Nghiên cứu các tiêu chuẩn và cấu hình cơ bản của hệ thống tự động hóa trạm biến áp

Tính tích hợp được định nghĩa là: sự giao diện với các thiết bị ngoài trạm và các thiết bị điện tử thông minh cho phép liên kết mạng và trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống, giữa những ngư

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan 1

1.1 Một số tiêu chuẩn áp dụng trong hệ thống tự động hóa trạm biến áp 10

1.1.2 Các tiêu chuẩn đã được sử dụng trước đây 14

1.2 Các tiêu chuẩn đang được sử dụng và khả năng áp dụng vào Việt Nam 31

1.2.2 So sánh một số các tiêu chuẩn 49 1.2.3 Áp dụng tiêu chuẩn IEC 61850 vào Việt Nam 54

Chương 2 - CẤU HÌNH CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

TRẠM BIẾN ÁP

59

2.1 Một số cấu hình hệ thống tự động hóa trạm biến áp 59

2.1.1 Cấu hình và các yêu cầu chung cho hệ thống tự động hóa trạm biến

áp

59 2.1.2 Giới thiệu cấu hình cơ bản hệ thống trạm biến áp theo tiêu chuẩn

2.5 Kết nối hệ thống thông tin, giám sát, điều khiển từ xa 82

2.5.1 Kết nối với các trung tâm điều độ hệ thống 82

2.5.2 Kết nối với hệ thống trạm phía hạ áp 84

Chương 3 - CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG

TRONG TRẠM BIẾN ÁP

86

3.1.1 Một số cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp 87

3.1.2 Các phương tiện truyền dẫn 93 3.1.3 Một số hệ thống BUS tiêu chuẩn trong hệ thống mạng truyền thông 98

3.2 Giới thiệu các thiết bị truyền thông, bảo vệ và đo lường trong trạm biến

áp

101

3.2.1 Các thiết bị cho hệ thống truyền thông 101

3.2.2 Các thiết bị cho hệ thống bảo vệ và đo lường 108

Chương 4 - XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CHO TRẠM

BIẾN ÁP

109

4.2 Các thiết bị trong hệ thống tự động hóa trạm biến áp 110

4.2.4 Gắn biển báo thiết bị 122

4.2.5 Các màn hình hiển thị sơ đồ một sợi trạm 123

4.2.6 Các màn hình hiển thị giá trị đo 123

4.3 Áp dụng cho hệ thống giám sát và điều khiển trạm không người trực 125

4.3.1 Tổng quan hệ thống thông tin vận hành 125

4.3.2 Hệ thống thu thập và xử lý thông tin mức trạm 127

KẾT LUẬN 130

TÀI LIỆU THAM KHẢO 131

PHỤ LỤC 133

BẢNG PHỤ LỤC

So sánh tiêu chuẩn IEC 61850 với tiêu chuẩn IEC 60870, tiêu chuẩn DNP3

Bảng 1.8 Tính năng 61850 60870-5-101 60870-5-104 60870-5-103 DNP3

Các kiểu dữ

liệu hỗ trợ

Linh hoạt, dễ dàng mở rộng

Cố định Cố định Cố định Linh hoạt

Địa chỉ/Xác

minh

Tên phân cấp(e.g., AB.E1.Q1/XCBR4.ST.Pos) Mục lục cho báo cáo

Trong mục lục

Trong mục lục

Trong mục lục

Trong Mục lục

Có ít loại giống nhau và COT( lý do truyền) giống nhau

Có ít loại giống nhau

và COT giống nhau

Có ít loại giống nhau và COT giống nhau

Có một vài loại khác nhau

Nội dung của

dữ liệu cho các lĩnh vực ứng

Một vài (bảo vệ)

thời gian quá

Bảng 1.9 Tính năng 61850 60870-5-101 60870-5-104 60870-5-103 DNP3

Chu kỳ

truyền

nhưng sự tạm dừng

hoạt động không thể điều khiển

từ xa Truyền tự

nhiên

xa và các điều khiển khác)

Đặt thông số

điều khiển

Linh hoạt( xác định, thay đổi

và sắp xếp)

Một vài( các đại lượng đo)

Một vài(các đại lượng đo)

Thay đổi nhóm thiết lập bảo vệ xác định trước

Thay đổi một vài các tham số truyền thông liên quan

các dịch vụ chung)

+ ( Chỉ có các băng thông)

+ ( Chỉ có các băng thông)

+ ( Chỉ có các băng thông, sau

Bảng 1.11 Tính năng 61850 60870-5-101 60870-5-104 60870-5-103 DNP3

Mô tả đầy đủ

cấu hình

thiết bị

XML/XML DTD ý nghĩa

lý thuyết của các thiết bị, các nút logic,

dữ liệu trong ngữ cảnh đọc trạm( mô tả thông tin tùy chọn và thông

Chỉ trên tài liệu giấy

Chỉ trên tài liệu giấy

Chỉ trên tài liệu giấy

Chỉ trên tài liệu giấy sau phát triển thành các tài liệu trực tuyến

Vị trí của

cấu hình

Hoàn thành cấu hình là trong IED ở mọi thời gian phù hợp, ngoài

ra còn trong cấu hình của file XML

Cấu hình của RTU và/hoặc IED, cấu hình của cơ sở dữ liệu và cấu hình của các lớp ứng dụng

Cấu hình của RTU và/hoặc IED, cấu hình của cơ

sở dữ liệu và cấu hình của các lớp ứng dụng

Cấu hình của RTU và/hoặc IED, cấu hình của cơ sở dữ liệu và cấu hình của các lớp ứng dụng

Cấu hình của RTU và/hoặc IED, cấu hình của cơ

sở dữ liệu

và cấu hình của các lớp ứng dụng

và tự động so sánh với file XML cấu hình ngoại tuyến

Bảng 1.13 Tính năng 61850 60870-5-101 60870-5-104 60870-5-103 DNP3

Tích hợp dữ

liệu

Ánh xạ trực tiếp của các tên đối tượng tiêu chuẩn đến các biến của

cơ sở dữ liệu hoặc chương trình ứng dụng

Ánh xạ của mục lục các đối tượng truyền thông tới các đối tượng ứng dụng và các đối tượng ứng dụng tới các biến của cơ sở

dữ liệu hoặc chương trình ứng dụng

Ánh xạ của mục lục các đối tượng truyền thông tới các đối tượng ứng dụng và các đối tượng ứng dụng tới các biến của

cơ sở dữ liệu hoặc chương trình ứng dụng

Ánh xạ của mục lục các đối tượng truyền thông tới các đối tượng ứng dụng và các đối tượng ứng dụng tới các biến của cơ sở

dữ liệu hoặc chương trình ứng dụng

Ánh xạ của mục lục các đối tượng truyền thông tới các đối tượng ứng dụng và các đối tượng ứng dụng tới các biến của cơ sở

dữ liệu hoặc

chương trình ứng dụng Giao diện lập

trình ứng

dụng

Không theo tiêu chuẩn API

Không theo tiêu chuẩn API

Không theo tiêu chuẩn API

Không theo tiêu chuẩn API

Không theo tiêu chuẩn API

Bảng 1.14 Tính năng 61850 60870-5-101 60870-5-104 60870-5-103 DNP3

V.24/V.28 hoặc X.24/X.27

TCP/IP trên Ethernet 802.3 hoặc X.21

RS 485/ sợi cáp quang

V.24/V.28 hoặc X.24/X.27;

TCP/IP và ISO trên Ethernet 802.3 hoặc chuỗi X.21 Việc phân

lớp

7 lớp (TCP/IP

và ISO) và nút logic( Dữ liệu

và dữ liệu chung) và thư viện đối tượng; có thể 3 lớp IP, OSI NP

(TCP/IP)

3 lớp (PHL, DLL, AL)

4 lớp (chuỗi) hoặc 7 lớp (TCP/IP hoặc UDP/IP)

hoặc UDP được hỗ trợGiao thức

và TCP hoặc UDP khác qua

IP Địa chỉ Ngăn xếp xác

định( một vài trường địa chỉ cho DLL, mạng, giao vận )

Các đối tượng ứng dụng được đặt tên (64 ký tự) hoặc bít ánh xạ trong một vài trường hợp

Liên kết: 0, 1 hoặc 2 byte;

AL: 2 đến 5 byte

Ngăn xếp xác định ( một vài trường địa chỉ cho DLL, mạng, giao vận )

AL : cố định

5 byte

Liên kết: 0, 1 hoặc 2 byte;

AL: 3 byte

Nguồn và đích trên chuỗi 16 bit Thêm vào các địa chỉ ngăn xếp xác định cho mỗi lớp của IP bổ sung Cổng TCP/UDP riêng và cố định Cấu hình của

ngăn xếp

truyền thông

Một vài thuộc tính của mỗi lớp

Các thuộc tính khác nhau

Một vài thuộc tính của mỗi lớp

Các thuộc tính khác nhau

Một ít các thuộc tính

Dưới sự phát triển của DNP3

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU MỘT SỐ TIÊU CHUẨN

hệ thống điện nhằm điều khiển, giám sát tự động các thiết bị trong trạm và tích hợp các dữ liệu thu được vào chung một hệ thống để phục cho công tác quản lý vận hành Dữ liệu thu thập bao gồm thông tin liên lạc, rơ le bảo vệ, điều khiển thiết bị điện, đo lường, báo sự cố, điều khiển tự động hệ thống phân phối, đưa vào một hệ thống lưu trữ dữ liệu điều khiển thống nhất trong trạm

Hệ thống tích hợp trạm dựa trên một khuôn khổ chung tạo điều kiện cho việc phối hợp hoạt động giữa các IED(Intelligent Electronic Device), thiết bị cơ điện hiện tại và tương lai nhằm làm cho hệ thống điều khiển và giám sát trong trạm hiệu quả hơn, tiết kiệm hơn Tính tích hợp được định nghĩa là: sự giao diện với các thiết

bị ngoài trạm và các thiết bị điện tử thông minh cho phép liên kết mạng và trao đổi

dữ liệu giữa các hệ thống, giữa những người sử dụng trong và ngoài trạm

Hệ thống điều khiển kiểu truyền thống đã được thiết kế và lắp đặt trong trạm biến áp từ hàng trăm năm nay, đặc điểm cơ bản là hệ thống bao gồm các thiết bị cơ

điện và điện tử được liên kết với nhau bằng mạch điện để thực hiện các chức năng riêng biệt như :

+ Chức năng bảo vệ hệ thống điện được thực hiện bởi các rơ le bảo vệ kiểu cơ điện và kiểu tĩnh nối đến các CT và VT bảo vệ, mỗi rơ le chỉ đảm nhận một chức năng bảo vệ riêng biệt

+ Chức năng đo đếm điện năng được thực hiện bởi các đồng hồ đo và công tơ nối đến các CT(Current Transformer) và VT(Voltage Transformer) đo lường;

+ Chức năng giám sát trạng thái được thực hiện bằng các đèn báo, thiết bị chỉ thị;

+ Chức năng điều khiển được thực hiện bởi mạch điều khiển riêng lẻ và chỉ có thể thực hiện được ở mức điều khiển cơ bản;

+ Giao diện người sử dụng thực hiện bằng các bảng điều khiển thông qua các công tắc điều khiển

Các thiết bị trong hệ thống được lắp đặt trong các tủ điện và kết nối với nhau bằng cáp thứ cấp(cáp nhiều sợi) đi trong các rãnh cáp.Hệ thống điều khiển kiểu truyền thống mặc dù có những ưu điểm như: công nhân có khả năng vận hành và bảo trì hệ thống, độ tin cậy của hệ thống đã được chứng minh trong hàng trăm năm qua, việc kết nối giữa các thiết bị trong cùng một hệ thống rất đơn giản Tuy nhiên hiện nay chúng đã bộc lộ những nhược điểm như:

• Hệ thống phức tạp do có quá nhiều thiết bị, quá nhiều dây dẫn đưa đến khả năng bị sự cố trên hệ thống thứ cấp rất cao

• Khả năng tự động hóa thấp, các chức năng điều khiển nâng cao vẫn phải thực hiện bởi con người

• Việc thu thập dữ liệu phải thực hiện bằng tay, độ chính xác không cao, khả năng phân tích và xử lý dữ liệu bị hạn chế

• Việc quản lý rất khó khăn do thiếu các dữ liệu chính xác được cập nhật kịp thời

• Việc bảo trì và nâng cấp hệ thống rất khó khăn

• Thời gian thao tác chậm, khả năng nhầm lẫn cao do thao tác bằng tay, dẫn đến thời gian mất điện kéo dài

Trong tình hình hiện nay, trước nhu cầu phải gia tăng chất lượng cung cấp điện, giảm thiểu thời gian gián đoạn điện, đồng thời do độ phức tạp của sơ đồ lưới điện ngày một gia tăng đòi hỏi các thao tác điều khiển ngày cáng phức tạp, khả năng đáp ứng các yêu cầu trên của hệ thống điều khiển kiểu truyền thống là không thể thực hiện được

Vào đầu những năm 1990 các trạm biến áp bắt đầu sử dụng các rơ le số thay thế cho các rơ le cơ điện và rơ le tĩnh, các rơ le số này dựa trên nền bộ xử lý bắt đầu

có những chức năng vượt trội so với các rơ le thế hệ cũ trước đây tuy nhiên việc tự động hóa và tích hợp còn nhiều hạn chế vì những nguyên nhân sau:

• Khả năng của thiết bị số còn nhiều hạn chế do giới hạn về tốc độ và sức mạnh của bộ xử lý và bộ nhớ

• Khả năng truyền dữ liệu bị hạn chế do chưa có một chuẩn thống nhất trong giao thức truyền dữ liệu giữa các lọai rơ le do các hãng khác nhau chế tạo, điều này làm cho không thể kết nối giữa các rơ le khác nhau trong cùng một trạm biến áp, nếu chúng do các hãng khác nhau chế tạo, và giữa các trạm biến áp với nhau trong một hệ thống điện Thậm chí việc kết nối giữa các thế hệ rơ le khác nhau do cùng một nhà sản xuất cũng không thể thực hiện được, hoặc chỉ thực hiện được với một phí tổn không tương xứng

Việc tích hợp dữ liệu thu được từ các thiết bị số trong trạm biến áp là không thực hiện được Các trạm biến áp nếu được tự động hóa thì cũng trở thành một ốc đảo tự động hóa, do không có khả năng liên kết về thông tin với nhau, chúng chỉ có khả năng vận hành độc lập Rất nhiều các giao thức truyền thông được sử dụng trong việc giám sát điều khiển xa trạm biến áp, các giao thức phổ biến như Modbus, UCA 2.0, DNP3 và IEC 61870 Các giao thức trên không có sự tương đồng (Interoperability) hoàn toàn khi được cung cấp bởi các hãng 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 Trên cơ sở kiến trúc truyền thông đa

dụng UCA 2.0, từ năm 2003 tổ chức kỹ thuật điện quốc tế IEC ban hành phiên bản đầu tiên về tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850

Thiết bị điện tử thông minh (IED) là từ được sử dụng trong ngành công nghiệp điện để mô tả những thiết bị dựa trên nền bộ xử lý dùng để điều khiển các thiết bị sơ cấp thuộc hệ thống điện như: Máy cắt, cầu dao, máy biến áp và tụ bù … IED nhận tín hiệu từ CT, VT và từ các bộ cảm biến lắp trên thiết bị sơ cấp, từ các tín hiệu này, IED có thể phát hiện các tình trạng bất thường hoặc sự cố xảy ra trên

hệ thống điện thuộc phạm vi chúng quản lý để ra các lệnh điều khiển như cắt máy cắt để cô lập vùng sự cố

Các dạng thường sử dụng của IED là các rơ le bảo vệ, bộ điều khiển OLTC,

bộ điều khiển máy cắt, bộ điều khiển tự đóng lại, bộ điều khiển tụ bù, bộ điều áp, thiết bị đo…Phần lớn các rơ le số được chế tạo hiện nay là các IED Nguyên nhân chủ yếu là do sự phát triển của công nghệ chế tạo bộ xử lý, một rơ le số ngày nay có thể đảm nhiệm từ 5-12 chức năng bảo vệ, từ 5-8 chức năng giám sát và điều khiển thiết bị như: tự đóng lại, tự giám sát…, chức năng ghi nhận sự cố, sự kiện, nhiễu lọan trên hệ thống điện, chức năng truyền dữ liệu…Được gọi là thiết bị điện tử thông minh (IED)

1.1.2 Các tiêu chuẩn đã được sử dụng trước đây

1.1.2.1 Tiêu Chuẩn IEC 60870 ( Standard for a communication protocol that supports basic telecontrol tasks – Tiêu chuẩn về giao thức truyền thông hỗ trợ cho điều khiển từ xa)

IEC 60870 là một tiêu chuẩn quốc tế cung cấp các quy tắc cho việc truyền thông và điều khiển từ xa giữa các trạm.Các nguyên tắc này được sử dụng để điều khiển từ xa giao thức truyền thông Mỗi trạm riêng biệt sử dụng giao thức này, có thể được thu nhập thông số( trong một hệ thống lắp đặt nối tiếp) trong việc điều khiển và giám sát từ xa hoạt động của thiết bị trong hệ thống phân phối điện từ xa,

từ một trạm trung tâm Giao thức này được xác định theo điều kiện tham chiếu đến một phiên bản đơn giản của mô hình tham chiếu cơ sở( Basic Reference Model – ISO 7498) cho hệ thống nối tiếp

Mô hình tham chiếu:

Mô hình tham chiếu cơ sở được chia thành 7 lớp Ba lớp trên được nối trực tiếp với các bản tin ứng dụng hiện tại được gửi đi giữa các trạm Bốn lớp dưới được nối với các phương thức được sử dụng để truyền các bản tin này giữa các trạm Các phương thức tham chiếu đơn giảm dùng trong tiêu chuẩn IEC 60870-5-101( và các giao thức của tiêu chuẩn khác) có ít lớp hơn, bởi một vài hỗ trợ cho tất cả 7 lớp

là không cần thiết và các điều kiện thuận lợi nâng cao công việc đã được đáp ứng

Vì vậy mô hình này thường được gọi là mô hình cấu trúc hiệu quả nâng cao(EPA - Enhanced Performance Architecture )

Mỗi trạm được cài đặt thực hiện các nhiệm vụ ứng dụng ở địa phương mình được gọi là giao thức ứng dụng (Application Processes) Ví dụ trạm trung tâm ( Điều khiển) có thể điều khiển bằng bàn phím hoặc màn hình hoặc các giao diện thiết bị điều khiển khác và quản lý cơ sở dữ liệu bao gồm tất cả thông tin về sự cài đặt như thay đổi các giá trị đo đạt được từ các trạm ở xa

Mỗi trạm ở xa có thể dùng giao thức ứng dụng để quét, đọc và lưu trữ các giá trị đo ở địa phương và thực hiện hoạt động điều khiển ở địa phương Truyền thông

giữa các giao thức ứng dụng trong trạm trung tâm hoặc các trạm từ xa thực hiện theo giao thức truyền thông

Hình 1.2 thể hiện hai trạm truyền thông sử dụng mô hình EPA(Enhanced Performance Architecture) Mỗi trạm có một ngăn xếp các lớp giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông tới giao thức ứng dụng của trạm ở phía trên và truy cập đến đường truyền chung ở phía dưới

MẠNG TRUYỀN DẪN

Hinh 1.2 Hệ thống trạm truyền thông sử dụng mô hình EPA

Dữ liệu được tiếp nhận tại đỉnh của ngăn xếp trong một trạm( Ví dụ trạm A )

và được truyền xuống phía dưới của ngăn, nhận trong mỗi lớp dữ liệu cần thiết cho việc điều khiển và hoạt động của giao thức, sau đó nó được hiện ra dưới dạng chuỗi

ở phía dưới và được truyền sang trạm khác(Trạm B), tại đây dữ liệu được đưa vào cuối ngăn xếp Dữ liệu được đưa lên ngăn xếp và được điều khiển trả lại giá trị ban đầu ở phía trên của trạm B

Phương thức này được gọi là truyền thông “peer to peer” bởi tất cả các dữ liệu bắt đầu trong một lớp riêng biệt được truyền đến các lớp như nhau trong một trạm xa

Phương thức này được sử dụng để xác định một giao thức trong một phương pháp phức tạp Trong thực tế, giao thức này có thể ứng dụng trong tất cả các phương pháp ở tất cả các nhà cung cấp, mà từ các trạm ở phía ngoài có thể thực hiện một cách chính xác bởi mô hình này Do đó, giao thức này có yêu cầu tối thiểu trên phần cứng và phần mềm sử dụng trong trạm Điều này cho phép các trạm được chọn theo tiêu chí kinh tế hoặc các lợi ích ứng dụng khác

Các lớp giao diện giới thiệu trong giao thức ngăn xếp trên không được áp dụng trong một trạm thực tế Tuy nhiên giao diện vật lý vẫn thường được sử dụng trong các MODEM khác nhau Giao diện liên kết cần thiết được đưa ra nếu nó được yêu cầu để bổ sung cho lớp phần mềm ứng dụng và lớp liên kết các phần mềm khác nhau

Cấu trúc bản tin: Một chuỗi bản tin có cấu trúc lồng, nó lấy từ lớp cấu trúc giao

thức, được mô tả dưới đây

Tất cả trường dữ liệu trong hình tồn tại dưới dạng chuỗi byte của một hoặc nhiều byte

LPDU APDU

LPDU được truyền như một chuỗi đồng bộ bắt đầu/ kết thúc có một bít start(value = 0), 8 bít dữ liệu (bye dữ liệu), một bít chắn và một bít stop (value = 1) LPDU được truyền như một khung liên tiếp mà không có đường phân biệt giữa các đặc tính không đồng bộ

Giao thức này chỉ rõ ràng, để truyền với tốc độ trên 1200bits/s, lớp vật lý có thể chuyển đổi mỗi bít được truyền trực tiếp trong một hoặc hai tần số, được đưa ra

ở dạng nhị phân Kiểu mẫu của mô hình này được gọi là Frequency Shirt Keying(FSK) và đồng bộ, không bộ nhớ Nó phù hợp với hầu hết các tần số tiếng nói, các kênh tương tự trên đường truyền hẹp , đường điện hoặc truyền thông radio

Cấu trúc tổng thể:

Cấu trúc LPDU được thể hiện trên hình 1.2, cung cấp toàn bộ dữ liệu rất nhanh

Cấu trúc này bao gồm hai phần, nó có thể được gọi là “header” và “ body” Phần

header gồm các tính chất của S+L+L+S và phần body gồm các tính chất còn lại

sử dụng các phương thức truyền thông không cân bằng cho các giao thức tầng kết nối( Hình 1.4)

Hình 1.4 Giao thức kết nối truyền thông

Trạm

trung tâm

Trạm ngoài Trạm ngoài Trạm ngoài

Các kết nối song công cụ thể tới một vài hoặc tất cả các trạm ngoại vi với một kênh V.F đơn lẻ cho mỗi hướng truyền thông trong mỗi kết nối Các kết nối đơn lẻ cho phép truy cập dữ liệu cân bằng cho giao thức tầng kết nối bằng cách gửi dữ liệu đồng thời cho cả hai hướng( hình 1.5)

Hình 1.5 Giao thức tầng kết nối truyền thông

Giao thức cung cấp các chức năng tầng kết nối để hỗ trợ cho việc truy cập dữ liệu cân bằng và không cân bằng, tuy nhiên trong thực tế( bao gồm cả mức chi phí cao)

có thể giới hạn việc mở rộng khi đó các kết nối song công cân bằng được sử dụng

Các cung cấp của tầng ứng dụng

Tầng ứng dụng bao gồm các phần dưới đây, trong các tiến trình ứng dụng ở mỗi trạm được liên kết với việc giao tiếp với các tiến trình ứng dụng trong một trạm

ở xa Các phần đó được xem như tiến trình người dùng trong chuẩn IEC

69870-5-101, chuẩn định nghĩa hai tập thuộc tính của giao thức ứng dụng

- Khởi tạo hàm

- Truy vấn dữ liệu

- Truyền dữ liệu theo vòng

- Truy vấn sự kiện, đồng bộ hóa đồng hồ

- Truyền lệnh

- Đọc tham số

- Kiểm tra chức năng

- Truyền file chỉ ra một vài kiểu khác nhau

- Tiếp nhận độ trễ thời gian truyền

Trạm trung tâm

Các đơn vị dịch vụ dữ liệu ứng dụng

Giao thức chỉ ra một vài kiểu khác nhau của ASDU tương ứng phù hợp với tầng

ứng dụng, tuy nhiên tất cả đều có chung một định dạng chuẩn chỉ ra dưới đây

Hình 1.6 Dạng định chuẩn của ASDU

T = định kiểm( 1 byte)

Q = bộ định lượng cấu trúc biến đổi Chỉ ra số lượng thông tin đối tượng trong một

thông tin đối tượng đơn lẻ

C = nguyên nhân của việc truyền tin ( 1 hoặc 2 byte dữ liệu, cố định trong việc cài

đặt)

CA = địa chỉ chung( 1 hoặc 2 byte dữ liệu, cố định trong việc cài đặt) Phân biệt sự

khác nhau giữa địa chỉ trạm và địa chỉ của từng bộ phận trong trạm

OA = địa chỉ thông tin đối tượng ( 1,2 hoặc 3 byte dữ liệu, cố định trong việc cài

đặt)

IE = bộ các phần tử thông tin ( chỉ rõ cho kiểu của ASDU chỉ rõ trong trường T)

TT = thời gian ghi tên của đối tượng thông tin ( nếu đặt trong cho kiểu của ASDU

thì chỉ rõ trong trường T)

Sử dụng giao thức

Giao thức này phần lớn được nối với dữ liệu đã được tiêu chuẩn hóa mà các

nhà cung cấp trạm khác nhau có thể đáp ứng cho việc cài đặt hệ thống điều khiển từ

xa một cách riêng biệt, để đảm bảo việc thao tác giữa các phần trong trạm

Các thông số được liên kết với giao diện lớp liên kết trong các trạm không được chỉ

rõ trong tiêu chuẩn này, bởi vì tiêu chuẩn này không được nối với cấu trúc phần

mềm tiêu chuẩn được sử dụng để chạy giao thức truyền thông

Tiêu chuẩn này cho phép sử dụng lắp đặt điều khiển từ xa để chỉ rõ( lựa chọn) chiến lược hệ thống riêng, nhằm cung cấp các giao thức để giải quyết các vấn đề trong hệ thống và đảm bảo về mặt kinh tế, vận hành và các ràng buộc về kỹ thuật

1.1.2.2 Tiêu chuẩn DNP3.0 (Distributed Network Protocol - giao thức mạng phân tán)

Hình 1.7 Truyền thông dữ liệu theo tiêu chuẩn DNP 3.0

DNP3(Distributed Network Protocol 3) được phát triển bởi Harris, một nhà phân phối sản phẩm tự động hóa ở Calgary-Alberta-Canada vào năm 1990 DNP3

đã chiếm lĩnh được thị trường Sự phát triển của giao thức mạng phân phối(DNP) là một trong những nỗ lực tổng thể để đạt được hiệu quả mong muốn dựa trên các tiêu chuẩn trong việc kết nối hệ thống máy tính trong trạm biến áp, RTUs, IEDs và trạm chủ (Thiết thực trong hệ thống truyền thông các trạm chủ) cho ngành công nghiệp điện Cơ sở của DNP3 là sự kết hợp giao thức của 3 tầng là tầng 1, tầng 2 và tầng 7 của mạng truyền thông ISO/OSI Nó được thiết kế cho các ứng dụng điều khiển và kiểm soát dữ liệu, thu nhập các thông tin trong lĩnh vực truyền tải dữ liệu điện Giao thức mạng DNP3 được xây dựng dựa trên nền tảng quy định của tiêu chuẩn IEC 60870-5 để đáp ứng nhu cầu thị trường

DNP3 là một hệ thống mở, thông minh, thiết thực trong hệ thống SCADA hiện đại,

nó có thể:

- Yêu cầu và đáp ứng với nhiều loại dữ liệu trong một bản tin đơn

- Phân loại bản tin trong nhiều khung để đảm bảo chính xác tìm ra các lỗi và khôi phục lại hệ thống

- Bao gồm sự thay đổi dữ liệu tốt nhất trong bản tin trả lời

- Phân chia các mục dữ liệu được ưu tiên và yêu cầu mục dữ liệu một cách định

kỳ trên mức ưu tiên của nó

- Gửi trả lời khi không cần có yêu cầu( tự nguyện)

- Hỗ trợ thời gian đồng bộ hóa và bộ thời gian chuẩn

- Cho phép nhiều máy chủ và thao tác đồng đẳng

- Cho phép người dùng có thể xác định rõ đối tượng kể cả file chuyển giao

Tầng liên kết dữ liệu:

Tầng liên kết dữ liệu quản lý liên kết địa phương giữa thông tin gửi và nhận

nó cải tạo những tính chất bị lỗi của kênh vật lý DNP3 được thực hiện bằng việc bắt đầu mỗi khung liên kết dữ liệu với một header liên kết dữ liệu và đưa vào 16 bít CRC vào 16 byte của khung dữ liệu Một khung(frame) phân chia truyền một bản tin phức tạp cho toàn bộ lớp vật lý Kích thước tối đa của một khung dữ liệu là 256 byte Mỗi khung có 16 bit địa chỉ nguồn và 16 bit mã khởi động, độ dài khung và mỗi byte điều khiển liên kết dữ liệu được chứa trong 10 byte header liên kết dữ liệu

Byte điều khiển liên kết dữ liệu chỉ rõ mục đích của khung liên kết dữ liệu và trạng thái của liên kết logic Có thể byte điều khiển liên kết dữ liệu thay đổi gồm: ACK(Acknowledgment), NACK, xác lập lại những liên kết cần thiết, liên kết là sự xác lập, yêu cầu kiểm tra dữ liệu liên kết(ACK) của một khung, yêu cầu tình trạng liên kết và đáp lại tình trạng liên kết khi yêu cầu xác nhận liên kết dữ liệu, người nhận phải trả lời với một khung dữ liệu liên kết ACK nếu khung này được nhận và qua CRC kiểm tra Nếu không yêu cầu xác nhận liên kết dữ liệu, không cần trả lời của dữ liệu liên kết

Tầng truyền giao vận:

Tầng ứng dụng thực hiện việc hoàn thiện bản tin nhận được và cấu thành các bản tin dựa trên nhu cầu hoặc tính sẵn sàng của dữ liệu sử dụng Mỗi khi một bản tin dược cấu thành chúng được đẩy xuống tầng giao vận, ở đó chúng được chia cắt rồi đẩy vào tầng liên kết dữ liệu và cuối cùng được gửi đi qua tầng vật lý Tổng độ dài của mỗi bản tin nhận được được xác định bởi tầng giao vận cùng với các khung tin ở tầng liên kết dữ liệu tương ứng với các độ dài của chúng

Khi dữ liệu được chuyển đi quá lớn đối với một bản tin tầng ứng dụng thì nhiều bản tin tầng ứng dụng có thể được tạo ra và truyền đi một cách tuần tự

Tuy nhiên, mỗi bản tin là một bản tin tầng ứng dụng độc lập, sự liên quan của nó với các bản tin khác được chỉ ra trong tất cả các bản tin Bởi vì có thể phân mảnh bản tin ứng dụng nên mỗi bản tin ứng dụng được xem như một mảnh và một bản tin

có thể là bản tin đơn mảnh hoặc bản tin đa mảnh

Các mảnh ở tầng ứng dụng từ các trạm chủ DNP3 là các yêu cầu hoạt động trên các đối tượng dữ liệu và các mảnh ở tầng ứng dụng ở trạm thứ cấp DNP3 là các đáp ứng cho các yêu cầu đó Một trạm DNP3 thứ cấp cũng có thể truyền gói tin mà không cần yêu cầu

Như trong tầng liên kết dữ liệu, các mảnh ở tầng ứng dụng có thể được gởi với yêu cầu khẳng định Một khẳng định ở tầng ứng dụng chỉ ra rằng một bản tin không chỉ

đã được nhận mà còn được phân tích mà không có lỗi Ngoài ra khẳng định tầng

liên kết dữ liệu, còn gọi là ACK không chỉ chỉ ra rằng các khung liên kết dữ liệu đã được nhận và nó còn truyền đi các CRC(Cyclic Redundancy Check) kiểm tra lỗi Mỗi một mảnh ở tầng ứng dụng bắt đầu với một header, ở tầng ứng dụng theo sau là một hoặc nhiều đối tượng dữ liệu khác Mỗi một header ở tầng ứng dụng chứa một

mã điều khiển ứng dụng và một mã chức năng ứng dụng Mã điều khiển ứng dụng xác định mảnh đó là một của một gói tin đa mảnh hay không, khẳng định ở tầng ứng dụng có được yêu cầu hay không, mảnh đó có phải từ một gói tin trả lời mà không cần yêu cầu hay không và chữa một số thứ tự hoặc là các mảnh bị loại bỏ

Mã chức năng ở tầng ứng dụng chỉ ra mục đích của gói tin Trong khi DNP3 cho phép nhiều kiểu dữ liệu trong một bản tin thì nó chỉ cho phép một hoạt động được yêu cầu trong các kiểu dữ liệu trong gói tin đó

Tương tự như vậy, bên trong mỗi một nhóm đối tượng các biến nhóm dữ liệu đối tượng cũng tồn tại Một biến nhóm dữ liệu được sử dụng để chỉ ra các phương khác nhau của việc xác định dữ liệu bên trong nhóm dữ liệu đó Ví dụ, các biến trong

kiểu dữ liệu analog inputs cho phép truyền dữ liệu như là các giá trị nguyên 16 bit

có dấu, 32 bit có dấu hoặc là các giá trị con trỏ động 32 bit

Như miêu tả ở trên, mỗi một tin nhắn tầng ứng dụng có thể chứa nhiều header đối tượng Mỗi header đối tượng xác định một nhóm đối tượng, một biến của nhóm đối tượng là một dải các điểm trong các biến của nhóm đối tượng đó Một số mã chức năng ứng dụng chỉ ra rằng các đối tượng dữ liệu theo sau mỗi một header đối tượng, trong khi mã chức năng khác lại chỉ ra rằng không có đối tượng dữ liệu nào trong bản tin ấy Ví dụ, một mảnh của bản tin yêu cầu chỉ chứa các header đối tượng mà

nó miêu tả các nhóm đối tượng, các biến, các dải điểm được yêu cầu

DNP3 cho phép các dải điểm đối tượng có thể được xác định trong sự biến đổi của các phương thức Với mỗi bản tin yêu cầu, các dải điểm đối tượng có thể đòi hỏi:

- Yêu càu cho các điểm của nhóm đối tượng đã được xác định

- Yêu cầu cho một dải liên tục các điểm được bắt đầu với điểm đầu và điểm kết thúc với điểm cuối xác định

- Yêu cầu cho số điểm tối đa

- Hoặc một danh sách các điểm yêu cầu

Với các gói tin trả lời, các dải điểm đối tượng thông thường bao gồm hoặc là một dải các điểm liên tục bắt đầu bởi điểm bắt đầu và kết thúc bởi điểm kết thúc hoặc là với một danh sách các điểm Với các dải điểm đối tượng trả lời có thể bao gồm một danh sách các điểm với số thứ tự tương ứng Số lượng các điểm trong danh sách xác định như là một phần của dải đối tượng

Mô hình báo cáo:

Rất nhiều các nhóm đối tượng có chức năng này, như một cách riêng rẽ, các nhóm đối tượng chứa dữ liệu thay đổi Dữ liệu thay đổi chỉ xuất hiện ở các điểm mà

đã thay đổi đối với một nhóm đối tượng tương ứng xác định Ví dụ, nhóm đối tượng

số một biểu diễn các kiểu binary inputs, nhóm đối tượng số 2 biểu diễn sự thay đổi tương ứng Khi một điểm trong nhóm đối tượng một cần thay đổi, một sự thay đổi trong nhóm đối tượng hai tại cùng vị trí điểm đó sẽ được tạo ra Việc chỉ chữa các

điểm thay đổi trong các bản tin trả lời cho phép bản tin trở nên nhỏ hơn và hiệu quả hơn Hình thức báo cáo đó gọi là report-by-exception(RBE)

Trong mô hình DNP3 các nhóm đối tượng và các điểm dữ liệu trong chúng

có thể được tổ chức thành các lớp Điều đó tạo ra một phương pháp hiệu quả cho các dữ liệu báo cáo Một bản tin đơn giản có thể được gửi để yêu cầu tất cả trong một lớp cụ thể Có 4 dạng lớp được định nghĩa trong DNP3: lớp 0 biểu diễn dữ liệu tĩnh, lớp 1,2,3 biểu diễn mức độ ưu tiên của các sự kiện dữ liệu thay đổi Bằng cách liên kết các sự kiện dữ liệu thay đổi khác nhau với các lớp khác nhau, các lớp có thể được yêu cầu đa dạng hơn Trong lớp 1 chứa sự kiện dữ liệu thay đổi với mức ưu tiên cao nhất và lớp 3 mức ưu tiên thấp nhất

Những lợi ích ngắn hạn của việc sử dụng giao thức DNP đó là khả năng kết hợp các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau, các giao thức kết nối ít, chi phí cho phần mềm nhỏ, ít phải kiểm tra, bảo dưỡng hoạt động độc lập nên thuận lợi cho việc thử nghiệm Trong chế độ làm việc lâu dài thì lợi ích của việc sử dụng DNP là

có thể mở rộng và kết nối với hệ thống một cách dễ dàng thông qua công nghệ mới hoạt động một cách có hiệu quả hơn

1.1.2.3 Tiêu chuẩn UCA 2.0 ( Utility Communication Architechture)

Các viện nghiên cứu kỹ thuật điện đã phát triển bộ ứng dụng của giao thức hay còn gọi là kiến trúc truyền thông phiên bản 2(UCA 2.0) chuẩn quốc tế của nhà thiết kế Bắc Mỹ Giao thức này dựa trên việc kết nối mạng Ethernet và các tầng liên kết hệ thống mạng đồng thời kết hợp các hệ thống mạng TPC/IP(Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) và sử dụng giao thức MMS(Manufacturing Message Specification) cho các lớp ứng dụng Các hệ thống truyền thông CSMA/CD làm việc theo một nguyên tắc và chúng có sự liên kết với nhau, hỗ trợ lẫn nhau trong việc trao đổi thông tin và dữ liệu giữa các hệ thống với tốc độ cao.Tiêu chuẩn này nó đáp ứng hầu hết trong thông tin giữa các thiết bị trong phạm

vi một trạm phân phối hay nhiều loại thiết bị trong hệ thống điện lớn

1.1.2.4 Tiêu chuẩn IEEE 1525 ( Standard for Substation Intergated Protection, Control and Data Acquisition Communication: Tiêu chuẩn cho bảo vệ, điều khiển và truyền dữ liệu của trạm biến áp)

Tiêu chuẩn này xác định yêu cầu truyền thông, chỉ rõ thời gian gửi tin giữa các thiết bị điện tử thông minh(IED) và chỉ rõ cấu trúc dữ liệu của thông tin được chuyển đổi phục vụ cho việc bảo vệ, điều khiển và nhận dữ liệu của trạm biến áp

Dịch vụ giao thức và yêu cầu thực hiện truyền thông

Giao thức Internet chỉ rõ sự thiết lập khả năng truyền thông đơn giản nhất, sau đó thực hiện truyền thông: cung cấp một vài hướng dẫn việc thực hiện việc chuyển đổi thông tin hoặc dữ liệu giữa các chức năng giới hạn của thời gian cập nhật và thời gian bản tin truyền đi cho loại thông tin được lựa chọn

Hệ thống tên:

Về địa chỉ IP, cho hệ thống tên có thể sử dụng chuẩn RFC 1034, sử dụng RFC 1035 cho việc bổ sung và xác định cụ thể tên

Giao thức truyền thông:

Có hai phương thức áp dụng là: Phương thức định hướng và phương thức vô hướng

Úng dụng việc chuyển đổi dữ liệu của IED trong trạm:

Ứng dụng IED trong trạm có thể mở cổng trực tiếp bằng cách sử dụng TCP nối có hướng hoặc sử dụng bằng cách dùng giao thức quản lý mạng đơn giản (SNMP - Simple Network Management Protocol) xác định trong RFC 1157, dùng cách nối có hướng xác định trong RFC 793 hoặc nối trực tiếp xác định trong RFC

768 Điều này rất quan trọng để hiểu được cơ cấu giao thức được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu giữa các IED

Tổ chức sever và sơ đồ tên:

Một SNMP sever phải tiếp nhận mọt tín hiệu vào, thực hiện tổ chức rõ ràng rồi gửi trả lại

Sever bắt đầu phân tích một bản tin và chuyển vào lớp trong Sơ đồ biến MIB – Quản lý thông tin cơ sở(Management Information Base) đến vị trí tương đương và

lưu giữ các thông tin cần thiết, nếu nhiều biến thì tại đó sẽ lặp đi lặp lại các biến đến biến cuối cùng, cuối cùng biến có hiệu quả nhất sẽ được thực hiện và được chuyển

ra lớp ngoài và gửi trả cho khách hàng

Hình 1.8 Tổ chức của Sever và sơ đồ tên Tổng quan về hiệu quả truyền bản tin:

Các chức năng cần thiết trong tự động hóa trạm được dùng cho giao diện truyền thông Nhìn chung, 5 nhóm logic xác định các chức năng: Bảo vệ và bảo vệ

hỗ trợ, điều khiển và tự động điều khiển, giao diện và lưu trữ, thu nhập và không thu nhập thông số đo

Truyền bản tin với tốc độ rất cao yêu cầu mẫu dữ liệu tương tự VT&CT và gửi tín hiệu bảo vệ đến máy cắt thường không quá 2ms

Truyền bản tin với tốc độ cao yêu cầu thông tincuar mỗi sự kiện trong việc bảo vệ thường trong khoảng từ 2-10ms

Truyền bản tin với tốc độ trung bình thì yêu cầu chuyển đổi thông tin giữa các chức năng điều khiển và chức năng bảo vệ, truyền dữ liệu không giới hạn giữa các đơn vị bảo vệ, truyền các thông số đo đồng bộ và chuyển đổi thông tin giữa các chức năng điều khiển bình thường trong khoảng 10 đến 100 ms

Trong trạm hoặc giữa các trạm, truyền bản tin tốc độ thấp được sử dụng để truyền

dữ liệu giữa máy tính trạm và các chức năng điều khiển hoặc các chức năng bảo vệ, chuyển đổi thông tin giữa các chức năng điều khiển và máy cắt thường lớn hơn 100ms

Tiếp nhận yêu cầu

đầu vào SNMP

Phân tích và truyền đến lớp bên trong

Ánh xạ các biến MIB đến vị trí tương đương

Gửi trả lời tới ứng

Chu kỳ cập nhật chuẩn giữa các IED:

Khả năng truyền thông của IED trong bất kỳ trạm naofcungx phải đáp ứng

các yêu cầu truyền dữ liệu, bao gồm tất cả các vị trí tồn tại và thông tin bên ngoài

trong các điều kiện xấu Với mỗi ứng dụng mới của IED được cài đặt trong trạm,

các thử nghiệm và hiệu năng phải phù hợp với tất cả các hoạt động trước đó của

trạm, bảy loại thông tin thường được sử dụng để mô tả chu kỳ cập nhật chuẩn và

yêu cầu thời gian truyền tin

Bảng 1.1 mô tả chu kỳ cập nhật chuẩn giữa các IED cần thiết cho việc chuyển đổi

các dạng thông tin, xác định trong điều kiện xẩy ra các sự kiện xấu

Bảng 1.1 Các loại thông tin Bên trong trạm Bên ngoài trạm

Luồng thông tin hình

Bảng 1.2 mô tả yêu cầu thời gian truyền tin cho loại thông tin được xác định để

chuyển đổi giữa các ứng dụng trong Trạm và với các ứng dụng bên ngoài trạm

Bảng 1.2 Các loại thông tin Bên trong trạm Bên ngoài trạm

Kiều dữ liệu trạm (Substation Data Mode – SDM):

Quy chuẩn rõ ràng của kiểu dữ liệu trạm, xác định cấu trúc cú pháp và ngữ

nghĩa dữ liệu, được yêu cầu thực hiện trong tiêu chuẩn này,bằng cách này dễ dàng

áp dụng cho tất cả các IED của trạm, không phụ thuộc vào các hãng sản suất

Hình 1.9 Sự tương tác giữa các bộ phận cơ bản cấu thành kiểu dữ liệu trạm

Có 4 thành phần trong cấu trúc của SDM là: Mô hình đối tượng hệ thống điện( PSOM), Mô hình đối tượng khách - chủ(CSOM), Cung cấp dịch vụ chung (GSP),

và hệ thống lưu trữ phụ(Storage Subsystem) Dịch vụ ứng dụng chung là các bản tin truyền trong trạm như một cổng giao tiếp cho 4 phần trên

PSOM được xem như là một cổng bảo vệ, điều khiển và tiếp nhận dữ liệu hệ thống Tất cả các IED trên mạng truyền thông trong trạm có mối quan hệ server- client đồng đẳng được xác định bởi SCOM Hệ thống lưu trữ phụ có thể phân bố trên hệ thống mạng hoặc chứa đựng trong máy chủ phụ Nếu được phân bố hệ thống lưu trữ phụ có thể tập trung vào các thiết bị IED, máy chủ của hệ thống hoặc một máy chủ riêng biệt GSP cung cấp lớn dịch vụ ứng dụng đến người quản lý tất cả các dữ liệu đối tượng được chuyển đổi trong các thiết bị trong một trạm hoặc các giao diện của trạm Trong thực tế, GSP là nơi điều khiển truyền thông hoặc điều khiển bản tin

1.1.2.5 Tiêu chuẩn IEC 870-5-101(IEC 870)

Là một giao thức giao tiếp nhắm đáp ứng việc thu nhận và lệnh từ một trạm chủ đến trạm khách Trạm chủ giao tiếp với trạm khách XXCell thông qua địa chỉ

CAS

Mô hình đối tượng

hệ thống điện (PSOM)

Hệ thống lưu trữ phụ

Mô hình đối tượng khách-chủ(CSOM) Cung cấp dịch

vụ chung (GSP)

RTU và các thông tin về địa chỉ của các đối tượng IOA Địa chỉ RTU được xác định tại một Cell còn các IOA được xác định bằng các điểm dữ liệu trong Cell Giao thức IEC 870-5-101 hỗ trợ các khả năng phục vụ cho việc giám sát và điều khiển trong trạm biến áp Tiêu chuẩn này được áp dụng trong từng khối điều khiển ứng với từng cấp độ khác nhau của hệ thống trạm biến áp Khối 1 là trung tâm điều khiển gồm các hệ thống máy tính SCADA/Master và các Modem Dialup được kết nối với nhau thông qua giao thức IEC 870-5-101 Khối 2 là khối trạm biến áp gồm các ipRouteDialup và các thiết bị Rơle bảo vệ, điều khiển giám sát trạm biến áp và trong khối này các thiết bị cũng được kết nối với nhau theo giao thức IEC 870-5-

101 Ngoài ra thông qua mạng Ethernet TCP/IP ta có thể giám sát được toàn bộ thông số các thiết bị trạm biến áp thông qua Notebook

Hình 1.10 Hệ thống kết nối mạng truyền thông qua giao thức IEC 870-5-101

1.2 Các tiêu chuẩn đang sử dụng và khả năng áp dụng vào Việt Nam

1.2.1 Giới thiệu tiêu chuẩn IEC 61850

Cấu trúc của tiêu chuẩn IEC 61850 “Hệ thống và mạng truyền thông trong trạm biến áp” bao gồm các phần:

Hình 1.11 Hệ thống và mạng truyền thông trong trạm biến áp

Trong đó:

+ Phần 1: Giới thiệu và tổng quan

+ Phần 2: Giới thiệu các thuật ngữ

+ Phần 3: Các yêu cầu chung

+ Phần 8-1: Dịch vụ Thông tin trên Bản đồ (SCSM) - với MMS-TCP/IP

(ISO 9506-1 và ISO 9506-2) và ISO / IEC 8802-3

+ Phần 9-1: Dịch vụ Thông tin trên Bản đồ (SCSM) - các giá trị lấy mẫu

trên điểm nối đa điểm một chiều đến điểm kết

+ Phần 9-2: Dịch vụ Thông tin trên thể Bản đồ (SCSM) - các giá trị lấy mẫu

trên ISO / IEC 8802-3

+ Phần 10: Kiểm tra sau khi thí nghiệm

Tiêu chuẩn IEC 61850 là tiêu chuẩn truyền thông quốc tế mới cho các ứng dụng tự động hoá trạm Mục đích chính của tiêu chuẩn này là kết hợp tất cả các chức năng như bảo vệ, điều khiển, đo lường và kiểm tra các thiết bị ngoại vi, nhằm cung cấp đầy đủ phương tiện cho các ứng dụng bảo vệ của thiết bị ngoại vi với tốc

độ cao, giúp cho các thiết bị này hoạt động ăn khớp với nhau hay tự ngắt kết nối Những thiết bị này thông thường có liên hệ với các thiết bị điện tử thông minh (IED) Sử dụng tiêu chuẩn ưu tiên IEC 61850 để đưa ra liên kết có lôgíc giữa các thiết bị ngoại vi, các thiết bị cơ sở trong quá trình kết nối, và các thiết bị trung gian Khi ta sử dụng phương pháp này như là một biện pháp chủ yếu thì tiêu chuẩn IEC

61850 tách rời từng loại dữ liệu từ thông tin chi tiết Điều này cũng xác định rõ quá trình sắp xếp và kiểm tra tổng thể

Với ưu điểm của chuẩn truyền thông TC/IP Enternet, giao thức IEC 61850

có hiệu năng làm việc cao, xử lý thông tin đạt tốc độ 100Mbps và đơn giản trong việc thực hiện kết nối trên mạng LAN Để đảm bảo cho tất cả các ứng dụng về tự động hoá trạm hiện tại và tương lai đều có khả năng được hỗ trợ bởi tiêu chuẩn, IEC

61850 xây dựng mô hình dữ liệu trên cơ sở các mô hình đối tượng và thiết bị trong

hệ thống, qua đó hệ thống được mô tả trên cơ sở tập hợp các quy tắc trao đổi dữ liệu giữa các đối tượng trên một cơ chế truyền thông linh hoạt Trên nền tảng giao thức truyền thông IEC 61850, các hệ thống SA sẽ tăng tính linh hoạt, tăng khả năng tương đồng của các thiết bị, đơn giản hoá việc thiết kế phần cứng, giảm chi phí lắp đặt, hạn chế được lỗi và sự can thiệp bằng tay từ người vận hành

Đối tượng chính của tiêu chuẩn IEC 61850 là thiết kế hệ thống thông tin có 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 cơ sở đó, mô hình dữ liệu đối tượng của tiêu chuẩn sẽ chia các chức năng của trạm thành những chức năng con, những chức năng con này được định nghĩa là các node logic (Logical Nodes –LNs), LNs là

thành phần cơ bản, các thông tin chủ yếu được trao đổi trên các LNs Ví dụ chức năng bảo vệ quá dòng (PTOC) sẽ lấy thông tin từ biến dòng (TCTR) và trạng thái máy cắt (XCBR) Việc xác định các LNs trên một thiết bị vật lý phụ thuộc vào khả năng của thiết bị do nhà sản xuất cung cấp Kèm theo định nghĩa LNs, tiêu chuẩn còn định nghĩa thiết bị logic (LDs - Logical Devices) và thiết bị vật lý (PDs - Physical Devices) 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 1.12 : Mô hình dữ liệu của một rơle bảo vệ đường dây: PD, LDs, LNs

Trên Hình 1.11 ta có thể thấy một rơle bảo vệ đường dây được định nghĩa là một

PD, các chức năng chính của rơle có thể thực hiện được như sau: bảo vệ (LD#1 Protection), điều khiển máy cắt (LD#2 Control) và đo lường (LD#3 Meas) Với chức năng bảo vệ bao gồm bảo vệ quá dòng (LN1: PTOC) và bảo vệ khoảng cách (LN2: PDIS), tương tự các chức năng điều khiển và đo lường của rơle cũng được chia thành nhiều chức năng con (LNs) riêng biệt

Trong thực tế các ứng dụng tự động hoá trạm phát triển chậm hơn so với khả năng phát triển, nâng cấp của công nghệ truyền thông Do đó để đảm bảo khả năng hoạt động của các ứng dụng khi hệ thống thông tin được nâng cấp, tiêu chuẩn định nghĩa các giao tiếp dịch vụ truyền thông cơ bản (ACSI) như đọc ghi dữ liệu (Get

DataValue, Set DataValue) , các định nghĩa này được quy định trong IEC

61850-7-2 ACSI(Abstract Communications Services Interface) tách biệt với các ứng dụng

SA về mặt truyền thông, nghĩa là dịch vụ ACSI sẽ tham chiếu trên giao diện truyền thông TCP/IP để thực hiện các ứng dụng SA, các tham chiếu này vẫn phù hợp khi giao diện truyền thông TCP/IP được nâng cấp

Về cơ bản các thiết bị trong TBA được chia thành 2 loại: thiết bị sơ cấp và thiết bị thứ cấp Các thiết bị sơ cấp bao gồm: máy biến áp, máy cắt, dao cách ly Các thiết

bị thứ cấp bao gồm: thiết bị bảo vệ, điều khiển, đo lường và các thiết bị thông tin Theo tiêu chuẩn IEC 61850, các thiết bị thứ cấp của TBA được sắp xếp theo 3 mức:

+ Mức trạm (Station Level) + Mức ngăn lộ (Bay Level) + Mức quá trình (Process Level)

Sơ đồ sắp xếp theo 3 mức của các thiết bị thứ cấp trạm được thể hiện ở Hình 1.12

Hình 1.13: Cấu hình truyền thông cơ bản hệ thống tự động hoá trạm

với giao thức IEC 61850