HUTECH TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH    KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRONG TRUYỀN TẢI ĐIỆN GVHD : TS. VŨ PHAN TÚ SVTH : LÊ NGỌC DŨNG MSSV : 02DC05 LỚP : DC02 07/2006 HUTECH Nhận xét của giáo viên hướng dẫn HUTECH Hệ Thống SCADA SV: Lê Ngọc Dũng MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN Trang 1 I. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 220KV Trang 2 II. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 500KV Trang 3 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA Trang 4 I. PHẦN CỨNG HỆ THỐNG SCADA Trang 4 1. Các máy tính chủ Trang 5 2. Các bàn điều khiển Trang 5 3. Truyền thông giữa máy tính chủ và RTU Trang 5 4. Các đơn vị đầu cuối ở xa Trang 6 5. Truyền thông giữa các trung tâm điều khiển Trang 7 II. CÁC CHỨC NĂNG PHẦN MỀM SCADA Trang 7 1. Thu thập dữ liệu Trang 7 2. Giám sát điều khiển Trang 8 3. Kiểm soát hệ thống Trang 8 4. Giao diện người dùng SCADA Trang 9 5. Các display cơ bản Trang 9 6. Cách thức thu thập và xử lý dữ liệu SCADA Trang 11 CHƯƠNG III TRUYỀN THÔNG TRONG TRUYỀN TẢI ĐIỆN Trang 24 I. CÁC DẠNG TRUYỀN THÔNG Trang 24 1. Truyền song song Trang 24 2. Truyền nối tiếp Trang 24 II. TRUYỀN ĐỒNG BỘ VÀ BẤT ĐỒNG BỘ Trang 25 1. Truyền đồng bộ Trang 25 2. Truyền bất đồng bộ Trang 26 3. Phương thức truyền thông Trang 26 III. MÃ HOÁ TÍN HIỆU Trang 27 1. Số hoá tín hiệu Trang 27 2. Kỹ thuật điều xung mã Trang 27 3. Ghép kênh Trang 30 HUTECH Hệ Thống SCADA SV: Lê Ngọc Dũng 4. Tách kênh Trang 32 IV.ĐỒNG BỘ HỆ THỐNG Trang 33 1. Hệ thống tực đồng bộ Trang 33 2. Hệ thống đồng bộ chủ - tớ Trang 34 3. Hệ thống đồng bộ tương hỗ Trang 35 V. THÔNG TIN VI BA Trang 35 1. Bản phân loại tần số vô tuyến Trang 36 2. Sơ đồ khối hệ thống thông tin vi ba cơ bản Trang 36 3. Các thiết bị vi ba trong ngành điện Trang 39 VI. THÔNG TIN SỢI QUANG Trang 39 1. Cấu trúc sợi quang Trang 39 2. Các thành phần của một tuyến truyền dẫn sợi quang Trang 41 3. Suy hao trên sợi quang Trang 41 VII. HỆ THỐNG THÔNG TIN TẢI BA TRONG NGÀNH ĐIỆN Trang 43 1. Thông tin tải ba Trang 43 2. Cấu trúc và những phần từ cơ bản trong tuyến tải ba Trang 44 3. Các phương pháp truyền thông trên đường dây điện Trang 47 4. Kỹ thuật chuyển tiếp tín hiệu tải ba Trang 49 5. Các cách ghép nối tín hiệu âm tần Trang 52 CHƯƠNG IV THIẾT BỊ TẢI BA ALSPA PLC 1790B Trang 54 I. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG Trang 54 1. Những tính năng chính Trang 54 II. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA THIẾT BỊ Trang 56 1. Phần tần số thấp Trang 56 2. Phần tần số cao Trang 57 3. Nguồn cung cấp Trang 58 4. Điều kiện về mội trường Trang 58 III. CHÚC NĂNG CHUNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN THIẾT BỊ Trang 58 1. Khối âm tần Trang 58 2. Khối xử lý tín hiệu trung và cao tần Trang 58 3. Khối cao tần Trang 59 HUTECH Hệ Thống SCADA SV: Lê Ngọc Dũng 4. Khối giao diện giám sát Trang 59 5. Khối giao tiếp máy tính Trang 59 6. Thành phần thiết bị Trang 59 7. Điều kiện kết nối thiết bị ALSPA PLC 1790B Trang 60 8. Bộ nguồn cung cấp Trang 61 CHƯƠNG V LẬP TRÌNH ĐẶT CẤU HÌNH VÀ Trang 63 GIÁM SÁT HỆ THỐNG I. MENU ĐẶT CẤU HÌNH VÀ LẬP TRÌNH Trang 64 1. Định dạng đầu cuối thiết bị Trang 64 2. Đặt cấu hình đầu cuối Trang 64 3. Các dải và tần số kênh sóng mang Trang 64 4. Các mức và tỉ lệ điều biến Trang 64 5. Chặn và cảnh báo Trang 64 6. Các module chọn lựa Trang 64 II. MENU GIÁM SÁT Trang 64 III. KIỂM TRA VẬN HÀNH CỦA THIẾT BỊ Trang 65 1. Phần cấp nguồn Trang 65 2. Kiểm tra vận hành của thiết bị Trang 65 CHƯƠNG VI REMOTE TERMINAL UNIT Trang 67 I. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA RTU Trang 67 1. Module vi xử lý Trang 68 2. Module vào / ra Trang 69 3. Cung cấp nguồn cho RTU Trang 72 4. Khả năng liên kết các Cell trong RTU Trang 73 5. Menu chức năng trong RTU Trang 73 6. Kiểm tra trạng thái I/O bằng ma trận LED Trang 75 II. CẤU TRÚC PHẦN MỀM CỦA RTU Trang 75 1. Cài đặt cơ sở dữ liệu cho RTU Trang 75 2. Kiểm tra RTU bằng phầm mềm Explore Trang 79 CHƯƠNG VII MỘ T SỐ DISPLAY THƯỜNG SỬ DỤNG Trang 83 TRONG HỆ THỐNG SCADA HUTECH Hệ Thống SCADA SV: Lê Ngọc Dũng I. SITE OVERVIEW DISPLAY Trang 83 II. SERVER OVERVIEW DISPLAY Trang 84 III. ALARM SUMMARY DISPLAY Trang 86 IV. SYSTEM ACTIVITY LOG DISPLAY Trang 87 V. COMMUNICATION STATUS DISPLAY Trang 88 VI. SUBSTATION ONELINE DISPLAY Trang 89 VII. SUBSTATION TABULAR DISPLAY Trang 90 VII. EXCEPTION DISPLAY Trang 91 VIII. SEQUENCE OF EVENT DISPLAY Trang 92 IX. TAGGING DISPLAY Trang 93 CHƯƠNG VIII TÓM TẮT HỆ THỐNG SCADA Trang 94 HUTECH Hệ Thống SCADA SV: Lê Ngọc Dũng 1 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN Hệ thống truyền tải điện được phân cấp quản lý và vận hành lưới điện nhằm cung cấp điện năng đến các điện lực địa phương tiêu thụ. Với sự phát triển nhanh chóng của các khu công nghiệp, hiện nay công ty Truyền Tải Điện 4 ( PTC4 - Power Transport Company 4 ) quản lý và vận hành lưới điện từ tỉnh Bình Thuận đến Cà Mau với 45 trạm biến áp, bao gồm cấp điện áp chủ yếu 110Kv, 220Kv, 500Kv với tổng chiều dài đường dây khoảng 4500 km. Do nhu cầu cung cấp điện ngày càng cao, đáp ứng cho sự phát triển của các phụ tải nên hệ thống lưới điện truyền tải thuộc công ty PTC4 quản lý luôn có sự thay đổi trong sơ đồ hệ thống điện miền nam. Song song với việc vận hành và phát triển lưới điện, Trung Tâm Điều Độ Hệ Thống Điện Miền Nam ( gọi tắt là A 2 - Đảm bảo việc cung cấp điện được liên tục. ) được thành lập nhằm đáp ứng những yêu cầu nghiêm ngặc về vận hành hệ thống điện: - Các thông số về điện và tần số theo tiêu chuẩn cho phép. - Chi phí vận hành thấp đến mức có thể. Như chúng ta đã biết, hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây truyền tải, trạm phân phối,… được liên kết với nhau và trãi dài hàng trăm km, do đó việc vận hành tối ưu hệ thống điện đòi hỏi trước tiên điều hành viên phải giám sát toàn bộ các thành phấn của hệ thống. Điều này chỉ được thực hiện khi các thông số vận hành của các thành phần trong hệ thống được xác định và nhận biết trong thời gian sớm nhất. Hệ thống SCADA do A2 quản lý có nhiệm vụ : - Hiển thị toàn cảnh hệ thống với cấu trúc hiện hành thực tế. - Hiển thị toàn cảnh những phần khác nhau của hệ thống, cập nhật những thông tin mới nhất. - Báo động khi có sự thay đổi về trạng thái và chỉ ra sự thay đổi một cách chính xác. - Báo động khi các thông số đặc trưng của trạng thái hệ thống đạt ngưỡng giới hạn. - Lưu trữ tất cả những sự kiện xảy ra trong hệ thống, nhằm giúp cho các điều hành viên tại trung tâm điều khiển thực hiện công việc điều độ của mình . HUTECH Hệ Thống SCADA SV: Lê Ngọc Dũng 4 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ SCADA SCADA ( Supervisory Control and Data Acquisition) - Hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu. Hệ thống này có nhiệm vụ thu thập, xử lý và hiển thị thông tin về trạng thái của một hệ thống được giám sát. Từ một trung tâm điều khiển SCADA, điều hành viên có thể quan sát và thay đổi trạng thái vận hành của các thiết bị được giám sát. Hệ thống SCADA được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như ngành điện lực, thuỷ lực, giao thông,… I/ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG SCADA - [2] Các hệ thống SCADA thông thường bao gồm các thiết bị chủ yếu sau: HUTECH Hệ Thống SCADA SV: Lê Ngọc Dũng 5 • Các máy tính chủ • Các bàn điều khiển của điều hành viên • Các thiết bị truyền thông • Các đơn vị đầu cuối ở trạm ( RTU- Remote Terminal Unit ) • Các thiết bị truyền thông giữa các hệ thống SCADA Trong hệ thống nhiều trung tâm điều khiển, một trung tâm thường được gán là trung tâm chủ ( Host ) và các trung tâm khác được gọi là các trung tâm ở xa hay ở ngoài ( Remote hay Foreign ), trung tâm chủ nhận các dữ liệu từ các trung tâm khác. Mỗi trung tâm điều khiển truyền thông với các RTU thông qua các phương tiện truyền thông như vô tuyến, vi ba, tải ba, cáp sợi quang…Tuy nhiên ngành điện hiện nay vẫn dùng thông tin tải ba chủ yếu. 1/ Các máy tính chủ Phần mềm SCADA được chạy trên các máy tính chủ, loại máy tính được sử dụng tuỳ thuộc vào yêu cầu, cường độ xử lý, cũng như độ lớn của dữ liệu thu thập xử lý và lưu trữ. Tại một trung tâm điều khiển SCADA thường chạy trên 2 máy tính. Một máy tính thực hiện các chức năng theo thời gian thực ( Real time ) tức là t hu thập, xử lý và thể hiện dữ liệu theo thời gian thực, máy tính này được gọi là máy chủ chính hay máy chủ sơ cấp ( Primary, Master, Main, …). Máy tính còn lại ở trạng thái chờ và được gọi là máy chủ dự phòng hay máy chủ thứ cấp ( Secondary, Standby,…), mục đích của máy này là thay thế gánh vác các hoạt động theo thời gian thực khi có hỏng hóc trên máy chủ chính. Ngoài ra còn có một số máy tính khác đảm trách các nhiệm vụ khác nhau như lưu trữ các dữ liệu trong quá khứ vào các cơ sở dữ liệu quan hệ nhằm phục vụ các nhu cầu thống kê sau này, hay phục vụ mô phỏng, đào tạo những điều hành viên về sau và phục vụ trao đổi dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển… 2/ Các bàn điều khiển ( Consol) Các bàn điều khiển là sự kết nối giữa các máy tính và điều hành viên, các bàn điều khiển này cho phép điều hành viên quan sát và tương tác với hệ thống SCADA thông qua việc sử dụng các hiển thị ( Display), các display này có thể là dạng bảng, sơ đồ… 3/ Truyền thông giữa máy tính chủ và RTU Các thiết bị thông tin và phần mềm chịu trách nhiệm liên kết các máy tính chủ với các RTU ( bao gồm RTU tại trung tâm điều khiển và RTU remote ) được gọi là máy chủ truyền thông ( CFE – Communication Front End ), thành phần chính trong CFE là bộ xử lý truyền thông thông minh. Tuỳ thuộc vào cấu HUTECH Hệ Thống SCADA SV: Lê Ngọc Dũng 6 hình lựa chọn mà hệ thống SCADA có thể sử dụng các máy tính chuyên biệt để chạy phần mềm liên kết giữa các máy tính chủ và CFE. Một số hệ thống tích hợp phần mềm này vào chạy trên các máy chủ, phần mềm này cũng duy trì các thông tin liên quan đến cấu hình các thành phần truyền thông và các tiện ích để giao tiếp với các thiết bị sử dụng thông qua giao thức truyền thông ( Communication Protocol ) khác nhau. Trong phạm vi nghiên cứu phần mềm này được gọi là TFE – Telemetry Front End . Cho dù phần mềm này chạ y trên các máy tính chuyên biệt hay tích hợp trên các máy chủ thì cứ mỗi CFE là một đơn thể phần mềm này phục vụ kết nối giữa các CFE đó và máy chủ chính. Do tính chất độc lập này nên trong trường hợp Failover hay Switchover ( Máy tính chủ chuyển từ vai trò dự phòng sang vai trò chính ) dữ liệu sẽ không bị mất. Hơn nữa, máy tính chủ còn có thể chuyển một kết nối từ đường truyền thông này sang đường truyền thông khác ( trên CFE khác ) mà không cần phải thực hiện switchover giữa các máy tính chủ. Các CFE truyền thông với các RTU thực hiện vài chức năng nhằm giảm thiểu việc xử lý dữ liệu trên máy tính chủ, các chức năng này bao gồm: • Duy trì các chỉ thị quét RTU cung cấp bởi máy chủ , điều này nhằm giúp giảm tải truyền thông đến CFE đối với các yêu cầu quét của máy chủ. • Thông báo những lỗi truyền thông khi RTU không đáp ứng hay đáp ứng có lỗi. • Kiểm tra dữ liệu đến nhằm đảm bảo máy tính chủ chỉ nhận những dữ liệu có thay đổi so với lần quét trước đó. Chức năng này được gọi là Reporting by exception ( thông báo dị biệt ) • Thông báo định kỳ toàn bộ dữ liệu cho máy tính chủ bất chấp dữ liệu có thay đổi so với lần quét trước đó. Chức năng này được gọi là Integrity Scan ( quét toàn bộ ) • Thực hiện chuyển đổi dữ liệu nhằm làm cho dữ liệu nhận qua các giao thức truyền thông RTU khác nhau sẽ thể hiện giống nhau trên máy tính chủ (đối với các hệ thống sử dụng các loại RTU khác nhau ). 4/ Các đơn vị đầu cuối ở xa Các RTU kết nối hệ thống SCADA với hệ thống được giám sát, thông thường một RTU được đấu dây đến các thiết bị được giám sát trong một khoảng cách tương đối gần, nó thu nhận các tín hiệu đo và gửi các điều khiển đến các thiết bị đó. Mỗi mẫu dữ liệu do RTU quản lý dù là tín hiệu đo hay một lệnh điều khiển đều kết hợp với một định danh là địa chỉ, các địa chỉ này kết hợp với địa chỉ của RTU được sử dụng bởi hệ thống để truy cập thông tin dữ liệu ở RTU. Mỗi địa chỉ RTU có thể quét độc lập. [...]... Dũng 23 Hệ Thống SCADA CHƯƠNG III TRUYỀN THÔNG TRONG TRUYỀN TẢI ĐIỆN C R E C E I V E R Truyền song song TE S E N D E R U H I/ CÁC DẠNG TRUYỀN THÔNG Trong hệ thống thông tin kỹ thuật số người ta phân ra làm hai kiểu truyền thông: song song và nối tiếp 1/ Truyền song song Trong truyền thông dạng song song, một nhóm các tín hiệu ví dụ như 16 bit thông tin ( Word ) đư truyền đi cùng lúc, đây là loại truyền. .. Lê Ngọc Dũng 9 H U TE C H Hệ Thống SCADA Sơ đồ một sợi trong hệ thống SCADA - [2] SV: Lê Ngọc Dũng 10 H U TE C H Hệ Thống SCADA Hiển thị dữ liệu dạng bảng 6/ Cách thức thu thập và xử lý dữ liệu SCADA Thu thập dữ liệu là một tiến trình của SCADA nhằm thu thập dữ lịêu từ các thiết bị trong hệ thống được giám sát SCADA lấy dữ liệu từ các nguồn khác nhau bao gồm các RTU, các hệ thống khác và bởi các điều... hoạt động của hệ thống truyền thông bằng cách tách khỏi dịch vụ hay đưa về các RTU, các nhóm quét hay các đường truyền thông 4/ Giao diện người dùng SCADA Mục tiêu của giao diện người dùng SCADA là để: U TE C H • Thể hiện dữ liệu mô tả một cách chính xác trạng thái của hệ thống được giám sát Cảnh báo cho điều hành viên SCADA về những vấn đề xuất hiện trong hệ thống được giám sát và hệ thống truyền thông... thiết bị cụ thể trong hệ thống truyền thông Hỏng hóc trong truyền thông có thể xảy ra ở các cấp độ dưới đây SV: Lê Ngọc Dũng 20 Hệ Thống SCADA H U TE C H • Các nhóm quét: Mỗi nhóm quét được gán ( trong cơ sơ dữ liệu) một con số để thông báo với SCADA là sau bao nhiêu l n thử hỏng liên tiếp mới ầ xác định là nhóm quét bị hỏng Hoặc SCADA có thể sử dụng phương pháp đếm số lần gián đoạn truyền thông thay.. .Hệ Thống SCADA Dữ liệu truyền đến RTU hay truyền về các máy chủ thông qua các CFE Truyền thông liên kết các RTU với CFE bao gồm những thiết bị sau: • Cổng giao tiếp CFE • Đường truyền thông giữa RTU và cổng giao tiếp CFE • Các modem đặt tại mỗi cổng giao tiếp và ở RTU Trạng thái của mỗi truyền thông liên kết trong hệ thống được thể hiện trên một display của hệ thống SCADA Trạng thái... sát điều khiển của SCADA cho phép điều hành viên và các chương trình ứng dụng để điều khiển các thiết bị trong hệ thống được giám sát Từ trung tâm điều khiển điều hành viên có thể gởi các lệnh điều khiển để thay đổi trang thái các thiết bị như máy cắt, cầu dao 3/ Kiểm soát hệ thống Chức năng kiểm soát hệ thống cho phép điều hành viên và các chương trình ứng dụng thay đổi cách thức mà SCADA xử lý và thể... đo không ở một trong các trạng thái trên ( vô nghĩa, nghi ngờ, được thay thế ) e/ Các cờ chất lượng dữ liệu khác Trong một hệ thống có thể có nhiều hệ thống SCADA khác nhau trao đổi dữ liệu với nhau, và do đó có 2 cờ chất lượng dữ liệu đáng kể là: • Cờ chỉ thị dữ liệu “ nghi ngờ tại hệ thống SCADA khác ” ( Remote suspect), chỉ thị dữ liệu đã bị xem là “ cũ, xấu, vượt tầm ” tại hệ thống SCADA cung cấp... soát hệ thống ( System control ) là kh năng cho phép các điều ả hành viên và các chương trình ứng dụng thay đổi cách thức mà SCADA xử lý và hiển thị dữ liệu Ví dụ điều hành viên có thể nhập giá trị vào cho một thiết bị mà giá trị đo của nó không nhận được từ RTU 1/ Thu thập dữ liệu SV: Lê Ngọc Dũng 7 Hệ Thống SCADA SCADA thực hiện các chức năng dưới đây để thu thập dữ liệu về các thiết bị trong hệ thống. .. truyền mà thôi • Một dạng truyền thông cho phép dữ liệu truyền cả hai hướng trong cùng một thời điểm được gọi là song công toàn phần / Full-duplex A B Truyền song công B A Truyền đơn công SV: Lê Ngọc Dũng 26 Hệ Thống SCADA A B Truyền bán song công C H III/ MÃ HOÁ TÍN HIỆU 1/ Số hoá tín hiệu Việc truyền thông trong mạng thông tin được thực hiện trên cơ sở trao đổi các tín hiệu điện hoặc tín hiệu quang... dịch vụ d/ Đáp ứng của SCADA đối với các điều kiện có cảnh báo và các sự kiện Sau khi SCADA phát hi một điều kiện không bình thường trong hệ ện thống được giám sát nó có thể phản ứng bằng cách tiến hành một số hoạt động để báo động điều hành viên về điều kiện đó Phản ứng của SCADA với một điều kiện bất thường cụ thể xảy ra trên một điểm đo cụ thể được định nghĩa trong cơ sở dữ liệu SCADA Các hành . VIII TÓM TẮT HỆ THỐNG SCADA Trang 94 HUTECH Hệ Thống SCADA SV: Lê Ngọc Dũng 1 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN Hệ thống truyền tải điện được. DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH    KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA TRONG TRUYỀN TẢI ĐIỆN . HUTECH Hệ Thống SCADA SV: Lê Ngọc Dũng MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN Trang 1 I. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 220KV Trang 2 II. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM