication relay in case of failure

 stipulated for redundant operation in rack 560CSR01

+Ue

-Ue

PE

ALARM +U1 -U1 +U2 -U2

F1

S1

5 V DC

24 V DC

Optical Coupler 23OK24

 optic connection of extension racks in star or line configuration

 optic connection of Bus-devices point to point

SPA-or loop

 optic connection of protection devices according IEC60870-5-103

 glass fiber optic wave length 820 nm

 BFOC 2,5 connector

 cable length up to 2600m

I/O modules RTU560

Binary Input Board 23BE21 / 22 / 23 Binary Output Board 23BA20 Binary Output Supervision Board 23BA22

Analog Input Board 23AE21/23 Analog Output Board 23AA20

Binary Input Board 23BE21/23

 16 binary input channels

 one module for all types of binary input signals ( single indications, double point indications, digital

measured values, counters)

 galvanic insulation by optocouplers

 input voltage 24 60 VDC,

 LED's for signalisation of input channels

E03 E01

W01

E02

E08 E07 E06 E05 E04

W02 E16 E15 E14 E13 E12 E11 E10

Binary Output Board 23BA20

 16 binary relay output channels

 one module for all types of binary output signals (single commands, double point commands, setpoint

commands)

 galvanic insulation by relays

 output voltage 24 60 VDC

W1 A1

A8 A9

A16 W2

k01

k08 k11

k18

k01

k08 k11

k18

k1 + 24V

k1 CO

PST ST

driver

voltage monitoring

output relay

output relay control

release

monitoring of the command output

Binary Output Supervision Board 23BA22

CO TM1 TM0 PST

UDV k1

-+

Relais

23BA20

Interposing relay process 1: Monitoring switching voltage UD 2: Monitoring UD during command output 3: Resistance measurement of output circuit (1 out of n)-check

Process relay (apparatus)

-

Analog Input Board 23AE21/23

 8 differential inputs

 input current +-2 mA, +-5 mA, +-10 mA, +-20 mA, +-40mA

 input voltage +- 2 VDC, 0 20 VDC

 12 bit + sign = 4096 steps

-AD-converter multiplexer connection

A D

Analog Output Board 23AA20

 2 channels

 output current +-2.5 mA, +-5 mA, +-10 mA, +-20 mA or 4 20mA

I011 I010

+ -

I021 I020

+ -

DA

output memory

opto-coupler

DC/DC converter

adjustment current range

adjustment current range

output memory

opto-coupler

Analog output board 23AA20

Kết nối trực tiếp

RTU

Cubicle

InterposingCubicle

TransformerCubicle

binary inputs and outputs

Voltage:

100/110 V AC Current:

1/5 A AC

1/5 A AC RTU560 IO-Bus

Advantages:

■ no additional input and output modules for low voltage signals

■ parallel interface to interposing cubicle no more required

(power values, power factor, …)

Kết nối trực tiếp 23BE40

 16 binary input channels

 Input current 1,5 mA (chopped)

 Oxide film break function for 8 inputs

 LED's for signalisation of input channels

Kết nối trực tiếp 23BA40

 16 binary relay output channels

 Outputs without common return

(23BA40 R0011)

 galvanic insulation by relays

 switching voltage max 250 VDC/AC

 Continuous current: 8A

 Breaking capacity 50W (L/R=40ms)

Kết nối trực tiếp Transduce 560CVT01 (1)

 3 Voltage Inputs 100/110/125 VAC

 3 Current Inputs 5A: 560CVT01 R0001 1A: 560CVT01 R0002

 Accuracy: 0,2%

 Calculated values:

 Active, reactive, apparent power

 active, reactive energy

Một sô loại RTU và cấu hình

 Multi processor architecture

■ modules with years of experience

■ reduced costs for spare parts

■ security of investment

RTU560A

RTU560C RTU560E

RTU560D

1 8 Serial interfaces 1 2 Ethernet

U01 560ET H01 560 SLI

01

560CSR01

System Bus Distance < 2m

560PS

U01 560ET H01 560 SLI

01

560PC A01 560 RTC0 1 560 BCU0 1 560PS

23TP21/23ET23

23BE 21 560PS U01 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21

1 7

23TP21/23ET23

23TP21/23ET23

23BE 21 560PS U01 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21

1 4 Segments

1 7

Peripheral Bus

23BE 21 560PS U01 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21

23TP21/23ET23

RTU560A Configuration

1 5 Subdevice lines

1 6 serial lines

RTU560C

Peripheral Bus

23BE 21 560PS U01 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21

23TP21/23ET23

23BE 21 560PS U01 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21

1 6

23TP21/23ET23

23TP21/23ET23

23BE 21 560PS U01 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21

1 4 Segments

1 6

Peripheral Bus

23BE 21 560PS U01 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21 23BE 21

23TP21/23ET23

RTU560C with 560CMU02

 560CMU02 as single CMU solution for RTU560C

■ low cost solution

■ One CMU with 3 serial interfaces

for protocols

 New smaller mounting plate rack (560MPR01) with

integrated power supply

 New cost optimized communication module 560CMU02

 Usage of the same

BI, BO, AI (mA), AO (mA) Process voltage 24 60VDC

IED‘s

various Protocols (RS232)

Serial communication (RS232)

TCP/IP communication (Host/Subsystems) 100BaseT

Inputs 1/5A, 110VAC

 function compatible with RTU560A,C

 up to 4 Multi I/O modules / housing

 Multi I/O module, up to 220 VDC,

16 binary inputs, 8 binary outputs, 4 analog inputs

 Applications:

 Small distribution substations

 Distributed architectures with decentralized I/O units

 Benefits

 Low cost solution for small applications

 Easy and fast assembling, mounting and commissioning

 Same functional scope as RTU560A/C

RTU560E for small applications

IEC 60870-5-101 DNP 3.0

LAN / WAN

Control System

IEC 60870-5-104

RTU560E+ IED’s

RTU560E Modun phân tán

RTU560A/C

RTU560 I/O-Bus Segment

Up to 7 units per segment

Bay 1

Cấu hình mạng tiêu biểu IEC61850

 Centralized Ring

 Switches mounted in a centralized cubicle

 Short distance between centralized communication cubicle and the bay level IEDs

Hiển Thị Ngăn Lộ

Liệt Kê Sự Kiện và Cảnh Báo

 Thay đổi trạng thái

 Lưu trong HIS ( history server)

Lập Báo Cáo

 Lập theo bảng biểu, đồ thị

 Theo trình tự thời gian

 Xem các khoảng thời gian riêng biệt

 Hiển thị nhiều trang báo cáo

 Ghi thêm các chú thích

Lập Báo Cáo

Excel reports using DDE

■ 5 values

■ 10 colours

■ Dynamic X- and axis

Y-Lập Báo Cáo

Trend display (historical data)

Điều Khiển Vận Hành

 Nhận dạng người vận hành và truy cập điều khiển.

 Điều khiển chế độ vận hành ( Remote/Local)

 Khóa liên động, Tự động đóng lại

 Điều khiển các thiết bị đóng cắt (bao gồm các lênh

và tín hiệu phản hồi)

 Điều khiển máy biến áp

 Quản lý những thay đổi trạng thái

 Chỉnh định tham số.

Quản Lý Hệ Thống

 Tạo, xóa các tài khoản cho việc quản lý trạm

 Quản lý các báo cáo hệ thống

 In các báo cáo thường kỳ

 Theo dõi lịch trình vận hành

 Khóa các chức năng khi thấy cần thiết

Giám Sát Chất Lượng Điện

Remote Terminal Unit

Tích hợp HMI – RTU560 trên Web-Server

■ station visualization and control with

No additional system required

■ Cost optimized solution

■ Integrated HMI with data engineering only once

Java extension on remote PC

 Application specific pictures

with active visualization and

■ station visualization and control with

No additional system required

■ Cost optimized solution

■ Integrated HMI with data engineering only once

Java extension on remote PC

Tích hơp HMI

 User and access control

by passwords and user groups

 command authority control by active local / remote switching