Tự động hóa trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850

Từ đó, việc thực hiện tự động hóa trạm sử dụng các thiết bị điện tử thông minh IED để đáp ứng các yêu cầu chức năng như bảo vệ, giám sát và điều khiển v.v...Do đó, sự trao đổi thông tin

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN XUÂN VỸ

TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850

Chuyên ngành : Thiết bị, mạng và nhà máy điện

Mã ngành: 60.52.50

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2008

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

- -oOo -

Tp HCM, ngày tháng năm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN XUÂN VỸ Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20 /10/ 1982 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện MSHV: 01806515

Khóa (Năm trúng tuyển) : 2006

1- TÊN ĐỀ TÀI: TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP

THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850

2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Xây dựng hệ thống tự động hóa trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850 và nghiên cứu hướng triển khai thực tiễn tại Công ty Truyền Tải Điện 4

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/01/ 2008

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/ 2008

5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT TS VŨ PHAN TÚ

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt đã trực tiếp hướng

dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong Khoa Điện- Điện tử Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt kiến thức, định hướng

nghiên cứu trong suốt quá trình học tập tại trường

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi của các đồng nghiệp trong Công ty Truyền Tải Điện 4 trong suốt thời gian tôi học tập, và thực

hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, người thân đã

động viên, hỗ trợ tôi trong cuộc sống, học tập và nghiên cứu

Xin trân trọng cảm ơn

Nguyễn Xuân Vỹ

LỜI MỞ ĐẦU

Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống điện Tuy nhiên, khó khăn hiện tại trong việc thực hiện tự động hóa các trạm biến là vấn đề không thể kết hợp nhiều thiết bị tự động từ nhiều nhà sản xuất khác nhau, việc mở rộng các trạm đã xây dựng gặp không ít trở ngại khi thiết bị của nhà cung cấp mới không thể kết nối với thiết bị điều khiển của nhà sản xuất cũ, làm cho quá trình thực hiện dự án kéo dài, thậm chí vốn đầu tư tăng cao khi phải chỉ định nhà cung cấp cũ thực hiện

Đây chính là nguyên nhân dẫn đến sự ra đời của tiêu chuẩn IEC 61850, tiêu chuẩn hóa không chỉ về việc trao đổi thông tin tín hiệu mà còn cho cả các thuộc tính của các công cụ kỹ thuật trong hệ thống, đo lường, quản lý chất lượng và cấu hình hệ thống Với mong muốn giải quyết các khó khăn trên cho các trạm biến áp thuộc Công ty Truyền Tải Điện 4, cũng như cho các trạm biến áp khác trong lưới điện Việt Nam, tôi

chọn đề tài “ Tự động hóa trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850 ” để tìm hiểu về

tiêu chuẩn IEC 61850, đề ra phương hướng thực hiện thực tiễn tiêu chuẩn này khi nó được áp dụng cho các trạm biến áp trong EVN

Việc tìm hiểu về tiêu chuẩn là điều cần thiết đối với các cơ quan quản lý vận hành trạm biến áp, các ban quản lý dự án lưới điện khi thực hiện triển khai dự án mới cũng như mở rộng cho các trạm đã xây dựng Nắm rõ tiêu chuẩn, áp dụng thực hiện có hiệu quả sẽ giúp cho trạm biến áp ngày càng hiện đại và tiết kiệm chi phí xây dựng, quản

lý vận hành, bảo trì sửa chữa hệ thống cũng như nâng cao độ tin cậy cho lưới điện Việt Nam

Đề tài nghiên cứu thực hiện tự động hóa cho trạm biến áp thuộc Công ty Truyền Tải Điện 4 với các cấu trúc hệ thống khác nhau, các kiểu giao thức dùng trong hệ thống ở trạm biến áp, phần mềm, cấu trúc phần cứng, độ tin cậy của hệ thống được thiết kế, khả năng mở rộng hệ thống của các trạm biến áp đã xây dựng

MỤC LỤC:

Lời mở đầu

Mục lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP 5

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN IEC 61850 9

2.1 TỔNG QUAN VỀ IEC 61850 : 9

2.2 IEC 61850-3: CÁC YÊU CẦU CHUNG 11

2.3 IEC 61850-5: YÊU CẦU VỀ TRAO ĐỔI THÔNG TIN CHO CÁC CHỨC NĂNG VÀ MÔ HÌNH THIẾT BỊ 12

2.3.1 Mục đích và yêu cầu 12

2.3.2 Luật định nghĩa chức năng 14

2.3.3 Yêu cầu hiệu suất tin gửi 15

2.4 IEC 61850-6: NGÔN NGỮ MÔ TẢ CẤU HÌNH TRAO ĐỔI THÔNG TIN 17

2.5 IEC 61850-7-1: NGUYÊN LÝ VÀ MÔ HÌNH 20

2.5.1 Mô hình tiếp cận tiêu chuẩn IEC 61850 21

2.5.2 Quan sát theo hướng ứng dụng 23

2.5.3 Quan sát theo hướng thiết bị 24

2.5.4 Quan sát theo hướng trao đổi thông tin 25

2.5.5 Nơi thiết bị vật lý, mô hình ứng dụng và trao đổi thông tin gặp nhau 26

2.5.6 Ánh xạ ACSI vào hệ thống trao đổi thông tin thực 27

2.6 IEC 61850-7-2: GIAO DIỆN DỊCH VỤ TRAO ĐỔI THÔNG TIN TRỪU TƯỢNG (ACSI) 30

2.6.1 Tổng quan về ACSI và các khái niệm cơ bản 30

2.6.2 Tổng quan về mô hình thông tin cơ bản 31

2.6.3 Tổng quan về mô hình các dịch vụ khác 32

2.6.4 Tổng quan về dịch vụ ACSI 33

2.6.5 Mô hình liên kết ứng dụng 33

2.7 IEC 61850-7-3 LỚP DỮ LIỆU DÙNG CHUNG 35

2.7.1 Kiểu thuộc tính dữ liệu dùng chung 36

2.7.2 Chất lượng 36

2.8 IEC 61850-7-4: LỚP DỮ LIỆU VÀ LỚP NÚT LOGIC TƯƠNG THÍCH 37

2.9 IEC 61850-8: ÁNH XẠ ĐẾN MMS VÀ ISO/IEC 8802-3 40

2.9.1 Đối tượng server của IEC 61850 40

2.9.2 Đối tượng MMS đang được dùng 41

2.9.3 Mô hình lớp server 43

2.10 IEC 61850-9-1: GIÁ TRỊ LẤY MẪU QUA LIÊN KẾT ĐIỂM - ĐIỂM NỐI TIẾP PHÁT ĐA ĐIỂM ĐƠN HƯỚNG 43

2.10.1 Ánh xạ liên kết điểm – điểm nối tiếp phát đa điểm đơn hướng 44

2.10.2 Hạn chế 45

2.10.3 Ánh xạ của mô hình truyền dẫn dữ liệu lấy mẫu sử dụng phát đa điểm 45

2.11 IEC 61850-9-1: GIÁ TRỊ LẤY MẪU QUA ISO/IEC 8802-3 45

2.11.1 Dịch vụ client/server và cấu hình trao đổi thông tin 46

2.11.2 Dịch vụ SV và cấu hình trao đổi thông tin 47

2.11.3 Các hạn chế 47

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CHO CÁC TRẠM BIẾN ÁP THUỘC CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 4 48

3.1 XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850 CHO TRẠM MỚI: 48

3.1.1 Yêu cầu đối với hệ thống tự động hóa trạm theo tiêu chuẩn IEC 61850 48

3.1.2 Quá trình thiết kế hệ thống tự động hóa đề nghị 52

3.1.3 Tính linh hoạt và khả năng mở rộng 54

3.1.4 Xây dựng theo từng cấp độ (có xem xét khả năng mở rộng trạm) 55

3.1.5 Chức năng và giao diện 55

3.1.6 Giao thức 58

3.1.7 Cấu trúc hệ thống trao đổi thông tin dữ liệu 58

3.1.8 Đơn giản hóa cấu trúc mạng thông tin 69

3.1.9 Xây dựng cấu hình mạng đáp ứng độ tin cậy cao 73

3.1.10 Quản lý trạng thái 76

3.1.11 Quản lý lỗi hệ thống 76

3.1.12 Mở rộng ứng dụng của tiêu chuẩn 79

3.2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850 CHO CÁC TRẠM CŨ: 80

3.2.1 Hạn chế, thiếu sót của các trạm cũ 80

3.2.2 Giải quyết các thiếu sót và tính toán khả năng nâng cấp cho các trạm: 82

3.3 QUẢN LÝ DỰ ÁN VÀ NGHIỆM THU HỆ THỐNG 87

3.3.1 Các kiểu thông số 87

3.3.2 Tài liệu chuẩn 90

3.3.3 Kiểm tra sự hợp chuẩn 90

3.3.4 Thiết bị liên quan kiểm tra sự hợp chuẩn 91

3.3.5 Cấu trúc hệ thống kiểm tra 92

3.3.6 Thủ tục kiểm tra sự phù hợp 92

3.3.7 Kiểm tra sự phù hợp yêu cầu xem xét các vấn đề sau: 93

3.3.8 Kiểm tra hiệu suất 93

3.3.9 Đảm bảo chất lượng kiểm tra 94 3.3.10 Sự hỗ trợ của nhà tích hợp hệ thống 96 3.4 TỔNG KẾT VÀ KIẾN NGHỊ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến áp chia làm 2 loại :

- Trạm biến áp với thiết bị phân phối cách điện bằng không khí

- Trạm biến áp với thiết bị phân phối cách điện bằng khí SF6

Ngoài ra với các trạm có sử dụng các thiết bị của hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS thì thiết bị càng phức tạp hơn với các linh kiện điện tử công suất và hệ thống điều khiển cho nó

Hình 1.1 Trạm biến áp

Trong trạm biến áp còn có các thiết bị phụ trợ như máy nạp, tự dùng AC/DC, ắc qui, inverter, UPS nhằm duy trì sự làm việc của hệ thống điều khiển trong trường hợp mất điện toàn trạm

Các chức năng của hệ thống tự động hóa trạm biến áp đối với từng trạm là khác nhau, tùy theo những yêu cầu, nhiệm vụ cần phải có trong trạm biến áp Điển hình như:

 Điều khiển và giám sát thiết bị nhất thứ

 Xuất thông tin của trạm theo trình tự thời gian

 Giám sát sự hoạt động của toàn bộ hệ thống điều khiển và trạng thái của tất cả các thiết bị điều khiển cũng như bảo vệ

 Ghi nhận các nhiễu loạn

 Ghi lại các sự cố xảy ra trong trạm

 Màn hình điều khiển với nhiều mức điều khiển khác nhau, theo từng cấp điện áp hay toàn bộ trạm

 Đồng bộ thời gian điều khiển với GPS

 Kết nối với hệ thống SCADA với trung tâm điều độ hệ thống điện

 Kết nối với hệ thống bảo vệ diện rộng WAP

 Điều khiển, giám sát, bảo trì hệ thống qua internet

Việc điều khiển thiết bị là nhiệm vụ hàng đầu của hệ thống tự động hóa, trạm tự động hóa đồng nghĩa với việc điều khiển hầu hết các thiết bị chính phía nhất thứ của trạm thông qua hệ thống điều khiển máy tính Ngoài ra các thiết bị này còn được điều khiển bởi tủ điều khiển ngăn lộ tại chỗ (local control panel) và điều khiển bằng cơ khí khi bảo trì, sửa chữa

Các thiết bị thuộc hệ thống điều khiển trạm biến áp bao gồm: giao diện điều khiển người - máy HMI, tủ điều khiển bộ đổi nấc MBA, tủ điều khiển ngăn lộ tại chỗ v.v Giám sát tình trạng thiết bị là một yêu cầu cơ bản của hệ thống tự động hóa trạm biến áp Ngoài các đèn hiển thị, đồng hồ chỉ thị áp suất khí SF6, đồng hồ đo dòng điện, điện áp, nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu máy biến thế, hệ thống tự động hóa trạm biến

áp có khả năng quan sát tình trạng của các thiết bị qua màn hình HMI (human machine interface), giám sát áp suất khí SF6, giám sát nhiệt độ cáp ngầm DTS (Distributed Temperature Sensor) v.v

Bên cạnh đó, hệ thống tự động hóa còn đảm bảo chứa năng thu thập dữ liệu, sự kiện xảy ra trong trạm Toàn bộ các thông tin của trạm đều được đưa về bộ xử lý trung tâm

để xử lý, ra lệnh điều khiển đến từng ngăn lộ, cũng như truyền thông tin về trung tâm điều độ qua hệ thống SCADA Các thiết bị chính của việc thu thập dữ liệu bao gồm : card điều khiển trung tâm DAC (Data Acquisition & Control), đơn vị điều khiển ngăn

lộ – Bay Control Unit (điều khiển và truyền thông tin về bộ điều khiển trung tâm) v.v

Yếu tố quan trọng trong hệ thống tự động hóa trạm đó chính là mạng thông tin tín hiệu Mạng thông tin tín hiệu đóng vai trò là xương sống cho mọi sự trao đổi thông tin,

dữ liệu, lệnh điều khiển trong trạm Theo tiêu chuẩn IEC 61850, cấu trúc hệ thống trong trạm biến áp được giới thiệu như hình 1.2 Với cấu trúc này, Ethernet Switch đóng vai trò là điểm kết nối của các thiết bị trong mạng

Giao thức truyền thông giữa các thiết bị điện tử thông minh trước đây thường được dùng là DNP 3.0, IEC 60870-5-101, Profibus, Modbus Tuy nhiên, vì giao thức từ

nhiều nhà sản xuất khác nhau không thể trao đổi thông tin lẫn nhau giữa các thiết bị, từ

đó, sự ra đời của tiêu chuẩn IEC 61850 nhằm giải quyết vấn đề này Tiêu chuẩn IEC

61850 dùng chung một giao thức truyền thông giữa bus trạm và bus chấp hành, cấu trúc hệ thống trạm sẽ liên tục, đơn giản hơn khi kết nối các switch với nhau, cũng có thể nối mạng vòng cho các switch, giúp hệ thống thêm tin cậy hơn

Các thiết bị trong hệ thống thông tin tín hiệu trong trạm bao gồm: cấu hình hệ thống điều khiển trạm, HUB quang; máy tính sửa chữa hệ thống; thiết bị lưu trữ dữ liệu; GPS; Router v.v

Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống tự động hóa trạm

Trên thế giới, từ khi tiêu chuẩn IEC 61850 ra đời, đã có rất nhiều dự án được triển khai thành công với cấu trúc hệ thống đơn giản, hiện đại, phù hợp tiêu chuẩn Tại Thụy Sỹ, năm 2004 vận hành trạm Winznauschachen với các thiết bị điều khiển, bảo

vệ cấp điện áp 16 kV theo tiêu chuẩn IEC 61850 đầu tiên Trạm này sử dụng hệ thống điều khiển SICAM PAS, các thiết bị bảo vệ dùng ngôn ngữ chung, không phân biệt nhà sản xuất, và không gặp trở ngại khi trao đổi dữ liệu lẫn nhau, dự án do Siemens PTD thực hiện Tháng 12 năm 2004, trạm 380kV Laufenburg, Thụy Sĩ cũng thực hiện kết hợp 2 loại bảo vệ từ 2 nhà cung cấp khác nhau, trao đổi dữ liệu lẫn nhau theo giao thức IEC 61850 Tại Đức, trạm Garzweiler sử dụng bus trạm theo giao thức TCP/IP và

Hình 1.4 NCIT dùng cho thiết bị GIS

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN IEC 61850

2.1 TỔNG QUAN VỀ IEC 61850 :

Ngày nay, việc xây dựng hệ thống tự động hóa trạm biến áp dựa trên sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, với sự tích hợp cao của các bộ vi xử lý vừa nhanh, mạnh và cao cấp Đã mang đến sự phát triển về thiết bị nhị thứ trong trạm, từ các thiết bị điện

cơ cho đến thiết bị kỹ thuật số Từ đó, việc thực hiện tự động hóa trạm sử dụng các thiết bị điện tử thông minh IED để đáp ứng các yêu cầu chức năng như bảo vệ, giám sát và điều khiển v.v Do đó, sự trao đổi thông tin giữa các IED là hết sức cần thiết, đặc biệt là cần có một giao thức chuẩn Hiện tại, đã có nhiều giao thức trao đổi thông tin được phát triển bởi nhiều nhà sản xuất khác nhau, đòi hỏi các bộ chuyển đổi giao

thức phức tạp và tốn kém khi sử dụng IED từ các nhà sản xuất khác nhau

Tiêu chuẩn IEC 61850 ra đời nhằm tạo ra một giao thức trao đổi thông tin chuẩn,

hỗ trợ khả năng trao đổi thông tin lẫn nhau giữa các IED từ nhiều nhà sản xuất khác nhau Đây là mục tiêu chung của các công ty điện lực, các nhà cung cấp thiết bị cũng như của các nhà soạn thảo tiêu chuẩn Và thực tế, đã có nhiều nước và tổ chức quốc tế tham gia hành động để đạt được mục tiêu này

Đối tượng của tiêu chuẩn tự động hóa trạm là nhằm phát triển một tiêu chuẩn trao đổi thông tin thỏa mãn các yêu cầu về chức năng, hiệu suất, và cũng hỗ trợ sự phát triển của công nghệ trong tương lai Để thật sự có được lợi ích này, cần phải có sự nhất trí cao giữa nhà sản xuất IED và người sử dụng theo hướng các thiết bị có thể trao đổi thông tin một cách tự do

Tiêu chuẩn trao đổi thông tin phải hỗ trợ các chức năng vận hành của trạm Vì vậy, tiêu chuẩn phải xét đến các yêu cầu vận hành trạm, nhưng mục đích của tiêu chuẩn là không chuẩn hóa (và không giới hạn) các chức năng liên quan đến sự vận hành trạm cũng như vị trí của chúng trong hệ thống tự động hóa trạm Những chức năng ứng dụng sẽ được định nghĩa và mô tả nhằm xác định các yêu cầu về trao đổi thông tin Tiêu chuẩn giao thức trao đổi thông tin nên sử dụng các tiêu chuẩn đã có và tuân thủ các nguyên lý chung về trao đổi thông tin

Tiêu chuẩn phải đảm bảo các đặc tính sau:

- Đó là khuôn mẫu trao đổi thông tin đầy đủ dựa trên các tiêu chuẩn trao đổi thông tin đang tồn tại như IEC/IEEE/ISO/OSI, nếu có thể

- Các giao thức được dùng phải “mở” và hỗ trợ thiết bị tự mô tả (thiết bị có chứa thông tin trên cấu hình của nó) Có thể thêm mới một chức năng

- Tiêu chuẩn dựa trên các đối tượng dữ liệu có liên quan đến sự cần thiết của ngành công nghiệp năng lượng điện

- Cú pháp và ngữ nghĩa của sự trao đổi thông tin dựa trên sự sử dụng của các đối tượng dữ liệu chung liên quan đến hệ thống điện

- Tiêu chuẩn trao đổi thông tin xem xét đến việc trạm là một nút trong mạng điện, tức là hệ thống tự động hóa trạm là một thành phần của hệ thống điều khiển toàn hệ thống điện

Tiêu chuẩn 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 (logical node LN) LN là thành phần chính của việc mô hình dữ liệu Các dữ liệu trong hệ thống theo IEC 61850 dựa trên các nút logic LN, dữ liệu cũng chính là thành phần cơ bản của việc trao đổi thông tin tín hiệu trong hệ thống tự động trạm

Chức năng cơ bản của tự động trạm được thực hiện bởi sự trao đổi thông tin giữa các nút logic khác nhau Việc dùng các LN vào trong thiết bị vật lý tùy thuộc vào công nghệ trạm và những điều kiện vận hành khác nhau

Với chức năng bảo vệ được tạo ra từ các nút logic như PDIS (bảo vệ khoảng cách), TCTR (biến dòng điện), TVTR (biến điện áp) và XCBR (máy cắt) Việc sử dụng nút logic gắn với thiết bị vật lý do nhà sản xuất thiết bị lựa chọn và phụ thuộc vào công nghệ trạm và điều kiện vận hành

Tiêu chuẩn IEC 61850 cũng định nghĩa thiết bị logic (logical device LD) và thiết

bị vật lý (physical device PD) Thiết bị logic bao gồm nhiều nút logic và luôn nằm trong một thiết bị vật lý cụ thể, và một thiết bị vật lý có thể chứa nhiều thiết bị logic Tuy nhiên, tiêu chuẩn không quy định các thiết bị logic trong cùng một thiết bị vật lý

phải cùng nhóm, tức là không phân biệt thiết bị logic cùng nhóm bảo vệ hay nhóm điều khiển, trong khi các nút logic trong thiết bị logic thuộc cùng một nhóm Khái niệm nút logic dùng cho thiết bị vật lý hỗ trợ nhiều dạng cấu trúc trạm, từ cấu trúc điều khiển tập trung với nền tảng RTU, từ thiết bị nhất thứ đến cấu trúc điều khiển phân tán với các cảm biến thông minh và cơ cấu chấp hành kết nối qua bus xử

lý

Tất cả các ứng dụng hiện tại cho tự động hóa trạm đều có trong tiêu chuẩn và được

hỗ trợ bởi tiêu chuẩn Tiêu chuẩn cũng có mô hình đối tượng, tạo qui định để nó có thể

mở rộng hơn nữa tiêu chuẩn và các ứng dụng mới trong tương lai mà không cần thêm các qui định mới hay sửa đổi tiêu chuẩn Trong tiêu chuẩn tách rời riêng biệt mảng ứng dụng, với sự thay đổi ít và mảng thông tin tín hiệu, với sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ Điều này cho phép cập nhật được các công nghệ mới trong kỹ thuật truyền thông và vẫn đảm bảo được các ứng dụng hiện có

Tiêu chuẩn IEC 61850 qui định các lớp trao đổi thông tin giống như chuẩn Ethernet, có hỗ trợ giao thức TCP/IP, quy định cách thức mã hóa dòng thông tin, ánh

xạ dịch vụ trao đổi thông tin đặc trưng SCSM (specific communication service

mapping)

2.2 IEC 61850-3: CÁC YÊU CẦU CHUNG

IEC 61850-3 trình bày các yêu cầu chung 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 tín dùng cho việc giám sát, cấu hình và điều khiển quá trình trong trạm

Nếu bất cứ phần tử nào của hệ thống tự động hóa trạm (SAS) hư hỏng, yêu cầu hệ thống vẫn hoạt động được, nghĩa là yêu cầu hệ thống không được ngừng hoạt động khi chỉ có một điểm nào đó bị lỗi (single point of failure)

Việc khôi phục (backup) hệ thống và dữ liệu có thể phải được cung cấp cho hệ thống SAS Hệ thống thông tin truyền tín SAS cần cho dữ liệu tin cậy khi có mặt của lỗi truyền, lỗi thủ tục, trễ, lỗi thiết bị…

Yêu cầu chung về mạng, gồm yêu cầu về địa lý (mạng thông tin truyền tín trong trạm cần có khả năng bao phủ lên đến 2 km) và số lượng thiết bị (mạng thông tin

truyền tín trong trạm cần có khả năng đáp ứng cho tất cả các cấu hình ngăn trong thiết

bị phân phối cao áp)

Mục này còn quy định chi tiết về các 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

Các yêu cầu này bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí, lực cơ học và địa chấn, độ

ô nhiễm và ăn mòn, ảnh hưởng điện từ (nhiễu do vật liệu dẫn điện, nhiễu do bức xạ điện từ, nhiễu do tần số nguồn điện cung cấp, tiêu chuẩn chấp nhận, phát xạ ảnh hưởng điện từ )

Yêu cầu chất lượng còn qui định các đặc tính của nguồn điện (tự dùng) cung cấp cho các thiết bị truyền tín được quan tâm trong tiêu chuẩn này

Ngoài ra, các tiêu chuẩn như độ bền điện, sự mất điện áp, chất lượng điện áp v.v

2.3.1 Mục đích và yêu cầu

Khả năng làm việc với nhau (“interoperability”)

Mục đích của tiêu chuẩn IEC là cung cấp khả năng làm việc với nhau giữa các IED từ nhiều nhà cung cấp khác nhau, hay nhiều hơn nữa là giữa các chức năng làm việc trong trạm nhưng nằm ở thiết bị (vật lý) của các nhà cung cấp khác nhau

“Interoperability” cho thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau theo hướng sau:

a) thiết bị sẽ có thể kết nối với bus chung với một giao thức chung (về cú pháp); b) thiết bị sẽ hiểu được thông tin cung cấp bởi các thiết bị khác (về ý nghĩa);

Vì không có sự hạn chế về cấu trúc hệ thống và trao đổi dữ liệu, các yêu cầu “động

và tĩnh” phải được thỏa mãn để có được khả năng làm việc cùng nhau này

Yêu cầu thiết kế tĩnh

Mục đích của “interoperability” cho bất kỳ cấu hình nào tạo ra các yêu cầu sau

đây (không hoàn toàn độc lập nhau) :

a) Sự sử dụng tự do các chức năng vào thiết bị sẽ được hỗ trợ bởi việc trao đổi thông tin, tức là việc trao đổi thông tin phải cho phép 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

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

c) Các chức năng cần được mô tả chỉ khi cần cho việc xác định việc thông tin được trao đổi

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

e) Các chức năng được dùng ngày nay và các yêu cầu trao đổi thông tin tín hiệu của chúng đã được biết đến nhiều, nhưng tiêu chuẩn IEC 61850 sẽ vẫn “mở” cho các yêu cầu trao đổi thông tin tín hiệu tăng thêm từ các chức năng trong tương lai

Yêu cầu tương tác động

Mục đích của “interoperability” cho bất cứ sự trao đổi dữ liệu nào dẫn đến các

yêu cầu tương tác động sau (không hoàn toàn độc lập nhau) :

a) 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 Luật mở rộng cũng sẽ được đề cập

b) Thông tin truyền dữ liệu sẽ được định nghĩa với các thuộc tính liên quan (xem PICOMs)

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

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

Yêu cầu về đáp ứng

Vì “interoperability” cũng đòi hỏi cho các ứng dụng chạy riêng biệt, các phản

ứng của phía nhận cũng phải được xem xét

a) phản ứng của phía nhận phải tính vào trong toàn bộ các yêu cầu của các chức năng phân tán được hoạt động

b) phản ứng cơ bản của các chức năng trong bất cứ trường hợp bị hạ cấp nào, (tức

là trong trường hợp lỗi tin gửi, mất dữ liệu do bị gián đoạn việc trao đổi thông tin, giới hạn nguồn, ngoài khoảng cho phép của dữ liệu, v.v…) phải được cụ thể hóa Điều này rất quan trọng nếu toàn bộ các nhiệm vụ không thể được kết thúc thành công, ví dụ, nếu nút từ xa không có đáp ứng trả lời theo đúng cách thức

Các yêu cầu này liên quan về mặt chức năng ra lệnh tại chỗ, do đó ngoài khuôn khổ tiêu chuẩn IEC 61850 Nhưng các yêu cầu (không nằm trong tiêu chuẩn IEC 61850) này là sự chuẩn bị cho các thuộc tính chất lượng riêng để truyền với các dữ liệu được xem xét

Hướng tiếp cận đến “interoperability”

Để tiếp cận khả năng này, các chức năng hoạt động trong các trạm được định nghĩa và phân loại theo các yêu cầu trao đổi thông tin với nhau trong phần còn lại của IEC 61850-5 Các yêu cầu cho việc trao đổi dữ liệu sẽ được xác định rõ

“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 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) Sau đó, ánh xạ mô hình này vào kỹ thuật

trao đổi thông tin theo lớp, được định nghĩa rõ ràng trong IEC 61850-8-x và -9-x

2.3.2 Luật định nghĩa chức năng

Để đạt được các yêu cầu về thông tin truyền tín hiệu trong một trạm, việc định nghĩa cho toàn bộ các chức năng là cần thiết Mô tả các chức năng xem xét đến nút logic LN và việc tiếp cận mảng thông tin truyền tín PICOM và gồm 3 bước sau:

a) Mô tả chức năng bao gồm việc chia nhỏ thành các nút logic

b) Mô tả nút logic bao gồm mảng thông tin truyền tín được trao đổi

c) Mô tả mảng thông tin truyền tín bao gồm các thuộc tính

2.3.3 Yêu cầu hiệu suất tin gửi

Việc trao đổi thông tin tín hiệu giữa các nút logic được mô tả bằng hàng ngàn PICOM độc lập Hơn nữa, có rất nhiều điểm giống nhau giữa các PICOM này ; ví dụ, tất cả các chu trình mô tả PICOM, ngoài nguồn bản thân nó, còn có các yêu cầu xác định thông tin truyền tín mô tả bởi các thuộc tính của PICOM Vì vậy việc phân loại PICOM sẽ cho ta cái nhìn tổng quát về các yêu cầu và hỗ trợ một mô hình và định nghĩa hiệu quả các yêu cầu hiệu suất trao đổi tín hiệu

Trước tiên, tất cả các PICOM từ nhiều nút logic được định nghĩa và xếp vào một kiểu PICOM dùng chung một mục đích và có các thuộc tính chung

Khoảng rộng của yêu cầu thời gian truyền phản ánh sự cần thiết của các chức năng độc lập Vì các yêu cầu thời gian cao hơn luôn bao gồm cả yêu cầu thấp hơn, các yêu cầu có thể tóm tắt trong kiểu tin gửi

Yếu tố cần thiết và chủ yếu cho bất kỳ yêu cầu hiệu suất của hệ thống hỗ trợ trao đổi tín hiệu đó là thời gian tối đa được phép trao đổi dữ liệu, được gọi là thời gian truyền (transfer time)

Để xác định nhãn thời gian và thời gian truyền, các yêu cầu cơ bản để mô tả thời gian cần phải rõ ràng 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

Yêu cầu thời gian cơ bản

Vì các thiết bị phù hợp tiêu chuẩn IEC 61850 từ nhiều nhà cung cấp không chỉ dành cho trạm mà còn cho cả hệ thống điện, nên cần một định dạng chung cho việc

gán nhãn thời gian bởi các thiết bị này Các yêu cầu cụ thể về mô hình và định dạng thời gian như sau :

a) Tính chính xác (phụ thuộc vào ứng dụng khác nhau mà yêu cầu về độ chính xác thời gian khác nhau)

b) Dấu hiệu thời gian phải dựa trên một tiêu chuẩn thời gian đang tồn tại (UTC – phối hợp thời gian đa năng thường được chấp nhận như là thời gian tiêu chuẩn cơ bản)

c) 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

d) 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

e) Thông tin dấu hiệu thời gian phải dễ dàng nhận được từ các nguồn thời gian mang tính thương mại (ví dụ như GPS)

f) Mô hình thời gian toàn bộ bao gồm thông tin cho phép tính toán thời gian địa phương

g) Mô hình thời gian phải cho phép chênh lệch (offset) nửa giờ so với giờ địa phương

h) Định dạng dấu hiệu thời gian phải nhỏ gọn và dễ dàng điều khiển bằng máy móc Các yêu cầu thời gian cơ bản này là các yêu cầu hệ thống, mà hệ thống bao gồm các thiết bị, cho nên, các thiết bị cũng phải hỗ trợ các yêu cầu này

2.4 IEC 61850-6: NGÔN NGỮ MÔ TẢ CẤU HÌNH TRAO ĐỔI THÔNG TIN

Phần này của tiêu chuẩn IEC 61850 trình bày chi tiết 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 (Subtation Configuration description Language SCL) Chúng thường được dùng để mô tả cấu hình IED và hệ thống trao đổi thông tin tín hiệu phù hợp với IEC 61850-5 và IEC 61850-7-x Ngôn ngữ cho phép mô tả hình thức (formal description) các quan hệ giữa hệ thống SAS và trạm (thiết bị phân phối) Ở mức ứng dụng, ngôn ngữ mô tả sơ đồ thiết bị phân phối và sự liên quan giữa cấu trúc thiết bị phân phối với các chức năng của hệ thống SAS được xây dựng trên các IED SCL cho phép mô tả một cấu hình IED đi qua được sự trao đổi thông tin và công

cụ kỹ thuật hệ thống ứng dụng và đi qua được cả mô tả cấu hình hệ thống và công cụ cấu hình IED theo cách thích hợp Mục đích chính của nó là 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 phân phối, các sản phẩm hoặc chức năng, hay với việc thiết kế chức năng chấp hành, với các chức năng được bố trí vào các thiết bị vật lý sau này, dựa trên khả năng hoạt động của thiết

bị và khả năng cấu hình của chúng Thông thường thì cách tiếp cận đa dạng được dùng nhiều hơn: một bộ phận chấp hành điển hình như một ngăn đường dây được xây dựng trước, và sau đó kết quả được dùng trong quá trình hình thành chức năng cần thiết Với SCL, điều này có nghĩa là chúng phải có khả năng mô tả:

a) Chi tiết hệ thống như sơ đồ một sợi, và sự bố trí các nút logic vào các bộ phận và thiết bị của sơ đồ một sợi để chỉ chức năng cần thiết

b) Các IED được cấu hình trước với số lượng các nút logic nhất định, nhưng không liên quan đến một quá trình cụ thể, có thể chỉ liên quan đến một phần chức năng quá trình tổng thể

c) Các IED được cấu hình trước với ngữ nghĩa được cấu hình trước cho một phần

thừa hành của một cấu trúc nhất định, ví dụ phát tuyến GIS sơ đồ 2 thanh cái

d) Cấu hình toàn bộ quá trình với tất cả liên kết các IED với các chức năng quá trình độc lập và thiết bị nhất thứ, được tăng cường bởi các kết nối điểm truy nhập và các đường truy nhập có thể trong các mạng cấp dưới cho tất cả các client có thể

e) Như mục d) ở trên, nhưng được cộng thêm với tất cả các hỗ trợ được xác định trước và các kết nối client-server giữa các nút logic ở mức độ dữ liệu Điều này cần thiết nếu một IED không có khả năng hỗ trợ xây dựng một cách linh hoạt hay báo cáo các kết nối (ở cả phía client hay server)

Trường hợp e) là trường hợp đầy đủ Cả 2 trường hợp d) và e) là kết quả sau khi xây dựng hệ thống SAS, trong khi trường hợp a) là một đầu vào chức năng cụ thể với việc xây dựng hệ thống SAS, và trường hợp b) và c) là các kết quả có thể sau khi xây dựng trước IED

SCL được định nghĩa trong tiêu chuẩn này theo các mục đích sau:

1) chi tiết hóa chức năng hệ thống SAS ( mục a) ),

2) mô tả khả năng của IED ( mục b) và c) ),

3) mô tả hệ thống tự động hóa trạm biến áp (mục d) và e) )

Với mục đích thiết kế hệ thống, kỹ thuật trao đổi thông tin tín hiệu và mô tả hệ thống trao đổi tín hiệu được xây dựng cho các công cụ xây dựng thiết bị theo cách tiêu chuẩn hóa

Điều này đạt được bằng cách định nghĩa một mô hình đối tượng mô tả các IED, các kết nối trao đổi thông tin và việc bố trí nó vào thiết bị phân phối, và một hướng tiêu chuẩn hóa để mô tả bằng cách nào mô hình này hiện diện trong tệp tin được trao đổi giữa các công cụ kỹ thuật Kết quả mô hình đối tượng cũng có thể là nền tảng cho các nhiệm vụ kỹ thuật khác, có thể là vài sự bổ sung khác Và cũng do sự cần thiết của SCSM – ánh xạ dịch vụ trao đổi tín hiệu đặc trưng, tiêu chuẩn này xem ngôn ngữ được định nghĩa ở đây là mô hình cốt lõi, và các định nghĩa về cách mở rộng mô hình cốt lõi này cho SCSM cũng như các mục đích kỹ thuật khác có thể được thực hiện theo một cách tiêu chuẩn hóa

Hình sau trình bày cách dùng của dữ liệu SCL trao đổi trong quá trình kỹ thuật được đề cập ở trên Các hình tô bóng trên đường nét đứt chỉ nơi các tệp tin SCL được dùng

Hình 2.1 Mô hình tham chiếu cho dòng thông tin trong quá trình cấu hình

Bộ cấu hình IED là một công cụ đặc biệt của nhà sản xuất có khả năng xuất hoặc nhập các tệp tin được định nghĩa trong phần này của IEC 61850 Nó cung cấp các cài đặt cụ thể cho IED và tạo các tệp tin cấu hình IED cụ thể, hoặc tải cấu hình IED vào IED

Một IED được xem là thỏa mãn tiêu chuẩn IEC 61850, chỉ khi:

 chúng được đi cùng với một tệp tin SCL mô tả khả năng, hoặc với một công cụ có thể tạo ra tệp tin này từ IED

 Chúng có thể sử dụng trực tiếp một tệp tin SCL hệ thống để thiết lập cấu hình trao đổi thông tin của nó, càng nhiều thông tin cấu hình càng tốt (tức là, ít nhất phải có địa chỉ), hoặc nó đi kèm với một công cụ có thể nhập một tệp tin SCL hệ thống để cài đặt các thông số vào IED

Bộ cấu hình hệ thống là một công cụ IED mức hệ thống độc lập có khả năng nhập hoặc xuất tệp tin cấu hình Nó có thể nhập các tệp tin cấu hình từ vài IED cần cho kỹ

thuật ở mức hệ thống, và được dùng bởi kỹ thuật cấu hình để thêm thông tin hệ thống 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, mà có thể hồi tiếp về bộ cấu hình IED cho cấu hình IED liên qua

ệu cấu

ối tại chỗ tới IED

ợc định nghĩa trong tiêu chuẩn này, nhưng thông thường, định dạng

Phần nằm dưới đường nét đứt trong hình 2.4 biểu thị đường đi của dữ li

hình IED đến từng IED do bộ cấu hình IED tạo ra Có thể thực hiện bằng cách:

 Truyền tệp tin tại chỗ từ một máy tính trạm (workstation) kết n

Kiểu truyền tệp tin này không nằm trong khuôn khổ tiêu chuẩn này

 Truyền tệp tin từ xa, ví dụ bằng phương pháp của IEC 61850-7-2 Định dạng tệp

tin này không đư

SCL được chọn

 Dịch vụ truy cập đến thông số và dữ liệu cấu hình

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 Mục đíc

ản và phương pháp mô tả về:

- mô hình thông tin cho hệ thống tự động hóa trạm biến áp,

- chức năng của thiết bị được dùng cho mục đích tự động hóa trạm,

- trao đổi thông tin giữa trạm này và trạm khác,

- trao đổi thông tin giữa trạm và trung tâm điều độ,

- trao đổi thông tin cho sự tự động

- trao đổi thông tin cho đo lường,

- giám sát điều kiện và giải quyết trục trặc,

- trao đổi thông tin với hệ thống quản lý kỹ thuật để cấu hình thiết bị

ẩn IEC 61850

à nút khóa liên động (CILO) đã cho phép Các

XCBR.Mod,

ợc định nghĩa trong lớp dữ liệu dùng chung DPC (Controllable Double Point)

2.5.1 Mô hình tiếp cận tiêu chu

Mô hình trao đổi thông tin

a) Mô hình đầu ra ( output model)

Khái niệm mô hình điều khiển được minh họa trong hình 2.2

Trong ví dụ là một nút logic máy cắt (XCBR) với thuộc tính dữ liệu XCBR.Pos.ctlVal Trước khi yêu cầu dịch vụ điều khiển biểu diễn sự thay đổi vị trí của một thiết bị thật, một số điều kiện cần thỏa mãn, ví dụ, đầu ra chỉ được tạo ra khi công tắc local/remote ở vị trí “remote” v

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

- kiểm tra các điều kiện của thiết bị, và

- các thuộc tính khác của ngày có thể điều khiển, ví dụ, khóa liên động, cấu hình xung, mô hình điều khiển, lớp sbo, và thời gian timeout sbo đư

Hình 2.2 Mô hình đầu ra (bước 1)

Sau khi tất cả các điều kiện đã thỏa mãn, tín hiệu đầu ra có thể thỏa 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

Hình 2.3 Mô hình đầu ra (bước 2)

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.st.Val Thay đổi trạng thái xuất ra

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

nội bộ là nhận được vị trí dao cách ly để tính toán điều kiện khóa liên độn

ày và

được định nghĩa tùy theo ứng dụng cụ thể, nằm ngoài khuôn khổ tiêu chuẩn này

n

b) Khái niệm mô hình GSE

Sự kiện trạm tổng thể GSE(generics substation event) cung cấp sự trao đổi thông tin đồng đẳng (peer to peer) giữa các giá trị dữ liệu đầu vào của một IED với dữ liệu

đầu ra của nhiều IED khác (multicast) Thông điệp GOOSE và GSSE nhận được của một IED có thể được dùng để tính toán dữ liệu cho các mục đích nội bộ (internal) Ví

dụ, mục đích

g tại chỗ

Điều kiện cần thỏa mãn và cần kiểm tra để chạy trước khi giá trị được dùng như là tín hiệu đầu ra, như điều kiện khóa liên động, được nói đến trong tiêu chuẩn n

Hình 2.4 Mô hình đầu ra GSE c) Mô hình đầu vào

Thu thập tín hiệu đầu vào tương tự

Khái niệm sự thu thập tín hiệu đầu vào tương tự được minh họa như hình 2.5 Tín hiệu thô được điều hòa bởi bộ điều hòa 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 (substitute/unsubstitute)

- khóa/không khóa (blocked/unblocked)

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

2.5.2 Quan sát theo hướng ứng dụng

Một ví dụ của ứng dụng là nhân viên vận hành muốn điều khiển máy cắt từ HMI 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 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

Các ứng dụng trong máy tính có thể truy vấn thông tin về:

Hình 2.5 Mô hình đầu vào cho giá trị tương tự (bước 1)

Ngoài ra, nhân viên vận hành có thể thay đổi nhóm giá trị cài đặt rơle, cấu hình đáp ứng báo cáo từ xa, yêu cầu thay thế giá trị vận hành, hoặc nhận thứ tự ghi sự kiện SOE (sequence of events) v.v

Các chức năng được hỗ trợ bởi bộ điều khiển có 3 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 chúng được đặt tên và mô tả,

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

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

2.5.3 Quan sát theo hướng thiết bị

Thiết bị thực chứa các phần chính như sau:

- nút logic và dữ liệu,

- thông tin về thiết bị thực,

- các dịch vụ và ánh xạ đến hệ thống trao đổi thông tin đặc trưng

2.5.4 Quan sát theo hướng trao đổi thông tin

Mô hình dịch vụ của IEC 61850

Các dịch vụ được xác định bằng kỹ thuật mô hình đối tượng Giao diện 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

ACSI (giao diện dịch vụ trao đổi thông tin trừu tượng) định nghĩa các dịch vụ tiện ích chung cho thiết bị trạm Gồm 2 nhóm, một nhóm 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 đồng đẳng với các dịch vụ GSE (ví dụ như truyền dẫn nhanh và tin cậy dữ liệu giữa các IED bảo vệ, từ một IED đến nhiều IED khác) và với dịch vụ giá trị lấy mẫu cho truyền dẫn theo định kỳ

Client và Server thực có thể được kết nối bởi nhiều hệ thống trao đổi thông tin khác nhau Phương tiện trao đổi thông tin có thể có nhiều sự ràng buộc về vị trí và sự

sử dụng, như giới hạn về tốc độ bit, lớp liên kết dữ liệu độc quyền, hạn chế về thời gian sử dụng, trễ do bước truyền vệ tinh Hệ thống có thể có tính thứ bậc, với một vài điểm trung tâm tổ chức và giám sát tương tác với số lượng lớn các điểm tại vị trí chấp hành, hoặc được xây dựng mạng theo kiểu tương tác đồng đẳng Phương tiện trao đổi thông tin có thể có nhiều cấu hình khác nhau, như điểm- đa điểm, đa điểm, hỗn hợp, theo phân cấp, WAN-to-LAN, thực hiện với nút trung gian như router, gateway, hoặc

cơ sở dữ liệu tập trung dữ liệu

Hình 2.6 Phương pháp trao đổi thông tin ACSI

2.5.5 Nơi thiết bị vật lý, mô hình ứng dụng và trao đổi thông tin gặp nhau

Thiết bị vật lý được đặt ở vị trí trung tâm của trật tự các thành phần Tất cả các hướng “gặp nhau” tại server Mỗi hướng có một mối quan hệ đến các hướng khác bên trong thiết bị vật lý Các hướng nhìn khác được trình bày ở đây để chỉ ra rằng có thể tính đến việc bổ sung vào IEC 61850 nhiều hướng khác khi thiết bị thực tế được triển khai

Server chính là thành phần chủ chốt Cần thiết phải phân biệt các hướng sau đây: a) Server đại diện, từ hướng mô hình dữ liệu ứng dụng cho đến mạng ngoài,

b) Server đại diện 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,

c) SCSM ánh xạ IEC 61850 vào đối tượng quan sát mạng trao đổi thông tin,

d) Server, SCSM và chức năng ứng dụng được ánh xạ đến nguồn của thiết bị vật

lý

Hình 2.7 Cấu trúc thành phần của các hướng quan sát khác nhau

Với các thiết bị thực, tất cả các hướng (ứng dụng, hướng nhìn, ánh xạ, mối quan hệ) phải được triển khai Các thiết bị hợp chuẩn IEC 61850 làm cho hướng nhìn theo IEC 61850 có thể nhìn thấy được bởi bất cứ 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 Các thiết bị khác không được mô hình (như dịch vụ, thiết bị logic, nút logic, dữ liệu, thuộc tính dữ liệu, nhóm cài đặt, điều khiển báo cáo v.v ) sẽ không được nhìn thấy từ mạng trao đổi thông tin

2.5.6 Ánh xạ ACSI vào hệ thống trao đổi thông tin thực

Hình 2.8 minh họa mối quan hệ giữa ACSI và các lớp nằm dưới lớp ứng dụng ACSI không định nghĩa tin nhắn ACSI cụ thể Dịch vụ ACSI được ánh xạ đến một dịch vụ của một hoặc nhiều tin nhắn thuộc lớp ứng dụng của lớp bên dưới lớp ứng dụng

Hình 2.8 Ánh xạ ACSI vào lớp ứng dụng

Về tổng quát, IEC 61850 cho phép các thiết bị khác nhau có thể chia sẻ dữ liệu và dịch vụ, do đó các thiết bị phải chấp nhận các dạng dịch vụ và dữ liệu cụ thể sẽ được trao đổi Dạng dịch vụ và dữ liệu là không quan trọng với lớp chuyển vận, lớp mạng

và lớp vật lý và bất biến với các lớp này Ngược lại, ứng dụng đang gửi và nhận dữ liệu không có thủ tục thực mô tả cách điều này được thực hiện, vì vậy nó là bất biến với cơ cấu được dùng

Sự tách rời vai trò ứng dụng này là rất quan trọng vì nó cho phép nhiều công nghệ khác nhau được dùng (theo cách rõ ràng, cụ thể) Kết quả là các lớp phía dưới này có

thể trao đổi thông tin với nhau, ví dụ như:

- Mạng với các kiểu phương tiện vật lý khác nhau có thể được dùng;

- Nhiều hơn một giao thức lớp ứng dụng có thể tồn tại và sử dụng cùng một mạng và các giao thức vật lý

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)

2.6 IEC 61850-7-2: GIAO DIỆN DỊCH VỤ TRAO ĐỔI THÔNG TIN TRỪU TƯỢNG (ACSI)

ACSI cung cấp các giao diện trừu tượng sau:

a) Giao diện trừu tượng mô tả sự trao đổi thông tin giữa một client và một server ở xa cho:

- Truy nhập dữ liệu thời gian thực và tìm kiếm thông tin cho người dùng,

- Điều khiển thiết bị,

- Báo cáo và ghi nhận sự kiện,

- Xuất bản/thuê bao (publisher/subscriber),

2.6.1 Tổng quan về ACSI và các khái niệm cơ bản

Mô hình ACSI cung cấp:

- Đặc tả mô hình cơ bản cho việc định nghĩa mô hình thông tin đặc thù trạm trong IEC 61850-7-3 và IEC 61850-7-4,

- Đặc tả mô hình dịch vụ trao đổi thông tin

Mô hình thông tin và dịch vụ trao đổi thông tin được đan xen với nhau Về quan điểm mô tả, hai hướng này khác biệt ở vài điểm

Các mô hình dịch vụ khác yêu cầu cho hệ thống tự động hóa trạm cũng được định nghĩa trong phần này và được liên kết đến các nút logic và dữ liệu Dịch vụ trao đổi thông tin hoàn toàn được định nghĩa trong ACSI Và mô hình thông tin được định nghĩa trong IEC 61850-7-4 tham chiếu đến các dịch vụ định nghĩa trong các mô hình khác của ACSI

2.6.2 Tổng quan về mô hình thông tin cơ bản

Khái niệm mô hình nhằm xây dựng mô hình thông tin đặc trưng miền:

a) SERVER – đại diện cho quan sát từ bên ngoài đáp ứng của thiết bị Tất cả các mô

hình ACSI khác đều là bộ phận của server

b) LOGICAL-DEVICE (LD) – chứa thông tin được tạo ra và dùng bởi một nhóm

các chức năng ứng dụng đặc trưng miền, các chức năng được định nghĩa là nút logic

c) LOGICAL-NODE (LN nút logic) – chứa thông tin được tạo ra và dùng bởi một

chức năng ứng dụng đặc trưng miền, ví dụ bảo vệ quá áp hay máy cắt

d) DATA (dữ liệu) – cung cấp ý nghĩa để qui định kiểu thông tin, ví dụ vị trí của dao

cách ly với thông tin về chất lượng và nhãn thời gian, chứa trong nút logic

Hình 2.11 Mô hình lớp của ACSI

Mỗi mô hình thông tin này được định nghĩa là một lớp Các lớp bao gồm thuộc tính và dịch vụ Sơ đồ khái niệm lớp của ACSI được minh họa trong hình 2.14

Lớp Tên được thừa kế từ các lớp thiết bị logic, nút logic, dữ liệu và thuộc tính dữ

liệu

2.6.3 Tổng quan về mô hình các dịch vụ khác

Bổ sung thêm vào các mô hình được nói đến ở trên, ACSI bao gồm các mô hình sau để cung cấp các dịch vụ hoạt động trên dữ liệu, thuộc tính dữ liệu và tập dữ liệu

a) DATA SET (tập dữ liệu) – cho phép tạo nhóm các dữ liệu và thuộc tính dữ liệu

Dùng cho truy nhập trực tiếp, báo cáo và ghi sự kiện

b) Substitution (sự thay thế) – hỗ trợ thay thế một giá trị chấp hành bởi một giá trị

khác

c) SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK (khối kiểm soát nhóm cài đặt)- định

nghĩa cách để chuyển từ một tập giá trị này sang tập khác và cách sửa chữa nhóm cài đặt

d) REPORT-CONTROL-BLOCK và LOG-CONTROL-BLOCK (khối kiểm soát

báo cáo và ghi sự kiện) – mô tả điều kiện cho việc tạo báo cáo và ghi sự kiện dựa trên tập thông số bởi client Báo cáo có thể khởi động bằng cách thay đổi giá trị dữ liệu chấp hành hoặc bằng cách thay đổi chất lượng Ghi sự kiện có thể xếp theo các tìm kiếm mới nhất Báo cáo có thể gửi ngay lập tức hoặc hoãn lại Báo cáo cung cấp sự thay đổi trạng thái và chuỗi sự kiện thông tin thay đổi

e) Control blocks for generic substation event (khối kiểm soát cho sự kiện trạm

tổng thể) – hỗ trợ hệ thống nhanh và tin cậy, phân bố rộng của giá trị dữ liệu vào/ra; trao đổi đồng đẳng của thông tin trạng thái dạng nhị phân của IED, ví dụ như tín hiệu trip

f) Control blocks for transmission of sampled values (khối kiểm soát chp truyền

dẫn giá trị lấy mẫu) – truyền nhanh và tuần hoàn mẫu như của các máy biến áp đo

lường)

g) Control (điều khiển) – mô tả dịch vụ điều khiển thiết bị

h) Time and time synchronization (đồng bộ thời gian) – cung cấp thời gian chuẩn cho thiết bị và hệ thống

i) File transfer (truyền tập tin) – định nghĩa sự trao đổi của khối dữ liệu lớn như các chương trình

mô hình trao đổi thông tin khác Bất kỳ dịch vụ trao đổi thông tin khác nên thừa kế tên đối tượng và tham chiếu đối tượng (ObjectName và ObjectReference)

- Khái niệm điều khiển truy nhập (làm thế nào để hạn chế truy nhập vào các đối tượng trong một server)

Các yêu cầu về bảo mật cho sự hạn chế truy nhập vào dữ liệu trong một server được định nghĩa trong IEC 61850-5

Khái niệm liên kết ứng dụng

Mô hình liên kết ứng dụng định nghĩa:

- Dịch vụ được cung cấp cho quản lý liên kết giữa client và server;

- Dịch vụ được cung cấp cho quản lý liên kết cho tin nhắn phát đa điểm

Lớp liên kết ứng dụng 2 thành phần (two-party application association) sẽ

truyền dịch vụ yêu cầu và đáp ứng (vì truyền dịch vụ xác nhận và không xác nhận)

Lớp liên kết ứng dụng phát đa điểm (multicast application association) sẽ là khả

năng của việc truyền dịch vụ không xác nhận (trong chỉ một hướng)

Liên kết ứng dụng cung cấp một cơ cấu cho việc kiểm soát truy nhập đến các đối tượng của một thiết bị

Kiểm soát truy nhập

Mô hình kiểm soát truy nhập cung cấp khả năng để hạn chế truy nhập của một client cụ thể đến các đối tượng lớp, thuộc tính đối tượng lớp, và dịch vụ ACSI hoạt động trên đối tượng lớp của một server cụ thể Server ACSI bao gồm một tập các thiết

bị logic, nút logic, dữ liệu hay tập các kiểm soát báo cáo Tập các đối tượng quan sát một client được hạn chế trên nền tảng định nghĩa của client và qui định kiểm soát truy nhập của server Tập hạn chế này được gọi là quan sát truy nhập ảo Một quan sát truy nhập ảo có thể không chỉ hạn chế khả năng quan sát của đối tượng (hay của thuộc tính)

mà còn hỗ trợ dịch vụ

Khái niệm quan sát truy nhập ảo được minh họa bởi hình sau

Hai user (A và B) có các quan sát truy nhập ảo khác nhau (view 1 và view 2) của

server View 1 cho phép chỉ một dữ liệu (XCBR.OperCnt) được phép truy nhập từ

xa View 2 cho phép tất cả dữ liệu được phép truy nhập

Hướng của IEC 61850 là thực hiện quan sát truy nhập ảo trong server của một thiết bị, vì vậy cung cấp hạn chế truy nhập với bất cứ user nào muốn truy nhập vào các

đối tượng Độc lập với sự thực hiện trong thiết bị, sự hạn chế truy nhập bổ sung có thể thực hiện ở phía user, ví dụ, mật khẩu tại chỗ

Nếu một hướng quan sát ẩn một đối tượng bắt buộc của của một thuộc tính của dữ liệu thì thuộc tính được ẩn này sẽ được thực hiện như là được yêu cầu bởi dữ liệu

Một client sẽ được nhận dạng bởi các thông số được phép đi qua server khi thiết lập liên kết với server hoặc khi gửi thông tin qua liên kết ứng dụng phát đa điểm

Hình 2.12 Quan sát truy nhập của một Server 2.7 IEC 61850-7-3 LỚP DỮ LIỆU DÙNG CHUNG

Phần này của tiêu chuẩn qui định kiểu thuộc tính chung và lớp dữ liệu chung liên quan đến các ứng dụng trạm Bao gồm:

- Lớp dữ liệu chung cho thông tin trạng thái,

- Lớp dữ liệu chung cho thông tin đo lường,

- Lớp dữ liệu chung cho thông tin trạng thái kiểm soát được,

- Lớp dữ liệu chung cho thông tin điểm đặt tương tự kiểm soát được,

- Lớp dữ liệu chung cho cài đặt trạng thái,

- Lớp dữ liệu chung cho cài đặt tương tự, và

- Kiểu thuộc tính dùng trong các lớp dữ liệu chung này

Tiêu chuẩn quốc tế này thích hợp cho mô tả mô hình thiết bị và chức năng của trạm và thiết bị ở ngăn lộ