Áp dụng tiêu chuẩn iec 61850 cho trạm biến áp không người trực trong tương lai ở việt nam

Do đó, một vấn đề đặt ra là sự kết nối giữa các thiết bị trong trạm 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, t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

CHÂU TẤN TÀI

ÁP DỤNG TIÊU CHUẨN IEC 61850 CHO TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƯỜI TRỰC

TRONG TƯƠNG LAI Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số : 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học :TS.Nguyễn Văn Liêm

Cán bộ chấm nhận xét 1 :TS.Phạm Đình Anh Khôi

Cán bộ chấm nhận xét 2 :PGS.TS.Trương Việt Anh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 16 tháng 07 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 TS.Lê Kỷ

2 PGS.TS.Trương Việt Anh

3 TS.Phạm Đình Anh Khôi

4 TS.Trần Hoàng Lĩnh

5 TS.Huỳnh Quang Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Châu Tấn Tài MSHV: 7140427

Ngày, tháng, năm sinh: 17/11/1978 Nơi sinh: Long An

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 60520202

I TÊN ĐỀ TÀI: Áp Dụng Tiêu Chuẩn IEC 61850 Cho Trạm Biến Áp Không Người Trực Trong Tương Lai Ở Việt Nam

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm hiểu tiêu chuẩn IEC 61850, đề xuất giải pháp cải tạo trạm 220kV Tao Đàn thành trạm không người trực theo IEC 61850 Đánh giá hiệu quả kinh tế, tài chính cho giải pháp đầu tư cải tạo Ứng dụng giao thức IEC 61850 để giao tiếp máy tính với thiết bị IED (rơle) dùng phần mềm Digsi

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/01/2016

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2016

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS.NGUYỄN VĂN LIÊM

Tp HCM, ngày tháng năm 20

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….………

(Họ tên và chữ ký)

Lời Cảm Ơn

Trước tiên, Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến tất cả thầy cô trường đại học Bách Khoa đã truyền đạt cho tôi kiến thức trong quá trình học tập tại trường

Hơn nữa, tôi xin ghi nhận sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Liêm giúp hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, Xin gởi lời chúc sức khỏe đến gia đình và bạn bè đã cổ vũ cho tôi có niềm tin trong học tập

TÓM TẮT

Tìm hiểu tiêu chuẩn IEC 61850 và ứng dụng xây dựng trạm biến áp không người trực theo tiêu chuẩn này Luận văn trình bày giải pháp mạng truyền thông ứng dụng cho trung tâm điều khiển từ

xa và trạm biến áp không người trực Giải pháp cải tạo trạm 220kV Tao Đàn thành trạm không người trực Đánh giá hiệu quả kinh tế tài chính cho giải pháp này, ứng dụng giao thức IEC 61850 để giao tiếp máy tính với thiết bị IED (relay) dùng phần mềm Digsi

Học viên: Châu Tấn Tài Page i

MỤC LỤC Trang

Chương 1: Giới thiệu chung

1.1 Lý do chọn đề tài…….……… 1

1.2 Mục tiêu và các nội dung nghiên cứu của đề tài .……….2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ……….2

1.4 Phương pháp nghiên cứu……… 2

1.5 Cấu trúc luận văn……… 2

Chương 2: Giới thiệu các tiêu chuẩn truyền dữ liệu phổ biến 2.1 Tiêu chuẩn IEC 60870……….4

2.2 Tiêu chuẩn DNP3.0……….4

2.3 Tiêu chuẩn UCA2.0……….4

2.4 Tiêu chuẩn IEEE 1525……….5

2.5 Tiêu chuẩn IEC 870-5-101……… 5

2.6 Tiêu chuẩn IEC 61850……….5

Chương 3: Giới thiệu tiêu chuẩn IEC 61850 3.1 IEC 61850-1: Giới thiệu tổng quát……… 7

3.2 IEC 61850-2: Thuật ngữ……… 8

3.3 IEC 61850-3: Các yêu cầu chung………10

3.4 IEC 61850-4: Quản lý dự án và hệ thống………10

3.5 IEC 61850-5: Yêu cầu về trao đổi thông tin cho các chức năng và mô hình thiết bị……… 11

3.6 IEC 61850-6: Ngôn ngữ mô tả và cấu hình trao đổi thông tin 15

3.7 IEC 61850-7:Cấu trúc truyền thông cơ bản và thiết bị trung gian trong trạm biến áp……… 17

3.8 IEC 61850-8: Cách xác định các dữ liệu cần đáp ứng nhanh về thời gian để có thể trao đổi thông qua mạng cục bộ bằng các ánh xạ ACSI qua phương tiện MMS ……… 40

3.9 IEC 61850-9-1: giới thiệu các ánh xạ của dịch vụ truyền thông cho quá trình truyền các giá trị mẫu……… 41

3.10 IEC 61850-9-2: Định nghĩa SCSM trong truyền các giá trị

Học viên: Châu Tấn Tài Page ii

mẫu theo đặc tính truyền thông IEC 61850……… 41

3.11 IEC 61850-10: Kiểm tra để xác định các tiêu chuẩn tự động hóa cho những trạm được đảm bảo thực hiện đúng tiêu chuẩn IEC 61850……… 42

Chương 4: Tổng quan về hệ thống điều khiển trong trạm biến áp 4.1.Hệ thống điều khiển kiểu truyền thống…… ……… 44

4.2.Hệ thống điều khiển tích hợp theo tiêu chuẩn IEC 61850…… 46

Chương 5: Cải tạo trạm biến áp 220kV Tao Đàn thành trạm không người trực theo tiêu chuẩn IEC 61850 5.1 Những yêu cầu đối với trạm không người trực… 49

5.2 Phân tích hiện trạng trạm 220kV Tao Đàn…… 51

5.2.1 Sơ đồ một sợi trạm 220kV Tao Đàn……… 51

5.2.2 Thiết bị đóng cắt……… 52

5.2.3 Hệ thống điều khiển, giám sát và bảo vệ relay………… 52

5.3 Giải pháp cải tạo trạm 220kV Tao Đàn thành trạm không người trực………54

5.4 Trung tâm thao tác từ xa……… …….63

5.4.1 Chức năng……… ……63

5.4.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển……… 63

5.4.3 Sơ đồ kết nối đường truyền từ trung tâm điều khiển xa đến trạm 220kV Tao Đàn……… 65

5.5 Các hệ thống phụ trợ…… 66

5.5.1 Hệ thống phòng cháy, chữa cháy tự động……….66

5.5.2 Hệ thống giám sát camera……….67

5.6 Kết nối truyền thông……….67

Chương 6: Đánh giá hiệu quả giải pháp đầu tư cải tạo trạm 220kV Tao Đàn thành trạm không người trực 6.1 Cơ sở lý thuyết phân tích kinh tế tài chính………68

6.2 Chi phí đầu tư………68

6.2.1 Chi phí mua sắm thiết bị……….68

6.2.2 Chi phí lắp đặt……….69

6.2.3 Chi phí quản lý dự án……… 69

6.2.4 Chi phí tư vấn đầu tư xây dựng……… 69

6.2.5 Chi phí khác………70

6.2.6 Chi phí dự phòng………70

6.2.7 Tổng chi phí đầu tư……….70

6.3 Đánh giá hiệu quả đầu tư……… 70

Học viên: Châu Tấn Tài Page iii

Chương 7: ứng dụng giao thức IEC 61850 để giao tiếp máy tính với thiết

bị IED (relay) sử dụng phần mềm Digsi

7.1 Giới thiệu phần mềm Digsi………77

7.2 Sơ đồ kết nối………….……….77

7.3 Làm việc với phần mềm Digsi……… 77

7.4 Kết quả……… 79

Chương 8: Kết luận……… 81 Phụ Lục

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Học viên: Châu Tấn Tài Page iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1 : Nút logic và liên kết logic……… ……… 15

Hình 2 : Mô hình dữ liệu SCL trao đổi trong quá trình cấu hình IED……16

Hình 3 : Mô hình cấu trúc liên kết tự động hóa trạm biến áp……… 17

Hình 4 : Mô hình tiếp cận tiêu chuẩn IEC 61850……… 18

Hình 5 : Mô tả loại thông tin trong LN……… ………… 20

Hình 6 : Nguyên tắc hợp thành của khối thiết bị (IED)… … ……… 20

Hình 7 : Mô tả dạng cấu trúc về thông tin vị trí của một máy cắt……… 21

Hình 8 : Mô hình đoạn trích ngắn của dịch vụ…… ……… 22

Hình 9 : Mô tả thông tin có cấu trúc cây của một XCBR1 … ……… 23

Hình 10 : Nguyên tắc mô hình đầu ra và đầu vào… ……… 24

Hình 11 : Mô hình đầu vào……… ……… … 25

Hình 12 : Mô hình đầu ra…….……… ……… … 26

Hình 13 : Khái niệm mô hình ngõ ra GSE………… ……… 26

Hình 14 : Thiết lập dữ liệu và báo cáo cho một máy cắt……… … 27

Hình 15 : Mô hình liên kết trong trạm……… …… 27

Hình 16 : Mô hình thiết bị (LD)……… ……… 28

Hình 17 : Cấu trúc thành phần của các hướng quan sát……… .29

Hình 18 : Ánh xạ ACSI vào các lớp trao đổi thông tin… ……… 30

Hình 19 : Phương pháp trao đổi thông tin ACSI……….31

Hình 20 : Mô hình khái niệm cơ bản của các lớp ACSI… ……… 32

Hình 21 : Các khối hình thành mô hình Server.……… ………… 33

Hình 22 : Mô hình truyền thông tin Client/Server ……… ……… 33

Hình 23 : Dịch vụ hoạt động trên dữ liệu……… 34

Hình 24 : Mô hình tên tham khảo trong tiêu chuẩn…… ……….34

Hình 25 : Mô hình sự cố dùng GOOSE……… 35

Hình 26 : Mô tả chức năng của LN trong các IED……… ……… 36

Hình 27 : Mô hình khối Physical Device……… ……… 38

Học viên: Châu Tấn Tài Page v

Hình 28 : Ánh xạ ACSI vào lớp trao đổi thông tin……… 39

Hình 29 : Sơ đồ đấu nối MU và liên kết điểm-điểm………39

Hình 30 : Mô hình hệ thống điều khiển kiểu truyền thống………46

Hình 31 : Cấu hình của hệ thống điều khiển tích hợp… ……… 47

Hình 32 : Các lợi ích từ mô hình IEC 61850…… ……… 48

Hình 33 : Môi trường trao đổi thông tin……… ……… 50

Hình 34 : Sơ đồ một sợi trạm 220kV Tao Đàn ……… …… 52

Hình 35 : Cấu trúc hệ thống điều khiển trước khi cải tạo……… ………… 54

Hình 36 : Cấu trúc hệ thống điều khiển theo tiêu chuấn IEC 61850…… … 55

Hình 37 : Sơ đồ đấu nối các ngăn lộ vào mạng lan trạm………… ……… 56

Hình 38 : Phân bố IED trong ngăn lộ theo IEC 61850… ……….57

Hình 39 : Sơ đồ nguyên lý HTĐK ngăn lộ 220kV………62

Hình 40 : Sơ đồ đường truyền mạng từ TTĐK đến trạm Tao Đàn……… 65

Hình 41 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống camera……….67

Hình 42 : Đồ thị phân tích độ nhạy.……… 76

Hình 43 : Sơ đồ kết nối ………77

Hình 44 : Giản đồ sóng dòng và áp lúc sự cố từ relay 21 (7SA522)………80

Học viên: Châu Tấn Tài Page 1

Chương 1 Giới Thiệu Chung 1.1 Lý do chọn đề tài

Hiện tại các Trạm Biến áp 110kV, 220kV, 500kV được thiết

kế vận hành theo phương pháp truyền thống, nhân viên vận hành thao tác tại tủ điều khiển hoặc thao tác tại phòng điều hành Việc vận hành hệ thống mất nhiều thời gian, nhân sự và gây sự cố do khách quan cũng như chủ quan Hiện nay trên thế giới công nghệ điều khiển và giám sát vận hành hệ thống điện bằng máy tính đã được sử dụng rộng rãi Với xu hướng toàn cầu hóa thì hội nhập là vấn đề cấp thiết của mỗi quốc gia Qua đó, việc trạm biến áp sử dụng thiết bị gồm nhiều chủng loại từ nhiều nhà cung cấp khác nhau là rất phổ biến Do đó, một vấn đề đặt ra là sự kết nối giữa các thiết bị trong trạm 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 Một giao thức có thể cấu hình được cho các thiết bị từ nhiều hãng khác nhau là vấn đề đang được quan tâm, nhằm từng bước phát triển hệ thống điện theo hướng hiện đại hóa, công nghiệp hóa đất nước, nâng cao chất lượng trong công tác vận hành và dịch vụ, tăng cường khả năng cạnh tranh của ngành điện với các nước trong khu vực

Sự ra đời của tiêu chuẩn IEC 61850 đã tạo nên bước đột phá trong công nghệ trạm biến biến áp Việc áp dụng tiêu chuẩn IEC

61850 trong các trạm biến áp tạo điều kiện cho việc kết nối, trao đổi

dữ liệu giữa các thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau trở nên dễ dàng hơn và hạn chế được giao thức độc quyền Trên cơ sở nghiên cứu công nghệ điều khiển tích hợp và các thiết bị hiện có, hoàn toàn

có thể xây dựng mới hoặc nâng cấp các trạm biến áp không người trực ở việt nam theo tiêu chuẩn IEC 61850

Học viên: Châu Tấn Tài Page 2

1.2 Mục tiêu và các nội dung nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu, phân tích tìm hiểu tiêu chuẩn IEC 61850 thông qua tài liệu tiêu chuẩn quốc tế IEC 61850 Tìm hiểu thiết bị, công nghệ hiện có tại trạm biến áp 220kV Tao Đàn, từ đó đề xuất giải pháp đầu tư cải tạo đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Sau đó, tính toán phân tích kinh tế và tài chính cho phương án đầu tư cải tạo Dùng phần mềm Digsi để giao tiếp máy tính với thiết bị IED (relay)

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu là các Trạm Biến áp 220kV, 500kV, cụ thể là Trạm 220kV Tao đàn Nghiên cứu hệ thống tích hợp điều khiển, tự động về quá trình điều khiển và giám sát vận hành

do các hãng Siemens, SEL cung cấp Các phần mềm ứng dụng và các giao thức kết nối, trao đổi dữ liệu giữa máy tính với thiết bị ngoại vi

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu hiện trạng, thu thập số liệu Trạm biến áp 220kV Tao Đàn Phân tích đánh giá mức ứng dụng công nghệ điều khiển để từ

đó đề xuất giải pháp cải tạo nâng cấp hệ thống điều khiển và giám sát từ xa Tìm hiểu và áp dụng tiêu chuẩn IEC 61850 làm cở sở để xây dựng cấu hình, cách kết nối và truyền thông tin trong trạm biến

áp

1.5 Cấu trúc luận văn

Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Giới thiệu các tiêu chuẩn truyền dữ liệu phổ biến Chương 3: Giới thiệu tiêu chuẩn IEC 61850

Chương 4: Tổng quan về hệ thống điều khiển trong trạm biến áp Chương 5: Cải tạo trạm biến áp 220kV Tao Đàn thành trạm không người trực theo tiêu chuẩn IEC 61850

Học viên: Châu Tấn Tài Page 3

Chương 6: Đánh giá hiệu quả giải pháp đầu tư cải tạo trạm 220kV Tao Đàn thành trạm không người trực

Chương 7: Ứng dụng giao thức IEC 61850 để giao tiếp máy tính với thiết bị IED (relay) sử dụng phần mềm Digsi

Chương 8: Kết luận

Học viên: Châu Tấn Tài Page 4

Chương 2 Giới Thiệu Các Tiêu Chuẩn Truyền Dữ Liệu Phổ Biến 2.1 Tiêu chuẩn IEC 60870

Tiêu chuẩn IEC 60870 là tiêu chuẩn về giao thức truyền thông hỗ trợ cho điều khiển xa (standerd for communication protocol that support basic telecontrol tasks) 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 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) của hệ thống nối tiếp

2.2 Tiêu chuẩn DNP3.0

Tiêu chuần DNP3.0 giao thức mạng phân tán (distributed network protocol) DNP3.0 được phát triển bởi Harris, một nhà phân phối tự động hóa ở Calgary-alberta-canada vào năm 1990 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 Cở

sở của DNP3 là sự kết hợp giao thức của 3 tầng (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 thập các thông tin trong lãnh vực truyền tải dữ liệu điện

2.3 Tiêu chuẩn UCA2.0

Các viện nghiên cứu kỹ thuật điện đã phát hiện bộ ứng dụng của giao thức hay còn gọi là kiến thức truyền thông phiên bản 2 (Utility communication architechture) 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

Học viên: Châu Tấn Tài Page 5

và sử dụng giao thức MMS (manufactiring message specification) cho các lớp ứng dụng

2.4 Tiêu chuẩn IEEE 1525

Tiêu chuẩn IEEE 1525 là tiêu chuẩn cho bảo vệ, điều khiển truyền dữ liệu (Standerd for substation infergated protection control and data acquisition communication) của trạm biến áp Tiêu chuẩn IEEE chủ yếu tập trung vào việc sử dụng MMS/Ethernet cho hệ thống mạng Lan trong trạm Tiêu chuẩn này xác định yêu cầu truyền thông, chỉ rõ thởi gian gửi tin giữa các thiết bị điện tử thông minh và chỉ rõ cấu trúc dữ liệu của thông tin được chuyển đổi phục vụ cho việc điều khiển bảo vệ và nhận dữ liệu trạm biến áp

2.5 Tiêu chuẩn IEC 870-5-101

Tiêu chuẩn IEC 870-5-101 là giao thức giao tiếp nhằm 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 RTU và các thông tin

về địa chỉ của các đối tượng 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

2.6 Tiêu chuẩn IEC 61850

Tiêu chuẩn IEC 61850 là tiêu chuẩn truyền thông quốc tế mới cho các ứng dụng tự động hóa trạm Mục đích chính của tiêu chuẩn này là kết hợp tất cả các chức năng như bảo vệ, điều khiển, đo đạc 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 thường là những thiết bị điện tử thông minh IED (Intelligent Electronic Devices)

Học viên: Châu Tấn Tài Page 6

Chương 3: GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN IEC 61850

Tiêu chuẩn IEC 61850 là một tập thuyết minh cho những mạng và những hệ thống truyền thông trong trạm, gồm có 14 phần, chia làm 10 chủ đề:

Chủ đề 1 : Giới thiệu và tổng quan về tiêu chuẩn

Chủ đề 2 : Giải thích các thuật ngữ, từ viết tắt được dùng trong tiêu chuẩn Chủ đề 3 : Xác định rõ yêu cầu của hệ thống với sự nhấn mạnh yêu cầu

về kết nối truyền thông trong trạm

Chủ đề 4: Xác định hệ thống và quản lý dự án đối với quá trình kỹ thuật Chủ đề 5: Mô tả về thiết bị và các yêu cầu về chức năng để xác định

những yêu cầu truyền thông giữa các dịch vụ trong trạm biến áp Mục tiêu chính là đạt được sự tương thích cho tất cả kết nối giữa các IED

Chủ đề 6: Mô tả ngôn ngữ để cấu hình trạm, thông tin liên lạc liên quan

đến cấu hình IED và thông số IED để cấu hình trạm

Chủ đề 7: Cấu trúc truyền thông cơ bản và thiết bị trung gian trong trạm

biến áp

+ Phần 7.1: Giới thiệu phương pháp mô hình, các nguyên tắt truyền

thông và mô hình thông tin trong IEC 61850

+ Phần 7.2: Giới thiệu về dịch vụ giao diện truyền thông trù tượng ACSI, mô tả giao tiếp giữa Client và Server

+ Phần 7.3: Xác định các loại thuộc tính và các lớp dữ liệu dùng chung liên quan đến các ứng dụng cho trạm biến áp

+ Phần 7.4: Xác định lớp dữ liệu LN dùng cho việc truyền thông giữa các IED

Chủ đề 8: Cách xác định các dữ liệu cần đáp ứng nhanh về thời gian để

có thể trao đổi thông qua mạng cục bộ bằng các ánh xạ ACSI qua phương tiện MMS

Chủ đề 9: Những đặc điểm của dịch vụ SCSM

+ Phần 9.1: Xác định các dịch vụ truyền thông ở cấp xuất tuyến (Bay

Học viên: Châu Tấn Tài Page 7

level) và cấp chấp hành (Process level), giới thiệu các ánh xạ của dịch

vụ truyền thông cho quá trình truyền các giá trị mẫu

+ Phần 9.2: Định nghĩa SCSM trong truyền các giá trị mẫu theo đặc tính truyền thông IEC 61850

Chủ đề 10: Kiểm tra để xác định các tiêu chuẩn tự động hóa cho những

trạm được đảm bảo thực hiện đúng tiêu chuẩn IEC 61850

3.1 IEC 61850-1: Giới thiệu tổng quát

IEC (International Electrotechnical Commission: tổ chức kỹ thuật điện quốc gia) là một tổ chức toàn thế giới cho sự tiêu chuẩn hóa gồm có tất cả các ủy ban kỹ thuật điện quốc gia (những ủy ban IEC quốc gia) Mục tiêu của IEC là đẩy mạnh sự hợp tác quốc tế về tất cả các câu hỏi liên quan đến sự tiêu chuẩn hóa trong lãnh vực điện và điện tử Cùng với những hoạt động khác, IEC xuất bản những tiêu chuẩn quốc tế Sự chuẩn bị của họ được giao phó tới những ủy ban kỹ thuật Những tổ chức phi chính phủ và quốc tế cùng tham gia trong sự chuẩn bị này

Những quyết định chính thức hoặc những thỏa thuận của IEC

về vấn đề kỹ thuật quan trọng, phải dựa trên đề tài thích đáng từ mỗi

ủy ban kỹ thuật có sự trình bày từ tất cả các ủy ban quốc gia quan tâm cùng sự đồng ý quốc tế những quan điểm trên

Tài liệu được xây dựng dưới dạng giới thiệu cho các quốc gia tham khảo và được xuất bản dưới dạng những tiêu chuẩn, những báo cáo kỹ thuật hoặc những hướng dẫn và chúng được chấp nhận bởi những ủy ban quốc gia đó

Để đẩy mạnh sự hợp tác quốc tế, các ủy ban IEC quốc gia cam kết áp dụng tiêu chuẩn quốc tế IEC minh bạch đến mức tối đa có thể trong tiêu chuẩn quốc gia và lãnh thổ của họ Bất kỳ sự khác nhau giữa tiêu chuẩn IEC và tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn khu vực tương ứng sẽ được giới thiệu trong tiêu chuẩn

Học viên: Châu Tấn Tài Page 8

IEC sẽ không cung cấp thủ tục chứng nhận và nó không thể đưa ra trách nhiệm với bất kì những thiết bị nào khai báo không chính xác sự phù hợp một trong những tiêu chuẩn này

3.2 IEC 61850-2: Thuật ngữ

Phần này của tiêu chuẩn IEC 61850 cung cấp hệ thống tự động hóa trạm SAS (substation automation systems) Nó định nghĩa truyền thông giữa thiết bị điện tử thông minh (IED) trong trạm và liên quan đến yêu cầu hệ thống

Mặt khác, trong phần này của tiêu chuẩn IEC 61850 chứa những thuật ngữ đặc biệt và định nghĩa được dùng trong phạm vi trạm SAS ở trong những phần khác của tiêu chuẩn

ACSI (abstract communication service interface): giao diện dịch vụ

trao đổi thông tin

Bay: ngăn (một bộ phận của Trạm biến áp) IED (Intelligent electronic device): Thiết bị điện tử thông minh Bus: kết nối hệ thống trao đổi thông tin giữa các IED với phương

tiện truyền thông

Client: đối tượng yêu cầu một dịch vụ từ server

CF (Configuration): cấu hình của một hệ thống hoặc thiết bị

DO (data object): đối tượng dữ liệu Mapping: ánh xạ là một tập hợp các giá trị Access point: điểm truy nhập trao đổi thông tin vào một IED Association: đường dẫn được thiết lập giữa một client và một server

để trao đổi tin nhắn

Configuration: cấu hình của thiết bị hoặc hệ thống Gateway: thiết bị kết nối mạng hỗ trợ đầy đủ giao thức liên quan

theo lớp

Học viên: Châu Tấn Tài Page 9

Goose (generic object oriented substation event): sự kiện trạm

hướng tới đối tượng tổng thề, khi xuất hiện bất cứ sự thay đổi trạng thái nào, một IED sẽ phát đa điểm một báo cáo goose tốc độ cao

Log: Nhật ký máy, là bản ghi dữ liệu theo trình tự thời gian

Logical connection: kết nối logic, liên kết trao đổi thông tin Merging unit: bộ sáp nhập dòng, áp, là thiết bị vật lý biểu diễn sự

liên kết phù hợp về thời gian của dữ liệu dòng điện hoặc điện áp từ

bộ biến đổi sơ cấp

Message: tin nhắn là thuộc tính bên trong của sự trao đổi thông tin

giữa các IED

PD(physical device): thiết bị vật lý, tương đương với IED

Picom (piece of information for communication): mảng thông tin

truyền thông, dùng mô tả sự truyền thông tin trên kết nối logic với thuộc tính trao đổi thông tin giữa hai nút logic

Protocol: giao thức để truyền đối tượng dữ liệu hoặc lệnh

Server: là nút chức năng cung cấp dữ liệu đến các nút chức năng

khác trên một mạng trao đổi thông tin

Service: dịch vụ là mô hình bao gồm một tập các dịch vụ cơ bản SCSM (specific communication service mapping): Ánh xạ dịch vụ

trao đổi thông tin chi tiết, cung cấp sự ánh xạ của dịch vụ ACSI cụ thể và các đối tượng vào một lớp giao thức hay cấu hình trao đổi thông tin riêng biệt

PICS (protocol implementation conformance statement): hướng

dẫn sự phù hợp thực hiện giao thức, chứa thông tin về ACSI

Subscibed data: dữ liệu thuê bao, là dữ liệu mà một client yêu cầu

được cung cấp trên một chuẩn cơ bản

Unicast (point to point): phát điểm-điểm, là sự trao đổi thông tin

giữa một server và một client đơn lẻ

Học viên: Châu Tấn Tài Page 10

SCL (substation configuration description language): Ngôn ngữ

mô tả cấu hình trạm

Picom (Piece of Information for Communication): mảng thông tin

truyền thông, dùng mô tả sự truyền thông tin trên kết nối logic với thuộc tính trao đổi thông tin giữa 2 nút logic

SAS (substation automation system): hệ thống tự động hóa trạm

LN (logiccal node): Nút logic

LD (logical device): thiết bị logic HMI (interface homme-machine): giao diện người-máy GSE (generic substation event): sự kiện trạm tổng thể gồm hai lớp

dữ liệu phát đa điểm và phát dãi rộng

SCC (switching control center): trung tâm điều khiển RTU (remote terminal unit): Thiết bị đầu cuối

SCADA (supervisory control and data acquisition): điều khiển, giám

sát và thu thập dữ liệu)

BCU (Bay control unit): đơn vị điều khiển ngăn lộ

PD (Physical Device) : thiết bị vật lí, tương đương với IED MMS (manufacturing message specification): đặc điểm tin nhắn đặc

biệt

3.3 IEC 61850-3: Các yêu cầu chung

Các yêu cầu về chất lượng như độ tin cậy, khả năng hoạt động, duy trì, độ bảo mật, tích hợp dữ liệu và các yêu cầu khác đối với hệ thống thông tin truyền tin dùng cho việc giám sát, cấu hình và

điều khiển quá trình trong trạm

Các yêu cầu về địa lý (mạng thông tin trong trạm) và điều kiện môi trường như thời tiết, ảnh hưởng về mặt cơ điện cho phương tiện truyền tín và giao diện dùng trong việc giám sát và điều khiển các

quá trình làm việc trong trạm

Học viên: Châu Tấn Tài Page 11

Yêu cầu hệ thống hoạt động bình thường khi có phần tử nào

của hệ thống bị lỗi (single point of failure)

Hệ thống thông tin (backup) đảm bảo cho dữ liệu tin cậy khi

có mặt của lỗi truyền, lỗi thủ tục, trễ, lỗi thiết bị

3.4 IEC 61850-4: Quản lý dự án và hệ thống

Các quy trình kỹ thuật và công cụ hỗ trợ , chu kỳ hoạt động của hệ thống và các IED Việc đảm bảo chất lượng bắt đầu với giai đoạn phát triển và kết thúc ngừng hoạt động của SAS và các IED Những yêu cầu của hệ thống và quá trình quản lý dự án và những công cụ hỗ trợ kỹ thuật đặc biệt và thử nghiệm được mô tả

3.5 IEC 61850-5: Yêu cầu về trao đổi thông tin cho các chức năng và

mô hình thiết bị

Trong phần 5 của tiêu chuẩn này đề cập đến các yêu cầu về trao đổi

thông tin giữa các chức năng được dùng trong hệ thống tự động hóa trạm và cho các mô hình thiết bị Những mô tả về chức năng này không dùng để tiêu chuẩn hóa các chức năng nhưng để xác định các yêu cầu trao đổi các thông tin giữa các dịch vụ kỹ thuật với trạm, giũa các IED trong trạm

3.5.1 Các yêu cầu

3.5.1.1 Yêu câu khả năng tương tác với nhau (interoperability)

Khả năng tương tác với nhau giữa các IED từ nhiều nhà cung cấp khác nhau theo hướng Về cú pháp, thiết bị có thể kết nối với bus chung với một giao thức chung Về ý nghĩa, thiết bị sẽ hiểu được thông tin cung cấp bởi các thiết bị khác Về chức năng phân tán, thiết bị sẽ cùng tạo nên một chức năng chung nếu có thế

3.5.1.2 Yêu cầu thiết kế tĩnh (static design requirements)

Sử dụng tự do các chức năng vào thiết bị sẽ được hỗ trợ bởi việc trao đổi thông tin, nghĩa là việc trao đổi thông tin phải cho phép

Học viên: Châu Tấn Tài Page 12

một chức năng bất kỳ xảy ra ở thiết bị bất kỳ Điều này không có nghĩa rằng tất cả các thiết bị phải hỗ trợ tất cả các chức năng

Các chức năng của hệ thống SAS và quá trình trao đổi thông tin tín hiệu được mô tả độc lập với thiết bị, có nghĩa là không liên quan đến bất kỳ việc thi hành trong các IED

Sự hỗ trợ lẫn nhau của các thiết bị với chức năng phân bố độc lập cần được mô tả bởi các giao diện logic với nhau Các giao diện logic có thể bố trí tự do vào các giao diện vật lý hoặc mạng cục bộ

để tiến hành

3.5.1.3 Yêu cầu tương tác động (dynamic interaction requirements)

IEC 61850 định nghĩa các thông tin tổng quát được trao đổi và đáp ứng của các chức năng thông tin tổng quát để hỗ trợ việc lập kế hoạch và việc mở rộng các chức năng của hệ thống SAS

Dữ liệu được trao đổi sẽ mang theo tất cả thuộc tính để cho phía nhận hiểu được một cách rõ ràng

Thời gian truyền dữ liệu toàn bộ có thể chấp nhận được sẽ được định nghĩa và đảm bảo trong bất cứ trường hợp nào

3.5.1.4 Yêu cầu về đáp ứng

Khả năng tương tác cũng đòi hỏi cho các ứng dụng chạy riêng biệt, các phản ứng của phía nhận cũng phải được xem xét, phải tính vào trong toàn bộ các yêu cầu của các chức năng phân tán được hoạt động Các phản ứng cơ bản của các chức năng trong bất cứ trường hợp nào phải được cụ thể hóa (như trong trường hợp lỗi tin gửi, mất

dữ liệu do bị gián đoạn việc trao đổi thông tin, giới hạn nguồn, ngoài khoảng cách cho phép của dữ liệu )

3.5.1.5 Hướng tiếp cận đến “interoperability”

“Interoperability” cho việc bố trí tự do các chức năng ảnh hưởng đến việc chia tách các chức năng trong toàn bộ việc trao đổi thông tin tín hiệu

Học viên: Châu Tấn Tài Page 13

Yêu cầu hiểu được lẫn nhau của thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau đưa đến mô hình dịch vụ trao đổi thông tin, dữ liệu chính xác (IEC 61850-7-x) Ánh xạ mô hình này vào kỹ thuật trao đổi thông tin theo lớp được định nghĩa trong IEC 61850-8-x và IEC 61850-9-x

3.5.1.6 Hiệu suất tin gửi

Việc trao đổi thông tin tín hiệu giữa các nút logic được mô tả bằng hàng ngàn Picom độc lập và các Picom này có rất nhiều điểm giống nhau Vì vậy việc phân loại Picom sẽ giúp có cách nhìn tổng quát về các yêu cầu hỗ trợ một mô hình và định nghĩa hiệu quả các yêu cầu hiệu suất trao đổi tín hiệu

Tất cả các Picom từ nhiều nút logic được định nghĩa và xếp vào một kiểu Picom dùng chung một mụch đích và có các thuộc tính chung

Yếu tố cần thiết và chủ yếu cho bất kỳ yêu cầu hiệu suất của

hệ thống hỗ trợ trao đổi tín hiệu tức là thời gian tối đa được phép trao đổi dữ liệu hay được gọi là thời gian truyền (transfer time)

Các yêu cầu về thời gian truyền cũng chính là các yêu cầu của

hệ thống, yêu cầu nhãn thời gian là yêu cầu thiết bị nhưng thuộc về chức năng hỗ trợ hệ thống “thời gian đồng bộ”

Kiểu Picom được phân thành 7 kiểu tin gửi và độ rộng của các thuộc tính đó được cấu trúc bởi lớp hiệu suất Ngoài ra còn có các ứng dụng điển hình và bố trí giao diện

3.5.1.7 Thời gian cơ bản

Các thiết bị phù hợp tiêu chuẩn IEC 61850 từ nhiều nhà cung cấp không chỉ dành cho trạm mà cho cả hệ thống điện nên cần định dạng chung cho việc gán nhãn thời gian bởi các thiết bị Các yêu cầu

cụ thể về mô hình và định dạng thời gian bao gồm: Tính chính xác, dấu hiệu thời gian phải dựa trên một tiêu chuẩn thời gian đang tồn

Học viên: Châu Tấn Tài Page 14

tại; Mô hình thời gian phải ghi giây xen kẽ và cung cấp đầy đủ thông tin để cho phép người dùng biểu diễn tính toán thời gian chênh lệch cho cặp sự kiện chạy qua giới hạn giây xen kẽ; Mô hình dấu hiệu thời gian bao gồm các thông tin cần thiết cho khách hàng có thể tính toán một ngày và thời gian mà không cần thêm thông tin như số lượng giây xen kẽ từ lúc thời gian bắt đầu; Thông tin dấu hiệu thời gian phải dễ dàng nhận được từ các nguồn thời gian mang tính thương mại (như GPS); Mô hình thời gian toàn bộ bao gồm thông tin cho phép tính toán thời gian địa phương và thời gian phải cho phép chênh lệch (offset) nửa giờ so với giờ địa phương

3.5.2 Nút logic và liên kết logic

3.5.2.1 Khái niệm

Tiêu chuần IEC 61850 quy định hệ thống thông tin có khả năng trao đổi lẫn nhau giữa các chức năng dùng trong trạm tại các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau Để đạt được điều này, các chức năng của một trạm được chia thành nhiều chức năng nhỏ, gọi là nút logic LN (logical node) Một nút là chức năng phụ nằm trong một nút vật lý, trao đổi dữ liệu với các thực thể logic riêng biệt khác IEC 61850 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, cung cấp một giao diện trung lập giữa các đối tượng ứng dụng và dịch vụ ứng dụng liên quan, cho phép trao đổi tương thích dữ liệu giữa các thành phần của hệ thống tự động hóa Các nút logic được liên kết bởi kết nối logic để trao đổi dữ liệu giữa các nút Một nút logic được xác định bởi chức năng và thiết bị vật lý (PD), thiết bị vật

lý được xác định bằng địa chỉ mạng IP cụ thể Tập hợp các nút logic bao gồm các nút logic chức năng bảo vệ, các nút logic điều khiển, nút logic thiết bị vật lý và các nút logic thiết bị nhất thứ

Học viên: Châu Tấn Tài Page 15

Hình 1 : nút logic và liên kết logic

3.6 IEC 61850-6: Ngôn ngữ mô tả và cấu hình trao đổi thông tin

Phấn 6 của tiêu chuẩn này trình bày về ngôn ngữ mô tả cấu hình của các thiết bị điện tử thông minh (IED) trong trạm biến áp Ngôn ngữ này được gọi là ngôn ngữ mô tả cấu hình trạm SCL (subtation configuration descrition language) Ở mức ứng dụng, ngôn ngữ mô tả sơ đồ thiết bị và sự liên quan giữa cấu trúc thiết bị với các chức năng của hệ thống SAS được xây dựng trên các IED Mục đích chính của SCL cho phép sự trao đổi thông tin lẫn nhau của

dữ liệu cấu hình hệ thống trao đổi thông tin tín hiệu giữa một công

cụ cấu hình IED và một công cụ cấu hình hệ thống từ nhiều nhà sản xuất khác nhau

Công tác kỹ thuật cho một hệ thống tự động hóa có thể bắt đầu với việc cấu hình các thiết bị với sự bố trí các chức năng vào từng bộ phận của thiết bị dựa trên khả năng hoạt động của thiết bị và khả năng cấu hình của chúng Thông thường cách tiếp cận đa dạng được dùng nhiều hơn như :

Chi tiết hệ thống sơ đồ một sợi và sự bố trí các nút logic vào các bộ phận của thiết bị trong sơ đồ một sợi để chỉ chức năng cần thiết (chi tiết hóa chức năng hệ thống SAS)

Các IED được cấu hình trước với số lượng các nút logic nhất

Học viên: Châu Tấn Tài Page 16

định (mô tả khả năng của IED)

Cấu hình toàn bộ quá trình với tất cả liên kết các IED với các chức năng độc lập được kết nối điểm truy cập và các đường truy cập (mô tả hệ thống tự động hóa trạm biến áp)

Dữ liệu SCL trao đổi trong quá trình cấu hình IED

Hình 2 : Mô hình dữ liệu SCL trao đổi trong quá trình cấu hình IED

Bộ cấu hình IED là một công cụ đặc biệt của nhà sản xuất có khả năng xuất hoặc nhập các tệp tin Nó cung cấp các cài đặt cụ thể cho IED hoặc tải cấu hình IED vào các IED Một IED được xem thỏa mãn tiêu chuẩn IEC 61850 khi IED đi cùng với một tệp tin SCL mô

tả khả năng hoặc với một công cụ có thể tạo ra tệp tin này IED và IED có thể sử dụng trực tiếp một tệp tin SCL hệ thống để thiết lập

cấu hình trao đổi thông tin

Bộ cấu hình hệ thống là một công cụ IED mức hệ thống độc lập

có thể nhập các tệp tin cấu hình từ vài IED và được chia sẽ bởi các IED khác Sau đó, bộ cấu hình hệ thống sẽ tạo ra một tệp tin cấu hình liên quan đến trạm, có thể hồi tiếp về bộ cấu hình IED liên quan

đến hệ thống

Học viên: Châu Tấn Tài Page 17

Đường đi của dữ liệu cấu hình IED đến từng IED do bộ cấu hình IED tạo ra có thể được thực hiện bằng cách truyền tệp tin tại chỗ từ một máy tính trạm (workstation) kết nối tại chỗ tới IED hoặc truyền

tệp tin từ xa hoặc dịch vụ truy cập đến thông số và dữ liệu cấu hình

3.7 IEC 61850-7: Cấu trúc truyền thông cơ bản và thiết bị trung gian trong trạm biến áp

3.7.1 IEC 61850-7-1: Nguyên lý và mô hình

Phần này của tiêu chuẩn giới thiệu phương pháp mô hình, nguyên lý trao đổi thông tin và mô hình thông tin gồm Mô hình thông tin cho

hệ thống tự động hóa trạm biến áp, chức năng của thiết bị được dùng cho mụch đích tự động hóa trạm, hệ thống trao đổi thông tin cung cấp khả năng làm việc với nhau của các thiết bị trong trạm.Cấu trúc liên kết và các chức năng truyền thông của hệ thống tự động trạm biến áp thông qua mô hình sau:

o

Hình 3: Mô hình cấu trúc liên kết tự động hóa trạm biến áp

Mô hình hoạt động theo phương thức sau:

Bước (1): Đầu tiên sẽ lấy giá trị mẫu từ những biến dòng và biến áp để truyền đến các relay thông qua Hub hoặc Router Bước (2): Tại các relay diễn ra quá trình trao đổi dữ liệu với

Học viên: Châu Tấn Tài Page 18

nhau để thực hiện công việc điều khiển và bảo vệ

Bước (3): Sau đó, sẽ có một tín hiệu phản hồi từ màn hình giám sát hay lộ điều khiển thông qua mạng ineternet đến các thiết bị trong trạm

Bước (4): Nếu trong trạm được trang bị thêm những thiết bị mới thì bộ phận kỹ thuật sẽ thực hiện việc cấu hình trạm Bước (5): Thông thường thì hoạt động của trạm được theo dõi, giám sát thông qua màn hình HMI và bộ phận kỹ thuật

Bước (6): Thông qua hệ thống mạng, trạm cũng có thể được điều khiển từ xa bởi hệ thống điều khiển trung tâm

Chức năng ứng dụng và trao đổi thông tin được hiểu thông qua những mô hình và cơ chế trao đổi thông tin, mô hình trao đổi thông tin và phương pháp mô hình hóa được xem là nền tảng của tiêu chuẩn trong việc phân tích những ứng dụng từ việc phân tích thiết bị thật thông qua mô hình ảo

Hình 4 : Mô hình tiếp cận tiêu chuẩn IEC 61850

Trong tiêu chuẩn việc xác định thông tin và trao đổi thông tin được thực hiện một cách độc lập và cụ thể (sử dụng mô hình

Học viên: Châu Tấn Tài Page 19

trừu tượng) Tiêu chuẩn này, đã sử dụng khái niệm ảo, khái niệm này đưa ra một cái nhìn về những khía cạnh của việc trao đổi thông tin từ những LN dùng mô tả hoạt động của thiết bị thực thông qua môi trường ảo Chỉ ra những chi tiết được yêu cầu để cung cấp khả năng kết nối tương đồng của các thiết bị Cách tiếp cận tiêu chuẩn bằng cách chia nhỏ các chức năng ứng dụng thành các phần nhỏ hơn, sử dụng để trao đổi thông tin, những phần nhỏ này được gọi là các LN Ví dụ, mô hình ảo cho một máy cắt,

với tên được tiêu chuẩn hóa là XCBR Một Logical Device (LD)

được xây dựng dựa trên một tập hợp những LN và mô tả được đặc điểm của một IED

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

Học viên: Châu Tấn Tài Page 20

Hình 5: Mô tả loại thông tin trong LN

Những LN được hình thành từ những khối trong IED có trong

trạm Ví dụ như máy cắt (XCBR) Chức năng bảo vệ của các IED

được thiết lập là những giá trị như điện áp hay dòng điện nhận từ các VT hay CT Những chức năng trong thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện lỗi hay sự cố và sau đó gửi một tín hiệu tác động đến trạm

Hình 6: Nguyên tắc hợp thành của khối thiết bị (IED)

Học viên: Châu Tấn Tài Page 21

Mô tả về thông tin dữ liệu

o

-

Từ mô hình thông tin như hình trên về vị trí của một máy cắt "Pos", với tên là XCBR thì vị trí được định nghĩa như một Data, nó được tạo thành

từ nhiều thuộc tính và được phân loại như sau:

o Kiểm tra (trạng thái, giá trị đo lường, thiết lập)

+ Thời gian hoạt động (Operate time) nhằm xác định số lần kiểm soát

từ người yêu cầu

+ Các giá trị hiện tại từ stVal được đọc, báo cáo hoặc được ghi lại trong bộ đệm của IED Các giá trị về stVal có thể được điều khiển từ xa

và có hiệu lực ngay lập tức khi được tác động

Các dịch vụ trao đổi thông tin

Học viên: Châu Tấn Tài Page 22

Các LN, data, 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

Hình 8: Mô hình đoạn trích ngắn của dịch vụ

Các dịch vụ về thuộc tính dữ liệu cho máy cắt XCBR được mô tả

như sau:

+ Thiết bị điều khiển (hoạt động dịch vụ hoặc truyền các tín hiệu) + Trao đổi thông tin về trạng thái với độ tin cậy cao

+ Báo cáo về các thuộc tính dữ liệu

+ Ghi nhận và xuất dữ liệu - theo chu kỳ hay khi có sự cố

+ Cấu hình bằng cách thiết lập các nhóm thông số cài đặt nhằm chuyển các giá trị lấy mẫu từ các cảm biến, biến dòng, biến áp

+ Tự mô tả của một thiết bị

Mô hình theo hướng tiếp cận

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 vụ dành riêng theo những quy tắc xác định và thực hiện các yêu

Học viên: Châu Tấn Tài Page 23

cầu theo tiêu chuẩn IEC 61850

Một phần nhỏ chức năng từ mô hình máy cắt đã được chọn để giải thích quá trình chia nhỏ LN Thông qua thiết bị máy cắt với thuộc tính là vị trí, được điều khiển và giám sát về sự thay đổi trạng thái như: ON, OFF, trạng thái trung gian, Ngoài ra, vị trí cung cấp khả năng kiểm soát việc thay đổi giá trị điều khiển (ON/OFF)

 Tạo các mô hình thông tin từ các thành phần hợp thành

Hình 9 : Mô tả thông tin có cấu trúc cây của một XCBR1

Mô hình sử dụng các LN nhằm mô tả thuộc tính dữ liệu hay cung cấp các ứng dụng cho việc trao đổi thông tin giữa các IED với nhau Các thuộc tính dữ liệu được tiêu chuẩn hóa về tên và loại

Mô hình trao đổi thông tin

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

Học viên: Châu Tấn Tài Page 24

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

Hình 10 : Nguyên tắc mô hình đầu ra và đầu vào

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

 Mô hình đầu vào

Tín hiệu thô được điều hòa bởi bộ điều hòa tín hiệu (tín hiệu đầu vào tương tự) 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

Học viên: Châu Tấn Tài Page 25

Hình 11 : Mô hình đầu vào

 Mô hình đầu ra

Xem xét mô hình điều khiển 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 thực, một số điều kiện cần thỏa mãn 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 bao gồm:

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

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

o Kiểm tra điều kiện của các thiết bị

o Các thuộc tính khác như: khóa liên động, cấu hình xung, mô hình điểu khiển, và thời gian được định nghĩa trong lớp dữ liệu dùng chung DPC

Học viên: Châu Tấn Tài Page 26

Hình 12 : Mô hình đầu ra

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

Với thuộc tính dữ liệu XCBR.Pos.st.Val, thay đổi trạng thái của

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

 Mô hình GSE

Hình 13 : Khái niệm mô hình ngõ ra GSE

Những tin nhắn sự cố trong trạm mô tả việc trao đổi thông tin giữa

dữ liệu đầu vào từ một IED với các dữ liệu đầu ra

 Báo cáo dữ liệu và ghi sự cố

Học viên: Châu Tấn Tài Page 27

Hình 14 : Thiết lập dữ liệu và báo cáo cho một máy cắt

Các sự cố bên trong trạm được xem như một phần tử để yêu cầu báo cáo và ghi nhật kí Thông tin này được tập hợp lại để dùng thiết lập dữ liệu Dữ liệu này dùng làm cơ sở cho nội dung báo cáo và ghi nhật kí

Mô hình liên kết trong trạm

Hình 15 : Mô hình liên kết trong trạm

Từ một ứng dụng 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 Kế đến, 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 hoặc

Học viên: Châu Tấn Tài Page 28

cắt, sau đó nếu thao tác hoàn thành, thì IED phải gửi lệnh về HMI rằng vị trí của máy cắt đã thay đổi

Tên của máy cắt là XCBR, tên này có thể được đi kèm với

một thành phần trước "Q1" và một thành phần sau "R1" để đúng

theo quy ước đặt tên "Q1XCBR1" Các ứng dụng từ máy tính có

thể truy cập thông tin từ máy cắt như sau:

+ Máy cắt thực (tên, tình trạng, tốc độ….) + Giao diện điều khiển cho IED (tên, tình trạng, chế độ vận hành.) + Đáp ứng của dịch vụ trong việc xác định thông tin 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 cho việc báo cáo từ xa, yêu cầu thay thế giá trị vận hành, hoặc ghi lại sự cố,

Mô hình thiết bị

Hình 18 : Mô hình thiết bị (LD)

Đối với truyền thông ngoài sự liên kết giữa các LN thì còn khái niệm về Logical Device (LD) Một LD là chủ yếu là tập hợp của các LN và bổ sung thêm một số dịch vụ như: GOOSE, Sampled Value, Setting Groups Những LD cung cấp thông tin về các thiết bị được lưu trữ trên Server (tên và trạng thái) hoặc các thiết bị bên ngoài được kiểm soát bởi LD, LD được đặt trong các thiết bị vật lý

Mô hình ứng dụng và trao đổi thông tin gặp nhau

Học viên: Châu Tấn Tài Page 29

Server là vị trí trung tâm trong mô hình ứng dụng, các hướng có mối quan hệ đến các hướng khác bên trong thiết bị vật lý và gặp nhau tại

“server” Trong đó, “server” là thành phần chính, đại diện từ hướng

mô hình dữ liệu ứng dụng cho đến mạng bên ngoài, đại diện tất cả các hướng của mạng trao đổi thông tin và quá trình vào/ra, cho đến ứng dụng của thiết bị vật lý Các thiết bị hợp chuẩn IEC 61850 thì theo hướng quan sát có thể nhìn thấy được bất kì thiết bị nào nối vào mạng, nhằm tạo khả năng trao đổi lẫn nhau với các ứng dụng đang chạy trên các thiết bị này

Hình 17: Cấu trúc thành phần của các hướng quan sát

SCSM ánh xạ dịch vụ thông tin trừu tượng, đối tượng và thông tin đến lớp ứng dụng cụ thể Các lớp ứng dụng này cung cấp việc mã hóa cụ thể Phụ thuộc vào công nghệ của mạng trao đổi thông tin, các ánh xạ này có thể có những sự phức tạp khác nhau Một lớp ứng dụng có thể dùng một hoặc nhiều hơn một lớp (lớp 1 tới lớp 6)

Học viên: Châu Tấn Tài Page 30

Hình 18 : Ánh xạ ACSI vào các lớp trao đổi thông tin

3.7.2 IEC 61850-7-2: Giới thiệu về dịch vụ giao diện truyền thông trù tượng ACSI, mô tả giao tiếp giữa Client và Server

Mô hình dịch vụ ACSI

Giao diện của dịch vụ sử dụng phương pháp mô hình trừu tượng Trừu tượng có nghĩa là định nghĩa tập trung trên sự mô tả những gì dịch vụ cung cấp Thông qua mã hóa để trao đổi thông tin giữa các thiết bị, được quy định cụ thể trong các ánh xạ dịch vụ truyền thông ACSI (Abstract communication service interface-Dịch vụ giao tiếp truyền thông trừu tượng) xác định các dịch vụ tiện ích chung cho thiết bị trong trạm Giao diện dịch vụ truyền thông trừu tượng là một

mô hình lớp phân cấp cho tất cả các thông tin có thể được truy cập thông qua mạng giao tiếp

Chức năng dịch vụ truyền thông được chia làm 2 nhóm như sau:

+ Nhóm 1 sử dụng mô hình Client/Server với các dịch vụ như điều khiển hoặc lấy giá trị dữ liệu

+ Nhóm 2 bao gồm mô hình peer - to - peer với các dịch vụ GSE (geneic substation event) truyền dữ liệu với tốc độ cao và tin cậy giữa các IED bảo vệ hay từ một IED đến nhiều IED khác