- Thông tin liên lạc giữa các nhà máy, các trạm điện khác nhau; - Trao đổi cơ sở dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển; - Chỉnh định thông số của hệ thống rơle bảo vệ - Tự động sa thải p
Trang 1Câu 1: SCADA là gì? Ứng dụng của nó đối với Hệ thống điện?
SCADA (supervisory control and data acquisition): Hệ thống điều khiển giám sát và thu nhập dữ liệu
Là quá trình thu thập dữ liệu thời gian thực từ các đối tượng để xử lý, biểu diển, lưu trữ phân tích và có khả năng điều khiển những đối tượng này
SCADA là một công cụ tự động hóa công nghiệp, dùng kĩ thuật vi tính PLC/RTU để trợ giúp việc điều hành kĩ thuật ởcác cấp trực ban điều hành của sản xuất công nghiệp:từ cấp phân xưởng, xí nghiệp (hay trạm điện), đến các cấp cao nhất của một công ty
Ứng dụng của SCADA với hệ thống điện:
- Thu nhập số liệu của các nhà máy điện, thông số của các đường dây truyền tải, các hộ tiêu thụ
- Thông tin liên lạc giữa các nhà máy, các trạm điện khác nhau;
- Trao đổi cơ sở dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển;
- Chỉnh định thông số của hệ thống rơle bảo vệ
- Tự động sa thải phụ tải dựa trên phân tích hệ thống
- Điều khiển các thiết bị, thường là FACTS
Câu 3: Trình bày các yêu cầu chung của một hệ thống SCADA?
1 Chức năng giám sát
- Giám sát và đảm bảo được tính chính xác toàn bộ các thông số vận hành của hệ
thống như dòng điện, điện áp, công suất, tần số, vị trí nấc của máy biến áp,…
- Giám sát được các trạng thái của các phần tử đóng cắt trong hệ thống Đó là
trạng thái đóng/mở của máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa,…
2 Chức năng điều khiển
- Quá trình điều khiển phải chính xác, tin cậy.
Trong quá trình thực hiện các thao tác đóng/mở máy cắt, dao cách ly các thao tác phải được giám sát chặt chẽ về tính liên động phối hợp giữa máy cắt, dao cách ly và các thiết bị liên quan tuân theo quy trình quy phạm vận hành của hệ thống
- Cài đặt thông số từ xa.
Khi có sự thay đổi về cấu trúc của lưới hoặc nâng cao công suất chống quá tải thì các thông số vận hành của lưới và thiết bị sẽ thay đổi, vì vậy ta cần phải đặt lại các thông số chỉnh định bảo vệ rơ le hoặc thay đổi tỷ số biến đổi trong các thiết bị đo đếm như đồng hồ và công tơ cho phù hợp với thực tế Việc cài đặt này có thể được thực hiện từ xa tại các Trung tâm điều độ vung/miền hoặc quốc gia
3 Quản lý và lưu trữ dữ liệu
Giám sát được các sự cố xảy ra trên lưới cũng như của các thiết bị, cảnh báo sự cố
bằng âm thanh, màu sắc hoặc thông báo trên màn hình hiển thị, ghi lại được các chuỗi sự kiện, sự cố xảy ra và xác định chuẩn đoán sự cố
Tất cả các chức năng trên của hệ thống phải được bảo mật ở mức cao nhất và tuyệt đối tin cây
Trang 2SCADA là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu trong thời gian
thực, do đó tính năng thời gian của hệ thống là rất cần thiết và quan trọng Một hệ thống có tính năng thời gian thực không nhất thiết phải có phản ứng thật nhanh mà quan trọng hơn phải có phản ứng kịp thời đối với các yêu cầu, tác động bên ngoài Như vậy một hệ thống truyền tin có tính năng thời gian thực phải có khả năng truyền tải thông tin một cách tin cậy và kịp thời với yêu cầu của các đối tác truyền thông Do
đó tính năng thời gian thực một hệ thống giám sát, điều khiển phụ thuộc vào rất nhiều
hệ thống thông tin sử dụng trong hệ thống đó, ví dụ như hệ thống Bus trường
Để đảm bảo tính năng thời gian thực, một hệ thống Bus phải có những đặc điểm sau :
1) Độ nhạy nhanh: Tốc độ truyền thông tin hữu ích phải đủ nhanh để đáp ứng nhu
cầu trao đổi dữ liệu trong một giải pháp cụ thể
2) Tính tiền định: Dự đoán trước được về thời gian phản ứng tiêu biểu và thời gian
phản ứng chậm nhất với yêu cầu của từng trạm
3) Độ tin cậy, kịp thời: Đảm bảo tổng thời gian cần cho việc vận chuyển dữ liệu
một cách tin cậy giữa các trạm nằm trong một khoảng xác định
4) 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
Câu 4: Trình bày về cơ cấu cơ bản của một hệ thống SCADA?
• Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa
RTU (Remota Terminal Units) hoặc là các khối (bộ) vi điều khiển logic lập trình PLC (Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành…)
• Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm
(central host computer server)
• Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết
bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồng kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ
• Giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface): Là các thiết bị hiển
thị quá trình xử lý dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạt động của
hệ thống
Theo các thành phần có một cơ chế thu thập dữ liệu như sau :
• Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá trình các RTU quét thông tin có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong Các máy chủ quét các RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này
Trang 3• Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thi nhiệm vụ
• Trong quá trình truyền tải dữ liệu, dữ liêu có thể là dạng liên tục (anlog), dạng
số (digital) hay dạng xung (pulse)
• Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống Tại một thời điểm, dữ liệu được hiện thị dưới dạng hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi theo
• Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ SCADA thường hiện thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ họa GUI dưới dạng đồ thị
• Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lý lỗi rất thành công khi hệ thống xảy ra sự cố Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử lí sau:
• • Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có
dung lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ được sao lưu vào trong bộ nhớ của RTU Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường
• • Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều
được thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông hai đường truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ…do vậy, các bộ phận dự phòng này
sẽ được đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có thể cho mục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra…)
Câu 7: IED là gì? Chức năng và nhiệm vụ của nó trong hệ thống SCADA?
Các IDE là các thiết bị như rơle kỹ thuật số DR (Digital Relay), đồng hồ kỹ thuật
đa chức năng DMM (Digital Multifunctional Meter), công tơ điện tử nhiều biểu giá, các bộ biến đổi T (Transducer), ….có những chức năng, nhiệm vụ sau:
- Bảo vệ tác động khi xảy ra sự cố;
- Biểu thị trạng thái của các phần tử đóng cắt của lưới, ví dụ như trạng thái đóng/mở của máy cắt và dao cách ly, vị nấc phân áp của máy biến áp,…;
- Điều khiển các thiết bị đóng cắt của lưới;
- Ghi lại các sự cố, sự kiện xảy ra trên lưới;
- Kiểm tra tình trạng hoạt động của bản thân chúng
Ngày nay các IEDs hiện đại được trang bị cổng truyền tin nối tiếp hoặc cổng truyền thông tin quang Thông qua đường truyền thông tin chúng được nối tới hệ thống trạm chủ và các dữ liệu của chúng được kiểm soát, xử lý
Trang 4Câu 8: RTU là gì? Cấu trúc phần cứng cơ bản của một RTU?
Thiết bị đầu cuối RTU ( Remote Terminal Unit) là một thiết bị thu thập thông tin
từ các IEDs do nó quản lý, lưu vào cơ sở dữ liệu và gửi thông tin tới trạm chủ hoặc cấp quản lý cao hơn qua các đường truyền tin Thông thường, RTU là thiết bị xử lý thông minh có thể giám sát và điều khiển các thiết bị đặt ở xa trung tâm điều khiển và truyền các tín hiệu thu thập được đến trung tâm điều khiển
Cấu trúc phần cứng cơ bản của một RTU gồm những phần sau:
- Bộ xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit)
- Các đầu vào tương tự AI ( Analog Input)
- Các đầu ra tương tự AO ( Analog Output)
- Các đầu vào đếm
- Các đầu vào số DI ( Digital Input)
- Các đầu ra số DO ( Digital Output)
- Giao diện truyền thông
- Nguồn cấp
Trang 5Câu 25: SCADA/EMS là gì? Trình bầy một số chức năng quan trọng của nó?
Hệ thống quản lý năng lượng EMS (Energy Management System) là tập hợp các công cụ cho phép người vận hành hệ thống phân tích đánh giá, đưa ra quyết định điều khiển hệ thống EMS được sử dụng tại các trung tâm điều độ (CCC hoặc ACC ) Với EMS luôn yêu cầu có một hệ thống số liệu thu thập từ hệ thống, và bản thân nó tham gia như một bộ phận trong SCADA, nên người ta sử dụng thuật ngữ SCADA/EMS Tại các trung tâm điều độ (ACC và CCC), với sự trợ giúp của hệ thống máy tính mạnh, và các phần mềm chuyên dụng, người vận hành thực hiện các chức năng SCADA/EMS, có thể kể ra một số chức năng quan trọng như sau:
- Đánh giá trạng thái hệ thống (SE - Online State Estimation);
- Tính toán trào lưu công suất (LF - Load Flow);
- Tính toán tối ưu trào lưu công suất (OPF - Optimal Load Flow);
- Dự báo phụ tải (LF-Load forecast);
- Đánh giá mức độ an toàn của hệ thống(DSA-Dynamic Security Assesment);
- Xây dựng các chiến lược phục hồi hệ thống khi có sự cố
Câu 28: Trong hệ thống SCADA cho nhà máy điện thì cần phải giám sát và điều khiển những thông số gì? Trình bày về thiết bị của hệ thống SCADA và khả năng tích hợp của nó vào hệ thống tại trung tâm điều độ như thế nào?
Các thông số trong hệ thống SCD để điều khiển và giám sát bao gồm:
- Các công suất P,Q,S
- Sản lượng điện lũy kế
- Tần số, điện áp
- Tình trạng đóng cắt của các máy cắt
- Số lần dừng máy
- Những tuabin nào đang hoạt động
- Tình hình sự cố
- Dự trữ dầu, lượng tiêu thụ dầu trong ngày
- Sản lượng, chất lượng khí, than tiêu thụ
Thiết bị của hệ thống SCADA:
1/ Phần cứng
Nhà máy kần các phần cứng sau:
- Máy tính công nghiệp
- Bộ tích hợp thiết bị
- Thiết bị mạng
2/ Phầm mềm
- Phầm mềm cho giám sát, điều khiển
- Phầm mềm giám sát, quản lý
- Các phầm mềm phụ trợ
3/ Mạng kết nối
Các hình thức có thể sử dụng:
- Đường truyền lease-line: là kênh thuê bao rieng của bưu điện cho phép truyền
Trang 6- Đường truyền cáp quang: dùng cáp quang đẻ truyền dữ liệu từ nhà máy về trung tâm
- Đường truyền ADSL: là đường truyền internet băng thông rộng, cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao, dễ kết nối
Khả năng tích hợp vào các hệ thống tại trung tâm:
- Tại trung tâm nhà quản ly không chỉ thu nhận và giám sát các thông tin liên quan đến nhà máy điện từ xa qua mạng mà còn giám sát và quản lý nhiều hệ thống khác
- Hệ thống SCD sẽ xây dựng hoàn toàn có thể tích hợp để giám sát từ xa trên cùng một máy tính tại trung tâm, luồng dữ liệu thu thập tại nhà máy được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu nên hoàn toàn có thể dùng để báo cáo về các hoạt động
có liên quan
- Tuy nhiên hệ thống SCD vẫn hoạt động đôc lập mà không bị phụ thuộc hay cản trở từ bất kỳ hệ thống nào, kể kả khi các hệ thống gặp sự cố thì hệ thống SCD vẫn hoạt động bình thường
Câu 27 Phân tích sơ đồ hệ thống SCADA cho nhà máy điện?
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống thu thập dữ liệu
và điều khiển giám sát
Đối với các nhà máy điện, ngoài việc tự động hóa toàn bộ dây truyền sản xuất điện năng, nhà quản lý cần được cung cấp các thông tin về tình hình sản xuất, tình trạng máy móc thiết bị, các thông số sản phẩm điện năng của nhà máy, các vấn đề liên quan đến sản xuất và truyền tải đi xa, Tuy nhiên mức độ thông tin ở các cấp khác nhau sẽ rất khác nhau
Thông thường được chia ra làm 3 cấp:
1) Cấp vận hành (Cấp trường)
Cấp vận hành là cấp độ để các kỹ sư, công nhân vận hành, theo dõi hoạt động của thiết bị, các thông số theo quy trình công nghệ đặt ra
2) Cấp điều khiển (Tại phòng điều khiển)
Cấp điều khiển là cấp độ các kỹ sư điều khiển tự động sẽ giám sát, điều khiển các thông số, tình trạng của các thiết bị và toàn bộ dây truyền sản xuất theo quy trình đã đặt ra bằng thao tác, theo dõi trên bảng thông số, màn hình hiển thị và điều khiển qua giao diện phần mềm HMI (Human Machine Interface) hay bàn điều khiển OP
(Operator Panel)
3)Cấp giám sát, quản lý
- Giám sát tại nhà máy (Tại nhà vận hành): Nhà quản lý sẽ theo dõi các thông số,
tình trạng thiết bị và toàn bộ hoạt động của dây truyền sản xuất theo yêu cầu qua giao diện máy tính được kết nối trực tiếp với phòng điều khiển qua đó có thể nắm được tình hình sản xuất, tình trạng vật tư thiết bị, lên kế hoạch sản xuất ,truyền tải,
- Giám sát từ xa (Tại trung tâm): Tại trung tâm của tổng công ty, nhà quản lý tại
đây có thể theo dõi, giám sát mọi hoạt động của nhà máy thông qua máy tính được kết nối từ xa qua mạng Từ đó có kế hoạch sản xuất, điều độ, bán hàng và nhập hàng
Trang 7Hình 6.6 Sơ đồ mô tả hệ thống SCADA cho nhà máy điện.
Các thông tin trong hệ thống SCADA để giám sát điều khiển thông thường bao gồm:
- Các công suất P, Q, S ;
- Sản lượng điện luỹ kế ;
- Tần số, điện áp;
- Tình trạng đóng cắt của các máy cắt ;
- Số lần dừng máy;
- Những tuabin nào đang hoạt động;
- Tình hình sự cố (nếu có);
- Dự trữ dầu, lượng tiêu thụ dầu trong ngày;
- Sản lượng, chất lượng khí hoặc than tiêu thụ, v.v
Các thông số này được cung cấp từ các thiết bị đo ở cấp trường, chúng được tích hợp vào các bộ điều khiển và các thông tin của chúng được dùng làm đầu vào để điều khiển các thiết bị và các thông số khác Chúng còn được truyền lên máy tính giám sát
và điều khiển và hiển thị trên màn hình giao diện điều khiển (tại phòng điều khiển), được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu để tạo báo cáo khi cần thiết và gửi về trung tâm qua đường Internet Tại trung tâm, các thông số này cũng được hiển thị trên giao diện đồ họa và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu của máy tính để lập báo cáo
Trang 829 Phân tích thực trạng SCADA của hệ thống điện Việt nam?
Hệ thống SCADA cũng đang được sử dụng trong điều hành hệ thống
điện Việt Nam Hiện nay đang vận hành có các hệ thống SCADA và
MiniSCADA, đó là:
- SCADA tại Trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia: A0,A1,A2,A3
- Hầu hết các TBA 110kV đều trang bị hệ thống SCADA: TBA 500kv Tân Định, Đăknong… TBA, nhà máy 220kv Tuy Hòa (thuộc quản lý của công ty Truyền tải Điện 3)
- Tại cụm nhà máy điện : Hàm Thuận - Đa Mi - Đa Nhim - Sông Pha ( thuộc công ty
cổ phần thủy điện Hàm Thuận - Đa Mi - Đa Nhim )
- Tại các điện lực tỉnh HCM, Đà Nẵng, Khánh Hòa, Huế, Bắc Ninh, …
- MiniSCADA của Bà Ria., Cần Thơ, Biên Hoà
- Hà nội hệ thống SCADA đã được sử dụng để điều hành lưới điện Đóng cắt máy cắt, kiểm tra dòng và áp
- Hiện nay tất cả các TBA và nhà máy mới đều phải lắp đặt bộ phận điều khiển từ xa cho các điều hành viên miền hoặc quốc gia thao tác, chỉ cần điều độ miền giám sát được trạng thái của thiết bị tại nhà máy, trạm là SCADA đc phép vận hành
+ Kết luận:
- Trình độ kỹ thuật chưa chuyên sâu, hệ thống không đồng bộ nên SCADA chỉ thực hiện nhiệm vụ giám sát thôi chứ không điều khiển thao tác được Vì nhiều nguyên nhân: thời tiết nước ta cũng ảnh hưởng rất lớn,an toàn trong vận hành hệ thống thông tin của ngành điện chưa đồng bộ, đủ mạnh và an toàn cho công việc điều khiển
từ xa v.v… trong đó có nguyên nhân lỗi đường truyền dễ gây nguy hiểm đến con người và thiết bị Khi tiến hành một thao tác cắt hay đóng một thiết bị nào đó, nhân viên vận hành tại diều độ miền xuất tín hiệu và phải qua hệ thống xử lý tín hiệu phức tạp, rồi đến truyền tín hiệu rồi lại tới bước xử lý tín hiệu và chuyển đổi tại nơi có thiết bị điều này rất dễ hay bị lỗi và khi lỗi thì khó kiểm soát được.Chính vì thế nên chưa thể phát huy hết tác dụng của SCADA trong việc điều khiển từ xa trong hệ thống điện nước ta
- Trong tương nhu cầu sử dụng hệ thống SCADA cho các cấp điều độ và các nhà máy, trạm điện là một nhu cầu cấp thiết vì những lợi ích to lớn mà nó đem lại
- Hiện nay, EVN đang có một chương trình khảo sát mức độ sẵn sàng cho điều khiển
tự động và từ xa cho các nhà máy điện và trạm điện Nhiều nơi đang lắp đặt và thử nghiệm hệ thống thông tin này,xây mới, lắp đặt mới, bổ sung cho các trạm,nhà máy
cũ để nâng cao độ tin cậy và an toàn cho nhân viên vận hành
