Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện theo chuẩn IEC 61850

Nội dung text: Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện theo chuẩn IEC 61850

1. HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM ĐIỆN THEO CHUẨN IEC 61850 PROTECTION AND CONTROL INTEGRATED SYSTEM FOR SUBSTATIONS BASED ON IEC 61850 Mai Văn Lê*;Võ Hoàng Duy*; Ngô Cao Cường Cao Đẳng Công Thương Tp.HCM; *Đại Học Tôn Đức Thắng; Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP.HCM TÓM TẮT Ngày nay hầu hết các hệ thống điện đều hoạt động ở công suất tối đa. Việc phân bố công suất được đảm bảo bằng cách sử dụng dữ liệu của các thành phần trong hệ thống quản lý năng lượng. Mục tiêu chính là đảm bảo nguồn cung cấp và chất lượng của điện năng, điều này chỉ được thỏa mãn khi dữ liệu và các thông tin được cung cấp đầy đủ cho hệ thống bảo vệ. Chuẩn IEC 61850 về truyền thông trong trạm điện giữ vai trò chính trong nhiều giải pháp của hệ thống điện bởi vì nó không chỉ chuẩn hóa truyền thông mà còn cung cấp mô hình dữ liệu hướng đối tượng thích hợp cho toàn hệ thống điện. Tất cả các yêu cầu trong một hệ thống điện được đáp ứng bởi chuẩn IEC 61850. ABSTRACT Nowadays, the most power systems are operated at the maximum efficient. The power flow has to be guaranteed by using the data system of the components of the power system management system. The main objective is to secure the supply and quality of power that is satisfied when the data is supplied for the protection system. The standard IEC 61850 for communication in substations is the main role for a lot of solutions for the power system since it standardizes not only the communication but also provides object oriented data model suitable to the power system. The all requirements for the power system are performed by standard IEC 61850. 1. GIỚI THIỆU Chuẩn IEC 61850 cũng được hỗ trợ bởi Chuẩn IEC 61850 là sự kết hợp giữa chuẩn ANSI/IEEE và được phát triển bởi hơn 60 truyền thông UCA (Utility Communication chuyên gia đến từ Châu Âu và Bắc Mỹ. Đó là Architecture) ứng dụng trong các hệ thống chuẩn toàn cầu đầu tiên trên thế giới trong lĩnh điều khiển và bảo vệ trạm điện của Viện vực Điện về mạng truyền thông và hệ thống Nghiên cứu Điện Năng Hoa Kỳ (EPRI) và trong trạm điện (hình 2). chuẩn IEC 60870-5-101, -104 (giao thức của hệ thống SCADA Điện), -103 (thiết bị bảo vệ trạm điện) của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế IEC (International Electrotechnical Commission) (hình 1). Hình 2: IEC61850-Chuẩn toàn cầu về truyền thông trong trạm điện đầu tiên trên thế giới Năm 2001, bản nháp đầu tiên của chuẩn IEC 61850 được đưa ra lấy ý kiến. Lộ trình thực hiện đến năm 2004, ba nhà sản xuất hàng đầu Hình 1: sự hình thành của chuẩn IEC 61850
2. về thiết bị điện trên thế giới ABB, mạng dựa trên chuẩn IEC 61850. Để đạt được ALSTOM(AREVA) và SIEMENS đã đưa ra điều đó, chuẩn IEC 61850 định nghĩa hai dịch các dòng sản phẩm hỗ trợ IEC 61850 cho vụ truyền thông chính. Dịch vụ truyền thông riêng mình. Thực hiện việc kiểm tra kết nối client / server dựa vào MMS trên TCP/IP và giữa các sản phẩm với nhau, tiến tới việc Ethernet (SUBSTATION LAN). Đây là chuẩn thống nhất một chuẩn chung trên toàn thế giới truyền thông chính trong hệ thống SCADA. (hình 3). Dịch vụ truyền thông publisher / subscriber (IEC 61850 PROCESS BUS) để trao đổi thông tin giữa các thiết bị điện tử thông minh (IED – Intelligent Electronic Device) (hình 5). Hình 3: lộ trình thực hiện của IEC 61850 Chuẩn IEC 61850 được thiết kế để hỗ trợ cho tất cả các chức năng truyền thông được Hình 5: kiến trúc của trạm điện dựa trên IEC thực hiện trong trạm điện. Từ các thiết bị nhất 61850 thứ cho đến hệ thống SCADA. Nó không chỉ là một giao thức mà là một kiến trúc bao gồm: 2.2 Định nghĩa cấu trúc bảo vệ và điều chuẩn truyền thông TCP/IP dựa trên mạng khiển Ethernet; truyền thông giữa các thiết bị trong Hệ thống bảo vệ và điều khiển trong trạm điện trạm điện; định nghĩa cấu trúc cho bảo vệ và bao gồm nhiều IED. Cơ chế bảo vệ và điều điều khiển trạm điện; cấu hình hệ thống; ngôn khiển dựa trên việc liên kết giữa thiết bị nhất ngữ chuẩn hóa cho trạm điện; dữ liệu dạng thứ và thiết bị nhị thứ. Các IED trao đổi dữ sóng theo định dạng Comtrade dùng để phát liệu trên đường truyền tốc độ cao sử dụng hiện các sự cố xảy ra trong trạm điện; chuẩn thông báo GOOSE (Generic Object Oriented hóa thời gian với SNTP (hình 4). Substation Event) (hình 6). IEC 61850 định nghĩa một số phương pháp cho việc chuyển đổi dữ liệu giữa các IED mà có thể được ứng dụng trong việc bảo vệ và điều khiển trạm điện. Một điểm quan trọng khi sử dụng GOOSE là so với phương pháp điều khiển và bảo vệ truyền thống dựa trên việc nối dây từ ngõ ra của relay đến ngõ vào của một thiết bị khác thì tổng thời gian hoạt động là như nhau. Điều này chứng tỏ rằng phương pháp truyền thông được định nghĩa trong IEC 61850 không làm giảm đi độ tin cậy và chất lượng của hệ thống. 2.3 Ngôn ngữ cấu hình trạm Ngôn ngữ cấu hình trạm (SCL - Substation Hình 4: chuẩn IEC 61850 Configuration Language) được định nghĩa 2. CHUẨN TRUYỀN THÔNG TRONG TỰ trong IEC 61850. Việc sử dụng ngôn ngữ này ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ĐIỆN ÁP cho phép các công cụ khác nhau từ các nhà sản 2.1 Cấu trúc của trạm điện dựa trên IEC 61850 xuất khác nhau có thể hiểu được thông tin bên Mục đích của chuẩn IEC 61850 là trong của các IED. Cho phép chuyển đổi dữ cung cấp tất cả các đặc điểm kỹ thuật cần thiết liệu, tránh được sự hiểu sai và thuận tiện trong để đạt được sự trao đổi dữ liệu giữa các thiết việc tích hợp hệ thống giữa các nhà sản xuất. bị trong hệ thống tích hợp tự động hóa trạm Tất cả thông tin kỹ thuật của hệ thống được điện. Các cáp tín hiệu trao đổi thông tin giữa các thiết bị trước đây được thay thế bằng cáp
3. lưu trong file SCL, dễ dàng được sử dụng lại thể hiểu được lẫn nhau và có khả năng tích cho các dự án tiếp theo. hợp trong bất kỳ hệ thống nào với nguyên lý hoạt động chung (hình 7). Thiết bị A được thay thế bởi thiết bị AA của một nhà sản xuất khác chỉ cần thiết bị AA có những chức năng tượng tự được chuẩn hóa trong IEC 61850 như thiết bị A. Hình 6: cấu trúc bảo vệ và điều khiển sử dụng GOOSE 2.4 Đồng bộ thời gian Trước đây việc đồng bộ thời gian cho các thiết Hình 7: hệ thống tích hợp từ các thiết bị của bị hoàn toàn độc lập từ các dịch vụ khác nhau các nhà sản xuất khác nhau bên trong hệ thống. Điều đó dẫn đến có nhiều cấp chính xác khác nhau đối với các dịch vụ Phức tạp đối với nhà sản xuất nhưng đơn giản khác nhau. Nhưng với chuẩn IEC 61850, việc đối với người sử dụng: giống như các công cụ đồng bộ thời gian được định nghĩa qua giao office, sự phức tạp trong việc ứng dụng chuẩn thức SNTP (Simple Network Time Protocol), IEC 61850 được chuyển sang cho các kỹ sư đảm bảo cấp chính xác chung cho toàn hệ phát triển phần cứng và phần mềm. Người sử thống là 1 ms. Nguyên tắc đồng bộ chung là dụng chỉ đơn giản lấy thông tin để giải quyết các IED đóng vai trò như một client, đồng bộ các vấn đề truyền thông trong trạm điện mà thời gian với server thời gian, có thể là đồng không cần quan tâm đến các đoạn mã nặng nề hồ GPS hoặc các SNTP server khác được kết với các dữ liệu bit, byte. nối trong mạng. Tiết kiệm phần cứng và cải thiện độ tin cậy: 2.5 Những chức năng chính của IEC 61850 các thiết bị IED trong trạm điện được liên kết Chuẩn IEC 61850 không chỉ hỗ trợ cho tất cả với nhau qua mạng, do đó giảm được dây nối các chức năng được yêu cầu trong một trạm giữa các IED với nhau, vì vậy độ tin cậy của điện mà còn cho cả hệ thống điện. Các chức hệ thống được tăng lên, giảm thời gian lắp đặt năng chính bao gồm: và chi phí của hệ thống. Chức năng cơ bản: Tiết kiệm thời gian: chuẩn IEC 61850 đặt chi o Điều khiển và giám sát; phí tích hợp vào nhà sản xuất, với sự hỗ trợ o Bảo vệ; của các công cụ phần mềm, thời gian cấu hình o Ghi lại các sự kiện; hệ thống được giảm đi đáng kể. o Báo động; 4. KẾT LUẬN o Đo lường. IEC 61850 là chuẩn truyền thông mới được Chức năng nâng cao: phát triển để ứng dụng trong điều khiển và bảo o Cấu hình dữ liệu; vệ trạm điện. Kết quả mang lại nhiều lợi thế so o Tự động hóa tuần tự; với các giải pháp nối dây truyền thống trước o Interlocking. đây. Đặc điểm kỹ thuật dựa trên một số luật Chức năng hệ thống cho phép người thiết kế hệ thống khai thác o Điều khiển tại chổ / từ xa; hoàn toàn những lợi thế của IEC 61850 cho o Mô phỏng dữ liệu on-line và người sử dụng. Việc sử dụng các giải pháp off-line. được định nghĩa trước bởi các nhà sản xuất 3. LỢI ÍCH CỦA CHUẨN IEC 61850 dựa trên chuẩn IEC 61850 giúp cải thiện thời Lợi ích đầu tiên có được khi áp dụng chuẩn gian và chất lượng cũng như làm thỏa mãn IEC 61850 trong tự động hóa trạm điện là việc những yêu cầu của khách hàng. cài đặt trao đổi thông tin giữa các IED của các Chỉ trong một khoảng thời gian ngắn, các hệ nhà sản xuất khác nhau. Ở đây, thị trường toàn thống điều khiển và bảo vệ trạm điện sử dụng cầu cần có một chuẩn chung để các thiết bị có chuẩn IEC 61850 được ứng dụng ở nhiều quốc
4. gia khác nhau. Sự ra đời của chuẩn này có tác Tài liệu tham khảo động lớn trong việc thay đổi quan điểm thiết 1. S. Mohagheghi, J. Stoupis and Z. kế trong hệ thống điện. Vì vậy việc duy trì và Wang, Communication Protocols and phát triển chuẩn IEC 61850 đóng vai trò rất Networks for Power Systems – quan trọng. Năm 2007, chuẩn IEC 61850 tiếp Current Status and Future Trends, tục được mở rộng, tích hợp các chuẩn IEC IEEE, 2008 khác về nhà máy điện gió, thủy điện, để từng 2. R. Baumann, K. Brand, The Standard bước thống nhất thành một chuẩn chung về IEC 61850 – A Simple but điện trên toàn thế giới (hình 8). Comprehensive Solution for Todays Power System Requirements, 2006 3. W. Wimmer, IEC 61850 – More than Interoperable Data Exchange between Engineering Tools, 2005 Hình 8: chuẩn IEC 61850 mở rộng
5. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.