Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ thống điện lực ngày nay bao gồm các nhà máy điện, hệ thống truyền tải, phân phối và sử dụng điện là các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau thành một thể hữu cơ thống nhất. Việc phá vỡ mối liên hệ này gây những hậu quả nặng nề cho toàn bộ hệ thống nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung.Việc đảm bảo chất lượng điện năng cũng như sản phẩm đầu ra của hệ thống phức tạp như vậy đò hỏi mạng lưới vận hành phải có mức độ tương ứng với sự trợ giúp của các thiết bị tự động, thiết bị truyền tin và điều khiển từ xa.Đồng thời trong quá trình điều khiển, giám sát, thu thập dữ liệu tại các trạm điện giúp cho việc chỉ huy điều hành hệ thống sản xuất, truyền tải, phân phối điện năng và phục vụ cho các bộ phận kinh doanh (lập kế hoạch, thanh toán hoá đơn, thương mại) có vai trò cơ bản trong hệ thống quản lý năng lượng, EMS (Energy Management System) mà tiêu biểu là hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).
Đồ án hệ thống điện Mục lục Lời mở đầu Hệ thống điện lực ngày nay bao gồm các nhà máy điện, hệ thống truyền tải, phân phối và sử dụng điện là các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau thành một thể hữu cơ thống nhất. Việc phá vỡ mối liên hệ này gây những hậu quả nặng nề cho toàn bộ hệ thống nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung. Việc đảm bảo chất lượng điện năng cũng như sản phẩm đầu ra của hệ thống phức tạp như vậy đò hỏi mạng lưới vận hành phải có mức độ tương ứng với sự trợ giúp của các thiết bị tự động, thiết bị truyền tin và điều khiển từ xa. Đồng thời trong quá trình điều khiển, giám sát, thu thập dữ liệu tại các trạm điện giúp cho việc chỉ huy điều hành hệ thống sản xuất, truyền tải, phân phối điện năng và phục vụ cho các bộ phận kinh doanh (lập kế hoạch, thanh toán hoá đơn, thương mại) có vai trò cơ bản trong hệ thống quản lý năng lượng, EMS (Energy Management System) mà tiêu biểu là hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Đề tài gồm 5 chương: Chương 1: Giới thiệu thiết bị của hệ SCADA Chương 2: Hệ thống EMP Chương 3: Cấu hình thiết bị của hệ SCADA Chương 4: Vận hành hệ SCADA Chương 5: Kết luận Do kiến thức bản thân còn hạn chế cộng với thời gian có hạn và việc tìm tài liệu khó khăn nên không thể tránh khỏi những thiết sót. Mong các thầy và các bạn sinh viên đóng góp thêm để đề tài được phát triển sau này. Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực hiện Võ Hoàng Khánh Đồ án hệ thống điện Mục lục Mục lục Lời mở đầu 1 Mục lục 2 Chương 1 7 Giới thiệu thiết bị SCADA 7 1.Tổng quan về RTU: 7 2.Cấu trúc XCELL RTU: 7 2.1Giới thiệu tổng quan: 7 2.2Đơn vị CELL căn bản: 8 2.3RTU nhiều CELL: 8 2.4Chức năng của RTU: 10 2.5Tính toàn vẹn hệ thống: 10 2.6Khả năng xử lí: 10 2.7Khả năng mở rộng của RTU 11 2.8Giải pháp RTU hoàn chỉnh 11 2.9Kích thước RTU: 11 3.Các cấu hình truyền thông RTU: 11 3.1Giới thiệu 11 3.2Các công cụ: 13 4.Nguồn cung cấp DC cho RTU: 13 5.Các module giao tiếp thiết bị: 13 5.1Module xử lí CPR-02x / CPR-03x: 13 5.2Module đầu vào số 32 kênh - HDI-040: 15 5.3Module đầu ra số 32 kênh – HDO-030/040: 15 5.4Module đầu vào tương tự HAI-030: 16 6.Khái quát quá trình hoạt động của các module giao tiếp thiết bị: 17 6.1Các đầu vào số: 17 6.2Quá trình điều khiển: 22 6.3Các đo lường tương tự: 26 Đồ án hệ thống điện Mục lục 6.4Đầu ra tương tự (Analogue Setpoints): 28 6.5Các đầu vào đếm (counter input): 29 6.6Sự đồng bộ thời gian (Time Synchronisation): 30 7.Truyền thông: 30 7.1IEC 870 – 5 – 101: 31 7.2FieldNet: 39 8.Cấu hình Transducer: 39 8.1Transducer điện áp: 39 8.2Transducer vị trí nấc phân áp: 40 8.3Transducer công suất tác dụng và công suất phản kháng: 40 Chương 2 43 Cấu hình thiết bị SCADA 43 1.Cấu hình truyền thông cho RTU: 43 2.Chọn loại và số lượng card giao tiếp: 43 3.Bố trí thiết bị RTU: 44 4.Cấu hình các thông số chính cho từng loại card: 44 5.Tính toán cấu hình Transducer TRIAD: 49 Chương 3 52 HỆ THỐNG EMP 52 1.TỔNG QUAN VỀ EMP 52 1.1Giới thiệu 52 1.2Các thành phần của EMP 52 1.3Cấu trúc hệ thống EMP 54 1.4Trào lưu dữ liệu trong EMP 58 2.TỔNG QUAN VỀ HABITAT 63 2.1Giới thiệu 63 2.2Cấu trúc của HABITAT 63 3.CÁC HỆ THỐNG HABITAT CƠ SỞ: 66 3.1Hệ thống giao diện người dùng cơ sở Rapport -FG: 66 3.2Hệ thống quản lí cơ sở dữ liệu: 67 3.3Các hỗ trợ lập trình (Programming support subsystem): 68 Đồ án hệ thống điện Mục lục 3.4Các hoạt động hỗ trợ hệ thống cơ sở (operations support subsystem): 68 4.Các kiểu hệ thống HABITAT: 68 4.1Hệ thống HABITAT thời gian thực: 68 4.2Hệ thống HABITAT mô phỏng: 68 4.3Các hệ thống phát triển HABITAT: 69 4.4Hệ thống cơ sở dữ liệu HABITAT - HDB: 69 5.ALARMS: 69 5.1Các sự kiện (Events): 70 5.2Các hiển thị cảnh báo (Alarm display): 71 6.Các tiện ích khác hỗ trợ cho HABITAT: 71 6.1Tiện ích Quyền (Permission): 71 6.2Tiện ích Quản lý cấu hình 71 6.3Tiện ích Quản lý trình tự xử lý và tạo thời gian biểu (Procman) 72 7.Hệ thống giao tiếp 73 7.1Hệ thống ngày giờ: 73 7.2Máy tính điều khiển lập trình logic (PLC) 74 7.3Trending and strip chart recorders driver 74 7.4Nhật ký (Logman) 74 8.Lập trình trong HABITAT 74 8.1Các lớp tiện ích cho người lập trình và các ứng dụng 74 8.2Chương trình ứng dụng HABITAT. 74 8.3Mô hình tiến trình động Portable Process Model (PPM) 75 8.4Các tiện ích hỗ trợ cho việc lập trình. 75 9.Hệ thống con SCADA: 76 9.1Quản lý cơ sở dữ liệu SCADA: 76 9.2Giao diện người sử dụng SCADA: 77 9.3Thu thập dữ liệu SCADA: 78 9.4Giám sát thời gian thực: 80 9.5Điều khiển giám sát: 83 9.6Các chức năng SCADA hỗn tạp: 84 Chương 4 86 Đồ án hệ thống điện Mục lục Vận hành hệ thống SCADA 86 1.Hệ thống phần cứng SCADA: 86 2.Chức năng phần mềm SCADA: 86 2.1Thu thập dữ liệu: 86 2.2Điều khiển giám sát: 87 2.3Điều khiển hệ thống: 87 3.Các display về trạm: sơ đồ một sợi và bảng 89 4.Quá trình thu thập và xử lý dữ liệu cua hệ SCADA tại trạm: 94 4.1Nguồn gốc dữ liệu 95 4.2Dữ liệu tương tự 95 4.3Dữ liệu trạng thái 99 4.4Dữ liệu đếm 103 5.Khả năng quét của SCADA 105 6.Cờ đặc tính dữ liệu 106 6.1Cờ nguồn gốc dữ liệu 107 6.2Cờ đặc tính dữ liệu chi tiết 107 6.3Cờ đa hợp 109 6.4Cờ từ chương trình đánh giá trạng thái (State Estimator) 110 6.5Cờ thuộc tính 110 7. Dữ kiện và cảnh báo SCADA 111 7.1Các điều kiện bất thưòng 111 7.2Dữ kiện cho sự trở về trạng thái bình thường 112 7.3Lỗi đường truyền và hư hỏng thiết bị: 112 7.4Việc đáp ứng các dữ kiện và điều kiện cảnh báo của hệ SCADA 113 8.Việc phân tán nhiệm vụ trong hệ SCADA: 116 9.Các chương trình ứng dụng trong hệ SCADA: 117 Chương 5 118 Kết luận và hướng phát triển đề tài 118 Phụ lục 119 1.TRIAD – Các bảng lựa chọn transducer: 119 2.Sơ đồ nối dây transducer - TRIAD: 120 Đồ án hệ thống điện Mục lục 3.Kết nối loại D (D-type connector) 122 Đồ án hệ thống điện Chương 1 Chương 1 Giới thiệu thiết bị SCADA 1. Tổng quan về RTU: RTU Xcell là một công nghệ RTU theo kiểu khối, được thiết kế chuyên dụng cho công nghiệp điện năng. Cách tiếp cận theo kiểu module của nó cho phép các hệ thống phức tạp được xây dựng dễ dàng từ các ô (cell) tiêu chuẩn. Hình 1.1: Một RTU tiêu biểu Công nghệ Xcell cung cấp cho người sử dụng 6 mức độ độc lập nhau cho việc thiết kế các hệ thống tự động. Đó là: 1) Đơn giản sử dụng, bảo trì và mở rộng. 2) Một họ RTU gắn với các ứng dụng. 3) Phần mềm linh hoạt cho phép thực hiện các chức năng với cuing phần cứng. 4) Hệ thống mở: tích hợp các loại thiết bị khác nhau,gắn vào tất cả các hệ thống SCADA. 5) Các ứng dụng phức tạp cho tương lai. 6) Các chi phí vận hành thấp nhất. 2. Cấu trúc XCELL RTU: 2.1 Giới thiệu tổng quan: Trang 7 Đồ án hệ thống điện Chương 1 XCell RTU được dựa trên kiến trúc XCell mạnh và tiên tiến. Đây là một kiến trúc linh hoạt và theo kiểu module được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu ở hiện tại và trong tương lai. Dùng các phương pháp đa bộ xử lí, RTU này thực hiện các chức năng của nó với độ sẵn sàng cao và có hiệu lực cao và khả năng đáp ứng hầu hết các yêu cầu tại công trường. Nó được gắn trên giá 19'' (rack), được thiết kế bằng các bộ phận điện tử chuẩn và được chế tạo theo các tiêu chuẩn ISO 9002. 2.2 Đơn vị CELL căn bản: RTU được xây dựng dựa trên một khái niệm theo kiểu khối (cellular, modular) bao gồm một hay nhiều Khối (Cell) hợp thành. Một Cell có thể chỉ có một module xử lí trung tâm hoặc gồm một module xử lí trung tâm và có đến 4 module Vào/Ra để giao tiếp với các thiết bị khác. Các module giao tiếp được chọn trên cơ sở các yêu cầu cụ thể tại trạm, bao gồm cả các yêu cầu về môi trường, loại tín hiệu và số lượng tín hiệu. Hình 1.2: Một Cell tiêu biểu 2.3 RTU nhiều CELL: Với các trạm và nhà máy có nhiều tín hiệu kết nối với RTU thì cần RTU nhiều Cell hơn và mạnh hơn. Trang 8 Đồ án hệ thống điện Chương 1 Hình 1.3: RTU nhiều Cell Các cell giao tiếp với nhau bằng hệ thống giao tiếp FieldNet. Hệ thống này tích hợp các Cell lại với nhau tạo thành một hệ thống RTU thống nhất. Dữ liệu trong bất kì cell nào đều có thể được dùng bởi tất cả các cell khác. Các cell riêng biệt kết hợp với FieldNet tạo ra một hệ thống cơ sở dữ liệu (Global Accessible Database) luôn sẵn sàng cho tất cả các cell. Hình 1.4: Giao tiếp FieldNet Mỗi module xử lí có hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực của riêng nó. Điều này cho phép mỗi cell có thể hoạt động độc lập với các cell khác. Nhiều cell có thể thực hiện cùng các chức năng như nhau trong lúc mà một số Cell có thể thực hiện các chức năng riêng của chúng. Tuy nhiên, chúng có thể kết hợp lại với nhau để đưa ra một RTU mạnh với nhiều đặc trưng và ưu thế mà một RTU thường không thể có. Trang 9 Đồ án hệ thống điện Chương 1 2.4 Chức năng của RTU: RTU có thể được cấu hình để đáp ứng các yêu cầu về chức năng cho từng trạm. Hệ thống tối thiểu cung cấp chức năng cơ bản như giám sát và điều khiển dễ dàng từ xa. Ngoài ra hệ thống này còn có cả các đặc tính nhận biết phần cứng tự động và chức năng tự nhận cấu hình. Trên cơ sở này nhiều chức năng phức tạp đã được hình thành. Các thuật toán xử lí chuẩn được cung cấp đối với các loại tín hiệu chuẩn như là: các đầu vào số đơn (1 bít), các tín hiệu đầu vào số kép (2 bít), v.v Mỗi loại tín hiệu này có một số các thông số cần thiết như: đảo trạng thái, thời gian lọc (filter time), tham số tỷ lệ (scaling parameter),. v.v… Các thông số này có thể được cấu hình cho từng tín hiệu bằng phần mềm eXpert chạy trên hệ điều hành WinNT. Đối với các hệ thống tiên tiến hơn, RTU cung cấp việc lập trình ứng dụng trong một môi trường đồ hoạ. Và cho phép các ứng dụng được phát triển trong bất kì 5 môi trường lập trình: Ladder Diagrams, Sequential Function Charts, Function Block Diagrams, Structured Text và Intruction List. Chức năng này tuân theo tiêu chuẩn phát triển ứng dụng IEC 1131, cho phép người dùng xây dựng nên một RTU hoàn toàn thoả mãn các yêu cầu của trạm nhờ vào phần mềm eXpress. 2.5 Tính toàn vẹn hệ thống: Bởi vì RTU trở thành một phần căn bản của các quá trình hoạt động hệ thống cho nên tính sẵn sàng của RTU được đặt lên mức độ quan trọng hàng đầu. Đó là tiêu chí để thiết kế XCell RTU. Với lý do đó mà các phần tử quan trọng luôn có dự phòng để cung cấp mức độ sẵn sàng cao nhất có thể có được. Các phần tử quan trọng bao gồm: • Truyền thông FieldNet dự phòng giữa các cell. • Nguồn cung cấp DC kép cho mỗi cell. • Mỗi module xử lí XCell có riêng bộ chuyển đổi DC-DC để phát các mức điện áp yêu cầu cho việc dùng bên trong cell đó. Điều này đảm bảo sự làm việc việc độc lập và cách ly giữa các Cell. • Có thể dùng nhiều bộ xử lí kết nối với Trung tâm điều khiển. • Lỗi của một cell được khoanh vùng và chỉ mất các chức năng của Cell đó mà thôi. • Các chương trình ứng dụng có thể được nhân đôi trong nhiều cell để đảm bảo tính vẹn toàn và tín sẵn sàng của RTU. • Các bít kiểm tra tính nguyên vẹn dữ liệu được gán cho tất cả các dữ liệu RTU để chỉ thị rằng dữ liệu là có hợp lệ hay không. 2.6 Khả năng xử lí: Trang 10 [...]... thì có thể được kết nối trực tiếp với module đầu ra số như hình sau: Trang 22 Đồ án hệ thống điện Chương 1 Hình 1.15: HD0 dùng điện áp 48VDC từ thiết bị ngoài Trường hợp thiết bị trạm yêu cầu đầu ra một điện áp cho mỗi kênh thì việc kết nối RTU có một chút phức tạp và được trình bày như hình sau: Trang 23 Đồ án hệ thống điện Chương 1 Hình 1.16: HD0 dùng điện áp 48VDC từ RTU 6.2.1 Quá trình... được cấu hình cho từng tín hiệu 6.6 Sự đồng bộ thời gian (Time Synchronisation): Thời gian RTU nên được tham chiếu đến một vài đồng hồ chủ Có thể Trung tâm điều khiển chịu trách nhiệm đồng bộ thời gian với đồng hồ chủ và duy trì thời gian tham chiếu cho hệ thống Sau đó, Trung tâm điều khiển phải đồng bộ thời gian với tất cả các RTU bằng các kết nối truyền thông Việc đồng bộ giữa Trung tâm điều khiển và... trong khoảng thời gian 1ms Độ chính xác của đồng hồ RTU ở chế độ chạy độc lập lớn hơn 250ms một ngày và từ đó Trung tâm điều khiển có thể xác định tần số cần đồng bộ với RTU để duy trì độ chính xác thời gian toàn hệ thống 7 Truyền thông: Các truyền thông đến Trung tâm điều khiển – IEC870-5-101 Các truyền thông trong RTU – FieldNet Trang 30 Đồ án hệ thống điện Chương 1 7.1 IEC 870 – 5 – 101:... Trang 27 Đồ án hệ thống điện Chương 1 Để cung cấp cho các dải transducer khác nhau, dải đầu vào mỗi kênh tương tự có thể được cấu hình Điều này cho phép cấu hình các dảikhác nhau như –5mA đến +5mA và từ 0 đến 10mA Dải chết (deadband) được cấu hình cho từng kênh nhằm tránh các tín hiệu vào khỏi bị nhiễu và tạo ra các dao động tương tự bên trong RTU và được đưa về Trung tâm điều khiển Hệ số... hồ thời gian thực của RTU với đồng hồ thời gain thực của nó trên một cơ sở quy định Để làm điều này phải sử dụng các phương pháp và các lệnh như được định ra trong đặc tính của giao thức IEC Trang 34 Đồ án hệ thống điện Chương 1 RTU có thể được cấu hình với chu kì thời gian mà trong chu kì đó RTU cần được đồng bộ thời gian với Trung tâm điều khiển Nếu một mẫu tin đồng bộ thời gian không đến RTU... 28 Đồ án hệ thống điện Chương 1 Vào/Ra (I/O Carrier Module) cho việc kết nối thiết bị Việc kết nối thiết bị được chỉ ở hình sau: Hình 1.19: Sơ đồ đấu nối cho các điểm đặt tương tự 6.4.2 Quá trình xử lí điểm đặt tương tự: Dải ra của module đầu ra tương tự là từ 0mA đến +20mA Có thể dùng các dải làm việc khác nằm trong khoảng này Các đầu ra được cách li một cách riêng biệt và được giải trừ trở về. .. tín hiệu đồng bộ thời gian từ Trung tâm điều khiển trong chu kì thời gian do người dùng cấu hình thì tất cả dữ liệu được dán nhãn thời gian tiếp theo sẽ được đánh dấu là không hợp lệ “Invalid” như đã được định nghĩa trong đặc tính giao thức IEC Và điều này sẽ thông báo cho Trung tâm điều khiển biết rằng nhãn thời gian không đúng d) Đồng bộ hóa thời gian: Trung tâm điều khiển phải đồng bộ đồng hồ thời... bộ nhớ mở rộng để lưu trữ nhiều dữ liệu, phù hợp với giao thức truyền thông và đồng thời hổ trợ xử lý cho các module Vào/Ra Trang 12 Đồ án hệ thống điện Chương 1 Hình 1.7: Kết nối chuẩn 3.2 Các công cụ: Thành phần Expert-010 Explore-010 Express-010 SIM-010 Mô tả Phần mềm cấu hình cơ sở dữ liệu Phần mềm các chuẩn đoán Công cụ lập trình ứng dụng với 5 ngôn ngữ lập trình IEC 1131 Thiết bị mô phỏng... các đáp ứng thành 4 bước như được định trong đặc tính giao thức Tuy nhiên bên trong hệ thống XCell các đầu ra điều khiển sử dụng cơ chế 3 bước Lựa chọn / Xác định / Thi hành (Select/Arm/Execute) cộng với cơ chế các đáp ứng thành 6 bước để tăng tính an toàn Đó là quá trình hoạt động chuẩn bên trong RTU Trang 35 Đồ án hệ thống điện Chương 1 Hình 1.20: Các bước điều khiển Tất cả các đầu ra điều khiển... Các đo lường tương tự từ các transducer được giám sát bằng các module đầu vào tương tự Module đầu vào tương tự kết nối đến các transducer đo lường tại trạm như hình sau: Trang 26 Đồ án hệ thống điện Chương 1 Hình 1.18: Sơ đồ kết nối cho các tín hiệu đo lường tương tự 6.3.1 Quá trình xử lí đầu vào tương tự: Dải tín hiệu vào của của module tương tự là từ -20mA đến +20mA Có thể cấu hình một dải bất . thể tránh khỏi những thiết sót. Mong các thầy và các bạn sinh viên đóng góp thêm để đề tài được phát triển sau này. Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực hiện Võ Hoàng Khánh Đồ án hệ. Các bảng lựa chọn transducer: 119 2.Sơ đồ nối dây transducer - TRIAD: 120 Đồ án hệ thống điện Mục lục 3.Kết nối loại D (D-type connector) 122 Đồ án hệ thống điện Chương 1 Chương. 22 6.3Các đo lường tương tự: 26 Đồ án hệ thống điện Mục lục 6.4Đầu ra tương tự (Analogue Setpoints): 28 6.5Các đầu vào đếm (counter input): 29 6.6Sự đồng bộ thời gian (Time Synchronisation):