Tìm hiểu về cách sử dụng giao thức IEC 61850 trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa, nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển máy tính trạm 500KV

Ngày nay, với mong muốn về việc phải kết hợp khả năng thông tin giữa tat cả các thiết bị điện tử thông minh IEDs trong trạm biến áp đã được công nhận rõ ràng, đó là khả năng cung cấp khô

_ BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG DAI HQC CONG NGHE TP.HCM

HUTECH University

t0\áat

LÊ BỬU TRỌNG

TÌM HIẾU VỀ CÁCH SỬ ĐỰNG GIAO THỨC IEC 61850 TRONG LINH VUC DIEU KHIEN VA

TY DONG HOA, NGHIEN CUU GIAI PHAP NANG CAP HE THONG DIEU KHIEN MAY TINH TRAM 500KV

LUAN VAN THAC SI

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

TP HCM, tháng 03/2015

CONG TRINH DUOC HOAN THANH TAI TRUONG DAI HOC CONG NGHE TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Võ Hoàng Duy

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

“Ghỉ rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội dong chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

TT Họ và tên Chức danh Hội đồng

1 | Tran Thu Ha Chủ tịch

2_ | Nguyễn Thanh Phuong Phản biện 1

4_ | Nguyễn Minh Tâm Ủy viên

5 | Pham Dinh Anh Khôi Uy vién, Thu ky

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

iii

TRUONG DH CONG NGHE TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH - ĐTSĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP HCM ngày 21 tháng 03 năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: LÊ BỬU TRỌNG Giới tính: Nam

I- Tén dé tài:

Tìm hiểu về cách sử dụng giao thức IEC 61850 trong lĩnh vực điều khiến và tự

động hóa, nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ thông điều khiển máy tính trạm 500kV

II- Nhiệm vụ và nội dung:

* Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEC 61850

- Tìm hiểu về cách sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 cho ứng dụng SCADA trong trạm

biến áp

- Tìm hiểu về cách sử dụng tiêu chuân IEC 61850 trong việc trao đổi thông tin có thời gian giới hạn

- Tìm hiểu về cách sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 trong cách kết nó]

- Tìm hiểu về cách sử dụng tiêu chuân IEC 61850 cho thiết kế hệ thống tự động hóa

trạm biến áp

- Tim hiểu về cách sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 trong việc thử nghiệm và kiểm tra đưa vào vận hành

- Tìm hiểu về cách sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 trong thời gian vận hành thiết bị

* Nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển máy tính trạm 500kV

Phú Lâm

- Tổng quan về giai pháp

- Hiện trạng thiết bị điều khiển bảo vệ

- Hệ thống điều khiển hiện hữu của trạm biến áp 500kV Phú Lâm

- Các giải pháp điều khiển bảo vệ thay mới phía 500kV tại trạm biến áp 500kV Phú

Lâm

III- Ngày giao nhiệm vụ: 18/8/2014

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:21/03/2015

V- Cán bộ hướng dẫn: Tiến sĩ Võ Hoàng Duy

CAN BO HUONG DAN KHOA QUAN LY CHUYEN NGANH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

CC LAL

Ve Ty Puy

iv

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bồ trong bắt kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan răng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguon goc

Tác giả luận văn

Lê Bửu Trọng

Vv

LOI CAM ON

Tôi xin bày tô lòng biét ơn sâu sắc và chân thành đến TS Võ Hoàng Duy - người

Thay da chi bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tôi rất tận tình trong suốt thời gian thực hiện

và hoàn thành luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giảm hiệu Trường Đại học Công Nghệ TP.HCM

cùng Quý Thầy Cô Khoa Điện - Điện Tử, Bộ môn Kỹ Thuật Điện đã tạo điều kiện để

tôi học tập và hoàn thành tot khoá học

Cuỗi cùng tôi chân thành cám ơn những người thân xung quanh, bạn bè cùng

khoá đã động viên, ủng hộ, chỉa sẻ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu và là chỗ dựa tỉnh

thân giúp tôi tập trung nghiên cứu và hoàn thành bản luận án của mình

Mặc dù tôi đã có nhiều cô găng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khôi những thiếu sót, rẫt mong nhận

được những đóng góp quý báu của quý thây cô và các bạn

TP.HCM, ngày 21 tháng 03 năm 2015

Học viên thực hiện

vi

TOM TAT

TÌM HIỂU VẺ CÁCH SỬ DỤNG GIAO THỨC IEC 61850 TRONG LĨNH

VỰC ĐIÊU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA, NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG

CAP HE THONG DIEU KHIEN MÁY TÍNH TRẠM 500KV

Hoc vién thuc hién: Lé Biru Trong

Cán bộ hướng dẫn: Võ Hoàng Duy

Luận văn được thực hiện nhằm nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ thống điều

khiến máy tính trạm 500kV theo giao thức IEC 61850

Vil

ABSTRACT

LEARN ABOUT USING THE TEC 61850 PROTOCOL IN THE FIELD OF CONTROL AND AUTOMATION, RESEARCH SOLUTION UPGRADE COMPUTER CONTROL SYSTEM 500KV STATION

Thesis is done for study solutions to upgrade the control system computer 500kV stations IEC 61850 protocol

1.4.1 _ Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEC 61850 5 1.4.2 Nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển máy tính trạm 5

500kV

1.7.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 9

Chương 2: Tìm hiểu về cách sử dụng giao thức IEC 61850 trong 11

lĩnh vực điều khiển và tự động hóa

2.5 Sử dụng IEC 61850 cho thiết kế hệ thống tự động hoá trạm biến áp 25

2.5.2 | Chỉ tiết kỹ thuật bởi người dùng 27

2.5.3 | Qui định về đặc tính kỹ thuật 28

2.5.4 | Từ đặc tính kỹ thuật đến thiết kế hệ thống là nhiệm vụ của người thiết | 29

kế hệ thống

2.5.5 _ | Sản phẩm và hệ thông kỹ thuật với những công cụ tương thích 29

vào vận hành

2.6.1 | Thí nghiệm chuẩn 31

2.6.2 | Thí nghiệm thi hành hệ thống 31

2.1 Sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 trong thời gian vận hành thiết bị 32

Chương 3: Nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiến 35

máy tính trạm 500kV Phú Lâm

3.1.2 | Mục tiêu chung thực hiện giải pháp nâng cấp hệ thông điều khiển bảo | 36

vệ cho phía 500kV của trạm biên áp 500kV Phú Lâm

3.1.3 | Sự cần thiết đưa ra giải pháp 37

3.1.4.1 | Phần điện nhị thứ 38 3.1.4.2 | Phần điện nhất thứ 39

3.1.4.3 | Phần thông tin liên lạc 39

x

3.2 Hiện trạng thiết bị điều khiển bảo vệ 39 3.2.1 | Sơ đồ nối điện chính và số lộ ra hiện hữu 39

3.2.2 | Các thiết bị nhất thứ hiện hữu cho điều khiển và bảo vệ 43

3.3 Hệ thống điều khiển hiện hữu của trạm biến áp 500kV Phú Lâm 48

3.3.2 | Hệ thống điều khiển phía 220kV, 110kV hiện hữu 49 3.3.3 ! Hệ thống điều khiển phía 15(22)kV hiện hữu 51

3.4 Các giải pháp điều khiển bảo vệ thay mới phía 500kV tại trạm biến áp | 53

500kV Phú Lâm

3.4.3 | Các yêu cầu chung vẻ kỹ thuật 60

3.4.3.2 | Nhiệm vụ của hệ thống tích hợp 62 3.4.3.3 | Cầu trúc logic hệ thống tích hợp 63

3.4.3.4 | Thiết kế hệ thống mở 64 3.4.3.5 | Trang bị các thiết bị chính 64

XI

3.4.8 Giải pháp về tổ chức thông tin 68

3.4.8.2 | Giải pháp về kỹ thuật 68 (3.4.8.3 Phối hợp bảo vệ rơle 69

70

Service Interface

3 | AM Amplitude modulation Điều biến theo biên độ

Information Interchange trao đôi thông tin

9 | CSMA/CD | Carrier Sense Multiple Access | Đa truy cập nhận biết sóng

hướng đôi tượng

operating for differential current

27 | ICS Integrated Control System Hệ thống điều khiên tích hợp

XII

Committee

Electronics Engineers

Specifician

khiên quá trình

Company

biên áp

59 | VT Voltage Transfomer May bién dién ap

XV

DANH MUC CAC HINH

TT |HINH DIÊN GIẢI Ghi cha

1 | Hinh 2.1 | Thông tin hàng dọc với giao diện nối cứng trong hệ

2 | Hình 2.2 | Kiểu đữ liệu phân cấp và cách đặt tên

3 | Hình 2.3 | Truyền thông tin trong hệ thống tự động hóa trạm

biến áp với giao điện kết nối cứng

4 | Hình 2.4 | Kết nối giữa bảo vệ khoảng cách và chức năng tự

đóng lại

5 | Hình 2.5 | Bảo vệ 50BF trong hệ thống hai thanh cái

6 | Hình 2.6 | Cách kết nối trong kiểu truyền dữ liệu nối tiếp

7 | Hình 2.7 | Các quy trình kỹ thuật sử dung tap tin SCL

8 ¡ Hình 2.8 | Cấu trúc của hệ thống điều khiển

9 | Hình 3.1 | Hệ thông điều khiển bảo vệ phía 500kV hiện hữu

10 Hình 3.2 | Sơ đồ đầu nối trạm 500kV vào lưới khu vực

11 | Hình 3.3 | Sơ đồ nối điện chính trạm 500kV Phú Lâm

12 | Hình 3.4 | Sơ đồ phương thức điều khiển và bảo vệ hiện hữu

13 | Hình 3.5 | Mặt ngoài và mặt trong tủ điều khiển-bảo vệ hiện hữu

14 | Hình 3.6 | Cấu hình hệ thống điều khiển bảo vệ tích hợp phía

hệ thống điện cần phải thay đổi Một trong những biện pháp thực hiện là tổ chức lại

hệ thống điều độ, xây dựng hệ thống SCADA và trạm không có người trực

Ngày nay, với mong muốn về việc phải kết hợp khả năng thông tin giữa tat cả các thiết bị điện tử thông minh (IEDs) trong trạm biến áp đã được công nhận rõ ràng, đó là khả năng cung cấp không chỉ thu thập dữ liệu và khả năng cài đặt, mà còn điều khiển từ xa Hơn nữa, nhiều IEDs có thé chia sẽ dữ liệu hoặc các lệnh điều khiến ở tốc độ cao để thực hiện các chức năng điều khiển và bảo vệ được chính xác hơn

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

hợp mạnh mẽ mà không phải dùng các bộ biến đổi giao thức Việc giới thiệu Tiêu

2

chuẩn IEC61850 và Cấu trúc truyền thông tiện ich (UCA - Utility Communications

Architecture) đã tạo ra điều có thê để tích hợp các thiết bị điện tử thông minh của

trạm thông qua việc tiêu chuẩn hóa Sử dụng thông tin truyền thông tốc độ cao được tiêu chuẩn hóa giữa các thiết bị điện tử thông minh

IEC61850 dựa trên yêu cầu và cơ hội về sự phát triển giao thức truyền thông tiêu chuân để cho phép khả năng tương tác của các thiết bị điện tử thông minh từ các nhà sản xuất khác nhau Các hệ thống tiện ích cũng yêu cầu khả năng liên kết

thay đổi của các thiết bị điện tử thông minh, đó là khả năng thay thế một thiết bị

được cung cấp bởi một nhà sản xuất này với một thiết bị được cung cấp bởi nhà sản xuất khác, mà không làm thay đổi các yêu tố khác trong hệ thống

IEC61850 làm cho việc sử dụng các tiêu chuẩn hiện có và các nguyên tắc

thông tin liên lạc được chấp nhận một cách phỏ biến, cho phép tự do trao đổi thông

tin giữa các thiết bị điện tử thông minh Xem xét các yêu cầu hoạt động từ bất kỳ

tiêu chuẩn truyền thông nào phải xem xét các chức năng hoạt động của trạm biến

áp Tuy nhiên, giao thức truyền thông theo tiêu chuẩn IEC 61850 tập trung vào việc: không phải tiêu chuẩn hóa các chức năng tham gia vào hoạt động của trạm biến áp, cũng không phải tiêu chuẩn hóa sự bố trí phân phối trong các hệ thống tự động hóa

của trạm biến áp IEC61850 xác định tất cả các chức năng được biết đến trong một

hệ thống tự động hóa trạm biến áp và chia chúng thành các chức năng phụ trợ hay còn gọi là các nút logic Một nút logic là một chức năng phụ năm trong một nút vật

lý trao đổi dữ liệu với các thực thể logic riêng biệt khác Trong IEC61§50, tat cả

các nút logic đã được nhóm lại theo khu vực ứng dụng chung nhất của chúng một văn bản mô tả ngắn về chức năng, một số chức năng của thiết bị nếu có thể áp dụng

và mối liên hệ giữa các nút logic và các chức năng IEC61850 tách riêng các ứng dụng thiết kế độc lập để chúng có thể giao tiếp bằng cách sử dụng các giao thức truyền thông khác nhau Điều này do thực tế là các nhà cung cấp và các hệ thông tiện ích đã duy trì các chức năng ứng đụng được tối ưu hóa để đáp ứng từng yêu cầu

cụ thể Do đó, IEC61850 cung cấp một giao diện trung lập giữa các đối tượng ứng

biện pháp quản lý chất lượng, và quản lý cấu hình Điều này là cần thiết vì khi các

hệ thống tiện ích đang có kế hoạch xây dựng một hệ thống tự động hóa trạm biến áp

với ý định kết hợp các thiết bị điện tử thông minh từ các nhà cung cấp khác nhau,

họ mong đợi không chỉ khả năng tương tác của các chức năng và các thiết bị mà

còn là một hệ thống xử lý đồng nhất

Đảm bảo chất lượng cho các chu kỳ tồn tại của hệ thông là một trong những

khía cạnh quan trong bao trim cla IEC61850, trong đó xác định trách nhiệm của

các nhà sản xuất rơle và các IEDs Các chỉ dẫn về điều kiện môi trường và các dịch

vụ phụ trợ với các khuyến nghị về sự liên quan của các yêu cầu cụ thể từ các tiêu chuẩn khác nhau và thông số kỹ thuật cũng được xác định IEC61850 hứa hẹn sẽ là một bước tiến lớn trong việc phát triển và được sự chấp nhận của các hệ thống tự động hóa trạm biến áp trên toàn thế giới Tiêu chuẩn này cuối cùng sẽ mang lại lợi ích thực sự để tự động hóa và tích hợp trạm

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

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, Tổng Công ty Truyền tải Điện Quốc quản lý vận hành rất nhiều

trạm biến áp và mạng lưới điện truyền tải rất lớn từ 220kV đến 500kV Trong đó,

nhiều trạm đã sử dụng công nghệ tự động hóa trạm (SAS)

Tuy nhiên hiện nay, các thiết bị đang sử dụng trên lưới có rất nhiều chủng loại, sản xuất từ các nước khác nhau và áp dụng các tiêu chuẩn khác nhau Mặc dù trong

5 năm trở lại đây, các đơn vị trong EVN đã từng bước thay thế dần các thiết bị lạc hậu, hết khâu hao chất lượng xuống cấp Các thiết bị lắp đặt mới hầu hết của các

hãng lớn có tên tuổi như SEL, ABB Siemens, Alstoms - AREVA v.v Tuy nhiên, vẫn còn một số thiết bị của Ấn Độ, ASEAN và các thiết bị này chưa đảm bảo an toàn trong vận hành Việc vận hành nhiều chủng loại thiết bị như vậy gây nên tình trạng khó khăn trong việc quản lý bảo dưỡng và duy tu, cũng như đảm bảo các dự phòng thiết yếu đề thay thế trong trường hợp hỏng hóc, sự cố

Việc thay thế dần các thiết bị lạc hậu diễn ra không đồng bộ, và ở nhiều nơi, tình trạng thiết bị không đồng bộ, tồn tại quá nhiều cấp điện áp trong cùng một

trạm Nhiên loại thiết bị sơ cấp, hai-ba hệ thống rơle bảo vệ và điều khiển cùng vận

hành song song đã gây nên không ít khó khăn, hậu quả cho việc quản lý vận hành lưới điện, chưa đáp ứng được yêu cầu cung cấp điện an toàn và đảm bảo chất lượng cho người tiêu dùng

Hiện nay việc ứng dụng công nghệ điều khiển tích hợp trạm biến áp (TBA) truyền tải và phân phối là xu hướng chung của thế giới nhằm giảm chỉ phí đầu tư, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) đã ban hành quy định kỹ thuật của hệ thống điều khiển tích hợp TBA, tuy nhiên vấn đề khó khăn

nhất là khả năng tương thích về tiêu chuẩn kết nối giữa các thiết bị của các hãng

khác nhau Để nâng cao tính cạnh tranh, thuận lợi cho quá trình mở rộng phát triển

hệ thống, tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850 được EVN lựa chọn cho các ứng dụng

cố nâng cao năng lực lưu trữ dữ liệu và quản lý vận hành, tăng năng lực vận hành

hệ thống bằng máy tính giảm số người vận hành Nâng cao độ tin cậy, giảm cắt điện

do hư hỏng hệ thống điều khiển bảo vệ Đó chính là đề tài cho các nhà nghiên cứu

và cấp thiết để các nhà nghiên cứu tiến hành nghiên cứu các giải pháp tối ưu để thực hiện

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Việc tìm hiểu, nghiên cứu cách sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 trong lĩnh vực

điều khiển và tự động hóa nhằm nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ thống tích hợp điêu khiển và bảo vệ trạm biến áp Tiêu chuẩn này bảo đảm sự tương tác cân thiết trong các trạm điện Điều mới thật sự của đề tài nghiên cứu này là tất cả các thiết bị điện tử thông minh (IED) sau khi được nâng cấp kết nối với hệ thống cũ sẽ “nói”

cùng một ngôn ngữ, bất kế nguồn gốc chế tạo của các thiết bị IED và trao đổi thông

tin với nhau mà không có bất cứ vấn dé gi

1.4.1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEC 61850

e Tổng quan vẻ tiêu chuẩn IEC 61850 — trong lĩnh vực điều khiển và tự động hoá

eTìm hiểu về cách sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 cho ứng dung SCADA

trong trạm biến áp

e Tìm hiểu về cách sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 trong việc trao đổi thông tin

có thời gian giới hạn

e Tìm hiểu về cách sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 trong cách kết nối

eTìm hiểu về cách sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 cho thiết kế hệ thống tự động hóa trạm biến áp

e Tìm hiểu về cách sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 trong việc thử nghiệm và

kiểm tra đưa vào vận hành

eTìm hiểu về cách sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 trong thời gian vận hành

e Giới thiệu vẻ hiện trạng và mục tiêu sự cần thiết thực hiện giải pháp

e Hệ thống điều khiển hiện hữu của trạm 500kV Phú Lâm

e Các giải pháp điều khiển bảo vệ thay mới phía 500kV Phú Lâm

Tông quan

Hệ thống tích hợp bao gồm các thành phần chính như sau:

- _ Giải pháp bộ xử lý chủ (trung tâm) tại trạm

- _ Giải pháp các giao diện của hệ thống liên lạc

- _ Giải pháp giao diện với người sử dụng

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

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

IEC 61850

- Tiến hành đề ra phương án thiết kế hợp lý giải pháp nâng cấp hệ thống điều

khiển máy tính trạm 500kV Phú Lâm

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

kể để phục vụ cho việc vận hành, bảo trì, lên kế hoạch Công nghệ mới cung cấp một số lựa chọn thay thé để thu thập, lưu trữ, và phân phối thông tin này một cách

hiệu quả và kinh tế Các kỹ sư vận hành hệ thống điện có khả năng giao tiếp và trích

xuất thông tin chính xác từ các thiết bị dùng kỹ thuật vi xử lý, thường được gọi là các IEDs Trong thập ký qua, những IEDs này thực hiện việc đo lường và phân tích

thiết bị của hệ thống điện dựa trên các thuật toán của nhà sản xuất cụ thẻ Việc tích

hợp và tự động hóa trạm biến áp là các công cụ quan trọng nhất sử dụng hiện nay để tích hợp các rơle và các IEDs khác nhau trong môi trường trạm biến áp, hình thành nên một hệ thông điều khiển và đo lường kinh tế để hỗ trợ cho các trạm biến ap về

các khía cạnh: giám sát, phân tích, và tự động hóa Các sơ đồ thông tin truyền thông

và các giao thức được thiết kế và phát triển thực thí cơ bản chiến lược này

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

dé xác định cấu trúc truyền thông tin của thế hệ các rơle và IEDs ké tiếp để điều khiển và giám sát trạm Thế hệ của tiêu chuẩn này sẽ khắc phục các hệ thống không tương thích phức tạp, không phù hợp, đảm bảo khả năng tương tác của các nhà cung cấp rơle và IEDs khác nhau

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

thê để tích hợp các IEDs và rơle của trạm thông qua việc tiêu chuẩn hóa Việc sử

dụng các tiêu chuẩn hiện hành và những nguyên tắc truyền thông thường được chấp nhận cùng với các tiêu chuẩn mới như IEC61850 và UCA cung cấp một cơ sở vững chắc cho khả năng tương tác giữa các IEDs trong trạm biến áp dẫn đến hệ thông bảo

vệ và điều khiến linh hoạt và mạnh mẽ hơn

Trên cơ sở công nghệ truyền thông hiện đại và cách tiếp cận mới về mô hình

đối tượng giám sát điều khiển cũng như cách thức trao đổi dữ liệu của các đối tượng

đó, tiêu chuẩn IEC61850 tạo ra khả năng tích hợp cao cho các hệ thống tự động hoá trạm biến áp, vấn đề không tương đồng giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau đần được giải quyết Với việc giảm tối đa các dây dẫn tín hiệu, tăng khả năng tương tác giữa các thiết bị, hệ thống sẽ trở nên linh hoạt và tin cậy, đồng thời giảm được giá thành thiết lập cũng như chi phí vận hành, bảo dưỡng Tuy nhiên để có thể ứng dụng hiệu quả tiêu chuẩn IEC61850 trong hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp, cách thức thiết kế cần có những thay đổi quan trọng đó là xây dựng cầu hình phần mềm trên cơ sở đặc điểm thiết bị và phương thức đo lường, điều khiến, bảo vệ của trạm.

1.7 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

Vấn đề truyền thông giữa các IEDs và giữa các IEDs với trung tâm điều khiển

sẽ rất quan trọng khi thực hiện các chức năng tự động hoá của trạm Rất nhiều các giao thức truyền thông được sử dụng trong việc giám sát điều khiển xa TBA, các giao thức phổ biến như Modbus, DNP3 và IEC60870 Nhưng các giao thức trên lại không có sự tương đồng (Interoperability) hoàn toàn khi được cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau, đồng thời hạn chế vẻ tốc độ xử lý nên việc xây dựng các ứng dụng tự động hoá trạm trên nền tảng các giao thức truyền thống khá khó khăn Vào

năm 1995 ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC) đã chấp thuận cần có một tiêu chuẩn

tổng quát hơn cho mạng thông tin và những hệ thống trong trạm Việc thiết lập tiêu chuẩn mới này là do các nhóm TC57 WG10, WG11 và WG12 phát triển thành Ba nhóm này được thành lập với các chuyên gia từ nhiều nước Với kinh nghiệm của IEC60870 của những nghỉ thức và công nghệ truyền thông đa chức năng 2.0 (UCA 2.0), kết quả của một dự án tương tự tại Mỹ Mục tiêu của sự nỗ lực này là để tạo ra một tiêu chuẩn cho những thiết bị điện tử thông minh (IEDs) từ những nhà sản xuất khác nhau có thể hoạt động cùng với nhau trong một hệ thống tự động hóa trạm Không phụ thuộc vào kích thước và nhu cầu thao tác của trạm Tiêu chuẩn bao gồm

cả điện áp cao và điện áp trung bình truyền dẫn và phân phối trong trạm Nó đủ tính linh hoạt trước sự thay đổi của hệ thống trong tương lai Ví dụ như thay đổi trong công nghệ truyền thông hoặc những chức năng tự động mới Cơ quan IEC và Electric Power Research Institute (UCA 2.0) cùng nhau đạt được một tiêu chuẩn

toàn cầu và đã được chấp nhận chính là IEC61850 “mạng thông tin và hệ thống

trong trạm” IEC61850 là tiêu chuẩn truyền thông quốc tế mới cho các ứng dụng tự động hoá trạm Tiêu chuẩn cho phép tích hợp tất cả các chức năng bảo vệ, điều khiển, đo lường và giám sát truyền thông của TBA, đồng thời nó có khả năng cung

cấp các ứng dụng bảo vệ và điều khiển phân tán, chức năng liên động và giám sát

phức tạp

Ngay nay, tiéu chuan IEC61850 dang tro thanh mét chu dé néng va mang tính cấp thiết để các nhà nghiên cứu trong nước và trên thế giới ra sức tìm tòi, nghiên cứu đề đáp ứng được tất cả các yêu cầu đặt ra

1.7.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay, các nhà sản xuất các thiết bị điện tử thông minh (IED) hàng đầu trên thể giới như : ABB, Toshiba, Siemens, AREVA, SEL đều đang nghiên cứu để

tích hợp tiêu chuẩn này vào trong các thiết bị IED của họ Đồng thời họ cũng đã cho

ra đời các hệ thống tích hợp cho hệ thống tự động hóa trạm sử dụng các thiết bị IED của họ theo IEC61850 Tuy nhiên các hệ thống này chỉ sử dụng các thiết bị của cùng một nhà sản xuất Các công trình tiêu biểu trên thế giới ứng dụng tiêu chuẩn IEC61850 như:

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

- Hệ thống trạm điện tự động IEC61850 — công ty điện lực Án Độ

IEEE/PES, An Do, Thang 9- 2008 Toshiba

- Hé thống tự động hoá trạm biến áp PACIS của AREVA hoạt động dựa

trên thiết bị điều khiển mức ngăn C264

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

1.7.2 Tình hình nghiền cứu trong nước

Hiện nay do tập đoàn Điện Lực Việt Nam (EVN) yêu cầu các trạm biến ap muén đóng điện vận hành thi trạm phải có hệ thống SCADA Hệ thống SCADA

được yêu cầu sử dụng và kết nối các thiết bị IED theo IEC 61850 Tuy nhiên số

trạm biến áp tại Việt Nam hiện nay áp dụng tiêu chuẩn này vẫn chưa nhiều Nếu có

thì cũng là thiết bị của cùng một nhà sản xuất Qua đó cho thấy việc nghiên cứu kết

nối các thiết bị IED của các nhà sản xuất khác nhau để lấy các tín hiệu phục vụ cho việc giám sát và điều khiển trạm biến áp là cần thiết ở Việt Nam hiện nay

Một số trạm biếp áp ở Công ty Truyền tải Điện 4 đang sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850:

10

- Tram bién áp 500kV Sông Mây, Cầu Bông, Ô Môn, Tân Định (giai đoạn 2), Phú Lâm (phía 220kV); Trạm biến áp 220kV Bình Long, Xuân Lộc, Tân Thành,

Tao Đàn Bến Tre, Cao Lãnh, Thốt Nốt, Kiên Bình, Bạc Liêu, Vĩnh Long, Mỹ

Phước (giai đoạn 2) sử dụng hệ thống Computerize tích hợp thiết bị của nhà sản

xuất SEL theo IEC 61850

- Trạm biến áp 220kV Long An, Thuận An, Châu Đốc sử dụng hệ thống

SCADA tích hợp thiết bị của nhà sản xuất AREVA theo IEC 61850

- Trạm biến áp 220kV Bình Chánh, Trãng Bàng, Sóc Trăng, ), Cà Mau (giai đoạn 2) sử dụng hệ thông SCADA tích hợp thiết bị của nhà sản xuất SIEMENS theo IEC 61850

- Trạm biến áp 220kV Trà Vinh, Uyên Hưng sử dụng hệ thống SAS tích hợp

thiết bị của nhà sản xuất Toshiba theo IEC 61850

- Hiện nay, Công ty Truyền tải Điện 4 đang giai đoạn thử nghiệm trung tâm

giám sát, điều khiển xa được kết nối đến hai trạm 220kV Bến Tre 2 và Mỹ Phước

và triển khai dự án trạm biến áp không người trực gồm 4 trung tâm điều khiển xa: Trung tâm điều khiển xa 1 (Truyền tải điện Miền Đông 1 có 2 trạm 500kV và 7 trạm 220kV); Trung tâm điều khiển xa 2 (Truyền tải điện Miền Đông 2 có 3 trạm

500kV và 17 trạm 220kV); Trung tâm điều khiển xa 3 (Truyền tải điện Miền Tây có

3 trạm 500kV và 19 trạm 220kV); Trung tâm điều khiển xa 4 (Truyền tải điện Cao

Nguyên có 2 trạm 500kV và 2 trạm 220kV) sử dụng hệ thống kết nối tích hợp theo IEC 61850

1]

Chuong 2

TIM HIEU VE CACH SU DUNG GIAO THUC IEC 61850

TRONG LINH VUC DIEU KHIEN VA TU DONG HOA 2.1 Tổng quan về tiêu chuẩn IEC 61850 - trong lĩnh vực điều khiến và tự động hoá

Ngày nay việc ứng dụng kỹ thuật số trong lĩnh vực bảo vệ và tự động hóa đã cung cấp các thiết bị đa chức năng với hình thức thông tin nối tiếp Việc sử dụng lối thông tin nối tiếp cách đây vài năm là kết quả của việc ứng dụng các giao thức độc quyền cho việc thông tin của các thiết bị điều khiến và bảo vệ điện tử thông minh được lắp đặt tại trạm biến áp

Dĩ nhiên, một vài tiêu chuẩn IEC đã được đưa ra trước đó Một vài tiêu

chuẩn hóa quan trọng về việc truyền thông giữa trạm và trung tâm điều khiển từ xa (IEC 60870- 5- 101/ 104 Một tiêu chuẩn khác định nghĩa về giao thức cho việc truyền thông với các thiết bị bảo vệ (IEC 60870- 5- 103) Hai giao thức này được người sử dụng chấp nhận với sự thống nhất cao Tuy nhiên, ở một vài khía cạnh,

tiêu chuẩn IEC 60870- 5- 103 đã bộc lộ các giới hạn của nó trong lĩnh vực thiết kế:

việc thiết kế giao thức chủ tớ (master, slaver) bi hạn chế một vài chức năng bảo vệ

và một số dữ liệu liên quan được tiêu chuẩn hóa

Người sử dụng yêu cầu một giao thức mở cho tất cả chức năng như bảo vệ,

điều khiển và giám sát ít nhất là nội bộ trạm biến áp Mở ở đây có nghĩa là khách

hàng có thể mở rộng (trạm) mà không phải phụ thuộc vào nhà chế tạo đã cung cấp

các phần thiết bị trước đây Có nghĩa là phần thiết bị thứ ba có thể thích hợp dễ

dàng vào hệ thống của nhà cung cấp khác

Tiêu chuẩn yêu cầu như sau:

e Bao gom tat cả về thông tin (chuyên đổi dữ liệu) bên trong trạm

e Dam bao kha năng nội tại giữa các chức năng hiện hữu của trạm biến áp (như

là điều kiện tiên quyết để thay thé lẫn nhau).

12

® Hỗ trợ tất cả các kiểu cấu trúc được dùng như là các phần tử được tập trung

kiểm soát tại các thiết bị đầu cuối (RTU: Remote terminal unit) và phân tán

các phần tử như đã ứng dụng trong việc phát triển đây đủ hệ thống tự động hóa trạm

e Phải được kiểm chứng trong tương lai, như là tương thích được (đáp ứng được) sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin trong sự tiến hóa chậm chạp của việc ứng dụng trong lĩnh vực hệ thống điện

Đây là những mục tiêu đầy tham vọng bởi vì tất cả các chức năng cần thiết trong trạm biến áp phải được kiểm tra kỹ lưỡng về khuynh hướng thông tin và các yêu cầu của hệ thống

Kết quả của tiêu chuẩn IEC 61850 hiện nay đã hoàn thiện nhưng một nhóm liên kết của người sử dụng, các biên tập viên và các thành viên của nhóm làm việc IEC đang thu thập kinh nghiệm trong việc sử dụng tiêu chuẩn này, chỉ ra các điểm cân phải gạn lọc và các phạm vi cần mở rộng để đáp ứng được yêu cầu Thành quả

sẽ cần một thời gian ngắn để chỉnh sửa và một thời gian dài để kiểm duyệt

Một thách thức là phạm vi toàn điện của tiêu chuẩn bao gồm các hình thức và

chức năng, thông tin, thiết kế và các thử nghiệm thích hợp Đối với hệ thống trạm

biến áp tự động hóa, những giải pháp đầu tiên đã được thực hiện và các kinh

nghiệm sẽ rút ra trong thời gian gần nhất

Việc cân nhắc tất cả các chỉ tiết hoạt động khác nhau liên quan đến bảo vệ và

điều khiển bên trong các trạm biến áp rất quan trọng để hình thành sự hiểu biết rõ

ràng về các công việc cho tới nay đã được giải quyết như thế nào và chúng nên được giải quyết ra sao khi dựa vào khả năng của tiêu chuẩn Mục đích của tài liệu này là làm cho dễ hiểu và khai thác các sự hỗ trợ của nó đem lại Như vậy sẽ từng bước định hướng đến sự chọn lựa bao gồm:

e Ứng dụng về SCADA trong trạm

e Thời gian tới hạn trong việc trao đổi thong tin

® Sự liên kết của việc xử ly so cap.

2.2 Sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 cho ứng dụng SCADA

2.2.1 Nhiệm vụ:

Giám sát điều khiến và thu thập dữ liệu (SCADA) là một trong những nhiệm

vụ cơ bản của hệ thống tự động hóa trạm bao gồm:

e Vận hành tại chỗ và từ xa các máy cắt điện và các thiết bị cao thế khác

e Thu thập thông tin về máy cắt và các thông số đo lường của hệ thống điện

® Thu thập và trình bày các dữ kiện và các trạng thái sự cố

Ứng dụng SCADA liên hệ đến sự điều hành của con người trong lưới điện và

được thực hiện bởi điều hành viên tại chỗ hay từ xa Dữ liệu thông tin trong ứng dụng này là thông tin được đọc trực tiếp, có nghĩa là từ một mức điều khiển cao hơn

xuống mức thấp hơn (các lệnh điều khiển qui định theo nơi chốn của người điều

hành: trạm, trung tâm, A2 ) hoặc là tín hiệu phản hồi (tín hiệu trạng thái thiết bị,

tín hiệu đo lường từ các thiết bị đo đếm, cảm biến, dữ kiện, báo động v.v ) có thể thấy rõ hơn ở hình (2.1) nó cho phép vận hành và giám sát hệ thống điện.

Dữ liệu cung cấp dựa trên yêu cầu của server hay được cung cấp một cách tự động bởi một tín hiệu từ server khi thỏa mãn một điều kiện nào đó đã được lập trình Đơn

vị client ở đây thông thường là một máy tính thay cho nơi làm việc của điều hành vién, client có thể gởi các lệnh tới server dé thay đổi tín hiệu nhằm mục đích:

trong server (chăng hạn thay đổi các thông số cài đặt, các giá trị ngưỡng của các dữ liệu tương tự, kích hoạt hoặc bỏ kích hoạt các chức năng nào do v.v )

Trong hệ thống thông tin dưới hình thức client- server, đơn vị client kiểm soát việc trao đổi đữ liệu Bởi vậy hình thức thông tin client- server rất linh hoạt trong việc chuyền đổi dữ liệu So với hình thức master- slaver (chủ - tớ), khái niệm client- server cho phép kết nối thêm nhiều client trong cùng một hệ thống (ở hình 1

15

cho thay ca Gateway va HMI Ia cdc client) Lối thông tin client- server dựa và mô

hình tác vụ 7 lớp [(mô hình OSI)] đùng một lớp chuyên đổi dữ liệu Kết quả là việc chuyên đổi dữ liệu rất đảm bảo nhưng tương đối tốn nhiều thời gian Như vậy lối

thông tin client — server không thích hợp trong việc chuyền đổi dữ liệu có giới hạn thời gian nhưng rất tốt cho việc thông tin của một điều hành viên cần có một dữ liệu báo cáo trong vòng ] giây

IEC 61850 không chỉ riêng biệt là phương pháp chuyển đổi đữ liệu Nó định

nghĩa rất rõ đữ liệu xử lý của server Với mục đích đó IEC 61850 dùng một cơ cầu hướng đối tượng với Logical Nodes (LN) như là đối tượng nồng cốt Một Logical Node là một nhóm chức năng của dữ liệu và đại diện cho chức năng nhỏ nhất mà có

thé thi hành một cách độc lập trong thiết bị Ví dụ tất cả các dữ liệu về máy cắt được

chữa đựng trong LN (Logical Node) XCBR hay tất cá các dữ liệu của một bảo vệ

quá dòng có thời gian được chứa trong Logical Nodes PTOC Như vậy kỹ sư điều

hành hoặc kỹ sư mạch nhị thứ nhận biết đễ dàng những đối tượng mà họ làm việc hằng ngày

Mức ở trong các khung ở hình 2.2 Tắt cả LN thì có dữ liệu, và tất cả dữ liệu

có thuộc tính Ví dụ, LN class XCBR (QO- XCBR) có dữ liệu là POS với một thuộc tính stVal chỉ ra vị trí (giá trị theo 2 diém off, on va trang thái lưng chừng, trạng thái không xác định) và một thuộc tính nữa là cf[Val cho lệnh mở và đóng (giá trị off; on) Logical Node, data và astribute bao gồm tên gọi và sự giải thích về ý nghĩa

được định nghĩa bởi tiêu chuẩn

Các Logical Node được hợp thành nhóm trong Logical Device Ví dụ: Logical devices Tampa - protection bao ham hai ving bao vé khoang cach dung méi logical Node PDIS cho méi ving (Pdis 1 va PDis 2 ở hình 2.2) Bang cach kich hoạt hay không kích hoạt một Logical device, điều này dẫn đến có thể làm hoạt động hay không hoạt động các nhóm Logical Node chứa đựng trong Logical Device

Logical Device được thi hành bởi các thiết bị vật lý (TIEDS) Có các thông tin thực sự cần thiết không chỉ về Logical Node, Logical Device mà còn một cách đầy

Hình 2.2- Kiểu đữ liệu phân cấp và cách đặt tên

Một hình thức quan trọng của đữ liệu là tính định nghĩa chính xác của dữ liệu Theo IEC 61850 tên gọi được thiết lập dựa trên sự liên hệ của các phần tử riêng lẽ của kiểu dữ liệu có phân cap: Logical device, Logical Node, data va data astribute Vi du, dé biéu thi trang thai máy cắt Q0 của | bay (ngan 16) Tampa: Tampa — control/Q0- XCBR pos stVval (hinh 2.2)

Để truy cập dữ liệu, nhiều công cụ đã được chuẩn hóa như từng phần của khaí niệm Client- Sever Bên cạnh các phục vụ cơ bản để truy cập các kiểu dữ liệu (đọc hay ghi dữ liệu) nhiều phục vụ phức tạp hơn cũng được định nghĩa Chang han

đối với ứng dụng SCADA, khuynh hướng chuyển đổi dữ liệu là chủ yếu đối với

IEC 61850 tác vụ báo cáo được định nghĩa cho mục đích trên (chuyên đổi dữ liệu).

17

Tác vụ báo cáo không truy xuất các data riéng 1é nhung 1A timg nhom data goi là data set

Chỉ tiết của dữ liệu được truyền được (định nghĩa) chỉ ra ở cấu hình khối dữ

liệu report Một sự kiện gây ra một tín hiệu có thể làm thay đổi một giá trị nhị phân,

dự đoán trước một giới hạn về cảnh báo hay kết thúc một chu kỳ thời gian Dựa trên

cầu hình của khối report và các dataset liên quan, những report được gởi đến client Bao gồm thời điểm, thời gian của dự kiến như là một phần của dataset, từ đây sẽ tạo nên một danh sách về sự kiện (even list) Với mục đích này, các IED được đồng bộ thời gian đến độ chính xác lms

2.2.3 Ứng dụng:

Một ứng dụng tiêu biểu của SCADA là tạo một alarm list và event list Ngày nay các đữ liệu chứa đựng các alarm list và các even list được chỉ rõ thông qua các signal list Theo IEC 61850, các dataset được dùng cùng với các báo cáo (report service) cho mục đích trên Ví dụ một tác vụ có thể chỉ ra một dataset cho mỗi IED

mà chứa đựng tất cả dữ liệu về alarm list

NCC gateway (gateway của trung tâm điều khiển quốc gia — National Control Center) cung cap giao diện từ NCC đến trạm Nó có hai tác vụ chính:

e Giao thức và chuyển đổi dữ liệu cho thích ứng

e Thu thập dữ liệu

Đối với việc thu thập đữ liệu NCC gateway là một client trong hệ thống trạm tự động hóa theo tiêu chuẩn IEC 61850 Dữ liệu được thu nhập phù hợp với kiểu report Dataset được dùng trong trường hợp này phù hợp với signal list truyền thống đề thê hiện thông tin từ trạm được chuyển đổi đến NCC

thời gian giới hạn

2.3.1 Nhiệm vụ:

18

Có nhiều chức năng tự động trong hệ thống trạm biến áp tự động hóa có yêu cầu giới hạn thời gian trong việc chuyển đổi các dữ liệu nhị phân giữa các chức năng trong cùng một ngăn lộ hay khác ngăn lộ

Vị dụ:

(50BF)

Một cách tiêu biểu, những chức năng này con người (điều hành viên) không thê can thiệp trực tiếp và thời gian giới hạn rất ngắn Chúng phải được giới hạn về

thời gian bởi vì chúng cũng có ngưỡng an toàn Sự chuyển đổi thông tin được chấp nhận trong vòng vài ms

Nếu việc trao đổi thông tin từ các IED khác nhau, thông tin trao đổi có thé được dùng dây dẫn (dây đồng) nối các tiếp điểm và các relay phụ hay là dùng lối thông tin nối tiếp Thông tin được trao đổi theo cách này là thông tin giữa các thiết

bị cùng một bậc (level) ( Hình 2.3)

Về mặt lý thuyết, thông tin trao đối có thể sử dụng cấu hình Client- server Như thế thông tin theo tiêu chuẩn Client- Server được dùng hết 7 lớp tác vụ (mô

hình OSI) và như vậy thì tốn thời gian

Một khái niệm truyền đữ liệu thích hợp được dùng là Publisher-Subcriser Publisher phân phối thông tin lên trên toàn hệ thống (mạng lưới thông tin), các subcriser có thể nhận thông tin theo nhu cầu Đối với IEC 61850 kiểu thông tin Publisher- Subcriser không được dùng chính thức, nó chỉ dùng để giảm đi thời gian đòi hỏi của một tác vụ truyền tin trong một thời gian truyền rất ngắn

19

HMI, Station controller Control Center

Khái niệm Logical Node đã được giới thiệu ở mục 2.2.2 Có thể cho một ví

dụ, để trao đổi dữ liệu giữa bảo vệ và chức năng chống hư hỏng máy cắt (50BF),

các logical node sau đây được bao gồm:

tạo nên các binary output (Sfar và Trip output của các relay như là các relay bảo vệ ngăn lộ chăng hạn)

Thông tin trao đôi giữa những logical Node này cũng được chuẩn hóa như dữ liệu (data) Data là một phần của logical node là nguồn dữ liệu trao đổi Ví dụ Logical Node PTRC có data Tr với thuộc tính General đại điện cho tín hiệu xuất trip ngõ ra của bảo vệ ở chức năng General Trip Tín hiệu này không chỉ được dùng

để tác động máy cắt mà còn dùng kích khởi các chức năng như là 50BE (hình 2.4

và 2.5).

20

Dé trao đổi đữ liệu kiểu nay (binary) theo cach néi tiép (serial) IEC 61850

giới thiệu một hình thức (đặc biệt) chỉ tiết goi la GOOSE (General Object Oriented Substation Event) dua trén nén tảng của khaí niệm Publisher- Subcriser Dữ liệu chứa đựng trong thông điệp GOOSE được định nghĩa với một dataset (tương tự như kiêu report đã được nói ở trên) Goose mesage (mẫu tin Goose) được gởi đi như một mẫu tin tổng hợp (nhiều tin, nhiều yêu cầu trong một mẫu tin ) lên mạng lưới truyền tin Có nghĩa là nhiều thiết bị có thể nhận mâu tin và lẫy ra các yêu cầu từ mẫu tin Việc phát mẫu tin trên mạng không có tính cách có định mà được lập lại nhiều lần

Ví dụ đối với chức năng Breaker failure, một mẫu tin Goose (Goose mesage) được cấu hình trong relay bảo vệ phải chứa đựng ít nhat data attribute PTRC Tr.general Ngay hic PTRC.Tr.general thay déi gia tri sang TRUE, mau tin Goose

sẽ được gởi Thiết bị thi hành chức năng Breaker failure nhận được mẫu tin này và nhận ra PTRC.Tr.general đã thay đi giá trị sang TRUE một mẫu tin nữa cũng sẽ được gởi khi giá trị trở về False

2.3.3 Ứng dụng:

Về cơ bản, có hai kiểu ứng dụng tùy thuộc vào sự trao đổi thông tin giữa các thiết bị trong ngăn hay giữa các thiết bị trong các ngăn khác nhau

Sự trao đỗi thông tin trong cùng một bay (ngăn lộ):

Một dạng trao đổi thông tin tiêu biểu giữa Logical Device “Distance protection” chira đựng trường hợp của Logical Node PDis trong mỗi line (vùng, vd: vung 1, vung 2, ving 3) va Logical Node PTRC — Protection Trip Conditionning (va Logical Device “Reclose” chtra dung logical Node RREC — Related Reclose) trong trường hợp cả hai chức năng này được cài đặt trong hai thiết bị riêng biệt

(hình 2.4).

Sự trao đổi thông tin giữa các ngăn lộ:

Thông tin trao đổi giữa Protection device và breaker failure thường khởi

động chức năng breaker failure được dùng như một thí dụ để giải thích về kiểu như

ví dụ ở mục 2.3.2 Trong trường hợp các máy cắt liên quan không mở, chức năng 50BF sẽ retrip (RBRF/Opln) và nếu không thành công sẽ gởi tín hiệu đi trip các máy cắt liên quan Tác vụ này được thực hiện với data RBRF.OpEX

HUTECH LIBRARY 4- 6313

ReRFanows LO "Breaker Failure Protection" rc

“Bay protection” (PTRC.Op) Tiéu chuẩn cho bảo vệ 50BF là tiêu biểu về dong (RBRF Fail Mod = current) voi sy cai dat RBRF.Det ValA Đầu tiên, chức năng

breaker failure sẽ gởi một lệnh retrip đến máy cắt (RBRF/Opln) Sau một thời gian

qui định đã được cài đặt (RBRF.SPTr Tmms cho cắt 1 pha; RBRF TPTrTmms cho cắt 3 pha) Nếu máy cắt không mở trước khi thời gian trì hoãn lần thứ 2 (RBRF.FailTmms) trôi qua, chức năng Breaker F'ailure sẽ khởi động một số tín hiệu trip gởi ra bên ngoài (RBRF.OpEx) Tín hiệu trip này được gởi đi đến các máy cắt

liên hệ tùy thuộc vào sơ đồ vận hành trạm (sơ đồ kết nối thanh cái) hiện tại Tác vụ

này được thi hành băng hai relay phụ Theo IEC 61850, hai trường hợp của Logical Node PTRC được dùng cho kiểu này Một mẫu tin Goose chứa đựng data

PTRCI.Op và PTRC2.Op được phân phối tới tất cả các ngăn lộ khác

2.4 Sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 trong cách kết nối

2.4.1 Nhiệm vụ:

Thông tin trao đổi có thể dùng cáp đồng (ví dụ: mạch dòng, mạch áp từ các

biến dong, bién áp) hay là kiểu thông tin nối tiếp (hình 2.6)

Router

Hình 2.6 - Cách kết nối trong kiểu truyền dữ liệu nối tiếp

Để truyền đữ liệu về dạng sóng dòng, áp IEC 61850 dùng chuẩn thông tin nối tiếp, IEC 61850 định nghĩa tác vụ về việc truyền tín hiệu lây mẫu Tắt cả những

thông tin khác khi trao đổi dùng cả kiểu client — Server như mô tả ở phan 2 cho ứng

dung SCADA va mau tin GOOSE được mô tả ở phần 3 cho thời gian giới hạn

chang han như tín hiệu từ relay bảo vệ đến máy cắt

2.4.2 Kiểu:

Khái niệm Logical Node như một nhóm thông tin chức năng được giới thiệu

ở mục 2.2.2 Có một nhóm Logical Node đại diện cho kiểu dữ liệu (Data model) của thiết bị cao thế như là:

¢ XCBR: dé chi mét may cat

e XSWI: dé chi cdc thiết bị đóng cắt khác

e TCTR; dé chỉ biến dòng một pha

e© TVTR: để chỉ biến áp một pha

Logical Node XCBR và XSWI bao gồm dữ liệu (data) Pos với thuộc tính stVal để chỉ ra thông tin về vị trí và một thuộc tính nữa là ctVal để thi hành lệnh mở

hay đóng (hình 2.2) Dữ liệu thêm vào để tạo kiểu rõ ràng hơn cho thông tin về

trạng thái như khả năng vận hành của máy cắt (năng lượng tích trữ lò xo, chu trình O- C- O) Đối với ứng dụng SCADA những Logical Node này và các dữ liệu của chúng được truy cập qua lồi thông tin Client- Sever

Logical Node TVTR và TCTR bao gồm dữ liệu về điện áp, dòng điện (Vol

và Amp) Các dữ liệu này trình bày giá trị lấy mẫu của dạng sóng điện áp và dòng điện Đề trao đổi dạng sóng dòng điện và điện áp trong lối thông tin nối tiếp (serial communication), một loạt những tín hiệu lẫy mẫu này cần được truyền đi

Một hình thức quan trọng khi lấy mẫu các giá trị trong hệ thống điện là sự liên quan đến góc pha giữa các tín hiệu đo lường khác nhau, điển hình như giữa dòng và áp IEC 61850 dùng khái niệm lấy mẫu đồng bộ tất cả các don vi lay mau được đồng bộ toàn cầu với yêu cầu chính xác, các mẫu được lấy cùng thời điểm

Mỗi mẫu được định nghĩa bằng một con số có bao hàm yếu tố thời gian Phương

pháp này có thể giải quyết được với nhiều thông tin mà chắc chắn khi truyền có thời gian trì hoãn trong mạng lưới thông tín

Mẫu tin với giá trị được lay mau duoc truyén đi như là một mẫu tin phát tán

Có nghĩa là những thông điệp như vậy có thể nhận bởi nhiều thiết bị trong mạng lưới Tương tự như mẫu tin GOOSE chứa đựng các dữ liệu được định nghĩa bởi dataset

2.4.3 Ứng dụng:

Một ứng dụng tiêu biểu cho phương pháp kết nối là thông tin trao đổi giữa các MBT, relay bảo vệ và máy cắt Các dữ liệu chuyển đổi này đều có thời gian giới

25

han qui định Nó có tác động trực tiếp đến yếu tố thời gian thực của các chức năng bảo vệ Thời gian trì hoãn (delay time) trong tác vụ truyền đữ liệu được qui định khoảng 3s (IEC61850 — 7- 3)

Dạng sóng dòng điện và điện áp và được truyền đi trong mạng lưới thông tin

là một chuỗi các tín hiệu được lấy mẫu như đã đề cập 6 phan 2.4.2 Để đáp ứng đầy

đủ yêu cầu của bảo vệ sự đồng bộ các tín hiệu được lay mẫu phải được chính xác trong giới hạn 1+ 44s (chăng hạn như pha của các dòng điện trong bảo vệ so lệch, pha giữa dòng và áp để tính khoảng cách trong bảo vệ khoảng cách) Để đạt được

sự đồng bộ chính xác theo yêu cầu như vậy cần phải có một mạng được thiết kế

chuyên biệt về đồng bộ

Để đơn giản hóa việc đồng bộ các tín hiệu được lấy mẫu từ các pha, các

TCTRs và TVTRs liên hệ có thể thực hiện một Logical Device chung gọi là Merging Unit (MU) Mot hay nhiều Logical device này được thực hiện trong một

thiết bị đôi khi cũng được gọi là Merging Unit

Tín hiệu lấy mẫu được dùng như dòng điện, điện áp ngõ vào chẳng hạn cho

relay bao vé Tin hiéu trong tủ bảo vệ đến máy cắt, IED (XCBR.Pos.ctl) có thé

truyền trên cùng một mạng dùng khái nệm GOOSE như đã trình bày ở mục 2.3.2

Một ví dụ lý thú nữa là chức năng kiểm tra đồng bộ Trong trường hợp đóng lại (tự động hoặc băng tay) một chức năng kiểm tra đồng bộ rất là cần thiết và hữu ích để kiểm tra nếu cả hai tín hiệu điện áp (một ở Line và một ở Bus) gần giống hệt nhau (độ lớn, góc pha, tần số) thì cho phép đóng khoá hoà điện Điện áp thanh cái thông thường không sẵn sàng cho các ngăn lộ ngoại trừ trong một vùng của thanh cái sẽ được nối đến đường dây Điện áp vùng thanh cái này có thể được lấy từ máy biến thế tương ứng và được đưa đến các thiết bị có chức năng kiểm tra đồng bộ Trong hệ thống str dung IEC 61850 thi điện áp lấy mẫu được gởi qua kết nối nối

tiếp (serial) tới các thiết bị kiêm tra đồng bộ được đặt tại các đường dây, ngăn lộ nơi

thường có hệ thống tự đóng lại

2.5 Sir dung IEC 61850 cho thiết kế hệ thống tự động hoá trạm biến áp.