Nghiên cứu thiết kế hệ thống kết nối giữa RTU và IED theo tiêu chuẩn IEC61850

Tuy nhiên, giao thức truyền thông theo tiêu chuẩn IEC 61850 tập trung vào việc: không phải tiêu chuẩn hóa các chức năng tham gia vào hoạt động của trạm biến áp, cũng không phải tiêu chuẩ

Ngày nay, với mong muốn về việc phải kết hợp khả năng thông tin giữa tất cả các thiết bị điện tử thông minh (IEDs) trong trạm biến áp đã được công nhận rõ ràng, đó là khả năng cung cấp không chỉ thu thập dữ liệu và khả năng cài đặt, mà còn điều khiển từ

xa Hơn nữa, nhiều IEDs có thể chia sẻ dữ liệu hoặc các lệnh điều khiển ở tốc độ cao để thực hiện các chức năng điều khiển và bảo vệ được chính xác hơn

Việc giới thiệu các giao thức tốc độ cao hơn trong các thiết bị điện tử thông minh chỉ cho phép liên lạc thông tin giữa các thiết bị giống nhau hoặc nói cách khác thông tin liên lạc giữa các thiết bị từ cùng một nhà sản xuất Để giao tiếp một loạt các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau, cho phép các tiện ích với một loạt các khả năng: bảo vệ, giám sát và tự động hóa cần phải sử dụng có một bộ biến đổi hoặc cổng giao thức Hơn nữa, các giao thức của các thiết bị điện tử thông minh cũng hạn chế khả năng về tốc độ, chức năng và các dịch vụ về kỹ thuật cũng khó khăn hơn; chi phí vận hành và bảo dưỡng cũng tăng lên Trên thế giới, việc bãi bỏ quy định tiện ích điện đang mở rộng và tạo ra nhu cầu tích hợp, củng cố và phổ biến thông tin thời gian thực một cách nhanh chóng và chính xác trong các trạm biến áp

Một giao thức không độc quyền, tiêu chuẩn và tốc độ cao cung cấp các dịch vụ hữu hiệu là sự cần thiết để cho phép 1 hệ thống thông tin của trạm biến áp được tích hợp mạnh mẽ mà không phải dùng các bộ biến đổi giao thức Việc giới thiệu Tiêu chuẩn IEC61850 và Cấu trúc truyền thông tiện ích (UCA - Utility Communications Architecture) đã tạo ra điều có thể để tích hợp các thiết bị điện tử thông minh của trạm thông qua việc tiêu chuẩn hóa Sử dụng thông tin truyền thông tốc độ cao được tiêu chuẩn hóa giữa các thiết bị điện tử thông minh

IEC61850 dựa trên yêu cầu và cơ hội về sự phát triển giao thức truyền thông tiêu chuẩn để cho phép khả năng tương tác của các các thiết bị điện tử thông minh từ các nhà sản xuất khác nhau Các hệ thống tiện ích cũng yêu cầu khả năng liên kết thay đổi của các thiết bị điện tử thông minh, đó là khả năng thay thế một thiết bị được cung cấp bởi một nhà sản xuất này với một thiết bị được cung cấp bởi nhà sản xuất khác, mà không làm thay đổi các yếu tố khác trong hệ thống

IEC61850 làm cho việc sử dụng các tiêu chuẩn hiện có và các nguyên tắc thông tin liên lạc được chấp nhận một cách phổ biến, cho phép tự do trao đổi thông tin giữa các thiết bị điện tử thông minh Xem xét các yêu cầu hoạt động từ bất kỳ tiêu chuẩn truyền thông nào phải xem xét các chức năng hoạt động của trạm biến áp Tuy nhiên, giao thức truyền thông theo tiêu chuẩn IEC 61850 tập trung vào việc: không phải tiêu chuẩn hóa các chức năng tham gia vào hoạt động của trạm biến áp, cũng không phải tiêu chuẩn hóa sự bố trí phân phối trong các hệ thống tự động hóa của trạm biến áp IEC61850 xác định tất cả các chức năng được biết đến trong một hệ thống tự động hóa trạm biến áp và chia chúng thành các chức năng phụ trợ hay còn gọi là các nút logic Một nút logic là một chức năng phụ nằm trong một nút vật lý, trao đổi dữ liệu với các thực thể logic riêng biệt khác Trong IEC61850, tất cả các nút logic đã được nhóm lại theo khu vực ứng dụng chung nhất của chúng, một văn bản mô tả ngắn về chức năng, một số chức năng của thiết bị nếu có thể áp dụng và mối liên hệ giữa các nút logic và các chức năng IEC61850 tách riêng các ứng dụng thiết kế độc lập để chúng có thể giao tiếp bằng cách sử dụng các giao thức truyền thông khác nhau Điều này do thực tế là các nhà cung cấp và các hệ thống tiện ích đã duy trì các chức năng ứng dụng được tối

ưu hóa để đáp ứng từng yêu cầu cụ thể Do đó, IEC61850 cung cấp một giao diện trung lập giữa các đối tượng ứng dụng và dịch vụ ứng dụng liên quan, cho phép trao đổi tương thích của dữ liệu giữa các thành phần của một hệ thống tự động hóa của trạm biến áp

Một trong những tính năng quan trọng nhất của IEC61850 là không những chỉ giao tiếp thông tin mà còn thể hiện đặc tính chất lượng của các công cụ kỹ thuật, biện pháp quản lý chất lượng, và quản lý cấu hình Điều này là cần thiết vì khi các hệ thống tiện ích đang có kế hoạch xây dựng một hệ thống tự động hóa trạm biến áp với ý định

kết hợp các thiết bị điện tử thông minh từ các nhà cung cấp khác nhau, họ mong đợi không chỉ khả năng tương tác của các chức năng và các thiết bị mà còn là một hệ thống

xử lý đồng nhất

Đảm bảo chất lượng cho các chu kỳ tồn tại của hệ thống là một trong những khía cạnh quan trọng bao trùm của IEC61850, trong đó xác định trách nhiệm của các nhà sản xuất rơle và các IEDs Các chỉ dẫn về điều kiện môi trường và các dịch vụ phụ trợ với các khuyến nghị về sự liên quan của các yêu cầu cụ thể từ các tiêu chuẩn khác nhau

và thông số kỹ thuật cũng được xác định IEC61850 hứa hẹn sẽ là một bước tiến lớn trong việc phát triển và được sự chấp nhận của các hệ thống tự động hóa trạm biến áp trên toàn thế giới Tiêu chuẩn này cuối cùng sẽ mang lại lợi ích thực sự để tự động hóa

và tích hợp trạm

Từ những lý do trên cho thấy đây là một đề tài mới cần được khai thác và nghiện cứu triệt để Nhằm phục vụ tốt hơn cho các công trình nhà máy điện trạm biến áp ở Việt Nam nói riêng và trên toàn thế giới nói chung

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Hiện nay việc ứng dụng công nghệ điều khiển tích hợp trạm biến áp (TBA) truyền tải và phân phối là xu hướng chung của thế giới nhằm giảm chi phí đầu tư, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) đã ban hành quy định kỹ thuật của hệ thống điều khiển tích hợp TBA, tuy nhiên vấn đề khó khăn nhất là khả năng tương thích về tiêu chuẩn kết nối giữa các thiết bị của các hãng khác nhau Để nâng cao tính cạnh tranh, thuận lợi cho quá trình mở rộng phát triển hệ thống, tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850 được EVN lựa chọn cho các ứng dụng tự động hoá TBA

Với sự lựa chọn trên của tập đoàn EVN đã mở ra cho các nhà cung cấp thiết bị cũng như các nhà nghiên cứu trên thế giới một mảng nghiên cứu mới về công nghệ điều khiển tích hợp trạm biến áp theo tiêu chuẩn truyền thông IEC61850 Tiêu chuẩn IEC61850 chỉ mới được ban hành trong vài năm trở lại đây, nên nó vẫn đang là một đề tài nóng hổi và cấp thiết để các nhà nghiên cứu tiến hành nghiên cứu trong thời gian tới

3 Mục tiêu của đề tài

Việc tìm hiểu, nghiên cứu tiêu chuẩn IEC61850 nhằm áp dụng trong hệ thống tích hợp điều khiển và bảo vệ trạm biến áp Tiêu chuẩn này bảo đảm sự tương tác cần thiết trong các trạm điện Điều mới thật sự của đề tài nghiên cứu này là tất cả các thiết

bị điện tử thông minh (IED) được kết nối với nhau sẽ “nói” cùng một ngôn ngữ, bất kể nguồn gốc chế tạo của các thiết bị IED và trao đổi thông tin với nhau mà không có bất

cứ vấn đề gì

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Tìm hiểu tổng quan về tiêu chuẩn IEC61850

™ Trình bày giới thiệu tổng quan về tiêu chuẩn: tổng quan về quá trình

hình thành và phát triển của tiêu chuẩn Các thành viên của tiêu chuẩn Bố cục chính của tiêu chuẩn

™ Thách thức và mục tiêu của tiêu chuẩn: So sánh tiêu chuẩn IEC61850

với các tiêu chuẩn khác Mục tiêu cần hướng đến của tiêu chuẩn IEC61850

™ Các chuẩn hóa của các nút logic: giới thiệu các chức năng điều khiển

bảo vệ, đo lường của các thiết bị đã được tiêu chuẩn hóa theo IEC61850

™ Ngôn ngữ cấu hình của trạm: Trình bày ngôn ngữ chung được sử dụng

trong việc cấu hình hệ thống trạm và các thiết bị IED theo IEC61850

™ Các nội dung của tiêu chuẩn liên quan tới đề tài: trình bày các bước cần

thực hiện theo tiêu chuẩn IEC61850 để kết nối các thiết bị IED với nhau

™ Những lợi ích của tiêu chuẩn: Nêu lên những lợi ích nổi bậc của tiêu

chuẩn IEC61850 so với các tiêu chuẩn và giao thức kết nối trước đây

Tìm hiểu sơ đồ thực tế điều khiển và bảo vệ của các trạm biến áp hiện nay

™ Trình bày cách nhận biết các dạng khí cụ, các ký hiệu viết tắt được sử dụng trong trạm

™ Trình bày các chỉ danh bảo vệ của rơle được ký hiệu theo chuẩn của viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ ANSI

™ Giới thiệu các dạng sơ đồ điều khiển và bảo vệ dùng trong trạm hiện nay

™ Giới thiệu các loại rơle số đang vận hành trên lưới điện Việt Nam

Mô tả cấu trúc phần cứng của một trạm biến áp tự động hóa theo IEC61850

™ Giới thiệu chung về kỹ thuật truyền thông

™ Trình bày về mạng máy tính và các dạng sơ đồ cấu trúc sử dụng trong trạm biến áp theo IEC61850

Nghiên cứu hệ thống kết nối giữa RTU và IED theo IEC61850

™ Giới thiệu sơ lược các thiết bị RTU và IED cần kết nối

™ Trình bày các phần mềm ứng dụng cần thiết cho công việc kết nối: PCM600, CCT, RTUtil560

Thực hiện thiết kế hệ thống kết nối giữa RTU và IED theo IEC61850

™ Trình bày từng bước thiết kế hệ thống

™ Trình bày các phương pháp kiểm tra kết quả đạt được

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Phương pháp luận

- Thu thập, tổng hợp các tài liệu báo cáo khoa học, các sách báo tạp chí chuyên ngành, các luận án luận văn và các tài liệu hướng dẫn sử dụng (manual handbook) trong và ngoài nước có liên quan đến IEC61850 về việc điều khiển, bảo vệ cho các trạm biến áp

- Phân tích, đánh giá, tổng hợp và xử lý số liệu từ các tài liệu khoa học đã thu thập được

5.2 Phương pháp nghiên cứu

- Tham khảo các bản vẽ thực tế về hệ thống tích hợp điều khiển và bảo vệ cho trạm biến áp

- Khảo sát các trạm biến áp thực tế đã thực hiện kết nối giữa RTU và IED theo IEC61850

- Tiến hành thực hiện kết nối cụ thể trên thiết bị thật

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Dữ liệu từ rơle của trạm biến áp có nhiều công dụng và cung cấp giá trị đáng kể

để phục vụ cho việc vận hành, bảo trì, lên kế hoạch Công nghệ mới cung cấp một số lựa chọn thay thế để thu thập, lưu trữ, và phân phối thông tin này một cách hiệu quả và kinh tế Các kỹ sư bảo vệ hệ thống điện có khả năng giao tiếp và trích xuất thông tin chính xác từ các thiết bị dùng kỹ thuật vi xử lý, thường được gọi là các IEDs Trong thập kỷ qua, những IEDs này thực hiện việc đo lường và phân tích thiết bị của hệ thống điện dựa trên các thuật toán của nhà sản xuất cụ thể Việc tích hợp và tự động hóa trạm biến áp là các công cụ quan trọng nhất sử dụng hiện nay để tích hợp các rơle và các IEDs khác nhau trong môi trường trạm biến áp, hình thành nên một hệ thống điều khiển

và đo lường kinh tế để hỗ trợ cho các trạm biến áp về các khía cạnh: giám sát, phân tích, và tự động hóa Các sơ đồ thông tin truyền thông và các giao thức được thiết kế và phát triển thực thi cơ bản chiến lược này

Trong nhiều năm qua, có những bất lợi cho các kỹ sư bảo vệ đó là các sản phẩm (IEDs và rơle) từ các nhà sản xuất khác nhau có giao diện thông tin khác nhau Nhìn chung, giao thức hay trình tự và cấu trúc của tin nhắn là duy nhất cho mỗi hệ thống Tuy nhiên, nhu cầu và mong muốn tích hợp các rơle và IEDs trong một trạm biến áp để xác nhập các thông tin liên lạc của chúng đã khuyến khích nhiều kỹ sư và các tổ chức

kỹ thuật điện trên toàn thế giới cùng làm việc với nhau để xác định cấu trúc truyền thông tin của thế hệ các rơle và IEDs kế tiếp để điều khiển và giám sát trạm Thế hệ của tiêu chuẩn này sẽ tránh xa các hệ thống không tương thích phức tạp, không phù hợp, đảm bảo khả năng tương tác của các nhà cung cấp rơle và IEDs khác nhau

Việc giới thiệu IEC61850 và Cấu trúc truyền thông tiện ích (UCA) là điều có thể

để tích hợp các IEDs và rơle của trạm thông qua việc tiêu chuẩn hóa Việc sử dụng các tiêu chuẩn hiện hành và những nguyên tắc truyền thông thường được chấp nhận cùng với các tiêu chuẩn mới như IEC61850 và UCA cung cấp một cơ sở vững chắc cho khả năng tương tác giữa các IEDs trong trạm biến áp dẫn đến hệ thống bảo vệ và điều khiển linh hoạt và mạnh mẽ hơn

Trên cơ sở công nghệ truyền thông hiện đại và cách tiếp cận mới về mô hình đối tượng giám sát điều khiển cũng như cách thức trao đổi dữ liệu của các đối tượng đó, tiêu chuẩn IEC61850 tạo ra khả năng tích hợp cao cho các hệ thống tự động hoá trạm biến áp, vấn đề không tương đồng giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau dần được giải quyết Với việc giảm tối đa các dây dẫn tín hiệu, tăng khả năng tương tác giữa các thiết bị, hệ thống sẽ trở nên linh hoạt và tin cậy, đồng thời giảm được giá thành thiết lập cũng như chi phí vận hành, bảo dưỡng Tuy nhiên để có thể ứng dụng hiệu quả tiêu chuẩn IEC61850 trong hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp, cách thức thiết

kế cần có những thay đổi quan trọng đó là xây dựng cấu hình phần mềm trên cơ sở đặc điểm thiết bị và phương thức đo lường, điều khiển, bảo vệ của trạm

7 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

Vấn đề truyền thông giữa các IEDs và giữa các IEDs với trung tâm điều khiển sẽ rất quan trọng khi thực hiện các chức năng tự động hoá của trạm Rất nhiều các giao thức truyền thông được sử dụng trong việc giám sát điều khiển xa TBA, các giao thức phổ biến như Modbus, DNP3 và IEC60870 Nhưng các giao thức trên lại không có sự tương đồng (Interoperability) hoàn toàn khi được cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau, đồng thời hạn chế về tốc độ xử lý nên việc xây dựng các ứng dụng tự động hoá trạm trên nền tảng các giao thức truyền thống khá khó khăn Vào năm 1995 ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC) đã chấp thuận cần có một tiêu chuẩn tổng quát hơn cho mạng thông tin và những hệ thống trong trạm Việc thiết lập tiêu chuẩn mới này là do các nhóm TC57 WG10, WG11 và WG12 phát triển thành Ba nhóm này được thành lập với các chuyên gia từ nhiều nước Với kinh nghiệm của IEC60870 của những nghi thức và công nghệ truyền thông đa chức năng 2.0 (UCA 2.0), kết quả của một dự án tương tựu tại Mỹ Mục tiêu của sự nổ lực này là để tạo ra một tiêu chuẩn cho những thiết bị điện

tử thông minh (IEDs) từ những nhà sản xuất khác nhau có thể hoạt động cùng với nhau trong một hệ thống tự động hóa trạm Không phụ thuộc vào kích thước và nhu cầu thao tác của trạm Tiêu chuẩn bao gồm cả điện áp cao và điện áp trung bình truyền dẫn và phân phối trong trạm Nó đủ tính linh hoạt trước sự thay đổi của hệ thống trong tương lai Ví dụ như thay đổi trong công nghệ truyền thông hoặc những chức năng tự động mới Cơ quan IEC và Electric Power Research Institute (UCA 2.0) cùng nhau đạt được

một tiêu chuẩn toàn cầu và đã được chấp nhận chính là IEC61850 “mạng thông tin và

hệ thống trong trạm” IEC61850 là tiêu chuẩn truyền thông quốc tế mới cho các ứng dụng tự động hoá trạm Tiêu chuẩn cho phép tích hợp tất cả các chức năng bảo vệ, điều khiển, đo lường và giám sát truyền thống của TBA, đồng thời nó có khả năng cung cấp các ứng dụng bảo vệ và điều khiển phân tán, chức năng liên động và giám sát phức tạp Ngày nay, tiêu chuẩn IEC61850 đang trở thành một chủ đề nóng và mang tính cấp thiết để các nhà nghiên cứu trong nước và trên thế giới ra sức tìm tòi, nghiên cứu để đáp ứng được tất cả các yêu cầu đặt ra

7.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay, các nhà sản xuất các thiết bị điện tử thông minh (IED) hàng đầu trên thế giới như : ABB, Toshiba, Siemens, AREVA, SEL…đều đang nghiên cứu để tích hợp tiêu chuẩn này vào trong các thiết bị IED của họ Đồng thời họ cũng đã cho ra đời các hệ thống tích hợp cho hệ thống tự động hóa trạm sử dụng các thiết bị IED của họ theo IEC61850 Tuy nhiên các hệ thống này chỉ sử dụng các thiết bị của cùng một nhà sản xuất Các công trình tiêu biểu trên thế giới ứng dụng tiêu chuẩn IEC61850 như:

- Hệ thống tự động hóa trạm biến áp GSC1000 của Toshiba

- Hệ thống trạm điện tự động IEC61850 – công ty điện lực Ấn Độ IEEE/PES,

Ấn Độ, Tháng 9- 2008 Toshiba

- Hệ thống tự động hoá trạm biến áp PACiS của AREVA hoạt động dựa trên thiết bị điều khiển mức ngăn C264

- Hệ thống tự động hoá trạm biến áp SICAM PAS của Siemens

7.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Hiện nay do tập đoàn Điện Lực Việt Nam (EVN) yêu cầu các trạm biến áp muốn đóng điện vận hành thì trạm phải có hệ thống SCADA Hệ thống SCADA được yêu cầu sử dụng và kết nối các thiết bị IED theo IEC 61850 Tuy nhiên số trạm biến áp tại Việt Nam hiện nay áp dụng tiêu chuẩn này vẫn chưa nhiều Nếu có thì cũng là thiết bị của cùng một nhà sản xuất Qua đó cho thấy việc nghiên cứu kết

nối các thiết bị IED của các nhà sản xuất khác nhau để lấy các tín hiệu phục vụ cho việc giám sát và điều khiển trạm biến áp là cần thiết ở Việt Nam hiện nay Một số trạm biếp áp ở Việt Nam đang sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850:

- Trạm biến áp 110kV Hố Nai và 110kV Sông Mây thuộc Điện Lực Đồng Nai sử dụng hệ thống SCADA tích hợp thiết bị của nhà sản xuất AREVA theo IEC61850

- Trạm biến áp 220kV Cao Lãnh thuộc công ty Điện Lực miền Nam sử dụng hệ thống Computerize tích hợp thiết bị của nhà sản xuất SEL theo IEC61850

- Trạm biến áp 220kV Trà Vinh thuộc công ty Điện Lực miền Nam sử dụng hệ thống SAS tích hợp thiết bị của nhà sản xuất Toshiba theo IEC61850

- Trạm biến áp 220kV Bình Tân thuộc công ty Điện Lực Thành phố Hồ Chí Minh

sử dụng hệ thống PACiS tích hợp thiết bị của nhà sản xuất AREVA (Alstom) theo IEC61850

8 Kết cấu của đề tài

Ngoài phần danh mục, phần mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn được kết cấu gồm 5 chương

Chương 1: Tìm hiểu tổng quan về tiêu chuẩn IEC61850

Chương 2: Tìm hiểu sơ đồ thực tế điều khiển và bảo vệ của các trạm biến áp hiện nay

Chương 3: : Mô tả cấu trúc mạng của một trạm biến áp tự động hóa theo IEC61850

Chương 4: Nghiên cứu hệ thống kết nối giữa RTU và IED theo IEC61850

Chương 5: Các bước thiết kế hệ thống kết nối giữa RTU và IED theo IEC 61850

tổ chức quốc tế (ISO) cho sự tiêu chuẩn hoá với những điều kiện xác định bởi thoả thuận giữa hai tổ chức

Quyết định về mặt hình thức hoặc những thoả thuận của IEC về các vấn đề kỹ thuật quan trọng phải dựa trên các đề tài thích đáng từ mỗi uỷ ban kỹ thuật và phải có

sự trình bày cho tất cả các uỷ ban quốc gia quan tâm cùng sự đồng ý quốc tế với những quan điểm trên

Tài liệu IEC được xây dựng dưới dạng giới thiệu cho các quốc gia tham khảo

và được xuất bản dưới dạng những tiêu chuẩn, những báo cáo kỹ thuật hoặc những hướng dẫn và chúng được chấp nhận bởi những uỷ ban kỹ thuật của quốc gia đó

Để đẩy mạnh sự hợp tác quốc tế giữa IEC quốc gia và những uỷ ban áp dụng tiêu chuẩn quốc tế IEC Các tiêu chuẩn này sẽ dựa trên các tiêu chuẩn của các quốc gia của họ Bất kỳ sự khác nhau nào giữa tiêu chuẩn IEC và tiêu chuẩn quốc gia tương ứng đều sẽ được giới thiệu trong tiêu chuẩn này

IEC sẽ không thể kết nối và giao tiếp với bất kỳ những thiết bị nào khai báo không chính xác hoặc không phù hợp với một trong những tiêu chuẩn của nó

Tài liệu của tiêu chuẩn IEC61850 là một tập hợp các thuyết minh cho các mạng

và những hệ thống truyền thông trong trạm Trình tự bố cục các bộ phận của IEC 61850 như sau:

9 IEC61850 – 1 : Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần1: Lời giới thiệu và tổng quan

9 IEC61850 – 2 : Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 2: Bảng chú giải

9 IEC61850 – 3 : Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 3: Yêu cầu chung

9 IEC61850 – 4 : Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 4: Hệ thống và quản lý dự án

9 IEC61850 – 5 : Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 5: Những yêu cầu truyền thông cho những thiết bị mẫu

9 IEC61850 – 6: Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 6: Ngôn ngữ cấu hình hệ thống tự động hoá trạm

9 IEC61850 – 7-1 : Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 7-1: Cấu trúc truyền thông cơ bản cho thiết bị trong trạm và những lộ

ra - Những nguyên lý và mô hình

9 IEC61850 – 7-2: Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 7-2: Cấu trúc truyền thông cơ bản cho thiết bị trong trạm và những lộ

ra – truy xuất giao diện dịch vụ truyền thông (ACSI)

9 IEC61850 – 7-3 : Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 7-3: Cấu trúc truyền thông cơ bản cho thiết bị trong trạm và những lộ

ra – Các lớp dữ liệu chung

9 IEC61850 – 7-4 : Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 7-4: Cấu trúc truyền thông cơ bản cho thiết bị trong trạm và những lộ

ra – Sự tương thích giữa các node logic và các lớp dữ liệu

9 IEC61850 – 8-1 : Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 8-1: Ánh xạ dịch vụ truyền thông đặc biệt (SCSM) ánh xạ tới MMS (ISO /IEC 9506 phần 1 và phần 2)

9 IEC61850-9-1: Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 9-1: Ánh xạ dịch vụ truyền thông đặc biệt (SCSM) Liên kết nối tiếp các điểm theo một hướng

9 IEC61850-9-2: Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 9-2: Ánh xạ dịch vụ truyền thông đặc biệt (SCSM) ánh xạ trên một IEEE 802.3 dựa trên quá trình xử lý bus

9 IEC61850 – 10 : Mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm

Phần 10: Kiểm tra hệ thống Nội dung phần này được dựa vào các tồn tại hoặc phát sinh từ những tiêu chuẩn

và những ứng dụng

1.2 Thách thức và mục tiêu của IEC61850

Tự động hoá trong trạm điện đã phát triển song song với sự phát triển của công nghệ số từ giữa những năm 1980 cùng với công nghệ truyền thông Người sử dụng yêu cầu những hệ thống tự động trong trạm hiện nay phải ngày càng tăng cường độ tin cậy

Sự trao đổi dữ liệu, những nghi thức truyền thông đã trở thành những phần tử quan trọng trong những hệ thống tự động hoá này Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nhiều giao thức được tích hợp trong các phần tử của hệ thống như Modbus, DNP3

và IEC60870 nhưng sự liên lạc giữa các thiết bị bảo vệ và thiết bị điều khiển từ những nhà sản xuất khác nhau trong cùng một trạm vẫn không thể giao tiếp trực tiếp với nhau một cách đơn giản và dễ dàng mà phải thông qua các thiết bị chuyển đổi giao thức rất phức tạp và tốn kém Để đơn giản hoá các luồng dữ liệu và kiểm soát tất cả các chức năng tự động hoá trong trạm một cách có khoa học, đồng thời để nâng cao tính cạnh tranh, thuận lợi cho quá trình mở rộng và phát triển hệ thống sau này thì tiêu chuẩn IEC

61850 đã được lựa chọn để phục vụ cho tất cả các ứng dụng trên Trong tương lai, tiêu chuẩn này sẽ còn được các nhà đầu tư đẩy mạnh tiêu chuẩn hoá nhiều hơn nữa

Vào thập niên trước hệ thống tự động hoá trong trạm đã phát triển một cách đáng kể, ngoài việc phát triển các chức năng cơ bản tốt hơn còn thêm các chức năng phụ như là ghi lại sự cố Nhiều chức năng này dựa vào truyền thông giữa các thiết bị, ví

dụ như là giữa các thiết bị điều khiển hoặc giữa thiết bị điều khiển và thiết bị bảo vệ trạm Với sự phát triển của công nghệ, truyền thông đã trở nên khác biệt hơn và không thể thiếu trong hệ thống tự động hoá trạm Bởi việc sử dụng các giao thức khác nhau,

hệ thống truyền thông có thể cung cấp thông tin trao đổi giữa các góc của hệ thống tự động hoá trạm

Một số giao thức lớn tồn tại hôm nay bởi vì sự phát triển của khoa học kỹ thuật

và cũng vì mỗi giao thức bao trùm duy nhất một vùng nhỏ của hệ thống tự động hoá trong trạm Bây giờ ở Châu Âu, tự động hoá trong trạm gồm 3 cấp bậc, như là cấp trạm, cấp ngăn lộ, cấp xử lý như ở hình 1.1 và 1.2 Truyền thông giữa cấp trạm, cấp ngăn lộ được thực hiện bởi các giao thức khác nhau như DNP3, LON, MODBUS, và nhiều dạng khác…Việc đấu nối song song được sử dụng phần lớn trong truyền thông giữa cấp trạm và cấp ngăn lộ Trong một vài nước chỉ hai mức cấp trạm và cấp xử lý được dùng Trong trường hợp này, thành phần của hệ thống điều khiển trạm được kết nối theo đường bus của trạm và cấp được kết nối song song với nhau

Hình 1.1: Ba mức trong ngăn lộ trạm

HMI- SCADA trạm

IEC61850 (Bus kết nối của trạm)

Router hoặc Gateway/

chuyển đổi IEC61850/IEC60870-5-101

Rơle Micom

Rơle ABB

Rơle SEL

Rơle Siemens

Rơle Toshiba

IEC618570-9-1 & 9-2 (Bus xử lý) Thiết bị đo Thiết bị đo Thiết bị đo

Trung tâm điều

Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống IEC61850 Những cổng vào hoặc những bộ chuyển đổi giao thức, phần lớn giải quyết những vấn đề khác nhau giữa các giao thức, nhưng chúng đã góp phần làm cho giá thành của hệ thống tăng lên Chúng cũng làm cho trì hoãn và có thể gây ra lỗi trong đường truyền thông Trong một trạm thực tế tại Mỹ có hơn 45 bộ chuyển đổi giao thức được sử dụng để các thiết bị bảo vệ và điều khiển giao tiếp với nhau Thậm chí trong trường hợp những nơi mà cổng nối không sử dụng, phần lớn các giao thức có thể gây rắc rối giữa người sử dụng và nhà sản xuất Trong thực tế, nhân sự cần được huấn luyện

sử dụng tất cả các giao thức Trong thực tiễn toàn cầu hoá hiện nay người ta có thể thuê các nhà tư vấn nước ngoài Điều đó cho thấy việc sử dùng ít các giao thức là điều cần thiết Các nhà sản xuất, những nhà bán hàng lớn và những nhà tiếp thị cũng cần phải tiếp cận với sự đa dạng của những giao thức Việc giảm bớt các giao thức là có lợi vô cùng cho nhà sản xuất lẫn nhà sử dụng Tiêu chuẩn hóa là chìa khóa cho sự phát triển việc kết nối và vận hành hệ thống Nhờ vào việc tiêu chuẩn hóa, cả nhà sử dụng và nhà cung cấp có thể đạt được những giải pháp tin cậy và kinh tế

Một khách quan toàn cầu cho những hệ thống tự động trong trạm là giảm bớt các giao thức, vì nó vừa đáp ứng được các nhu cầu của nhà sử dụng và vừa giúp cho giá thành của hệ thống được giảm xuống Để đạt được điều này cần có một tiêu chuẩn duy

nhất trên thế giới Tiêu chuẩn này phải là một hệ thống mở nó cho phép các thiết bị từ những nhà sản xuất khác nhau có thể hoạt động cùng với nhau

Tiêu chuẩn linh hoạt nên có thể tồn tại cùng với sự thay đổi sở thích của nhà sử dụng cũng như sự đổi mới của nhà sản xuất như những chức năng nó không có trong ngày hôm nay nhưng trong tương lai nó có thể có Nó phải cho phép một nhà sản xuất chứng tỏ sản phẩm của mình có thể hoạt động cùng các sản phẩm của các nhà sản xuất khác

Công nghệ truyền thông có thể thay đổi trước thời gian hoạt động của trạm Nếu công nghệ truyền thông thay đổi, thì tiêu chuẩn có thể thích ứng với sự thay đổi để

nó không trở thành lạc hậu Thiết bị tự động hoá trong trạm đòi hỏi phải thích nghi Tiêu chuẩn sẽ cung cấp những công cụ để cập nhật, mở rộng, kiểm tra và bảo trì hệ thống tự động hoá và hệ thống truyền thông trong trạm ít nhất là trong thời gian hoạt động của trạm

Vào năm 1995 uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC) chấp thuận cần có một tiêu chuẩn tổng quát hơn cho mạng thông tin và những hệ thống trong trạm Việc thiết lập tiêu chuẩn mới là những nhóm TC57 WG10, WG11 và WG12 để phát triển thành đợt tiêu chuẩn này Như ở hình 1.3 Ba nhóm này được đưa ra từ chuyên gia của nhiều nước Với kinh nghiệm của IEC 60870 của những nghi thức và Utility Communications Architecture 2.0 (UCA 2.0), kết quả của một dự án tương tự tại Mỹ Mục tiêu của sự nổ lực là tạo ra một tiêu chuẩn từ những thiết bị điện tử thông minh (IEDs) từ những nhà sản xuất khác nhau có thể hoạt động cùng với nhau trong một hệ thống tự động hoá trong trạm Không phụ thuộc vào kích thước và nhu cầu thao tác của trạm Tiêu chuẩn bao gồm cả điện áp cao và điện áp trung bình truyền dẫn và phân phối trong trạm Nó

đủ tính linh hoạt trước sự thay đổi của hệ thống trong tương lai Ví dụ như thay đổi trong công nghệ truyền thông hoặc những chức năng tự động mới Cơ quan IEC và Electric Power Research Institute (UCA 2.0) cùng nhau đạt được một tiêu chuẩn toàn cầu được chấp nhận chính là IEC 61850 “ mạng thông tin và hệ thống truyền thông trong trạm”

Hình 1.3: Ba nhĩm của IEC

1.3 Những đặc tính của tiêu chuẩn

Đối tượng chính của tiêu chuẩn IEC61850 là thiết kế hệ thống thơng tin cĩ khả năng cung cấp sự tương đồng giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau, để phối hợp thực hiện cùng một chức năng Trên cở sở đĩ, mơ hình dữ liệu đối tượng của tiêu chuẩn sẽ chia các chứa năng của trạm thành những chức năng con, những chức năng con này được định nghĩa là các nút logic (Logical Node - LNs), LNs là thành phần cơ bản, các thơng tin chủ yếu được trao đổi trên các LNs

Hình 1.5 cho thấy dữ liệu đầu vào, đầu ra và cấu trúc dữ liệu của một chức năng tổng quát Một chức năng này muốn giao tiếp với chức năng khác phải qua các nút

dữ liệu Cĩ khoảng gần 90 tiêu chuẩn hố khác nhau về các nút logic bởi IEC 61850 và sau đây là một vài ví dụ :

9 PTOC – AC time over current protection : Bảo vệ quá dịng cĩ thời gian

9 RREC – Automatic reclosing : Tự đĩng lại

9 CSWI – Switch controller : Khố điều khiển

9 MMXU – Measuring for operative purpose : Thiết bị đo lường

9 XCBR – Circuit breaker : Máy cắt

9 TCTR – Current Transformer : Biến dịng

Hình 1.4: Mô tả nút logic của các thiết bị IEC 61850 cũng là một tiêu chuẩn về trao đổi dữ liệu giữa các chức năng Ví dụ: các khóa điều khiển được tiêu chuẩn hóa bởi nút logic CSWI

Trong hình 1.6 cho thấy cấp bậc của dữ liệu Các dữ liệu truyền cho nút logic CSWI và tất cả các dữ liệu liên quan đến khoá điều khiển gồm có các loại :

9 Mod (chế độ) : enabled (cho phép), blocked (khóa), disabled (không cho phép), under test (chế độ kiểm tra)…

9 Health (Health) : no problems and in normal operation (không có vấn đề

và hoạt động bình thường), minor problems but can operate safely (những vấn đề nhỏ nhưng có thể hoạt động được), severe problems and no operation possible ( vấn đề lớn và không thể cho phép hoạt động)

9 Name plate (NamePlt) : the technical details of the switch controller (đặc điểm kỹ thuật khoá điều khiển)

Hình 1.5: Dữ liệu vào ra của nút logic

Hình 1.6: Cấp bậc của các dữ liệu trong nút logic

Trong trường hợp đặc biệt, trạng thái của các máy cắt, những lệnh đóng hay mở được quy định trong Pos Không đi vào chi tiết bên trong Pos, chúng ta chỉ biết đơn giản là thông tin này được quy định trong Bay A/XCBR.Pos cho máy cắt ở Bay A Đặc điểm nổi bật của tiêu chuẩn này là mọi người trên thế giới đều sử dụng được

Những nút logic gắn liền với một nhiệm vụ nhất định trong một IED Hình 1.6 cho thấy 3 IEDs và những nút logic tương ứng của chúng Dữ liệu được trao đổi giữa CSWI (khố điều khiển) và XCBR (máy cắt) cho máy cắt và các khĩa điều khiển hoạt động Ví dụ như là: mở máy cắt, lệnh mở từ CSWI (khố điều khiển) được bus truyền đạt đến XCBR (máy cắt) Bus được chỉ là tượng trưng Mạng thơng tin hoặc nối dây song song cĩ thể được sử dụng

Hình 1.7: ví dụ về IED và các nút logic

1.4 Các tiêu chuẩn hoá về các nút logic

1.4.1 Nút logic

9 Các node logic hệ thống bắt đầu với “L”

9 Các node logic giao diện giữa người và máy bắt đầu với “I”

9 Các node logic cấp ngăn lộ bắt đầu với “C”, “P”, “R”, “A”, hoặc “M”

9 Các node logic cấp xử lý và cấp thiết bị bắt đầu với “S”, “X”, “T”, “Y”,

hoặc “Z”

9 Các node logic chung bắt đầu với “G”

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn hĩa các nút logic

Logical nodes for Prorection Function group: P

PTOC Quá dịng cĩ thời

Tự đĩng lại Khĩa điều khiển Thiết bị đo lường Máy cắt

Thiết bị logic

Biến dịng

IED1

Physical device information Thiết bị cung cấp thông tin LPHD

Directional element Thiết bị định hướng PDIR

Transient earth fault Sự cố chạm đất thóang qua PTEP

Distance protection Bảo vệ khoảng cách PDIS 21

Directional overpower Định hướng quá công suất PDOP 320 Directional underpower Định hướng công suất thấp PDUP 32U

Instantaneous overcurrent Qua dòng cắt nhanh PIOC 50 Time overcurrent Quá dòng có chỉnh định thời gian PTOC 51 Voltage controlled / dependent

time overcurrent Quá dòng có kiểm tra điện áp PVOC 51V Over power factor relay Rơ le quá công suất POPF 550 Under power factor relay Rơ le công suất thấp PUPF 55U

Ground detector relay Rơ le chống chạm đất PHIZ 64 Directional earth fault Định hướng lỗi chạm đất PDEF 67

Over frequency protection Bảo vệ quá tần số PTOF 810 Under frequency protection Bảo vệ tần số thấp PTUF 81U

Differential protection Bảo vệ so lệch PDIF 87

Logical nodes for protection related functions Group: R

Synchronism-check or

synchronizing Kiểm tra sự đồng bộ hoặc đồng bộ RSYN 25

Teleprotection / carrier or pilot

Disturbance recorder function Chức năng ghi lại sự cố RDRE

Disturbance recorder function

channel analogue Chức năng ghi lại sự cố dạng tương tự RDRA Disturbance recorder function

channel binary

Chức năng ghi lại sự cố dạng

Disturbance recorder handling

at station level Chức năng ghi lại sự cố ở cấp trạm RDRS

Network monitoring for

adaptive protection Mạng kiểm tra khả năng bảo vệ RMON

Logical nodes for control Group: C

Logical nodes for Generic references Group: G

Generic automatic process

Generic general I/O Tác động đến hệ thống vào ra GGIO

General security application Ứng dụng bảo mật chung GSAL

Logical nodes for intrerfacing and archiving Group: I

Human machine interface Giao diện người máy IHMI

Telecontrol interface Giao diện điều khiển từ xa ITCI Telemonitoring interface Giao diện kiểm tra từ xa ITMI

Logical nodes for automatic control Group: A

Automatic tap changer

controller Tự động thay đổi các nấc điều

Reactive power control Điều khiển công suất ARCO Neutral current regulator Máy điều chỉnh dòng 0 ANCR

Logical nodes for metering and measurement Group: M

Differential measurements Sự khác nhau về giá trị đo lường MDIF

Logical nodes for switchgear related Group: X

Monitoring and diagnostics for

Monitoring and diagnostics for

partial discharge Kiểm tra và dự báo phóng điện XPDC

Logical nodes for instrument transformers Group: T

Logical nodes for power transformers Group: Y

Earth fault neutralizer Làm vô hiệu lỗi chạm đất YEFN

Logical nodes for futther power system equipment Group: Z

Thyristor controlled fiequency

Rotating reactive component Quay thành phần vô công ZRRC

A

Auxiliary network Mạng phụ ZAXN

1.4.2 Tiêu chuẩn hóa về thiết bị logic và thiết bị vật lý

Kèm theo định nghĩa LNs, tiêu chuẩn còn định nghĩa thiết bị logic (Logical Devices - LDs) và thiết bị vật lý (Physical Devices – PDs) Mổi thiết bị logic LDs được tập hợp từ nhiều node logic (LNs) và luôn hoạt động trên một thiết bị

vật lý cụ thể Thiết bị vật lý PDs có thể bao gồm một số thiết bị logic khác nhau, kèm theo đó thiết bị vật lý sẽ được xác định bằng một địa chỉ mạng (IP address)

cụ thể

Hình 1.8: Cấu trúc của thiết bị logic

Hình 1.9: Cấu trúc nút logic của IEC 61850

Các thiết bị Client theo IEC61850

Dữ liệu

Dữ liệu

Dữ

liệu

Dữ liệu liệu Dữ liệu Dữ liệu Dữ

1.4.3 Lớp dữ liệu chung (Common data class)

Lớp dữ liệu chung dùng để xác định các loại cấu trúc chung cho các dữ liệu dùng

để mô tả các đối tượng Lớp dữ liệu chung này có chức năng quản lý tất cả các loại dữ liệu sau lớp node logic như mô tả trong hình 9

™ Ví dụ:

• Single point status (SPS) - on/off

• Double point status (DPS) - on/off/transient

™ Danh sách các lớp dữ liệu chung

Bảng 1.2: Danh sách các lớp dữ liệu chung

Tên của lớp

dữ liệu

chung

SPS Single Point Status Dữ liệu trạng thái đơn (trạng thái 1 bit)

DPS Double Point Status Dữ liệu trạng thái đôi (trạng thái 2 bit)

ACT Protection Activation Chế độ bảo vệ được kích hoạt

ACD Directional Protection Activation Info Kích hoạt chế độ bảo vệ có hướng

SEC Security Violation Counting Bộ đếm bảo mật

BCR Binary Counter Reading Bộ đếm giá trị số

CMV Complex Measured Value Giá trị đo lường phức tạp

WYE Phase to ground measured values for 3-phase system Giá trị đo lường của điện áp pha trong hệ thống 3 pha DEL Phase to phase measured values for 3-phase system Giá trị đo lường của điện áp dây trong hệ thống 3 pha

HMV Harmonic value Giá trị sóng hài

SPC Controllable Single Point Điều khiển 1 bit

DPC Controllable Double Point Điều khiển 2 bit

INC Controllable Integer Status Điều khiển dạng số nguyên

BSC Binary Controlled Step Position

ISC Integer Controlled Step Position

APC Controllable Analogue Set Point

SPG Single Point Setting Cài đặt giá trị đon

ING Integer Status Setting Cài đặt trạng thái số nguyên

ASG Analogue Setting Cài đặt giá trị tuần tự

LPL Logical Node Name Plate Tên node logic

CSD Curve Shape Description Mô tả hình dạng đường cong

1.4.4 Giới hạn chức năng (Function constraint)

™ Như chúng ta thấy trong hình 8 sau lớp dữ liệu (data) sẽ đến lớp thuộc tính của dữ liệu (data attribute) Chúng ta đã biết sẽ có rất nhiều thuộc tính dữ liệu trong một đối tượng do đó chúng ta cần phải xác định được các thuộc tính cụ thể cho từng

loại dữ liệu thông qua “Function constraint”

™ Ví dụ: Các thuộc tính dữ liệu trong đối tượng máy cắt là: điều khiển, cấu hình, đo lường, báo cáo trạng thái…Do đó chức năng “Function constraint” sẽ giới

hạn các chức năng cụ thể này trong đối tượng máy cắt

™ Danh sách các lớp chức năng giới hạn:

Bảng 1.3: Danh sách các lớp chức năng giới hạn của nút logic

Tên của

Function

constraint

ST Status Information Thông tin trạng thái

MX Measurands (analog values) Giá trị đo lường (giá trị tuần tự)

SE Setting Group Editable Cài đặt nhóm có thể chỉnh sửa

EX Extended Definition (naming - read

only)

Các định nghĩa mở rộng (đặt tên – chỉ đọc)

đệm

MS Multicast Sampled Value (9-2) Lấy giá trị mẫu từ nhiều hướng

cùng lúc

US Unicast Sampled Value (9-1) Lấy giá trị mẫu theo một hướng

XX Used as wild card in ACSI Sử dụng tự do theo ACSI

1.5 Ngôn ngữ cấu hình của trạm

Việc sử dụng các nút logic đòi hỏi phải nghiên cứu thêm Mỗi loại chức năng cần kết nối với các loại chức năng khác Nếu nó là những thiết bị khác nhau từ những nhà sản xuất khác nhau, thì vấn đề khả năng tương thích là vấn đề cấp thiết Tiêu chuẩn IEC61850 hướng vào vấn đề này theo hai cách

Mỗi thiết bị thưc hiện cùng một loại hàm truyền đòi hỏi phải theo một tiêu chuẩn Ngôn ngữ cấu hình trong hệ thống tự động hoá trạm (SCL) cho phép mô tả theo tiêu chuẩn hoá thiết bị, cấu hình, chức năng và khả năng truyền thông cụ thể trong hệ thống tự động hoá trạm, và việc sử dụng những thiết bị cũ trong trạm

1.6 Các nội dung của tiêu chuẩn có liên quan tới đề tài

1.6.1 Các bước cấu hình cho một hệ thống trạm biến áp tự động hóa theo IEC61850

Hình 1.10: Mô tả các bước cấu hình hệ thống TBA tự động hóa theo IEC61850

Ở hình 1.10 bên trên tiêu chuẩn IEC61850 đã xác định cho chúng ta hai công cụ cấu hình và bốn dạng file cần thiết dùng cho việc cấu hình các hệ thống trạm biến áp tự động hóa theo tiêu chuẩn IEC61850

™ Công cụ cấu hình hệ thống (System Configurator tool (SC))

− Khi trong hệ thống của chúng ta có sử dụng file với định dạng station.SSD thì chúng ta sẽ nhập file với định dạng này vào công cụ cấu hình hệ thống (SC) Nếu trong hệ thống của chúng ta không sử dụng file định dạng này thì chúng ta sẽ sang bước tiếp theo

− Nhập file với định dạng ied.ICD của thiết bị IED mà chúng ta cần sử dụng vào công cụ (SC)

− Nếu file với định dạng station.SSD không có trong phần này thì phần cấu hình cấu trúc cho hệ thống như là: cấp điện áp, ngăn lộ…sẽ được thực hiện trực tiếp trên công cụ (SC) này

− Cấu hình cấu trúc truyền thông cho trạm: tạo các thiết bị Client và Server cần

sử dụng cho hệ thống vào

− Thực hiện cấu hình cho các tín hiệu: cấu hình Dataset, Control Blocks và liện kết đường dẫn thông tin giữa thiết bị Client và Server hoặc giữa các server trong hệ thống lại với nhau

− Xuất ra file với định dạng station.SCD để sử dụng cho công cụ cấu hình thiết

bị IED ở bước tiếp theo

™ Công cụ cấu hình thiết bị IED (IED Configurator tool (IC))

− Nhập file với định dạng station.SCD vào công cụ

− Thực hiện các bước cấu hình cần thiết tiếp theo

− Kiểm tra việc nhận các thông tin từ Goose và cấu hình các tín hiệu Goose nếu cần thiết

− Xuất ra file với định dạng ied.CID để tải vào thiết bị IED

− Xuất ra file với định dạng station.SCD để tải vào thiết bị Gateway

™ SSD file (System Specification Description file): file mô tả đặc tính của hệ thống

− Flie này mô tả sơ đồ một sợi của trạm và các nút logic cần thiết

™ ICD file: IED Capability Description file: mô tả đặc tính có trong thiết bị IED

− File này mô tả đầy đủ các nút logic và thiết bị logic có trong thiết bị IED mà không có liên quan gì đến trạm và tổ chức thông tin trong trạm File này thường đi kèm theo các thiết bị IED khi xuất xưởng

™ SCD file: Station Configuration Description file: file mô tả cấu hình trạm

− Nội dung trong file này chứa tất cả các thiết bị IED (gồm cả IED Client và IED Server) và được sắp xếp theo đúng cấu trúc của hệ thống đang thực hiện Ngoài ra trong file còn chứa cấu trúc truyền thông giữa các thiết bị với nhau

1.6.2 Các bước cấu hình cho hệ thống kết nối RTU với các thiết bị IED theo

IEC 61850 trong các TBA tự động hóa

Các bước được mô tả trong hình 1.11 bên dưới Đây cũng là nhiệm vụ chính cần nghiên cứu trong luận văn này

Hình 1.11: Mô tả các bước cấu hình cho hệ thống kết nối RTU với các thiết bị

IED theo IEC 61850 trong các TBA tự động hóa

Nhà sản xuất A Chuẩn bị tập tin ied.ICD

Nhà sản xuất B Chuẩn bị tập tin ied.ICD

Nhà sản xuất X Chuẩn bị tập tin ied.ICD

• Cấu hình cấu trúc trạm

• Tích hợp các IED

• Tải tập tin ied.ICD

• Cấu hình mạng truyền thông

• Xuất ra tập tin station_PCM.SCD

PCM600

Station PCM.SCD

• Cấu hình các khối dữ liệu trên IED

• Cấu hình và liên kết báo cáo của các khối điều khiển

• Cấu hình và liên kết liên động của các khối điều khiển

• Xuất ra tập tin station.SCD

CCT

Nhà sản xuất A Chuẩn bị tập tin ied.CID

Station PCM.SCD Nhà sản xuất B Chuẩn bị tập tin ied.CID

Nhà sản xuất X Chuẩn bị tập tin ied.CID

Với nhiệm vụ này thì chúng ta cần hai công cụ là: PCM600, CCT và ba dạng file là: ICD, SCD, CID

™ Chuẩn bị file ICD Chúng thường được cung cấp kèm với thiết bị IED

™ Công cụ PCM600:

o Cấu hình cấu trúc trạm

o Tích hợp thiết bị IED vào cấu trúc hệ thống trạm

o Tải file ICD của từng thiết bị IED sử dụng vào phần mềm

o Cấu hình mạng truyền thông trong trạm

o Xuất ra file station_PCM.SCD

™ Công cụ CCT:

o Nhập file station_PCM.SCD vừa xuất ra ở bước trên vào công cụ CCT

o Cấu hình Dataset cho mỗi thiết bị IED

o Cấu hình và liên kết với các báo cáo của khối điều khiển (report control blocks)

o Cấu hình và liên kết với các liên động của khối điều khiển (Goose control blocks)

o Xuất ra file station.SCD

™ Chuẩn bị các file CID để tải lên mỗi IED Có thể dùng các công cụ cấu hình để hiệu chỉnh file ICD để tạo ra file CID

1.7 Những lợi ích của tiêu chuẩn

Lợi thế chính của IEC 61850 là thao tác với nhau của các thiết bị IED từ những nhà sản xuất khác nhau và sự loại bỏ những cổng nối Loại bỏ này có nghĩa là trang bị ít thiết bị hơn, không có sự trì quản không cần thiết và không có những lỗi bổ sung nào gây ra bởi những bộ chuyển đổi giao thức

Sử dụng truyền thông Ethernet cho tất cả các chức năng tự động hoá trong trạm

sẽ đơn giản hơn so vói việc sử dụng truyền thông song song Đây là một lợi thế trong việc thực hiện dự án, lắp đặt thiết bị và kiểm tra thiết bị

Ethernet có thể tích hợp các thiết bị cũ với mới với nhau Ví dụ mạng 10 Mbit/s

có thể dễ dàng tích hợp vào trong một mạng 100 Mbit/s và nó có thể tích hợp lên đến 1 Gbit/s trong cùng một loại Điều này làm cho vốn đầu tư được tận dụng tối đa

Việc trao đổi dữ liệu của những thiết bị điện từ những nhà sản xuất khác nhau theo tiêu chuẩn IEC sẽ giảm bớt thời gian dự án, làm thuận tiện cho các kỹ sư, người bảo trì Nó cũng giảm bớt công tác đào tạo

Khả năng của Ethernet được tăng lên theo mỗi năm, và nó chỉ cần một vài năm

là có thể xây dựng cơ sở hạ tầng truyên thông làm cho đường truyền dữ liệu tốt hơn và

có tổ chức hơn

Vì IEC61850 chỉ rõ là không hạn chế và phổ biến những giao thức chung như là TCP/IP, những mạng truy xuất dữ liệu công cộng và cá nhân dễ dàng Nó có thể truy xuất tình trạng các thiết bị trong trạm từ xa, làm giảm bớt bảo trì và không cần đến trực tiếp thiết bị

Vốn đầu tư của khàch hàng sẽ được bảo vệ bởi vì sự phát triển của mạng truyền thông thì độc lập với sự phát triển của ứng dụng Khách hàng có thể được lợi từ công nghệ truyên thông mới nhất điều này làm tăng khả năng điều khiển và bảo vệ của hệ thống hoặc có một cơ sở hạ tầng truyền thông có thể phục vụ cho cộng đồng

Nói chung lợi ích của khách hàng thứ nhất là hoạt động các thiết bị trôi chảy hơn Thứ hai là vốn đầu tư sẽ được bảo đảm khi thay đổi công nghệ Thứ ba là hệ thống

tự động có thể hoạt động hiệu quả hơn nhờ giảm bớt nhiều thứ

IEC 61850 có thể đề ra những giải pháp cho vấn đề truyền thông cho trạm Hệ thống tự động trong trạm có thể thao tác giữa các phần Kỹ sư, người bảo trì hệ thống truyền thông này sẽ được đơn giản hoá Giá trị tiết kiệm cũng nhìn thấy rõ Những nhà sản xuất như Siemens đang phát triển những sản phẩm để đáp ứng nhu cầu của khách hàng khi IEC 61850 trở thành tiêu chuẩn quốc tế vào năm 2004 Yếu tố cơ bản của trong IEC

61850 có thể áp dụng cho hệ thống nước hoặc gas; một tiêu chuẩn IEC ( IEC 61400-25)

được chuẩn bị cho thiết bị sử dụng năng lượng gió Hệ thống điều khiển từ xa cho các trạm nhỏ đến các trạm trung tâm đang được nghiên cứu

Chương 2:

Tìm hiểu các sơ đồ thực tế điều khiển và bảo vệ của các trạm biến

áp hiện nay 2.1 Khái niệm chung

Nội dung của bảo vệ và điều khiển là tất cả phương tiện và trợ giúp kỹ thuật cần thiết nhằm giám sát, bảo vệ, điều khiển và quản lý tối ưu mọi phần tử và thiết bị của hệ thống trong lưới cao áp Nhiệm vụ của các hệ thống thứ cấp là thu thập thông tin trực tiếp ở các khí cụ cao và trung áp và thực hiện thao tác tại chổ, kể cả bảo dưỡng nguồn

dự phòng Các tiếp điểm hoặc bộ cảm biến thiết lập giao diện với hệ thống điều khiển

xa và qua đó với phương tiện điều khiển lưới

Các thiết bị bảo vệ dùng để bảo vệ thiết bị đắt tiền và đường dây truyền tải chống lại quá tải và hư hỏng bằng cách cách ly nhanh chóng và có chọn lọc những bộ phận của lưới cung cấp

Mục tiêu của quản lý lưới là phân công điều khiển hệ thống điện nhằm đảm bảo

an toàn truyền tải và phân phối điện trong các lưới cung cấp phức tạp hơn, bằng cách cung cấp cho mỗi trung tâm điều khiển một bức tranh toàn cục và liên tục cập nhật trên toàn lưới Mọi thông tin quan trọng từ trạm được gửi qua kênh điều khiển xa đến trung tâm điều khiển Ở đó thông tin được đánh giá và tác động hiệu chỉnh một cách tức thời Khi lượng thông tin quá tải thì các buồng điều khiển trước đây với màn hình trực quan

để điều khiển trực tiếp quá trình cần phải được thay thế bằng hệ thống quản trị có máy tính và màn hình video đầu cuối, không những sử dụng mô phỏng sơ đồ địa lý của lưới

2.2.1 Cấu trúc chung của 4 khối ký hiệu

Hiện nay quy chuẩn IEC 750 và DIN 40 719 phần 2 vẫn còn giá trị để ký hiệu nhận dạng khí cụ điện Để nhận biết mỗi bộ phận của thiết bị ( khí cụ ) trong trạm

và tài liệu kỹ thuật, có bốn ký hiệu, các khối này được phân biệt bằng các ký hiệu đầu như sau:

2.2.2 Khối ký hiệu “mức ngăn”

Khối ký hiệu này giúp cho các nhân viên vận hành trạm phân biệt và xác định chính xác các ngăn lộ mà họ đang thực hiện thao tác và giám sát

Các chữ cái giúp nhận diện các ngăn lộ thuộc cấp điện áp nào trong trạm Chúng ta

có thể tra cứu trong bảng sau:

Bảng 2.1: Bảng chữ cái nhận diện cấp điện áp của các ngăn lộ

- Thiết bị máy biến áp

Các thiết bị và hệ thống không có qui định đặc biệt cho điện áp hoặc một nhánh

Thiết bị trung tâm, ví dụ máy tín quá trình, các hệ thống cảnh báo

Các thiết bị viễn thông Bảng 2.2: Các chữ cái nhận biết mức điện áp <1kV trong khối ký hiệu mức ngăn Chữ cái

Nhận biết Ý nghĩa

Chữ cái nhận biết Ý nghĩa

Khối ký hiệu chỉ vị trí mang dấu cộng (+) để chỉ nơi đặt hạng mục thiết bị

Ví dụ: toà nhà, buồng, tủ, ngăn và vị trí

Bảng 2.3: Các ký tự giúp nhận biết vị trí đặt các thiết bị Chữ cái nhận biết Ý nghĩa

Các tủ bảng điều khiển Các tủ bảng thiết bị trung tâm,

hệ thống cảnh báo hệ thống máy tính quá trình Các tủ bảng thông tin

Bảng 2.4: Các ký tự giúp nhận dạng các loại khí cụ điện trong trạm Chữ mã Loại hạng mục

Thiết bị bảo vệ Máy phát, hệ thống cung cấp nguồn

Hệ thống tín hiệu hoá

- Rơle công tắc tơ Cuộn cảm cuộn kháng Động cơ

Các phần tử tương tự: bộ khuyết đại, bộ khống chế Dụng cụ đo, thiết bị thử nghiệm

Thiết bị đóng cắt máy động lực Điện trở

Thiết bị đóng cắt mạch điều khiển, các bộ chọn Máy biến áp

Bộ điều chế, biến đổi các đại lượng điện thành đại lượng điện khác Đèn điện tử, đèn bán dẫn

Đường truyền, cáp, thanh góp, ống dẫn, ăngten Đầu cuối, ổ cắm, phích cắm

Cơ cấu cơ khí tác động bằng điện Đầu cuối chổ rẽ, bộ lọc, bộ cân bằng, bộ hạn chế, chổ rẽ đầu cuối

™ Các ký hiệu và các con số giúp nhận dạng các chức năng của các thiết bị trong trạm, chúng ta có thể tra trong bảng sau:

Bảng 2.5: Các ký hiệu và con số nhận dạng các chức năng của các thiết bị trong trạm

Dao nối đất bảo dưỡng thông thường

Cầu dao nối đất bảo dưỡng thứ nhất

Cầu dao nối đất bảo dưỡng thứ hai

Cầu dao nối đất trung tính, cầu dao thử nghiệm

Thanh cái rẽ nhánh

Dao cách ly

Dao cách ly thứ hai

Máy cắt phân đoạn

Cầu dao nối đất

Cầu dao nối đất thông thường

Cầu dao nối đất thứ nhất

Cầu dao nối đất thứ hai

Dao cách ly đường dây thông thường

Dao cách ly đường dây thứ nhất

Dao cách ly đường dây thứ hai

Q 0 Q01 Q02

Q1 Q10 Q11…Q14 Q15…Q19 Q5

Q51 Q52 Q6

Q7 Q70 Q71…Q74 Q75…Q79 Q8

Q81 Q82 Q9 Q91 Q92

Bảng 2.6: Các ký hiệu giúp nhận dạng các thiết bị đo lường Máy biến áp đo lường

Máy biến dòng

Máy biến dòng đường dây

Máy biến dòng thanh cái I

Máy biến dòng thanh cái II

Máy biến dòng thanh cái III

Máy biến dòng thanh cái IV

Máy biến điện áp

Máy biến áp đường dây

Máy biến áp thanh cái I

Máy biến áp thanh cái II

Máy biến áp thanh cái III

Máy biến áp thanh cái IV

T1 đến 4 T11 đến 14 T21 đến 24 T31 đến 34 T41 đến 44

T51 đến 59 T15 đến 19 T25 đến 29 T35 đến 39 T45 đến 49

2.2.5 Khối ký hiệu “đấu nối, đấu cuối” có ký hiệu đầu cột là (:)

Khối ký hiệu này thường dùng trong các bảng vẽ thiết kế các chỉ danh hàng kẹp, chỉ danh các sợi cáp dùng trong công tác thi công, đấu nối

Ví dụ: “- X1:1” ý nghĩa là chỉ hàng kẹp số 1 trong khối hàng kẹp X1

“- W1:2” ý nghĩa là chỉ lỗi cáp số 2 trong sợi cáp W1

2.3 Các chức năng điều khiển và bảo vệ

2.3.1 Các chỉ danh của rơle đang sử dụng trong hệ thống điện theo ký hiệu

chuẩn của viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ ANSI

- 2 : Rơle thời gian

- 32 : Rơle định hướng công suất

- 37 : Dòng điện thấp công suất thấp