THIẾT KẾ SCADA CHO TRẠM BIÊN ÁP

THIẾT KẾ SCADA CHO TRẠM BIÊN ÁP

GIỚI THIỆU VỀ SCADA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN LỰC

Các cấp quản lý trong hệ thống điện lực

Mục đích của việc SCADA cho trạm điện trong hệ thống điện lực Việt Nam trước tiên nhằm đáp ứng nhu cầu về tự động và số hóa hệ thống điện Việt Nam. Nó phản ánh một bước đi tất yếu của việc hiện đại hóa hệ thống điện, đồng thời nó cũng phản ánh trình độ veeg kinh tế - kỹ thuật của lưới điện Việt Nam.

Bảng dưới đây tóm tắt sơ lược những cấp quản lý trong việc phân bổ điện

Cấp quản lý	Nội dung quản lý chính
Phát và truyền tải điện lực siêu cao áp 500kV xuyên quốc gia	- Phương án phân phát P, Q trên toàn lãnh thổ quốc gia - Quản lý tần số, dự phòng ổn định tĩnh, động của hệ thống điện quốc gia - Thu thập số liệu, thao tác, bảo vệ rơ le, chuẩn đoán, bảo dưỡng các thiết bị cao áp
Phát và truyền tải điện đến các trạm trong mạng cáo áp 220kV khu vực	- Phương án phân bổ P, Q trên các khu vực cụ thể - Phân bố điện áp 220kV ở các trọng tâm tải và dự phòng bảo vệ nguồn - Thu thập số liệu, thao tác, bảo vệ rơ le, chuẩn đoán, bảo dưỡng các thiết bị
Phân phối và truyền tải điện trong địa bàn các mạng 110kV	Phát bù công suất phản kháng Q, phân bổ điện áp trên địa bàn. Thu thập số liệu, thao tác, bảo vệ, chuẩn đoán và bảo dưỡng thiết bị
Phân phối xuống mạng 35kV trở xuống	Phát bù công suất phản kháng Q, phân bổ điện áp trên địa bàn. Thu thập số liệu, thao tác, bảo vệ, chuẩn đoán và bảo dưỡng hệ thống
Cung cấp điện lực hạ áp khu dân cư và xí nghiệp nhỏ	Tiến hành thao tác đóng cắt, bảo vệ và bảo dưỡng hệ thống

Qua trên chúng ta nhận thấy một số điều:

- Đối với mạng điện siêu cao áp, việc tính toán, xử lý số liệu để từ đó đưa ra các lệnh điều khiển hệ thống đòi hỏi một yêu cầu nghiêm ngặt về tính chính xác và kịp thời trong việc ra quyết định. Nhiệm vụ này thuộc về trung tâm điều độ quốc gia A0. Các trung tâm phân phối điện cấp miền và khu vực không đảm đương việc này. Tuy nhiên một thực tế tồn tại là việc thu thập số liệu và điều khiển từ xa thì phải dựa vào một hệ thống thông tin công nghiệp tốt để nhận các số liệu từ cấp dưới đưa lên và các lệnh cần thi hành đưa xuống cấp dưới. Việc quản lý phân phối cung cấp điện áp ở cấp cap áp thì thường giao cho các trung tâm điều độ miền nắm giữ. Các trung tâm này cũng tích cực tham gia vào việc giám sát hệ thống và chia sẻ bớt gánh nặng điều khiển của SCADA điều độ cấp trên.

Đến các trạm, các trạm này thực hiện toàn bộ các tác thu thập số liệu hệ thống, điều khiển tải của lưới và thực hiện các thao tác nhằm ổn định hệ thống. Khi các trạm được tự động hóa hoàn toàn thì việc giám sát hệ thống và điều khiển lưới lúc này trở nên rất đơn giản. Khi SCADA điều độ cần điều khiển thao tác xuống một thiết bị phía cấp dưới như đóng cắt máy cắt nào đó thì chỉ cần gửi một bản tin xuống trạm. Tại trạm thông qua các PLC hay các RTU mà thao tác đó được thực hiện. Hay ngược lại khi cần dữ liệu về hệ thống và trạm thì SCADA điều độ chỉ cần gửi một bản tin yêu cầu các trạm gửi số liệu về hệ thống lên.

Các loại hình SCADA trong hệ thống điện

Dựa vào các phân tích bên trên ta đề ra hai loại hình SCADA sau:

- SCADA điều độ

- SCADA trạm

SCADA điều độ cấp quốc gia

Đây là một trung tâm mang tính điều độ cấp cao, mang tính huyết mạch của hệ thống điện Việt Nam . SCADA điều độ quốc gia đảm đương các nhiệ vụ sau:

- Thu thập các số đo, các trạng thái, tình hình phụ tải từ các trung tâm điều độ miền đưa lên

- Trên cơ sở các số liệu thu được tiến hành phân tích, nhận dạng, đánh giá và đưa ra các điều khiển tối ưu cho hệ thống về phân bổ công suất cũng như ổn định dự phòng trong lưới.

Thực chất trung tâm SCADA điều độ quốc gia không trực tiếp làm nhiệm vụ thu thập số liệu về hệ thống và cũng không điều khiển trực tiếp lên hệ thống mà chỉ thông qua các trạm phía dưới để thu thập dữ liệu và điều khiển hệ thống thông qua các lẹnh dưới dạng các bản tin.

Sơ đồ về cấp SCADA trong hệ thống điện Việt Nam như hình vẽ

SCADA điều độ cấp miền

Tại các trung tâm điều độ miền, các dữ liệu về hệ thống được các trạm gửi lên, với những phân tích và đánh giá của mình các trung tâm này đưa ra các quyết định điều khiển lên lưới nhằm một mục tiêu nhất định là ổn định hệ thống. SCADA điều độ miền là cấp trung gian giữa SCADA điều độ quốc gia và SCADA trạm nên nó có một số nhiệm vụ đặc trưng sau:

- Thu thập số liệu từ các SCADA trạm

- PHân tích biểu đồ phụ tải thu được, tiến hành đánh giá và đưa ra các phương án điều độ và phân chia phụ tải và ổn định lưới.

Các trung tâm điều độ miền đóng vai trò quan trọng và định hướng cho các SCADA trạm trong việc diều tiết công suất tải và điều khiển hệ thống

SCADA trạm

Đây là một trung tâm máy tính điều khiển mà tác động trực tiếp đến chất lượng trong lưới điện vì đây là nơi mà các tác động điều khiển trực tiếp tác động vào hệ thống điện. Lưới điện có thể ổn định và bền vững hay không phụ thuộc rất nhiều các trung tâm SCAD trạm này. Vậy nhiệm vụ của SCADA trạm là phải trực tiếp:

- Thao tác điều khiển lên các thiết bị của hệ thống các máy biến áp

- Thu thập và giám sát các thông số về hệ thống

- Điều khiển đón/ cắt nhằm bảo vệ hệ thống trong trường hợp lưới gặp sự cố như quá tải, chạm chập

- Đưa các dữ liệu về báo cáo với SCADA cấp trên phục vụ cho việc phân tích, đành giá hệ thống khi cần khắc phục sự cố hay nâng cấp hệ thống.

Mạch thu thập số liệu và điều khiển được thiết kế bằng:

- Một PLC và các module AI/AO, DI/DO.

- Một bộ RTU với các transmitter analog.

- Một bộ các transmitter số thông minh

SCADA trạm được thiết kế còn có bus truyền tin ophucj vụ cho các tác vụ truyền thông sau:

- Một bus truyền số liệu, truyền lệnh hiện trường kiểu RS-458 nối các PLC, các TRU và các transmitter số thông minh với trung tâm điều khiển là các máy tính PC

- Một bus truyền tin theo kiểu RS-323 để giao tiếp truyền thông với SCADA điều độ cấp trên.

2. Phương án kết cấu hợp lý cho SCADA

Mục tiêu kết cấu chung

Qua việc tìm hiểu về hệ SCADA trạm tại một số nơi đã lắp đặt và qua các tài liệu hướng dẫn về lắp đặt SCADA trạm, việc SCADA cho trạm phải đạt một số tiêu chí sau:

* Về hệ phần mềm SCADA

Hệ phần mềm SCADA phải là một hệ phần mềm đa năng, đa nhiệm, có những kênh truyền thông tương thích với các giao thức truyền thông phổ dụng và phục vụ tốt các dịch vụ cần có của trạm như in báo cáo, vẽ đồ thị, biểu đồ phụ tải.

Hệ phần mềm lập trình SCADA phải dễ dàng lập trình, có tính thuyết minh rõ rang và dễ học cũng như thuận tiện trong việc nâng cấp trạm.

Hệ điều hành dung trong các nhà máy tính chủ phải là hệ điều hành đa nhiệm, đa năng, có khả năng giao tiếp thân thiện với người dung và đặc biệt phải hỗ trợ phần mềm SCADA mà ta đang dung để xây dựng SCADA cho trạm.

* Về phần cứng:

Các thiết bị phục vụ trong việc xử lý số liệu cũng như thu thập dữ liệu phải là các thiết bị phổ thông có thể dễ dàng thay thế khi hỏng hóc cũng như khi có nhu cầu nâng cấp mở rộng quy mô trạm.

Máy chủ phải là máy có khả năng chịu được môi trường làm việc khắc nghiệt của trạm điện như tiếng ồn, bụi nhiễu tập âm, nhiễu điện trường.

* Về dịch vụ của SCADA cần phải làm:

Thu thập và lưu trữ để dung trong trường hợp có sự cố, thời gian lưu trữ tối thiểu phải là 1 năm

Cung cấp giao tiếp thân thiện và dễ dàng cho người điều khiển như in ấn báo cáo với cấp trên

Giúp thao tác điều khiển được dễ dàng như đóng cắt, tăng giảm nấc phân áp máy biến áp những vẫn đảm bảo thao tác điều khiển cắt bằng tay.

* Về chi phí: Hệ giá thành khi lắp hệ SCADA cho trạm không được quá đắt gây tốn kém và đặc biệt hệ phần mềm SCADA phải là phần mềm phổ dụng.

Phương án cho hệ SCADA trạm điện

SCADA trạm điện có nhiệm vụ tương đối đơn giản:

- Giám sát - Điều khiển

- Thu thập dữ liệu về các thông số của trạm như: I, P Q trên các máy cắt, trạng thái của máy cắt và điện áp trên các thanh cái.

- Chuyển các số liệu lên cho SCADA điều độ cấp trên khi có yêu cầu.

Vì vậy ta nên thiết kế một SCADA trạm điện với các kết cấu như sau:

Về phần cứng, phần mềm

Wincc một chuẩn mực xây dựng HMI cho hệ thống SCADA

Tại sao phần mềm công nghiệp Wincc lại được ứng dụng nhiều trong các hệ thống phức tạp nhiều chủng loại thiết bị như trong các hệ thống SCADA?

Một trong những đặc trưng nổi bật của các sản phẩm phần mềm công nghiệp của SIEMENS là có thể kết nối ổn định với hầu hết các bộ điều khiển, các RTU và các thiết bị truyền thông khác. Cơ sở dữ liệu mở, dễ lập trình và luôn cập nhật, điều đó nói lên rằng nhà thiết kế, người dung sẽ độc lập hoàn toàn với thiết bị, thuận lợi cho việc nâng cấp và triển khai dự án. Dưới đây là các thông tin cơ bản về phần mềm công nghiệp của SIEMENS

1.Tổng quát

Giao diện người máy của Wincc được thiết kế dưới dạng kéo theo thả rất dễ dàng để mô tả các biểu tượng và đối tượng điều khiển các quá trình công nghiệp. Nó cung cấp cho các kỹ sư lập trình một môi trường khai triển dễ dàng sử dụng và một chức năng bao quát để có thể tao ra các thí nghiệm kiểm tra và triển khai một cách nhanh chóng những ứng dụng tự động hóa mạnh mẽ.

2.Tính mạnh mẽ và linh hoạt

Các trình ứng dụng ngay fnay cần đến phần mềm WIncc cung cấp cho người sử dụng một môi trường phát triển linh hoạt và cấu trúc đa năng cho phép tạo ra các ứng dụng nhanh cho bất kỳ kịch bản tự động hóa nào.

3.Tính dễ sử dụng

Wincc cho phép người dung sử dụng nhanh chóng tạo ra và triển khai biểu diễn bằng đồ họa các quá trình công nghiệp tính thời gian thực.

- Giao diện đồ họa

Người sử dụng có thể phát triển các đồ họa terong môi trường Windows, rất nhiều công cụ bao gồm: các thành phần đo thị chuẩn, các biểu tượng, các hình ảnh dạng bitmap và active controls.

Tình soàn thảo mạnh

Người sử dụng có thể nhanh chóng triển khai các trình soạn thảo như lập báo cáo, thiết kế các báo động, cảnh báo ngăn ngừa các lỗi khi đang chạy

Khả năng kết nối cao

Wincc cho phép người dụng sử dụng liên kết thực với bất kỳ thiết bị điều khiển, tự động hóa công nghiệp nào mà thông qua các I/O server. Khả năng giao tiếp với hang sản phẩm thứ 3 là rất dễ dàng.

4.Cấu trúc - phát triển hệ thống và bảo dưỡng đễ dàng

Tính độc lập: Các ứng dụng của Wincc có thể được cài đặt trong một môi trường độc lập như một máy tính PC. Điều này là rất hữu ích đối với các doanh nghiệp, đơn vị sản xuất kinh doanh nhỏ không cần đén nhiều trạm điều hành khác nhau để xem xét và điều khiển các quá trình công nghiệp mà chỉ cần với một máy tính PC là có thể làm được điều này.

Server/ Client

Các ứng dụng của Wincc có thể được cài đặt vào một môi trường chủ khách. Phương pháp này tiết kiệm được thời gian và tiền bạc cho doanh nghiệp trong việc bảo dưỡng và quản lý phần mềm.

5.Các đặc điểm và lợi ích

Được thiết kế cho Windows 2000 và win XP

Tính bảo mật cao: Nó cho phép người quản lý hệ thống có thể chỉ cho các User chỉ có thể truy cập và tham gia vào các module cụ thể nhất định của hệ thống. Chính việc này sẽ hạn chế các User trong phạm vi trách nhiệm và thẩm quyền của mình

Các tùy chọn quan sát báo động, các đặc điểm phụ và các lợi ích

Các cải thiện của báo động

-Tính thừa nhận các báo động

- Tính linh hoạt của báo động

- Thời gian phát báo động

- Cơ sở dữ liệu của báo động

6. Kết luận

Khi ứng dụng hệ thống giám sát SCADA cho trạm điện chúng ta có thể giám sát toàn bộ các thông số vận hành của các trạm điện, qua màn hình giao diện HMI chúng ta có thể biết được tình trạng làm việc của trạm biến áp và thông số vận hành, giám sát và điều khiển đóng cắt từ xa, cảnh báo sự cố của thiết bị trạm.vv..