Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu scada vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kv tại công ty điện lực bến tre

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRÀNG ANH TUẤN ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU SCADA VÀO QUẢN LÝ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRÀNG ANH TUẤN

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU SCADA VÀO QUẢN LÝ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22kV TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC BẾN TRE

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 6 0 8 7

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRÀNG ANH TUẤN

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU SCADA VÀO QUẢN LÝ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22kV TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC BẾN TRE

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

Hướng dẫn khoa học:

PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2019

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ & tên: TRÀNG ANH TUẤN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12 – 10 – 1977 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Thành phố Bến Tre, Tỉnh Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 526C, Khu phố 1, Phường Phú Khương, Thành phố Bến Tre, Tỉnh Bến Tre

2 Đại học:

Hệ đào tạo: Không chính quy Thời gian đào tạo từ năm 1997 đến 2004 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM

Ngành học: Kỹ Thuật Điện - Điện tử (Viễn thông)

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm

03/2005 đến

đến nay Công ty Điện lực Bến Tre Chuyên viên CNTT

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Chí Kiên, tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 4 năm 2019

Học viên

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

TRÀNG ANH TUẤN

LỜI CẢM ƠN

Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, em kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:

 PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN và các thầy/cô đã tận tình chỉ dạy, tạo điều

kiện và động viên em trong suốt quá trình thực hiện

 Quý thầy, cô giáo đã tham gia công tác giảng dạy, hướng dẫn em và các thành viên trong lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Điện 2018-

2019 (A) trong toàn bộ khoá học

 Quý thầy, cô giáo giảng dạy tại khoa Điện - Điện Tử, Phòng Đào tạo –

bộ phận sau đại học của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh đã giúp đỡ em thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường

 Kính gửi lời cảm tạ tới Ban Giám Hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho các học viên tại trường được học tập và nghiên cứu

Kính chúc Quý thầy, cô giáo thật nhiều sức khỏe

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 4 năm 2019

Học viên thực hiện

TRÀNG ANH TUẤN

TÓM TẮT

Luận văn “Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

SCADA vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV tại Công ty Điện lực Bến Tre” đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu và ứng dụng như sau:

 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của tụ điện đến lưới điện phân phối, ước lượng điện áp giữa các nút tụ điện, đề xuất cấu hình hệ thống SCADA và hệ thống RTU trên lưới điện phân phối

 Nghiên cứu các ứng dụng hệ thống SCADA trên lưới điện phân phối

 Nghiên cứu áp dụng hệ thống MIMIC vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV tại Công ty Điện lực Bến Tre

- Giá trị thực tiễn của luận văn thể hiện ở việc triển khai áp dụng hệ thống SCADA vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV tại Công ty Điện lực Bến Tre Sử dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu vào lưới điện phân phối 22 kV là nhằm mở ra một phương thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện năng

- Phát triển lưới điện thông minh hiện là xu thế tất yếu của thế giới trong đó

có Việt Nam, bởi những tính năng vượt trội như đảm bảo an toàn trong quản lý vận hành điện năng, tăng năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển nguồn

và lưới điện Đồng thời giúp khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế xã hội bền vững

Học viên thực hiện

TRÀNG ANH TUẤN

Dissertation "Application control systems to monitor and collect data to

manage and operate SCADA distribution grid at 22 kV Electric Power Company of Ben Tre" has completed the research content and applications as follows:

 Study the impact of the capacitor to the power distribution grid, estimated between nodes voltage capacitors, recommended system configuration and system SCADA RTU on the distribution grid

 Research applications SCADA systems on the distribution grid

 Research and application of systems to manage and operate MIMIC distribution grid at 22 kV Electric Power Company of Ben Tre

- Practical value of the thesis presented in the application deployment management SCADA system to operate the distribution grid at 22 kV Electric Power Company of Ben Tre Use control system to monitor and collect data on the electricity distribution network of 22 kV is to usher in a mode of operation advanced new, improve operational efficiency, reduce the number of operational staff, improve power quality power,reduce power losses in the distribution network and reliability

of power supply

- Development of the smart grid is an inevitable trend of the world, including Vietnam, by the remarkable features like safety in the management and operation of electric power, increase productivity, reduce demand investment in resource development and power grid Also helps to rationally exploit energy resources, thus contributing to environmental protection and economic development in a sustainable society

Author

Trang Anh Tuan

MỤC LỤC

Trang tựa TRANG Quyết định giao luận văn

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT iv

ABSTRACT v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH xii

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 TỒNG QUAN 4

1.1 Khái quát về SCADA 4

1.1.1 Tổng quan về SCADA 4

1.1.2 Chức năng và vai trò của SCADA 5

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của SCADA 6

1.1.3.1 Cơ chế thu thập dữ liệu 6

1.1.3.2 Xử lý dữ liệu 6

1.1.3.3 Nguyên lý hoạt động 7

1.2 Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA 8

1.2.1 Cấp chấp hành 9

1.2.2 Cấp điều khiển 9

1.2.3 Cấp điều khiển giám sát 10

1.3 Các yêu cầu chung của hệ thống SCADA 10

1.3.1 Chức năng giám sát 10

1.3.2 Chức năng điều khiển 10

1.3.2.1 Quá trình điều khiển phải chính xác, tin cậy 10

1.3.2.2 Cài đặt thông số từ xa 10

1.3.3 Quản lý và lưu trữ dữ liệu 11

1.3.4 Tính năng thời gian thực 11

1.4 Tổng quan về cơ cấu hệ thống SCADA 11

1.5 Thành phần hệ thống SCADA 14

1.5.1 Phần cứng 14

1.5.2 Phần mềm 14

1.5.3 Cáp truyền thông 15

1.5.4 Tổng quan về mạng cục bộ LAN 16

1.5.5 Thiết bị modem 17

1.5.6 Yêu cầu về máy tính trong hệ thống SCADA 18

1.5.7 Truyền tin trong hệ SCADA 19

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21

2.1 Tụ điện ảnh hưởng đến lưới điện áp phân phối 21

2.2 Ước lượng điện áp giữa các nút tụ điện 24

2.3 Đề xuất cấu trúc hệ thống 25

2.3.1 SCADA và hệ thống RTU 25

2.3.2 Đề xuất cấu hình hệ thống phân phối 26

2.3.3 Thuật toán đề xuất 27

Chương 3 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 33

3.1 Ứng dụng hệ thống SCADA trên lưới điện 33

3.1.1 Nguyên lý làm việc 33

3.1.2 Các chức năng SCADA 34

3.1.3 Các chức năng EMS trong lưới truyền tải 35

3.1.4 Các Chức năng DMS trong lưới phân phối 36

3.2 Ứng dụng SCADA trong giám sát lưới hạ thế 37

3.3 Ứng dụng SCADA vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV tại Công ty Điện lực Bến Tre 46

3.3.1 Phần mềm ePowerMan 46

3.3.2 Bảng điện MIMIC 46

3.3.3 Các thành phần chính của hệ thống 52

Chương 4 KẾT LUẬN 62

4.1 Kết luận 62

4.2 Hướng phát triển 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MBA Máy biến áp

TBA Trạm biến áp

EVNSPC Tổng Công ty Điện lực Miền Nam

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

MIMIC Modified Intergration Microprocessor Intergration Communication REC Recloser

LBS Load Break Switch

DS Distance Switch

LTD Line tension disconnecting switch

LBFCO Load Break Fuse Cut Out

FCO Fuse Cut Out

ACC Area Control Center

AI Analog Input

AO Aanalog Output

ASCII American Standard Code for Information Interchange

BCD Binary Code Digit

BF Bus Field

CPU Central Processing Unit

CSMA/CD Carrier Sense Multipie Access with/ Collision Detect

DSM Demand Source Management

FACTS Flexible AC transmission Systems

GUI Graphical User Interface

HDD Hard Disk Drive

HDLC High level Data Link Control

HHU Hand Held Unit

HMI Human Machine Interface

IED Intelligent Electronic Devices

LAN Local Area Network

LCC Logical Link Control

MAC Medium Access Control

MAU Medium Attachment Unit

MODEM Modulator/Demodulator

PC Persotial Computer

PLC Programmale Logic Controllers

PLC Power Line Carrier

RAM Random Access Memory

RTU Remote Terminal Unit

SMTP Somple Mail Transfer Protocol

SNMP Simple Network Management Protocol

SS Substation Server

TCP/IP Transmission Control Protocol/ Internet Protocol

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Số liệu so sánh tỉ lệ giảm TTĐN lưới trung thế trong các năm 2013 đến

2018……… 59

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA ……… … ……… 4

Hình 1.2: Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát……… …….9

Hình 1.3: Hệ thống SCADA……… …….….12

Hình 1.4: Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển và giám sát SCADA… 15

Hình 2.1: Hệ thống kiểm tra hai nút……… … 21

Hình 2.2: Hệ thống phân phối điển hình……… 23

Hình 2.3: Một phần của mạng lưới phân phối……….……25

Hình 2.4: Cấu hình DMS, SCADA và RTU……… ……… 26

Hình 2.5: Cấu trúc và vị trí của thiết bị trong phương pháp đề xuất………… ….28

Hình 2.6: Chi tiết về các phép đo RTU……… … 28

Hình 2.7: Quy trình của thuật toán RTU……… 29

Hình 2.8: Lưu đồ tính toán bộ điều khiển trung tâm……… ……… 31

Hình 2.9: Sơ đồ vận hành lưới điện phân phối điển hình có lắp đặt tụ bù điều khiển từ xa………32

Hình 3.5: Ứng dụng hệ thống SCADA trên lưới điện phân phối………….……….33

Hình 3.2: Ứng dụng hệ thống SCADA trong giám sát lưới hạ thế…… ………….37

Hình 3.3: Lưu đồ chính vận hành giám sát lưới điện hạ thế……… ……… 38

Hình 3.4: Lưu đồ vận hành và giám sát nhánh tải CD……… 40

Hình 3.5: Lưu đồ vận hành và giám sát nhánh tải EF……… ….41

Hình 3.6: Lưu đồ vận hành và giám sát nhánh tải GH……… ……….42

Hình 3.7: Chương trình con phát hiện và khắc phục sự cố……… ……….43

Hình 3.8: Chương trình con phát hiện và phân loại các sự cố về dòng……….44

Hình 3.9: Chương trình con theo dõi bù công suất phản kháng……… ….45

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý bảng điện MIMIC……… ……… 47

Hình 3.11: Board mạch điện……… 48 Hình 3.12: Giao diện phần mềm ePowerman……… ………49 Hình 3.13: Giao diện phần mềm Recloser_ACQ……….……… 50 Hình 3.14: Mô hình hệ thống truyền tín hiệu từ thiết điện về hệ thống trung tâm của

Công ty Điện lực Bến Tre……… …….53

Hình 3.15: Sơ đồ tổng quan của hệ thống tại Công ty Điện lực Bến

Tre……… ….53

Hình 3.16: Sơ đồ lưới điện được thể hiện trên bảng điện MIMIC………….………54 Hình 3.17: Sơ đồ lưới điện được thể hiện trên màn hình HMI…… ………54 Hình 3.18: Phần mềm Recloser_ACQ trên website thao tác đóng/cắt từ xa…….…55 Hình 3.19: Chọn Điện lực thực hiện trên phần mềm Recloser_ACQ………… ….55 Hình 3.20: Kiểm tra các thông số của thiết bị trên phần mềm Recloser_ACQ….…56 Hình 3.21: Thao tác đóng – mở tụ điện bù trên website từ cấp Điện lực trên phần

mềm Recloser_ACQ……… ……….56

Hình 3.22: Nhập mật khẩu để gửi lệnh đóng đến thiết bị điện (tụ bù) trên phần mềm

Recloser_ACQ……… ……… 57

Hình 3.23: Chương trình đọc thông số vận hành trạm 110kV………….………… 60 Hình 3.24: Giao diện phần mềm Recloser_ACQ đóng cắt từ xa……… …………60

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, hệ thống lưới truyền tải, lưới phân phối và các phụ tải tiêu thụ điện Chúng gắn bó với nhau thành một thể thống nhất, nếu bị phá vỡ thì sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề cho toàn hệ thống và gây ảnh hưởng không nhỏ đến nền kinh tế quốc dân Do vậy đòi hỏi một sự quản lý, giám sát, điều khiển vận hành an toàn, tin cậy cho toàn hệ thống

Cùng với sự phát triển của hệ thống điện hiện đại có các thiết bị điện ứng dụng công nghệ tân tiến thì vấn đề quản lý, giám sát, điều khiển vận hành hệ thống điện cũng không ngừng phát triển với sự trợ giúp đắc lực của các thiết bị tự động, thiết bị truyền tin và thiết bị điều khiển từ xa, các hệ thống giám sát điều khiển hệ thống điện Một trong các hệ thống trợ giúp đắc lực đó là hệ thống điều khiển giám sát và

thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập số liệu SCADA ngày càng gần gũi hơn đối với các kỹ sư, kỹ thuật viên và sinh viên ngành Hệ thống điện và việc trang

bị chúng cho Hệ thống điện là hết sức cần thiết Các hãng trên thế giới đã chế tạo, lắp đặt nhiều mô hình SCADA khác nhau đối với hệ thống điện, nhà máy điện, lưới điện hạ thế, công ty, để quản lý vận hành các sơ đồ lưới cũng như các thiết bị kỹ thuật số ngày càng được sử dụng nhiều

1 Đặt vấn đề

Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, nguồn điện cũng phải đáp ứng những đòi hỏi về công suất và chất lượng Vấn đề công suất phát ra phải được đưa đến và tận dụng một cách hiệu quả nhất, không để lãng phí quá nhiều, ảnh hưởng đến kinh tế là một bài toán đang rất được quan tâm

Nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp, phương thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành, nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện đang là một trong những chỉ tiêu thi đua quan trọng nhất trong Tập đoàn Điện lực Việt Nam

Trước những yêu cầu trên, ngoài việc mở rộng và phát triển nguồn điện thì vấn đề nghiên cứu, đưa ra các giải pháp vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả

vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện là một vấn đề cấp bách hiện nay.

2 Mục đích và nhiệm vụ của luận văn

Với tính cấp thiết nêu trên, luận văn đi nghiên cứu và ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA vào lưới điện phân phối 22 kV là nhằm mở ra một phương thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện

Đồng thời luận văn cũng đi nghiên cứu phần mềm ePowerMan là công cụ để

hỗ trợ giám sát, truy xuất nhanh chóng, điều hành hoạt động của hệ thống lưới điện hiệu quả hơn

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống giám sát khai thác dữ liệu online MIMIC

(Modified Intergration Microprocessor Intergration Communication) vào lưới điện phân phối 22 kV là nhằm mở ra một phương thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lượng điện năng, và

độ tin cậy cung cấp điện

Nghiên cứu việc liên kết với board mạch giám sát MIMIC đưa ra ngoài bảng điện và phần mềm ePowerMan để hỗ trợ giám sát, truy xuất nhanh chóng, điều hành hoạt động của hệ thống lưới điện hiệu quả

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng

Nghiên cứu các giải pháp, phương thức điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu các thiết bị trên lưới điện phân phối, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lượng điện năng, và độ tin cậy cung cấp điện

4.2 Phạm vi

Lưới điện phân phối, ứng dụng phần mềm ePowerMan và hệ thống điều khiển giám sát khai thác dữ liệu là tổng hợp các giải pháp của điều khiển từ xa và giám sát

hệ thống phân phối và truyền tải Công nghệ phần mềm hệ thống MIMIC cũng có thể sử dụng tốt như giao thức người - máy hệ thống tự động, nó cũng thích hợp với việc hỗ trợ giám sát trạng thái tổng thể tình trạng vận hành lưới điện và quản lý hoạt động của thiết bị trên lưới điện phân phối của Công ty Điện lực Bến Tre

5 Điểm mới của luận văn

Xây dựng giải pháp, phương thức điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mới trên lưới điện phân phối bằng bảng điện MIMIC kết hợp với phần mềm ePowerMan để thu thập dữ liệu truyền tự động về Trung tâm từ các thiết bị điện tử thông minh trên lưới như: Recloser, LBS, tụ bù, điện kế điện tử,…

Sử dụng mạng cáp quang nội tỉnh của Công ty Điện lực Bến Tre để truyền dẫn các thông số vận hành từ thiết bị điện bên ngoài như: Recloser, bộ điều khiển tụ

bù truyền về Phòng Điều Độ của Công ty Điện lực Bến Tre, để điều hành quản lý hệ thống điện (HTĐ) hiệu quả

6 Giá trị thực tiễn

Sử dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu vào lưới điện phân phối 22 kV là nhằm mở ra một phương thức vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối và độ tin cậy cung cấp điện

7 Bố cục của luận văn

Cấu trúc của luận văn gồm 4 chương, cụ thể như sau:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cở sở lý thuyết

Chương 3: Ứng dụng hệ thống SCADA trên lưới điện phân phối

Chương 4: Kết luậnvà Hướng phát triển

Tài liệu tham khảo

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Khái quát về SCADA

1.1.1 Tổng quan về SCADA

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ thống SCASA phải có

hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface)

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA

Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao

diện người – máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều khiển cục bộ Vì lý do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận hành (OP – Operator Panel), màn hình sờ (TP – Touch Panel), Multi Panel … chuyên dụng được sử dụng nhiều và chiếm vai trò quan trọng hơn

Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm để xử lý Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyền thông và phần cứng được đặt lên hàng đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn Trong những năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống

1.1.2 Chức năng và vai trò của SCADA

Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức theo nhiều cấp quản

lý Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu thập và điều khiển giám sát riêng lên từng đối tượng cụ thể của hệ thống Chính vì thế việc SCADA cho một hệ thống sản xuất công nghiệp cũng được phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tuỳ vào quy mô của từng cấp mà có những yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA là phải thực hiện những dịch vụ sau:

- Thu thập số liệu từ xa (qua đường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và

tổ chức việc lưu trữ trong nhiều loại cơ sở số liệu (số liệu về lịch sử sản xuất, về sự kiện thao tác, về báo động…)

- Điều khiển và giám sát hệ sản xuất trên cở sở các dữ liệu đã thu thập được

- Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài hệ (đọc/viết số liệu PLC/RTU, trả lời các bản tin yêu cầu từ cấp trên về số liệu, về thao tác hệ)

- Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm theo một phương thức truyền thông nào đó để tự động hoá việc quản lý giám sát, điều khiển cho một đối tượng công nghiệp Và ta nhận thấy rằng xu thế tự động hoá là một xu thế không thể tránh khỏi do vậy việc áp dụng bài toán SCADA là một việc

làm tất yếu nếu chúng ta không muốn tụt hậu trong sản xuất Vai trò của nó là rất rõ ràng, SCADA giúp ta thu thập rất chính xác về hệ thống từ đó có thể đưa ra các quyết định đúng đắng về hệ, đồng thời ta cũng dễ dàng trong công tác điều khiển và

ra quyết định Việc làm này sẽ giảm đáng kể việc chi phí về vấn đề nhân lực, về vận hành điều này góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh

tranh

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của SCADA

1.1.3.1 Cơ chế thu thập dữ liệu

Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá trình các RTU quét thông tin có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong Các máy chủ quét các RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này

Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thi nhiệm vụ

Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ SCADA thường hiện thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ họa (GUI) dưới dạng đồ thị

Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lí lỗi rất thành công khi hệ thống xảy ra sự cố Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử lí sau:

Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có dung lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ được sao lưu vào trong bộ nhớ của RTU Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm

dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường

Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều được thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông hai đường truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ…do vậy, các bộ phận dự phòng này

sẽ được đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có thể cho mục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra…)

1.1.3.3 Nguyên lý hoạt động

Khi các thiết bị đang vận hành vi phạm các giới hạn cho phép của các thông

số kỹ thuật hoặc bị sự cố, hệ thống tự động đưa ra các tín hiệu cảnh báo dạng chuông, còi; hiển thị nội dung sự kiện cảnh báo bằng những dòng lệnh theo màu sắc

và nhấp nháy, điều này giúp cho các kỹ sư điều hành hệ thống điện có những hành động ứng xử kịp thời để đưa các thiết bị trở lại trạng thái vận hành bình thường hoặc đưa các thiết bị dự phòng vào hoạt động thay thế nhằm đảm bảo cho hệ thống điện vẫn làm việc ở trạng thái ổn định và kinh tế Tất cả các sự kiện xảy ra đối với các thiết bị trên hệ thống điện, đối với các chế độ vận hành hệ thống điện đều được lưu trữ tự động theo trật tự thời gian, có độ chính xác đến từng mili giây(ms), có thể truy xuất khi cần thiết dưới dạng các bảng biểu, đồ thị giúp cho quá trình xử lý và phân tích sự cố được chính xác

Hệ thống SCADA cho phép các kỹ sư điều hành có thể thực hiện các thao tác, điều khiển các thiết bị từ xa như khởi động hay ngừng các tổ máy phát điện, thay đổi công suất theo yêu cầu, đóng cắt các thiết bị, điều chỉnh nấc điện áp của các máy biến áp… Khả năng này cho phép giảm bớt nhân lực, tiến tới có thể xoá bỏ chế độ người trực vận hành ở các trạm điện, các nhà máy Các thiết bị làm việc hoàn toàn tự động, được điều khiển từ xa từ các trung tâm điều độ Từ thập kỷ 90 trở lại đây, các hệ thống tích hợp thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát được ứng dụng và phát triển rộng rãi Chức năng cơ bản của hệ thống SCADA tích hợp là nó

được trang bị thêm nhiều phần mềm ứng dụng khác hỗ trợ trong việc tự động lấy các dữ liệu thời gian thực của hệ thống, đưa vào tính toán và cho ra kết quả bằng các lệnh điều khiển trực tiếp lên một phần thiết bị của hệ thống điện hoặc đưa ra các khuyến cáo cụ thể cho các kỹ sư điều hành thực hiện nhằm đảm bảo sự làm việc của

hệ thống điện được ổn định, an toàn và kinh tế nhất

Các phần mềm ứng dụng thông thường đi kèm là:

- Điều khiển phát điện tự động (AGC: Automatic Generation Control)

- Điều độ kinh tế (ED: Economic Dispatch)

- Phân tích chế độ đột biến (CA: Contingency Analysis)

- Đánh giá trạng thái (SE: State Estimation)

- Tính toán trào lưu công suất (DLF: Dispatch Load Flow)

- Tối ưu hoá trào lưu công suất (OPF: Optimal Power Flow)

- Dự báo phụ tải (LF: Load Forecast)

- Lập kế hoạch vận hành (GP: Generation Planning)

1.2 Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA

Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ thống công nghiệp bất kỳ Đặc thù của HTĐ là quy mô của hệ thống sản xuất rất lớn, trải trên một không gian rộng, bao gồm nhiều phần tử, thiết bị với các chức năng, nguyên lý làm việc khác nhau Do đó việc sử dụng một hệ thống điều khiển trung tâm để đảm nhiệm tất cả các chức năng giám sát và điều khiển hết sức phức tạp Chính vì vậy, tùy theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng giám sát, điều khiển mà các chức năng giám sát, điều khiển và thu thập số liệu được phân phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau

Hình 1.2: Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát

Hệ thống SCADA cho hệ thống hợp nhất, với một công ty điện lực chịu trách nhiệm quản lý, thông thường được chia thành ba phân cấp cơ bản sau đây:

1.2.1 Cấp chấp hành

Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến hay chấp hành cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường/truyền động được chính xác và nhanh nhạy Các thiết bị thông minh (có bộ vi xử lý riêng) cũng có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp trên điều khiển

1.2.2 Cấp điều khiển

Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử

lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các

bộ chấp hành Máy tính đảm nhận việc theo dõi các công cụ đo lường, tự thực hiện các thao tác như ấn nút mở/đóng van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay,… Đặc tính nổi

gọi chung là cấp trường (Field level) chính vì các bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành được cài đặt trực tiếp tại hiện trường gần kề với hệ thống kỹ thuật

1.2.3 Cấp điều khiển giám sát

Có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật, có nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác theo dõi, giám sát vận hành

và xử lý những tình huống bất thường Ngoài ra trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức Việc thực hiện các chức năng ở cấp điều khiển và giám sát thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài máy tính thông thường

1.3 Các yêu cầu chung của hệ thống SCADA

1.3.1 Chức năng giám sát

Giám sát và đảm bảo được tính chính xác toàn bộ các thông số vận hành của

hệ thống như dòng điện, điện áp, cống suất, tần số, vị trí nấc của máy biến áp Giám sát được các trạng thái của các phần tử đóng cắt trong hệ thống Đó là trạng thái đóng/mở của máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa…

1.3.2 Chức năng điều khiển

1.3.2.1 Quá trình điều khiển phải chính xác, tin cậy

Trong quá trình thực hiện các thao tác đóng/mở máy cắt, dao cách ly, điều khiển chuyển nấc phân áp của máy biến áp… Từ xa (từ Trung tâm điều độ vùng/miền hoặc quốc gia) phải đảm bảo tuyệt đối tin cậy, không được nhầm lẫn, có nghĩa là các thao tác phải được giám sát chặt chẽ về tính liên động phối hợp giữa máy cắt, dao cách ly và các thiết bị liên quan tuân theo quy trình quy phạm vận hành của hệ thống

1.3.2.2 Cài đặt thông số từ xa

Khi có sự thay đổi về cấu trúc của lưới hoặc nâng cao công suất chống quá tải thì các thông số vận hành của lưới và thiết bị sẽ thay đổi, vì vậy ta cần phải đặt lại thông số chỉnh định bảo vệ rơ le hoặc thay đổi tỷ số biến đổi trong các thiết bị đo

đếm như đồng hồ và công tơ cho phù hợp thực tế Việc cài đặt này có thể được thực hiện từ xa tại các Trung tâm điều độ vùng/miền hoặc quốc gia

1.3.3 Quản lý và lưu trữ dữ liệu

Giám sát được các sự cố xảy ra trên lưới cũng như các thiết bị, cảnh báo sự

cố bằng âm thanh, màu sắc hoặc thông báo trên mà hình hiển thị, ghi lại các chuỗi

sự kiện, sự cố xảy ra và xác định chuẩn đoán sự cố

Tất cả các chức năng trên của hệ thống phải được bảo mật ở mức cao nhất và tuyệt đối tin cậy

1.3.4 Tính năng thời gian thực

SCADA là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu trong thời gian thực, do đó tính năng thời gian của hệ thống là rất cần thiết và quan trọng Sự hoạt động bình thường của hệ thống kỹ thuật nói chung, hệ thống điện nói riêng làm việc trong thời gian thực không chỉ phụ thuộc vào độ chính xác, đúng đắn kết quả đầu ra, mà còn phụ thuộc vào thời điểm đưa ra kết quả

- Độ nhạy nhanh: tốc độ truyền thông tinh hữu ích phải đủ nhanh để đáp ứng nhu cầu trao đổi dữ liệu trong một giải pháp cụ thể

- Tính tiền định: Dự đoán trước được thời gian phản ứng tiêu biểu và thời gian phản ứng chậm nhất với yêu cầu của từng trạm

- Độ tinh cậy, kịp thời: đảm bảo tổng thời gian cần cho việc vận chuyển dữ liệu một cách tin cậy giữa các trạm nằm trong một khoảng xác định

- Tính bền vững: có khả năng xử lý sự cố một cách thích hợp để không gây thiệt hại thêm cho toàn bộ hệ thống

1.4 Tổng quan về cơ cấu hệ thống SCADA

Từ sự phân cấp quản lý hệ thống điều khiển giám sát và thu thập số liệu cũng như yêu cầu chung của hệ thống SCADA nêu trên, một hệ thống SCADA cần có cơ cấu cơ bản như sau:

Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa

RTU (Remote Termial Units) hoặc là các khối (bộ) vi điều khiển logic lập trình

PLC (Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành )

Trạm điều khiển và giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm

(Central host computer server)

Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các

thiết bị viễn thông và các thiêt bị chuyển đổi dòng kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ

Giao diện người – máy HMI (Human – Machine Interface): là các thiết bị

hiển thị quá trình xử lý dữ liệu để người vân hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống

Hình 1.3: Hệ thống SCADA

Theo các thành phần, có một cơ chế thu thập dữ liệu như sau:

Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá trình các RTU quét thông tinh có được từ các thiết bị chấp hành kết nối với chúng

Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong Các máy chủ quét RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này

Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho phép các RTU gửi tính hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thi nhiệm vụ

Trong quá trình truyền tải dữ liệu, dữ liệu có thể là dạng liên tục (Analog), dạng số (Digital) hay dạng xung (Pulse)

Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiện thị toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống Tại một thời điểm, dữ liệu được hiển thị dưới dạng hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi theo

Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ SCADA thường hiển thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ họa GUI dưới dạng đồ thị

Một ưu điểm lớn nhất của hệ SCADA là khả năng xử lý lỗi rất thành công khi hệ thống xảy ra sự cố Nhìn chung, khi có sự cố, hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử lý sau:

Sử dụng dữ liệu cất giữ các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có dung lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định, dữ liệu sẽ được sao lưu vào trong

bộ nhớ của RTU Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường

1.5 Thành phần hệ thống SCADA

1.5.1 Phần cứng

Một hệ thống SCADA bao gồm một số các thiết bị đầu cuối RTUs (Remote Termote Terminal Units) làm nhiệm vụ thu thập dữ liệu và gửi dữ liệu quay trở lại trạm chủ thông qua một hệ thống truyền thông Trạm chủ hiển thị các dữ liệu thu được và cho phép người vận hành thực hiện các nhiệm vụ điều khiển từ xa

Các dữ liệu chính xác và kịp thời cho phép tối ưu hóa các hoạt động nhà máy

và quá trình Lợi ích khác của hệ thống SCADA là hiệu quả hơn, độ tin cậy cao, chi phí thấp và quan trọng nhất là an toàn hơn trong hoạt động

Một hệ thống SCADA phức tạp có năm cấp độ cơ bản sau:

- Thiết bị đo và thiết bị điều khiển;

- Trạm đầu cuối và thiết bị đầu cuối RTU;

bị khác nhau trên cùng một hệ thống

Citect và WonderWare chỉ là hai trong số những gói phần mềm mở sẵn trên thị trường cho các hệ thống SCADA Một số gói phần mềm hiện nay bao gồm cả quản lý tải sản tích hợp trong hệ thống SCASA

Phần mềm SCADA sẽ bao gồm những phần chính sau:

- Giao diện người sử dụng;

- Đồ họa;

- Quá trình phân phối máy chủ/khách

Hình 1.4: Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển và giám sát SCADA

- Việc sử dụng đường dây Điện lực để truyền thông tin cao tần được thực hiện theo các sơ đồ: Dây phát – Dây nhận, Dây pha – Dây đất, Dây pha – Dây pha, Dây pha của lộ này – Dây pha của lộ khác Việc sử dụng đường dây chống sét (DCS) truyền tin được thực hiện theo các sơ đồ: DCS – DCS, DCS - Dây đất, hai DCS – Dây đất

- Các đường cáp đặt cách ly trong đường dây Điện lực hoặc trong dây chống sét cũng được thực hiện theo các sơ đồ tương tự

- Các kênh theo đường cáp ngầm dưới đất hoặc dây hữu tuyến trên không, thường sử dụng loại cáp đồng trục

- Các kênh liên lạc sử dụng vô tuyến chuyển tiếp hay vi ba với bước sóng 1 – 10cm

- Các kênh vô tuyến sóng ngắn, bước sóng từ 10 – 50cm

- Các kênh cáp quang chôn ngầm dưới đất hoặc theo đường dây truyền tải điện

- Các kênh thuê của ngành Bưu điện

Hiện nay trong nghành Điện lực, hình thức truyền tin cao tần theo đường dây tải điện, vô tuyến chuyển tiếp và kênh cáp quang được sử dụng rộng rãi hơn cả

1.5.4 Tổng quan về mạng cục bộ LAN

Mạng cục bộ LAN (Local Area Network) được dùng để chia sẻ toàn bộ tài nguyên thông tin Do vậy, có thể sử dụng mạng LAN để các trạm nằm trong mạng SCADA có thể chia sẻ thông tin được với nhau khi chúng được kết nối qua các phương tiện truyền thông Phương thức kết nối là topology mạng Topology mạng

là sự sắp sếp hình học của các nút và cáp nối mạng cục bộ Các topology mạng đều thuộc hai loại: tập trung và phân tán Trong topology mạng tập trung, như mạng hình sao, có một máy tính trung tâm điều khiển việc thâm nhập mạng Kiểu thiết kế này đảm bảo an toàn dữ liệu và sự quản lý trung tâm đối với các nội dung và các hoạt động của toàn mạng Trong các topology phân tán như mạng Bus hoặc mạng vòng tròn, không có máy trung tâm, mà từng trạm công tác có thể xâm nhập vào

một các độc lập và tự thiết lập các ghép nối riêng của mình với các trạm công tác khác

Trong mạng LAN, các máy tính cá nhân và các máy tính khác trong phạm vi một khu vực hạn chế được nối với nhau bằng các dây cáp chất lượng tốt, sao cho những người sử dụng có thể trao đổi thông tin, dùng chung các thiết bị ngoại vi và

sử dụng các chương trình cũng nhú các dữ liệu đã được lưu trữ trong một máy tính dành riêng gọi là máy dich vụ tệp Khác nhau nhiều về quy mô và mức độ phức tạp, mạng cục bộ LAN có thể chỉ liên kết và ba máy tính cá nhân và một thiết bị ngoại

vi dùng chung đắt tiền, như máy in laser chẳng hạn Các hệ thống phức tạp hơn thì

có các máy tính trung tâm (máy dịch vụ tệp) và cho phép những người dùng tiến hành thông tin vơi nhau thông qua thư điện tử để phân phối các chương trình nhiều người sử dụng, thâm nhập vào các cơ sở dữ liệu dùng chung

1.5.5 Thiết bị modem

MODEM (Modulator/Demodulator) là một thiết bị biến đổi các tín hiệu số

do cổng nối tiếp của máy tính phát ra thành các tín hiệu dạng tương tự được điều biến, cần thiết để truyền qua đường điện thoại Ngược lại, nó cũng biến những tín hiệu tương tự nhận được thành các tín hiệu số tương đương đương Trong điện toán

cá nhân, người ta thường dùng MODEM để trao đổi các chương trình và dữ liệu với những máy tính khác và truy cập các dịch vụ thông tin trực tuyến như Dow Jones News/Retrieval Service

MODEM là danh từ rút gọn của Modulator/Demodulator (điều biến/giải điều biến) Việc điều biến này là cần thiết vì các đường dây điện thoại được thiết kế để

xử lý tiếng nói con người, có tần số thay đổi trong khoảng từ 300Hz đến 3000Hz trong những cuộc nói chuyện điện thoại bình thường (từ giọng nói trầm đến giọng thanh) Tốc độ truyền dữ liệu của một MODEM được tính bằng đơn vị bit mỗi dây hay là bps (về kỹ thuật), không phải là baut, mặc dù hai thuật ngữ này được dùng lẫn lộn

Chọn MODEM tương đối đơn giản: chọn loại tốc độ chậm (300 hoặc 1200 bps) hoặc loại tốc độ nhanh (2400 bps) Tuy nhiên, hiện nay có nhiều khả năng chọn

MODEM hơn

1.5.6 Yêu cầu về máy tính trong hệ thống SCADA

Các máy tính sử dụng trong hệ thống SCADA phải đạt tiêu chuẩn cao cả về cấu hình và chất lượng, là máy tính đặc chủng được sản xuất dùng riêng trong công nghiệp Hiện nay máy tính thường được sử dụng nhiều nhất là các dòng máy tính công nghiệp của Dell và HP

Đối với các máy trạm thường sử dụng máy Workstation mới nhất của HP là Z600 có cấu hình tối thiểu như sau:

HP Z600 WORKSTATION CPU Intel Xeon E5504 2.00 4MB/800 QC CPU -1

RAM HP 2GB (2x1GB) DDR3-1333 ECC 1-CPU RAM

OS Genuine Windows Vista® XP Professional 32-bit

Hard Drive HP 160GB SATA 7200 1st HDD

Video Card NVIDIA Quadro FX380 256MB Graphics

Mouse HP Optical 3-Button Mouse

Key board HP USB Standard Keyboard

- Những yêu cầu chung về phần cứng:

Máy tính PC dùng để thu thập và điều khiển phải mang tính phổ thông và có khả năng giao tiếp tốt với các hãng thiết bị phần cứng khác nhau

Có hệ điều hành đa nhiệm có khả năng mở rộng và giao tiếp dễ dàng với các phần mềm và phần cứng khác

- Những yêu cầu chung về phần mềm:

Có khả năng tương thích với các giao thức (Protocol) thông dụng

Dễ dàng thiết kế và nâng cấp khi cần thiết

- Về dịch vụ SCADA:

Có khả năng thu thập, lưu trữ, sử dụng số liệu được ít nhất trong một năm Cung cấp sự giao tiếp và giao diện dễ dàng cho người sử dụng và vận hành Dể dàng cho ngươì dùng hiển thị sơ đồ và đồ thị trong giám sát cũng như in báo cáo

Giúp thao tác điều khiển từ xa dễ dàng, tuy nhiên vẫn phải bảo đảm thao tác điều khiển bằng tay

- Yêu cầu về giá thành và chi phí lắp đặt phải rẻ, hợp lý

1.5.7 Truyền tin trong hệ SCADA

- Các dạng truyền tin trong hệ SCADA

Ngoài việc sử dụng các máy tính công nghiệp, các Server, thiết bị mạng… ở phòng theo dõi trung tâm Một bộ phận không thể thiếu được trong hệ thống SCADA là hệ thống truyền tin Nó liên quan đến tính ổn định và sự chính xác của

hệ thống Vì vậy, một hệ truyền tin được chọn trong một hệ SCADA phải thoả mãn các tiêu chuẩn như: giải tốc độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bô hay

dị bộ, khoảng cách địa lý… Hệ thống truyền tin được chọn phải tương thích với thiết bị trường và máy chủ Server Một số thiết bị có thể sử dụng được để truyền dữ liệu trong hệ SCADA như sau: Modem RDT (Radio Data Technology) của Anh quốc có các loại truyền sóng Radio, vô tuyến; các thiết bị thu phát sóng của Motorola, các bộ RTU, GPS Tuỳ theo mô hình, phạm vi của từng hệ SCADA mà ta

áp dụng từng loại thiết bị trên sẽ phát huy hết tính năng tác dụng của nó

Hệ thống SCADA cấp quốc gia và miền dùng các RTU được thiết kế đặc biệt cho ngành điện (theo tiêu chuẩn IEEE và IEC, có khả năng chịu được nhiễu điện từ…) Các thiết bị RTU thông minh với các trung tâm điều độ qua thủ tục

truyền tin IEC-870-5-101 Ngoài ra, với nhiều hệ SCADA dùng PLC dùng thủ tục truyền tin là Profibus

- Truyền tin hiện trường:

Việc truyền tin hiện trường nhàm đảm bảo việc máy chủ thường xuyên thông tin với các PLC hay RTU

Các thông tin được thống nhất theo kiểu:

+ Máy chủ gửi từ một bảng tin từng lệnh đến PLC hay RTU trên bus mutidros

+ PLC hay RTU liên quan thực hiện mỗi lệnh đó và gửi tin trả lời kết quả Các bản tin do máy chủ gửi đi thường là lệnh read các loại số liệu của PLC hay RTU và một vài lệnh write một số hệ số bằng số gán địa chỉ hay đơn vị cho các

số đó

Các bản tin tức thời thường được gửi về các số lượng trạng thái đo của PLC hay RTU hay báo cáo có tình trạng có sai trong bản tin nhận được

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tụ điện ảnh hưởng đến lưới điện áp phân phối

Trong khi công suất phản kháng được bơm bởi các tụ điện khác nhau ở một số các nút của mạng phân phối, các dòng hiện tại sẽ thay đổi Điều này là nguyên nhân của sự thay đổi điện áp và theo đó giảm điện áp thông qua mạng lưới phân phối Để làm rõ ảnh hưởng của tụ điện đối với sự sụt giảm điện áp phân phối, chúng ta hãy xem xét hệ thống thử nghiệm hai nút trong Hình 2.1 Sự sụt giảm điện áp trong hệ thống này được tính toán dựa trên về sự xen kẽ của tụ điện công suất phản kháng Xem ΔP và ΔQ là biến thể của dòng hoạt động và phản ứng công suất, sự thay đổi điện áp ở nút 2 trong khi giá trị điện áp ở nút 1 được giữ không đổi được định nghĩa như sau:

Vì phần ảo của điện áp rơi là nhỏ, nó có thể bị bỏ qua Do đó, sụt áp liên quan đến hoạt động và phản ứng dòng điện giữa nút 1 và 2 được viết như sau:

Hình 2.1: Hệ thống kiểm tra hai nút

Độ lớn của sự sụt giảm điện áp này được tính như sau:

Với điều kiện chỉ có công suất phản kháng thay đổi, biến thiên giảm điện áp được đưa ra bởi (5):

Do đó, nếu công suất phản kháng được bơm từ tụ điện là giảm bởi ΔQC, dòng công suất phản kháng của dòng tag ΔQC Trong điều kiện này, thay đổi giảm điện

áp tại nút 2 là tính theo phương trình (6):

Để mở rộng các giải thích trên, hệ thống kiểm tra trong Hình 2.2 là xem xét

Sự thay đổi điện áp trong nút 13 do được bơm công suất phản kháng của tụ 3 và các

Trong đó Xn là điện kháng của dòng cung cấp nút n Các biến thể trên nút của

tụ 1 và 2 tương tự được cho bởi (11) và (12):

Các phương trình (7), (11), (12) cũng có thể được sắp xếp theo dạng ma trận

Đó là:

Hình 2.2: Hệ thống phân phối điển hình

Nói chung, phương trình (13) có thể được mở rộng như sau:

Trong đó n là số lượng tụ điện chuyển đổi Tóm tắt quan hệ trên được đưa ra bởi (15):