Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp với phương thức truyền tin IEC61850

Từ đó, một vấn đề đặt ra là sự kết nối giữa các thiết bị trong trạm hoặc cần có một giao thức dùng chung có thể áp dụng cho tất cả các thiết bị từ những nhà cung cấp khác nhau để giao ti

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 10

1.1 Lý do chọn đề tài 10

1.2 Mục đích nghiên cứu 10

1.3 Nội dung luận văn 11

1.4 Phương pháp nghiên cứu 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ TÍCH HỢP TRẠM BIẾN ÁP……… 12

1.1 Giới thiệu về tự động hóa trạm biến áp 12

1.2 Quá trình phát triển của hệ thống điều khiển 12

1.2.1 Hệ thống điều khiển trạm biến áp kiểu truyền thống 12

1.2.2 Hệ thống điều khiển kiểu tích hợp 14

1.3 Tổng quan về hệ thống điều khiển trạm tích hợp 16

1.4 Các thiết bị điện tử thông minh IEDs 18

1.5 Giao thức trong trạm biến áp (Protocol) 19

1.5.1 Giao thức Modbus 19

1.5.2 Giao thức mạng phân phối (DNP – Distributed Network Protocol) 20

1.6 Sự phát triển của các dự án truyền thông 21

1.6.1 Dự án IEC 61850 22

CHƯƠNG 2: CÁC MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG VÀ GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG THEO TIÊU CHUẨN IEC61850………23

2.1 Giới thiệu về tiêu chuẩn IEC 61850 23

2.2 Cấu trúc trạm biến áp tự động hoá theo tiêu chuẩn IEC 61850 25

2.2.1 Phân tích chức năng ứng dụng và trao đổi thông tin 26

2.2.2 Mô tả về thông tin của dữ liệu 28

2.2.3 Các dịch vụ trao đổi thông tin 29

2.3 Mô hình theo hướng tiếp cận 31

2.3.1 Phân tích chức năng ứng dụng và thông tin 31

2.3.2 Tạo các mô hình thông tin của các thành phần hợp thành 32

2.3.3 Mô hình trao đổi thông tin 32

2.4 Quan sát theo hướng ứng dụng 37

2.4.1 Giới thiệu 37

2.4.2 Các LN và data (dữ liệu) 39

2.5 Quan sát theo hướng thiết bị 39

2.5.1 Giới thiệu 39

2.5.2 Mô hình thiết bị 40

2.6 Quan sát theo hướng trao đổi thông tin 41

2.6.1 Các mô hình dịch vụ của IEC 61850 41

2.6.2 Mô hình ảo 42

2.7 Điểm liên kết trao đổi thông tin giữa thiết bị vật lý và mô hình ứng dụng 44

2.8 Sơ đồ ACSI vào hệ thống trao đổi thông tin thực 45

2.8.1 Giới thiệu 45

2.8.2 Mô hình ánh xạ MMS 46

2.9 Mô hình lớp dữ liệu 47

2.9.1 Tổng quan 47

2.9.2 Áp dụng 47

2.10 Thiết lập tên 48

2.11 Mô hình hoá thực hiện lớp Logical Nodes 48

2.12 Thực hiện mô hình dữ liệu (Data) và đặc tính dữ liệu (Data Attributes) 52

2.12.1 Data: 52

2.12.2 Mô hình dữ liệu và đặc tính dữ liệu 53

2.13 Mô hình hoá và thực hiện các Logical Devices: 54

2.14 Mô hình sự cố trạm tổng thể (GSE-Generic substation event class) 56

2.14.1 Phương thức gửi thông tin GOOSE 56

2.15 Truyền dữ liệu Sampled Value (SV) 59

2.16 Báo cáo và ghi nhật ký 60

2.16.1 Báo cáo 61

2.16.2 Ghi nhật ký 62

2.17 Giới thiệu ngôn ngữ SCL (Substation Configuration Language) 62

2.17.1 Mô hình đối tượng ngôn ngữ SCL 62

2.17.2 Tập tin mô tả file SCL và cấu trúc ngôn ngữ SCL 64

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP THEO CHUẨN IEC 61850………65

3.1 Phân tich các bước thiết kế trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850 65

3.1.1 Những yêu cầu cho việc xây dựng trạm theo IEC 61850 65

3.1.2 Những yêu cầu cho việc nâng cấp trạm theo IEC 61850 66

3.1.3 Các bước thiết kế trạm 67

3.2 Giới thiệu một số phần mềm thực hiện thiết kế trạm biến áp 68

3.2.1 Phần mềm hệ điều hành 68

3.2.2 Phần mềm kết nối thông tin 69

3.2.3 Phần mềm hỗ trợ giao diện người dùng 70

3.3 Thiết kế hệ thống tự động hóa trạm biến áp 70

3.3.1 Giải pháp nâng cấp trạm biến áp kiểu cũ 70

3.3.2 Thiết kế hệ thống tự động hóa trạm biến áp 220kV Tây Hồ 72

3.3.2.1 Xây dựng sơ đồ 1 sợi 72

3.3.2.2 Xác định chức năng và mô tả đặc trưng của hệ thống SAS 73

3.3.2.3 Lựa chọn các IED 73

3.3.2.4 Cấu hình các IED 73

3.3.2.5 Thiết kế chi tiết 77

3.3.3 Áp dụng IEC61850 thực hiện liên động trong TBA 220kV Tây Hồ 82

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 86

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước đã xuất bản Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu sử dụng kết quả của người khác

Tác giả

Đỗ Danh Tú

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu, chữ viết tắt Nội dung

UCA Cấu trúc truyền thông tiện ích

áp

thông trừu tƣợng

SCADA Supervisory Control And Data

Acquisition

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1: Định nghĩa lớp Logical-Node (LN) 50

Bảng 2 2: Thông số của dịch vụ GetLogicalNodeDirectory 50

Bảng 2 3: Thông số của dịch vụ GetAllDataValues 51

Bảng 2 4: Mô hình lớp LD 55

Bảng 2 5: Tham số của dịch vụ GetLogicalDeviceDirectory 55

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1 1: Cấu trúc hệ thống điều khiển kiểu truyền thống 13

Hình 1 2: Cấu hình truyền thông cơ bản hệ thống trạm tích hợp với giao thức IEC61850 15

Hình 1 3: Mô hình các kiểu kết nối của IEC 61850 17

Hình 1 4: Một số sản phẩm rơ le kỹ thuật số của hãng SEL 18

Hình 1 5: Mô hình truyền thông Modbus 19

Hình 1 6: Mô hình giao thức IEC 870 – 5 – 101 20

Hình 1 7: Mô hình hợp nhất giữa UCA và IEC 21

Hình 1 8: đặc điểm mô hình dự án IEC 61850 22 Hình 2 1: Mô hình cấu trúc trạm biến áp tự động 25

Hình 2 3: Nguyên tắc hợp thành của khối thiết bị (IEC) 28 Hình 2 4: Mô tả thông tin vị trí dạng cấu trúc hình cây 28 Hình 2 5: Mô hình trích ngắn của một đoạn dịch vụ 30 Hình 2 6: Khái niệm quá trình chia nhỏ và hợp thành của một LN 31 Hình 2 7: Mô tả thông tin có cấu trúc cây của một XCBR1 32 Hình 2 8: Nguyên tắc mô hình đầu vào và đầu ra 33

Hình 2 12: Khái niệm mô hình ngõ vào với tín hiệu Analog 36

Hình 2 17: Mô hình Logical device và LLN0/LPHD 40 Hình 2 18: Phương pháp trao đổi thông tin ACSI 41

Hình 2 21: Cấu trúc thành phần của các hướng quan sát khác nhau 44 Hình 2 22: Ánh xạ ACSI vào lớp trao đổi thông tin 45 Hình 2 23: Ánh xạ chi tiết cho ánh xạ có một biến tên MMS 46 Hình 2 24: Mô hình tóm tắt dữ liệu trong IEC 61850-7-x 47 Hình 2 25: Mô hình tên tham khảo trong tiêu chuẩn 48 Hình 2 26: Mô hình định nghĩa tên của thiết bị máy cắt 48 Hình 2 27: Mô tả chức năng bảo vệ trong một nút logical 49

Hình 2 32: Mô hình truyền tin dùng Goose 56

Hình 2 37: Mô hình trao đổi thông tin trong quá trình xử lý cấu trúc trạm 63 Hình 3 1: Lưu đồ các bước thiết kế hệ thống điều khiển trạm biến áp 68

Hình 3 5: Định dạng dữ liệu các LN mặc định của NSX 75

Hình 3 7: Cấu trúc các LN của IED sau khi đã được cấu hình 76

Hình 3 10: Cơ sở dữ liệu của các IED đọc từ AX-S4 MMS 79 Hình 3 11 : Tính toán lập trình chi tiết cơ sở dữ liệu 80 Hình 3 12: Màn hình thiết kế giao diện người dùng ngăn lộ đường dây 220kV 81 Hình 3 13: Màn hình thiết kế HMI cho sân 220kV 81

Hình 3 15 : Dữ liệu GOOSE truyền/nhận giữa ngăn lộ Buscoupler và ngăn lộ đường dây 84

MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài.

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của công nghệ trong lĩnh vực thiết bị điện - điện tử, với sự xuất hiện của những rơle kỹ thuật số cùng với những tính năng vược trội đã thay thế dần các rơle cơ truyền thống trong hệ thống điện Một hệ thống trạm sử dụng rơle kỹ thuật số sẽ linh hoạt hơn, đảm nhiệm được nhiều chức năng hơn Với xu hướng toàn cầu hóa thì hội nhập là vấn đề cấp thiết với mỗi quốc gia Qua đó, việc một trạm biến áp sử dụng thiết bị gồm nhiều chủng loại từ nhiều nhà cung cấp khác nhau là rất phổ biến Từ đó, một vấn đề đặt ra là sự kết nối giữa các thiết bị trong trạm hoặc cần có một giao thức dùng chung có thể áp dụng cho tất

cả các thiết bị từ những nhà cung cấp khác nhau để giao tiếp, trao đổi dữ liệu được với nhau trong trạm biến áp

Sự ra đời của tiêu chuẩn IEC 61850 dựa trên những mục tiêu của cấu trúc truyền thông tiện ích UCA, đã tạo nên bước đột phá trong công nghệ trạm biến áp

Từ khi áp dụng tiêu chuẩn IEC 61850 thì việc kết nối, trao đổi dữ liệu giữa những thiết bị từ nhiều nhà cung cấp trở nên dễ dàng hơn và hạn chế được giao thức độc quyền Từ đó, tiêu chuẩn IEC 61850 được chọn làm tiêu chuẩn trong tự động hóa trạm

Từ những phân tích về tiêu chuẩn IEC 61850 đề tài được chọn có tên:

Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp với phương thức truyền tin IEC61850

1.2 Mục đích nghiên cứu

Thông qua đề tài nhằm nghiên cứu tìm hiểu về chuẩn IEC61850 để trở thành tài liệu tham khảo phục vụ cho công việc thiết kế cũng như vận hành trạm Bên cạnh

đó đề tài cũng tìm hiểu những kiến thức thực tế về trạm tự động hóa được thiết kế

và xây dựng theo tiêu chuẩn tích hợp, tự động và điều khiển sử dụng phương thức truyền tin IEC61850 Cụ thể là trạm biến áp 220kV Tây Hồ đã được Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam (EVN) đầu tư xây dựng và hiện nay đã đi vào hoạt động Trong quá trình làm việc của trạm đã chứng minh tính đúng đắn và thực tế của tiêu chuẩn

IEC61850 và bộc lộ những ưu điểm vượt bậc mà trạm biến áp kiểu truyền thống không có được Chuẩn IEC61850 về tích hợp, tự động và điều khiển trạm biến áp

đã trở thành một tiêu chuẩn xây dựng trạm biến áp mà nhiều nước trên thế giới đang

áp dụng trong đó có Việt Nam

1.3 Nội dung luận văn

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các vấn đề trên đề tài đã đưa ra những phương pháp nghiên cứu như sau:

- Tìm hiểu thực trạng về cấu hình, cách kết nối và truyền thông tin trong trạm biến áp thực tế ở Trạm 220kV Tây Hồ, Tp Hà Nội

- Đọc và tìm hiểu tiêu chuẩn IEC 61850 thông qua bộ tài liệu IEC61850 Full Standard

- Phân tích hướng dẫn sử sụng AX-S4 MMS và Incontrol

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ TÍCH HỢP

TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Giới thiệu về tự động hóa trạm biến áp

Tự động hóa trạm biến áp là việc sử dụng dữ liệu của các thiết bị điện tử thông

minh IEDs (Intelligent Electronic Devices) trong trạm biến áp và các lệnh điều khiển từ xa để điều khiển các thiết bị hệ thống điện trong trạm biến áp

Hệ thống điều khiển tích hợp tự động hóa trạm biến áp (Integrated Substation Automation Control System) là hệ thống tự động hóa dựa trên cơ sở một hệ thống máy tính được áp dụng tại các trạm biến áp trong 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 vụ cho công tác quản lý vận hành trạm

Dữ liệu thu thập bao gồm thông tin liên lạc, thông tin từ rơ le bảo vệ, điều khiển, thiết bị bảo vệ quá dòng, quá áp, đo lường, báo sự cố, điều khiển tự động hệ thống phân phối, những thông tin này được đưa vào một hệ thống lưu trữ dữ liệu, sau đó được xử lý, điều khiển thống nhất trong trạm

Sự tích hợp trạm dựa trên một khuôn khổ chung nhằm tạo điều kiện cho việc phối hợp hoạt động giữa các thiết bị điện tử thông minh IEDs, thiết bị đang có và

dự kiến lắp trong tương lai từ đó tạo ra tính đồng nhất cao, tạo sự thuận lợi cho việc thiết kế, lắp đặt hay sự qui hoạch thiết kế trong tương lai Từ quá trình tích hợp trong trạm đã nâng cao được hiệu quả và tính tiết kiệm trong việc điều khiển cũng như giám sát hệ thống trong các trạm biến áp

1.2 Quá trình phát triển của hệ thống điều khiển

1.2.1 Hệ thống điều khiển trạm biến áp kiểu truyền thống

Cấu trúc của một trạm biến áp được xây dựng bao gồm các thiết bị nhất thứ chính như: máy biến áp, máy cắt, dao cách lý, dao tiếp địa Trạm biến áp trong hệ thống điện có nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng Đi kèm với các thiết bị

nhất thứ là hệ thống nhị thứ được lắp đặt nhằm giám sát và điều khiển các thiết bị nhất thứ

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

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

- Chức năng bảo vệ: được thực hiện bởi các rơ le bảo vệ kiểu cơ điện và kiểu tĩnh Mỗi rơ le chỉ đảm nhận một chức năng bảo vệ riêng biệt Ví dụ: rơ le bảo vệ quá dòng F50/51, rơ le bảo vệ khoảng cách F21…

- Chức năng đo lường và đo đếm điện năng: được thực hiển bởi các đồng hồ và các công tơ điện

- 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 các mạch điều khiển riêng rẽ và chỉ có thể thực hiện được ở mức điều khiển cơ bản

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

Hình 1 1: Cấu trúc hệ thống điều khiển kiểu truyền thống

Hệ thống điều khiển truyền thống mặc dù có những ưu điểm như: người vận hành có khả năng vận hành và bảo trì hệ thống, việc kết nối giữa các thiết bị trong cùng hệ thống đơn giản… Tuy nhiên, hiện nay hệ thống này có những nhược điểm như sau:

- Hệ thống phức tap do có quá nhiều thiết bị, quá nhiều cáp tín hiệu, dẫn đến khả năng bị sự cố trên hệ thống nhị thứ 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 cung cấp điện, đồng thời do độ phức tạp của sơ đồ lưới điện ngày một gia tăng đòi hỏi các thao tác điều khiển ngày càng phức tạp, khả năng đáp ứng các yêu cầu trên của hệ thống điều khiển kiểu truyền thống là không thể thực hiện được

1.2.2 Hệ thống điều khiển kiểu tích hợp

Vào những năm đầu 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 rơ le thế hệ 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 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, 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 Tất cả những hạn chế trên đã được khắc phục khi xuất hiện các IEDs và chuẩn IEC61850

Hình 1 2: Cấu hình truyền thông cơ bản hệ thống trạm tích hợp với giao thức

IEC61850

1.3 Tổng quan về hệ thống điều khiển trạm tích hợp

Thành phần của hệ thống trạm tích hợp bao gồm ba cấp:

 Cấp các thiết bị chấp hành – Process Level

Bao gồm các thiết bị nhất thứ (Primary equipment) như: máy cắt, dao cách ly,

bộ OLTC…) thiết bị thu thập dữ liệu như CT, VT, cảm biến lắp đặt trên các thiết bị nhất thứ,…

Các thiết bị chấp hành được điều khiển tại chỗ bằng tủ truyền động điện lắp ngay tại thiết bị

 Cấp các ngăn lộ - Bay Level

Cấp các ngăn lộ bao gồm cá IEDs được lắp đặt tại các tủ điều khiển ngoài trời hay trong phòng gần các thiết bị chấp hành mà nó điều khiển Các IEDs được kết nối đến các thiết bị chấp hành bằng cáp nhiều sợi thông qua các cổng Iput/Outputs của các IEDs kết nối đến tủ truyền động, hộp đấu dây của thiết bị ở cấp chấp hành Việc lắp đặt các IEDs gần các thiết bị chấp hành nhằm mục đích giảm bớt lượng cáp nhiều sợi đi dây giữa các IEDs và các thiết bị chấp hành, nhờ đó giảm được chi phí xây dựng, giảm được xác suất hư hỏng trên cáp nhiều sợi

 Cấp trạm – Station Level

Cấp trạm bao gồm máy tính HMI (Human Machine Interface), HMI là máy tính điều khiển trạm được cài đặt các chương trình ứng dụng để nhân viên vận hành có thể giám sát và điều khiển toàn bộ bằng máy tính Máy tính trạm được lắp đặt trong phòng điều hành và được kết nối đến các IEDs thông qua mạng truyền dữ liệu nội

bộ LAN (Local Area Network)

Việc truyền dữ liệu trong mạng LAN được thực hiện bằng cáp đồng hoặc cáp quang, xu hướng hiện nay là sử dụng cáp quang để tránh bị nhiễu điện từ vốn rất cao trong trạm biến áp

Mạng truyền dữ liệu nội bộ LAN còn được nối đến cổng truyền dữ liệu từ xa sử dụng cho hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) của trung tâm điều độ hoặc cho HMI từ xa

Nhiệm vụ của các thiết bị cấp trạm bao gồm:

 Thông tin liên lạc với trung tâm điều độ từ xa

 Thông tin liên lạc với các thiết bị cấp xuất tuyến

 Giao tiếp người máy mức trạm

 Quản lý sự kiện và cảnh báo

 Theo dõi, giám sát

 Đánh giá và kích hoạt dữ liệu

Hình 1 3: Mô hình các kiểu kết nối của IEC 61850

1.4 Các thiết bị điện tử thông minh IEDs

Các rơ le bảo vệ cơ điện đã được thay thế liên tiếp bởi rơ le tĩnh, rơ le số và hiện nay là kỹ thuật số, qua mỗi bước thay đổi đã đem lại kết quả là giảm đáng kể kích thước của các rơ le và sự cải thiện trong tính năng hoạt động Cùng lúc độ tin cậy và tính sẵn sàng hoạt động của rơ le đã được gia tăng đáng kể về mặt kỹ thuật trong đó có những chức năng không thể thực hiện được với những rơ le loại cơ trước đây nhưng lại dễ dàng với những rơ le kỹ thuật số hiện nay Điều này thực sự

là một thành tích to lớn của sự phát triển vượt bậc về thiết kế lẫn công nghệ chế tạo

rơ le Quá trình phát triển công nghệ rơ le cho đến nay đã trải qua 4 thế hệ:

 Rơ le cơ điện – Electromechanical Relays

 Rơ le tĩnh – Static Relays

 Rơ le số - Digital Relays

 Rơ le kỹ thuật số - Numberical Relays

Trong những rơ le trên, rơ le kỹ thuật số được gọi là thiết bị điện tử thông minh IEDs, là từ được sử dụng trong nghành công nghiệp điện để mô tả những thiết bị dựa trên nền bộ xử lý dùng để điều khiển các thiết bị nhất thứ thuộc hệ thống điện như: máy cắt, dao cách ly, máy biến áp, tụ, kháng… Những IEDs nhận tín hiệu từ CT,VT và các bộ cảm biến lắp trên thiết bị nhất thứ, từ các tín hiệu này, IEDs có thể phát hiện các tình trạng bất thường hoặc sự cố xảy ra trên lưới điện thuộc phạm vi chúng quản lý để ra lệnh điều khiển máy cắt để cô lập vùng sự cố

Hình 1 4: Một số sản phẩm rơ le kỹ thuật số của hãng SEL

Các dạng của IED là các rơ le bảo vệ, bộ điều khiển máy cắt, bộ điều khiển tự động đóng lại, bộ điều khiển tụ bù, bộ điều áp, thiết bị đo… 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 nhƣ: tự động đóng lại, tự giám sát, … chức năng ghi nhận sự cố, sự kiện, nhiễu loạn trên hệ thống điện, chức năng truyền dữ liệu…Theo qui định của Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam (EVN), các loại IED hiện nay đƣợc sử dụng tại Việt Nam thuộc các nhà cung cấp sau: ABB, Areva, SEL, Siemens, Toshiba, Nari…

1.5 Giao thức trong trạm biến áp (Protocol)

Rất nhiều các giao thức truyền thông đƣợc sử dụng trong việc giám sát điều khiển xa TBA, các giao thức phổ biến nhƣ Modbus, UCA 2.0, DNP3 và IEC60870…

1.5.1 Giao thức Modbus

Giao thức này đƣợc phát triển vào năm 1979 cho các hệ thống điều khiển quá trình Modbus là một giao thức ứng dụng mở Master/Slave có thể đƣợc sử dụng trên nhiều lớp vật lý khác nhau Modbus là giao thức lớp tin nhắn ứng dụng có vị trí ở mức bày của mô hình OSI Nó cung cấp truyền thông giữa Client/Server giữa các thiết bị đƣợc kết nối trong nhiều loại khác nhau của bus hoặc hệ thống Modbus – TCP có ý nghĩa là giao thức Modbus đƣợc sử dụng trên Ethernet – TCP/IP

Hình 1 5: Mô hình truyền thông Modbus

Nhược điểm của giao thức này chính là khoảng cách kết nối và tốc độ truyền dữ liệu thấp Vì vậy không thể đáp ứng được các yêu cầu về dữ liệu thời gian thực

1.5.2 Giao thức mạng phân phối (DNP – Distributed Network Protocol)

Giao thức này được phát triển dựa trên IEC 60870 – 5, được công bố vào năm

1993 Ban đầu được thiết kế cho hệ thống SCADA, nhưng sau này nó có ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp điện, nước, dầu và khí đốt Giao thức này là dựa trên cấu trúc master/slave được dùng phổ biến chủ yếu ở Bắc Mỹ Trong trạm biến

áp giao thức này sử dụng để xác định các thông tin liên lạc gữa các trạm với các trạm thành viên, giữa các RTU với các IED Phương thức truyền thông sử dụng cáp RS232 cho giao tiếp khoảng cách ngắn point – to – point, và giao tiếp từ xa RS422 hai chiều mở rộng đến 232 hay RS485 cho truyền thông đa điểm và hơn nữa là Ethernet cho khu vực địa lý lớn hơn

1.5.3 IEC 870 – 5 – 101

Được coi là “bạn đồng hành” đến từ Châu Âu cũng ở Bắc Mỹ Nó khác biệt với giao thức Master/Slave đó là: Cấu trúc nhắn tin hơi khác và khả năng truy cập thông tin đối tượng từ các thiết bị điện tử thông minh

Hình 1 6: Mô hình giao thức IEC 870 – 5 – 101

1.6 Sự phát triển của các dự án truyền thông

Với việc giới thiệu các giao thức tốc độ cao hơn trong các IEDs chỉ cho phép liên lạc thông tin giữa cá 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, cùng chia sẻ các tiện ích với nhiều khả năng nhƣ: 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 IEDs 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 dƣỡng 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 cho phép một hệ thống thông tin của trạm biến áp đƣợc tích hợp mạnh mẽ mà không phải dùng các bộ biến đổi giao thức Việc giới thiệu dự án tiêu chuẩn IEC 61850 và Cấu trúc truyền thông tiện ích UCA (Utility Communications Architecture) đã tạo ra điều có thể để tích hợp các IEDs của trạm thông qua việc tiêu chuẩn hóa

UCA đƣợc đề nghị bởi EPRI vào năm 1994 để xác định những yêu cầu về cấu trúc tổng thể và các kỹ thuật truyền thông cơ bản trong trạm, mục tiêu là tiếp cận thông qua các yêu cầu kỹ thuật về giám sát và điều khiển trong trạm biến áp Hội đồng kỹ thuật 57 – (Technical Committee 57) của IEC bắt đầu với dự án IEC 61850 vào năm 1996 với cùng mực tiêu nhƣ UCA Năm 1997 EPRI và IEC đã thống nhất một mục tiêu chung IEC 61850 làm nền tảng và đƣợc hỗ trợ thêm một vài đặc tính của UCA

Hình 1 7: Mô hình hợp nhất giữa UCA và IEC

1.6.1 Dự án IEC 61850

Sự ra đời của phiên bản IEC 61850 chuẩn năm 2003 cho quá trình tự động hóa

các trạm đã chứng tỏ một bước lớn hướng đến việc đơn giản hóa quá trình ứng dụng những thiết bị IED Phiên bản này đảm bảo sự tương thích giữa các thiết bị và đáp ứng được yêu cầu thay thế những protocol có dạng khác nhau trong khu vực ứng dụng tự động hóa

IEC 61850 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 IEDs từ các nhà sản xuất khác nhau Các hệ thống tiện ích cũng yêu cầu khả năng liên kết thay đổi của các IEDs,

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 một nhà sản xuất khác, mà không làm thay đổi các yếu tố khác trong hệ thống

Một trong những tính năng quan trọng nhất của IEC 61850 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 là khả năng tương tác của các chức năng và các thiết bị mà còn là một hệ thống xử lý đồng nhất

Sự xuất hiện của IEC 61850 đánh dấu một bước tiến quan trọng và sẽ có ảnh hưởng rất lớn về tương lại trong việc thiết kế và xây dựng các trạm biến áp

Hình 1 8: đặc điểm mô hình dự án IEC 61850

CHƯƠNG 2:

CÁC MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG VÀ GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG

THEO TIÊU CHUẨN IEC61850 2.1 Giới thiệu về tiêu chuẩn IEC 61850

Tiêu chuẩn IEC 61850 là tiêu chuẩn truyền thông quốc tế được ứng dụng trong

tự động hoá trạm biến áp và được giới thiệu vào năm 2003 Tiêu chuẩn này với mục tiêu là đạt được sự tương thích giữa các IEDs bên trong trạm biến áp bằng cách định nghĩa mô hình đối tượng theo tiêu chuẩn cho các IEDs và thực hiện các chức năng khác trong trạm như: bảo vệ, điều khiển, đo lường và giám sát truyền thông trong trạm 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 Và cuối cùng là đạt được chuẩn hoá

về ngôn ngữ truyền thông cho phép tự do trao đổi thông tin giữa các thiết bị trong trạm Tiêu chuẩn IEC 61850 bao gồm 14 phần và được chia thành 10 chủ đề chính Phần nội dung chính của tiêu chuẩn IEC 61850 gồm những phần sau:

Phần 1: Introduction and Overview - Giới thiệu và tổng quan về tiêu chuẩn Phần 2: Gossary - Giải thích các thuật ngữ, từ viết tắt được dung trong tiêu chuẩn

Phần 3: General requirements – Xác định rõ yêu cầu của hệ thống với sự nhấn mạnh yêu cầu về mạng truyền thông

Phần 4: System and project management – Xác định hệ thống và quản lý dự

án đối với quá trình kỹ thuật

Phần 5: Communication requirements for functions and device models – Mô

tả về thiết bị và các yêu cầu về chức năng để xác định những yêu cầu truyền thong giữa các dịch vụ trong trạm biến áp Mục tiêu chính là đạt được sự tương thích cho tất cả kết nối giữa các IEDs

Phần 6: Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs - Mô tả ngôn ngữ để cấu hình trạm, thông tin liên lạc liên quan đến cấu hình IED và thông số IED, cấu hình hệ thống truyền thông

Phần 7: Basic communication structure for substation and feeder equipment - Cấu trúc truyền thông cơ bản và thiết bị trung gian trong trạm biến áp

 Phần 7.1: Principle and models - Giới thiệu phương pháp mô hình, các nguyên tắc truyền thông và mô hình thông tin trong IEC 618050

 Phần 7.2: Abstract communication service interface (ACSI) - Giới thiệu về dịch vụ giao diện truyền thông trừu tượng ACSI, mô tả giao tiếp giữa Client

và Server, ví dụ như mô tả giao diện cho truy cập và tìm dữ liệu, điều khiển thiết bị, báo cáo sự kiện và ghi nhận sự kiện

 Phần 7.3: Common data classes – Xác định các loại thuộc tính và các lớp dữ liệu dùng chung liên quan đến các ứng dụng cho trạm biến áp Các lớp dữ liệu chung được xác định như là: Lớp thông tin trạng thái, thông tin đo lường, thông tin điều khiển

 Phần 7.4: Compatible logical node classes and data classes – Xác định lớp dữ liệu cho lớp Logical Node cho việc truyền thong giữa các IED

Phần 8: Specific communication service mapping (SCSM) – Cách xác định các dữ liệu cần đáp ứng nhanh về thời gian để trao đổi thong qua mạng cục

bộ bằng các ánh xạ ACSI qua phương tiện MMS

Phần 9: Specific communication service mapping (SCSM)

 Phần 9.1: Serial unidirectional multidrop point to point link: Xác định các dịch vụ truyền thông ở cấp xuất tuyến (Bay level) và cấp chấp hành (Process level), giới thiệu các ánh xạ của dịch vụ truyền thong cho quá trình truyền các giá trị mẫu

 Phần 9.2: Sampled values over ISO/IEC 8802-3: Định nghĩa SCSM trong truyền các giá trị mẫu theo đặc tính truyền thông IEC 61850

Phần 10: Conformance testing - Kiểm tra để xác định các tiêu chuẩn tự động hoá cho những trạm được đảm bảo thực hiện đúng tiêu chuẩn IEC 61850 Một trong những mục tiêu quan trọng của IEC 61850 kết hợp các IEDs từ các nhà cung cấp khác nhau, kết nối “tương đồng” trong hệ thống xử lý đồng nhất

Khi áp dụng IEC 61850 vào tự động hoá trạm biến áp sẽ mang lại những ưu điểm như sau:

 Có thể điều khiển, giám sát tại chỗ hoặc từ xa toàn bộ hệ thống trạm qua giao diện đồ hoạ, dẫn đến giảm được chi phí vận hành

 Tăng độ tin cậy và an toàn cung cấp điện do nhiều chức năng như liên động hay lựa chọn trước khi thao tác được tích hợp vào hệ thống

 Các dữ liệu được phân loại, ưu tiên xử lý và đưa ra các cảnh báo kịp thời, giúp cho người vận hành xử lý kịp thời, giảm thiểu được thời gian mất điện

 Các thông tin được cung cấp theo thời gian thực, các sự kiện, sự cố được hiển thị, báo cáo, ghi nhận và có thể in ra, giúp cho việc phân tích các nhiễu loạn của hệ thống dễ dàng, nhanh chóng và chính xác hơn

 Giảm được chi phí bảo dưỡng do theo dõi được tình trạng của thiết bị nhất thứ như máy cắt, máy biến áp…

 Giảm được chi phí lắp đặt cáp nhị thứ

2.2 Cấu trúc trạm biến áp tự động hoá theo tiêu chuẩn IEC 61850

Cấu trúc liên kết và các chức năng truyền thông của hệ thống tự động trạm biến áp thông qua mô hình sau:

Hình 2 1: Mô hình cấu trúc trạm biến áp tự động

Nguyên tắc hoạt động của mô hình theo trình tự sau:

- Lấy giá trị mẫu trao đổi từ những CT và VT (1)

- Nhanh chóng trao đổi dữ liệu I/O để bảo vệ và kiểm tra (2)

- Kiểm tra các tín hiệu của bộ phận chuyển mạch (3)

- Điều khiển kỹ thuật và cấu hình trạm (4)

- Theo dõi, giám sát (5)

- Trung tâm kiểm soát truyền thông - đồng bộ về thời gian (6)

Mục tiêu là hỗ trợ cho các chức năng như: đo lường, giám sát điều kiện và quản

lý được cung cấp được tốt hơn

Trong hình một số IED đã thể hiện được nhiều chức năng, một IED thể hiện một nhiệm vụ duy nhất, đôi khi có thể thực hiện được một số chức năng khác có thể được lưu trữ bởi một IED Một IED có thể giao tiếp với các IED khác trong việc trao đổi thông tin theo các cơ chế của tiêu chuẩn này Vì vậy, chức năng được phân phối trên nhiều IED có thể được thực hiện

2.2.1 Phân tích chức năng ứng dụng và trao đổi thông tin

Tiêu chuẩn IEC 61850 được hiểu thông qua những mô hình và cơ chế trao đổi thông tin, các cơ chế trao đổi thông tin chủ yếu dựa trên các mô hình thông tin được xác định rõ Những mô hình thông tin và phương pháp mô hình hoá được xem là nền tảng của tiêu chuẩn

Trong tiêu chuẩn việc xác định các thông tin và trao đổi thông tin một cách độc lập và được thực hiện cụ thể (sử dụng các mô hình trừu tượng) Tiêu chuẩn này cũng sử dụng khái niệm ảo Khái niệm ảo cung cấp một cái nhìn những khía cạnh của một thiết bị thực tế liên quan đến việc trao đổi thông tin với các thiết bị khác Chỉ ra những chi tiết được yêu cầu để cung cấp khả năng tương đồng của các thiết

bị được định nghĩa trong IEC 61850

Cách tiếp cận của tiêu chuẩn là việc chia nhỏ các chức năng ứng dụng vào các phần nhỏ hơn, được sử dụng để trao đổi thông tin Những phần nhỏ này được gọi là các LN (Logical Node) ( ví dụ đại diện ảo của một máy cắt, với tên tiêu chuẩn hoá

là XCBR) Một số các LN được xây dựng dựa trên Logical Device (LD) ví dụ, đại

diện của một Bay Một LD luôn luôn được thực hiện trong một IED, do đó các LD được phân phối hợp lý

Những phần tử cần được cấu hình trong hệ thống như: LD, LN và Data việc cấu hình để chọn các LN và Data phù hợp với tiêu chuẩn và thiết lập các giá trị cụ thể trong từng trường hợp Những LN có thể đáp ứng từ một đến 30 dữ liệu cho việc cấu hình Dữ liệu có thể chứa một hoặc nhiều hơn 20 thuộc tính Các LN

có thể chứa hơn 100 thông tin cá nhân được tổ chức trong một cấu trúc theo thứ bậc Nội dung của LN mô tả cho các dữ liệu và thuộc tính dữ liệu

Hình 2 2 Mô tả loại thông tin trong LN Những IED được xây dựng bằng những tổ hợp LN như mô tả trong Hình 2.2

Hình 2 3: Nguyên tắc hợp thành của khối thiết bị (IEC)

Các LN đƣợc tạo thành từ những khối trong các IED trong trạm Ví dụ, bộ ngắt mạch (XCBR) Trong hình, chức năng bảo vệ của các IED đƣợc thiết lập từ những giá trị về điện áp và dòng điện nhận từ các VT và CT

2.2.2 Mô tả về thông tin của dữ liệu

Mỗi một LN bao gồm rất nhiều các dữ liệu khác nhau, ví dụ vị trí của máy cắt

đƣợc định nghĩa trong LN XCBR (hình 2.4) có tên là “Pos” Số dữ liệu trung bình

của mỗi LN đƣợc định nghĩa trong phần 7.4 là khoảng 20 dữ liệu, và mỗi dữ liệu lại đƣợc tạo thành từ nhiều thuộc tích và đƣợc phân loại nhƣ sau:

Hình 2 4: Mô tả thông tin vị trí dạng cấu trúc hình cây

Ví dụ, dữ liệu Pos có khoảng 20 thuộc tính dữ liệu Thuộc tính dữ liệu Pos.ctlVal đại diện cho các thông tin điều khiển (có thể được thiết lập để ON hoặc OFF) Thuộc tính dữ liệu Pos.ctlVal đại diện cho vị trí thực của máy cắt (có thể là

trạng thái trung gian, tắt, mở, hay trạng thái nguy hiểm)

Vị trí này còn có thông tin khi xử lý lệnh điều khiển (Operate time), từ lệnh điều khiển, và số lần kiểm soát (do người tạo ra yêu cầu)

Các giá trị hiện tại từ stVal được đọc, báo cáo hoặc đăng nhập trong một bộ đệm của IED Các giá trị về stVal có thể được điều khiển từ xa và có hiệu lực ngay

lập tức sau khi được tác động

Một số thuộc tính dữ liệu được định nghĩa cho ta cách thức điều khiển cấu hình,

ví dụ, cấu hình xung (tín hiệu xung, thời gian ON/OFF và số lượng xung) hoặc mô hình quản lý (trực tiếp, lựa chọn trước khi hoạt động, v.v)

Trong phần 7-3 định dạng các lớp dữ liệu thông thường cho một loạt các ứng dụng Các lớp lõi của lớp dữ liệu được phân loại thành các nhóm sau đây:

- Trạng thái thông tin

- Thông tin đo lường

- Trạng thái kiểm soát thông tin

- Kiểm soát tín hiệu tương tự

- Thiết lập trạng thái

- Cài đặt tương tự

- Mô tả thông tin

2.2.3 Các dịch vụ trao đổi thông tin

Các LN, dữ liệu và các thuộc tính dữ liệu được xác định nhằm ứng dụng cho việc trao đổi thông tin giữa các IED Việc trao đổi thông tin được xác định bởi phương tiện dịch vụ Một đoạn trích của các dịch vụ được hiển thị trong hình sau:

Hình 2 5: Mô hình trích ngắn của một đoạn dịch vụ Các dịch vụ về thuộc tính dữ liệu cho máy cắt XCBR đƣợc mô tả nhƣ sau:

- Thiết bị điều khiển (hoạt động dịch vụ hoặc truyền các tín hiệu) (1)

- Trao đổi thông tin trạng thái nhanh và tin cậy peer-to-peer (2)

- Báo cáo của bất kỳ tập hợp dữ liệu (thuộc tính dữ liệu) (3)

- Đăng nhập và lấy bất kỳ tập hợp dữ liệu (thuộc tính dữ liệu) – theo chu kỳ và kích hoạt sự kiện (4)

- Thay thế (5)

- Xử lý và thiết lập các nhóm thông số cài đặt

- Truyền tải các giá trị lấy mẫu từ các cảm biến

- Đồng bộ hoá thời gian

- Chuyển tập tin

- Cấu hình trực tuyến (6)

- Tự mô tả của một thiết bị (7)

2.3 Mô hình theo hướng tiếp cận

2.3.1 Phân tích chức năng ứng dụng và thông tin

Chức năng LN dựa trên dữ liệu và các thuộc tính dữ liệu chuyên dụng Các thông tin được mô tả là những dữ liệu và các thuộc tính dữ liệu được trao đổi bởi các dịch

Hình 2 6: Khái niệm quá trình chia nhỏ và hợp thành của một LN

Một phần nhỏ của một chức năng (mô hình máy cắt) đã được chọn là một ví dụ

để giải thích quá trình chia nhỏ Thiết bị máy cắt với nhiều thuộc tính khác nhau, như vị trí có thể được kiểm soát, giám sát và khả năng để tránh việc chuyển trạng thái Vị trí này bao gồm một số thông tin mô tả cho tình trạng của vị trí cung cấp các giá trị trạng thái như: ON, OFF, trạng thái trung gian… Ngoài ra, vị trí cung cấp khả năng kiểm soát việc chuyển đổi giá trị điều khiển (ON/OFF)

Các nhóm này được gọi là lớp dữ liệu dùng chung (CDC):

- DPC được xem như là điểm điều khiển đôi gồm 4 trạng thái

- SPC được xem như là điểm điều khiển đơn gồm 2 trạng thái

IEC 61850-7-3 xác định khoảng 30 lớp dữ liệu dùng chung như trạng thái, đo lường, kiểm soát trạng thái, thiết lập trạng thái và các thiết lập tương tự

2.3.2 Tạo các mô hình thông tin của các thành phần hợp thành

Mô hình sử dụng các LN nhằm mô tả thuộc tính dữ liệu hay cung cấp các ứng dụng cho việ trao đổi thông tin giữa các IED với nhau Các thuộc tính dữ liệu

được tiêu chuẩn hóa về tên và loại Ví dụ, như máy cắt XCBR1

Hình 2 7: Mô tả thông tin có cấu trúc cây của một XCBR1

2.3.3 Mô hình trao đổi thông tin

2.3.3.1 Giới thiệu

Có thể được truyền đạt các thông tin chứa trong các mô hình phân cấp của IEC 61850-7-4 bằng cách sử dụng các dịch vụ được định nghĩa trong IEC 61850-7-2 Các phương pháp trao đổi thông tin chủ yếu rơi vào ba loại:

- Mô hình đầu ra

- Mô hình đầu vào

- Mô hình quản lý trực tuyến và tự mô tả

Một vài dịch vụ được quy định cho mô hình Hoạt động của các dịch vụ dựa trên

dữ liệu, thuộc tính dữ liệu, và các thuộc tính khác thường được chứa trong các LN

Các con số này được đặt trong vòng tròn như trong Hình 2.8

Hình 2 8: Nguyên tắc mô hình đầu vào và đầu ra

Mô hình dịch vụ đầu ra được tác động từ những lệnh bên trong để có thể xuất tín hiệu đầu ra thông qua quá trình giao tiếp, hoặc thay đổi trạng thái của một thuộc tính dữ liệu sau đó báo cáo kích hoạt Nếu quá trình giao tiếp là một IED theo tiêu chuẩn IEC 61850, dịch vụ này sẽ xuất một tín hiệu đầu ra trực tiếp Các dịch vụ truyền thông đầu vào có thể mang thông tin trực tiếp từ giao diện hoặc đã được tính toán trong IED

2.3.3.2 Mô hình đầu ra (Output Model)

Mô hình điều khiển được minh họa trong hình Ví dụ, máy cắt (XCBR) của LN

với thuộc tính dữ liệu XCBR.Pos-ctlVal Trước khi yêu cầu dịch vụ thực hiện kiểm

soát sự thay đổi vị trí của một thiết bị thật, cần phải thỏa mãn một số điều khiện Ví

dụ, đầu ra chỉ được tạo ra khi công tắc Local/Remote ở vị trí “remote” và nút khóa

liên động (CILO) đã cho phép Các chuỗi điều kiện cần thỏa mãn có thể là:

- Công tắc Local/Remote của máy cắt XCBR.Loc

- Thông tin trạng thái mode của máy cắt XCBR.Mod

- Kiểm tra các điều kiện của thiết bị

- Các thuộc tính khác như: Khóa liên động, cấu hình xung, mô hình điều khiển, và thời gian được định nghĩa trong lớp dữ liệu dùng chung DPC (Controllable Double point)

Hình 2 9: Mô hình đầu ra (bước 1)

Sau khi tất cả các điều kiện đã thỏa mãn, tín hiệu đầu ra có thể thỏa mãn điều kiện và điều khiển thiết bị thực Tín hiệu điều khiển có thể xuất lệnh qua giao diện kiểu đi dây truyền thống hoặc có thể thông qua giao diện bus

Khi thay đổi trạng thái của máy cắt thực sẽ làm thay đổi trong thông tin trạng

thái được mô hình với thuộc tính dữ liệu XCBR.Pos.stVal Thay đổi trạng thái xuất

ra một đáp ứng dịch vụ điều khiển Một điểm kết nối lệnh hoàn tất việc trao đổi thông tin điều khiển

Hình 2 10: Mô hình đầu ra (bước 2)

2.3.3.3 Khái niệm mô hình GSE

Những tin nhắn sự kiện trong trạm biến áp (GSE – GOOSE và GSSE) trao đổi thông tin peer-to-peer giữa các giá trị dữ liệu đầu vào của một IED đến các dữ liệu đầu ra của nhiều IED khác (multicast) Các tin nhắn GOOSE và GSSE nhận được từ một IED có thể được sử dụng dữ liệu để tính toán cho các mục tiêu bên trong, các điều kiện của tin nhắn được lồng vào nhau tại một địa chỉ

Hình 2 11: Khái niệm mô tả hình ngõ ra GSE

Các điều kiện thỏa mãn và cần kiểm tra để hoạt động trước khi sử dụng các tín hiệu đầu ra nó được mô tả như một khóa liên động để xác định địa chỉ phạm vi ứng dụng

2.3.3.4 Mô hình đầu vào

Tín hiệu chưa xử lý sẽ được xử lý bởi bộ xử lý tín hiệu Với mô hình đầu ra, một đầu vào tương tự tồn tại như là dữ liệu sau khi được biến đổi từ tương tự sang số Tốc độ lấy mẫu xác định khoảng thời gian mà giá trị sẽ được lấy mẫu Điều kiện cần để giá trị có thể được trao đổi bao gồm các giá trị của các thuộc tính sau:

- Thay thế/không thay thế (Substiture/Unsubtiture)

- Khóa/Không khóa (Blocked/Unblocked)

Hình 2 12: Khái niệm mô hình ngõ vào với tín hiệu Analog

Kết quả của các bước đầu tiên này là “giá trị trung gian” kèm theo thông tin chất lượng tương ứng

2.3.3.5 Báo cáo dữ liệu và ghi nhật ký

Các sự kiện nội bộ (xử lý, sự cố, thời gian thông tin) được sử dụng như một yếu

tố để yêu cầu báo cáo và ghi nhận lại Thông tin này được tập hợp lại sử dụng để thiết lập dữ liệu Dữ liệu này dùng làm cơ sở cho nội dung báo cáo và ghi nhận lại Các dữ liệu lưu được dùng làm tài liệu tham khảo cho cơ sở dữ liệu và thuộc tính dữ liệu sẽ cài đặt

Hình 2 13: Thiết lập dữ liệu và báo cáo Xét thuộc tính dữ liệu stVal của dữ liệu MyLD/XCBR1.Pos về vị trí để thấy

sự khác nhau trong thiết lập dữ liệu

- Trong trường hợp bên trái, dữ liệu thành viên gồm 9 thành viên trong đó có

Pos.stVal nếu thay đổi thành stVal, thì sẽ làm thay đổi giá trị xác nhận trong

báo cáo

- Trường hợp bên phải có hai dữ liệu thành viên Pos (có 6 thuộc tính dữ liệu: stVal, q, t,…) là một trong hai thành viên Nếu có sự thay đổi thành viên trong Pos (thay đổi đặc tính dữ liệu stVal) sẽ tạo ra sự thay đổi giá trị tất cả các thuộc tính dữ liệu của tập hợp thành viên dữ liệu Pos (gồm tất cả các thuộc tính dữ liệu stVal, q, t,…)

2.4 Quan sát theo hướng ứng dụng

2.4.1 Giới thiệu

Một ví dụ đơn giản cho chức năng liên kết trong trạm là việc vận hành để điều khiển máy cắt từ màn hình HMI thông qua máy tính Đầu tiên, máy tính cần phải biết thông tin nào cần được truyền đến IED đại diện cho máy cắt Thứ hai, máy tính cần biết tên và địa chỉ của IED Máy tính sẽ thực hiện chức năng này thông qua HMI gửi lệnh điều khiển đến máy cắt để đóng/cắt, sau đó nếu thao tác hoàn thành, thì IED phải gửi báo cáo về HMI rằng vị trí của máy cắt đã thay đổi

Hình 2 14: Mô hình liên kết trong trạm Trong tiêu chuẩn tên của máy cắt là XCBR, tên này có thể được đi kèm với một

thành phần trước và một thành phần sau: “Q1XCBR1” đối với quy ước đặt tên Các ứng dụng trong máy tính có thể truy vấn thông tin về:

- Máy cắt vật lý thực (bảng tên, tình trang, trạng thái…)

- Thiết bị thực IED chứa giao diện chấp hành (bảng tên, tình trạng, chế độ vận hành…)

- Đáp ứng dịch vụ báo cáo để xác định sự truyền dẫn của báo cáo trạng thái Ngoài ra, người vận hành có thể thay đổi nhóm giá trị như: thiết lập chức năng bảo vệ, cấu hình đáp ứng báo cáo từ xa, yêu cầu thay thế giá trị vận hành, hoặc nhận thứ tự ghi sự kiện, …

Các chức năng được hỗ trợ bởi bộ điều khiển có ba hướng chính được chuẩn hóa bởi IEC 61850 như sau:

- Chức năng nào và thông tin nào là thấy được trên hệ thống và cách nó được đặt tên và mô tả

- Cách mà chức năng nó có thể được truy nhập và cách thông tin được trao đổi

- Cách mà thiết bị được kết nối vào mạng để trao đổi thông tin

2.4.2 Các LN và data (dữ liệu)

Trong phần 7-4 được xác định khoảng 90 LN Ví dụ, một máy cắt (viết tắt là

“XCBR” và bảo vệ khoảng cách (“PDIS”) Mỗi LN bao gồm một số dữ liệu thể hiện cho ý nghĩa ứng dụng

Hình 2 15: Logical Nodes và Data

Dữ liệu Pos được sử dụng để kiểm soát vị trí và báo cáo tình trạng của các vị trí, “Mode” cho chế độ hoạt động hiện tại của các máy cắt (on, blocked, test,

test/blocked, off) Thông tin này mang ý nghĩa tùy thuộc vào bối cảnh cụ thể

Các LN và dữ liệu (chứa trong các LN) là những khái niệm cơ bản được sử dụng để mô tả hệ thống và chức năng thực sự của mình Chức năng của LN được xem như là một khối chứa dữ liệu và có thể được đặt bất cứ nơi nào trong một IED Mỗi dữ liệu định nghĩa có một nhiệm vụ cụ thể được giao

2.5 Quan sát theo hướng thiết bị

2.5.1 Giới thiệu

Thiết bị thực chứa các phần chính như sau:

- Nút logic và dữ liệu: đại diện cho các chức năng ứng dụng thực tế và liên kết thông tin có thể nhìn thấy từ các mạng truyền thông

- Thông tin về thiết bị thực: đại diện cho thông tin về các nguồn tài nguyên của máy chủ hay của chính nó (nếu có) về sự kết nối các thiết bị thực với các thiết bị máy chủ

- Các dịch vụ ánh xạ đến hệ thống trao đổi thông tin đặc trưng: đại diện hỗ trợ các dịch vụ trao đổi thông tin

2.5.2 Mô hình thiết bị

Đối với mục tiêu truyền thông (ngoài LN) thì còn khái niệm về thiết bị logical (Logical device –LD) Một LD chủ yếu là tập hợp của các LN và thêm một số dịch

vụ (ví dụ, GOOSE, sampled value exchange, setting groups) như Hình 2.16

Hình 2 16: Mô hình khối Logical device

Những LD cung cấp thông tin về các thiết bị vật lý mà nó sử dụng như được lưu trữ trên máy chủ (tên nhãn và tình trạng) hoặc các thiết bị bên ngoài được kiểm soát bởi LD (tên nhãn bên ngoài và tình trạng), LD được đặt trong các thiết bị vật lý

Hình 2 17: Mô hình Logical device và LLN0/LPHD