Luận văn Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850 (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850 (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ MAI VĂN LÊ HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM ĐIỆN CHUẨN IEC 61850 S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 3 6 0 5 Tp. Hồ Chí Minh, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ MAI VĂN LÊ HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM ĐIỆN CHUẨN IEC 61850 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52 50 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGÔ CAO CƯỜNG Tp. Hồ Chí Minh, 2012
3. LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LỊCH KHOA HỌC LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: MAI VĂN LÊ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1977 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Ấp Giồng Trôm – Xã Nhuận Phú Tân – Huyện Mỏ Cày Bắc – Tỉnh Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 10/23/3 – Đặng Văn Bi – F. Trường Thọ - Q. Thủ Đức – TP. HCM Điện thoại cơ quan: 08. 37313513 Điện thoại nhà riêng: 0937.743388 Fax: E-mail: maivle77@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Đại Học Chính Quy Thời gian đào tạo từ 9/1998 đến 2/2003 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM Ngành học: Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện Môn thi tốt nghiệp: 1. Chuyên đề cung cấp điện 2. Giao tiếp với máy tính 3. Quản lý dự án III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2/2003 – Công Ty TNHH TM Nguyên Hà Kỹ Thuật Viên HVTH: MAI VĂN LÊ - i - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
4. LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LỊCH KHOA HỌC 5/2004 5/2004 – Công Ty PepSiCo - VN Kỹ Thuật Viên 11/2005 11/2005 – Trường Cao Đẳng Công Thương TP. Giảng Viên 10/2012 HCM HVTH: MAI VĂN LÊ - i - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
5. LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. Ngô Cao Cường đã trực tiếp hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong khoa Điện – Điện Tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM đã truyền đạt kiến thức, định hƣớng nghiên cứu trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi của các anh kỹ sư cũng nhƣ các anh công nhân vận hành trạm. Đặc biệt là anh Trưởng trạm biến áp 200/110/22kV Thuận An Tôi cũng xin gởi lời cảm ơn chân tình đến bạn bè, đồng nghiệp, người thân và gia đình đã động viên hỗ trợ tôi trong cuộc sống, học tập và nghiên cứu. Xin trân trọng cảm ơn! Mai Văn Lê HVTH: MAI VĂN LÊ - iii- GVHD: TS. NGÔ CAO CƢỜNG
6. LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 10 năm 2012 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Mai Văn Lê HVTH: MAI VĂN LÊ - ii - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
7. LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT 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. HVTH: MAI VĂN LÊ - v - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
8. LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT 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. HVTH: MAI VĂN LÊ - v - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
9. LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC MỤC LỤC Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục iv Tóm tắt v Danh sách các hình vi Danh sách các bảng vii Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về đề tài 1 1.2. Phương pháp nghiên cứu 2 1.3. Mục đích nghiên cứu, khách thể, đối tượng nghiên cứu 2 1.4. Phạm vi nghiên cứu 2 1.5. Nội dung luận văn 2 1.6. Ý nghĩa đề tài 3 Chương 2: TỔNG QUAN TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP 4 2.1. Giới thiệu hệ thống tự động trạm biến áp 4 2.2. Cấu trúc cơ bản của hệ thống tự động hóa trạm biến áp 5 2.3. Quá trình phát triển của hệ thống điều khiển tích hợp 5 2.4. Tổng quan về hệ thống điều khiển tích hợp 8 2.5. Các thiết bị điện tử thông minh IEDs 10 2.6. Giới thiệu về LN 12 2.7. Giao thức trong trạm biến áp (Protocol) 15 2.8. Sự phát triển của các dự án truyền thông 21 2.9. Kiến thức nền trong truyền thông . 25 Chương 3: CÁC MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG THEO TIÊU CHUẨN TRUYỀN THÔNG IEC 61850 . 28 3.1. Giới thiệu về tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850 28 3.2. Cấu trúc tạm biến áp tự động hóa theo tiêu chuẩn IEC 61850 31 3.3. Mô hình theo hướng tiếp cận 40 3.4. Quan sát theo hướng ứng dụng . 49 3.5. Quan sát theo hướng thiết bị 51 3.6. Quan sát theo hướng trao đổi thông tin 53 3.7. Điểm liên kết trao đổi thông tin giữa thiết bị vật lý và mô hình ứng dụng . 56 3.8. Mối quan hệ của IEC 61850 – 7-2, 7-3, 7-4 57 HVTH: MAI VĂN LÊ - iv - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
10. LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC 3.9. Lập bảng đồ ACSI vào hệ thống trao đổi thông tin thực 60 3.10. Mô hình lớp dữ liệu 64 3.11. Thiết lập tên 67 Chương 4: NHỮNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850 68 4.1. Mô hình hóa thực hiện lớp Logical Nodes 68 4.2. Thực hiện mô hình dữ liệu (Data) và đặc tính dữ liệu (Data Attributes) . 77 4.3. Mô hình hóa và thực hiện DataSet 84 4.4. Mô hình hóa và thực hiện các Logical Devices 88 4.5. Mô hình hóa và thực hiện các máy chủ (Server) 91 4.6. Mô hình sự cố trạm tổng thể (GSE-Generic substation event class model) . 93 4.7. Truyền dữ liệu Sampled Value (SV) 99 4.8. Mô hình và thực hiện khối Setting Group Control Block 103 4.9. Báo cáo và ghi nhật ký: 108 Chương 5: PHÂN TÍCH CẤU HÌNH NGÔN NGỮ VÀ MÔ TẢ CẤU TRÚC TRẠM THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850 111 5.1. Giới thiệu ngôn ngữ SCL (Substation Configuration Language) 111 5.2. Phân tích các bước thiết kế trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850 115 5.3. Mở rộng ứng dụng của tiêu chuẩn IEC 61850-GOOSE: 122 5.4. Áp dụng giao thức theo IEC 61850 cho những trạm cũ . 123 5.5. Các yêu cầu cho hệ thống dự phòng: 126 Chương 6: HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22kV THUẬN AN 127 6.1. Giới thiện về trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An 127 6.2. Sơ đồ đường dây đơn tuyến trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An 128 6.3. Điều khiển xa trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An .129 6.4. Tủ thiết bị điều khiển tại các ngăn lộ của trạm 130 6.5. Đánh giá ưu điểm của trạm tích hợp 220/110/22kV Thuận An 131 Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI . 133 7.1. Kết luận 133 7.2. Hướng phát triển đề tài 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO HVTH: MAI VĂN LÊ - iv - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
11. LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC HÌNH DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Các thành phần chính của trạm biến áp tự động hóa 5 Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống điều khiển kiểu truyền thống 6 Hình 2.3: Cấu hình truyền thông cơ bản hệ thống trạm tích hợp với giao thức IEC 61850 8 Hình 2.4: Mô hình các giao diện và các chức năng của hệ thống tích hợp 10 Hình 2.5: Mô tả chức năng thiết bị điện từ thông minh của hãng ABB 11 Hình 2.6: Mô tả chức năng trong của LN trong các IED 12 Hình 2.7: Thông điệp truyền thông trong mô hình OSI 7 lớp theo IEC 61850 16 Hình 2.8: Cấu trúc sử dụng mạng Enternet trong trạm 17 Hình 2.9: Mô hình OSI và giao thức TCP/IP 18 Hình 2.10: Mô hình truyền thông Modbus 20 Hình 2.11: Mô hình giao thức IEC 870-5-101 .21 Hình 2.12: Mô hình hợp nhất giữa UCA và IEC .22 Hình 2.13: Minh họa tiêu chuẩn UCA .23 Hình 2.14: Đặc điểm mô hình dự án IEC 61850 .25 Hình 2.15: Mô hình truyền thông tin Client/Server .26 Hình 2.16: Mô hình truyền thông Publish/Subscribe 27 Hình 3.1: Mô hình cấu trúc trạm biến áp tự động 31 Hình 3.2: Mô tả loại thông tin trong LN .34 Hình 3.3: Nguyên tắc hợp thành của khối thiết bị (IED) 34 Hình 3.4: Mô tả thông tin vị trí dạng cấu trúc hình cây thông tin 35 Hình 3.5: Mô hình trích ngắn của một đoạn dịch vụ 37 Hình 3.6: Ví dụ về bản đồ truyền thông trong IEC 61850 38 Hình 3.7: Mô hình chung của tiêu chuẩn IEC 61850 39 Hình 3.8: Khái niệm quá trình chia nhỏ và hợp thành của một LN 40 Hình 3.9: Mô tả thông tin có cấu trúc cây của một XCBR1 41 Hình 3.10: Mô hình hợp thành của một IED. 42 Hình 3.11: Nguyên tắc mô hình đầu ra và đầu vào .43 Hình 3.12: Mô hình đầu ra (bước 1) 44 Hình 3.13: Mô hình đầu ra (bước 2) 45 Hình 3.14: Khái niệm mô hình ngõ ra GSE 45 Hình 3.15: Khái niệm thiết lập dữ liệu 46 Hình 3.16: Khái niệm mô hình ngõ vào với tín hiệu Analog .47 Hình 3.17: Khái niệm mô hình báo cáo và ghi nhật kí 48 Hình 3.18: Thiết lập dữ liệu và báo cáo 48 Hình 3.19: Mô hình liên kết trong trạm 49 Hình 3.20: Logical Nodes và Data 50 HVTH: MAI VĂN LÊ - vi - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
12. LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 3.21: Mô hình kết nối giữa các LN 51 Hình 3.22: Mô hình khối Logical device .51 Hình 3.23: Mô hình Logical device và LLN0/LPHD 52 Hình 3.24: Phương pháp trao đổi thông tin ACSI 53 Hình 3.25: Mô hình ảo .54 Hình 3.26: Mô hình hướng trao đổi thông tin của IED 55 Hình 3.27: Áp dụng cho mô hình GSE 55 Hình 3.28: Cấu trúc thành phần của các hướng quan sát khác nhau 56 Hình 3.29: Trao đổi ngôn ngữ giữa các lớp Data 58 Hình 3.30: Mô hình cài đặt lớp dữ liệu 60 Hình 3.31: Ánh xạ ACSI vào lớp ứng dụng 60 Hình 3.32: Ánh xạ ACSI vào lớp trao đổi thông tin 61 Hình 3.33: Ánh xạ chi tiết cho ánh xạ có một biến tên MMS .62 Hình 3.34: Sử dụng MMS đặt tên biến và danh sách tên biến 63 Hình 3.35: Mô hình tóm tắt dữ liệu trong IEC 61850-7-x 64 Hình 3.36: Sơ đồ trình tự .66 Hình 3.37: Mô hình tên tham khảo trong tiêu chuẩn 67 Hình 4.1: Cấu trúc về mô hình giao thức truyền thông IEC 61850 .68 Hình 4.2: Mô hình liên kết giữa các nút và nút liên kết 69 Hình 4.3: Mô hình áp dụng các khái niệm logical node 70 Hình 4.4: Mô tả chức năng bảo vệ trong một nút logical 71 Hình 4.5: Phân tích chức năng LN tương tác trên các cấp độ khác nhau 72 Hình 4.6: Khối cấu trúc thiết bị logical 74 Hình 4.7: Thiết bị Logical và LLN0/LPHD 74 Hình 4.8: Lớp dữ liệu của XCBR LN 78 Hình 4.9: Dịch vụ hoạt động trên dữ liệu 79 Hình 4.10: Khái niệm mô hình dữ liệu 79 Hình 4.11: Sơ đồ lớp Data 80 Hình 4.12: Sơ đồ lớp CommonData 80 Hình 4.13: Mô hình lớp của khái niệm DAType .81 Hình 4.14: Mạng lưới DataAttributes 82 Hình 4.15: Thành phần DataSet 85 Hình 4.16: Sơ đồ lớp DataSet 85 Hình 4.17: Mô hình khối Logical device .88 Hình 4.18: Mô hình đối tượng LD trong IEC 61850 89 Hình 4.19: Mô hình chức năng LD 89 Hình 4.20: Mô hình truyền thông Client/Server 91 Hình 4.21: Các khối xây dựng của máy chủ. 92 Hình 4.22: Sơ đồ lớp của máy chủ 92 HVTH: MAI VĂN LÊ - vi - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
13. LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 4.23: Mô hình sự cố dùng Goose 94 Hình 4.24: Mô hình GOOSE 95 Hình 4.25: Sơ đồ lớp GoCB 96 Hình 4.26: Định nghĩa thông điệp GOOSE .98 Hình 4.27: Mô hình SV 97 100 Hình 4.29: Mô hình cơ bản của SGCB 101 Hình 4.30: Sơ đồ lớp SGCB 104 Hình 4.31: Mô hình báo cáo và ghi nhật ký 108 Hình 5.1: Mô hình trao đổi thông tin trong quá trình xử lý cấu trúc trạm. 112 Hình 5.2: Các đối tượng trong mô hình trạm 113 Hình 5.3: Cách đặt tên cho các đối tượng khác nhau 113 Hình 5.4: Mô hình cấu hình ngôn ngữ SCL 114 Hình 5.5: Cấu trúc hệ thống SAS và các môi trường trao đổi thông tin 119 Hình 5.6: kết nối trao đổi thông tin IEC 61850-GOOSE 123 Hình 6.1: Trạm biến áp tích hợp 220/110/22kV Thuận An Hình 6.2: Sơ dồ đường dây đơn tuyến trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An Hình 6.3: Hệ thống điều khiển trạm Thuận An 220/110/22kV Hình 6.4: Màn hình hiển thị trạng thái làm việc của trạm Hình 6.5: Tủ điều khiển ngăn lộ trạm HVTH: MAI VĂN LÊ - vi - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
14. LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC BẢNG DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Mô tả nhóm Logic node 13 Bảng 2.2: Mô tả một số lớp trong Logical Nodes 14 Bảng 2.3: Các lớp dữ liệu Logical Nodes 14 Bảng 3.1: Trích dẫn các thiết lập trạng thái nguyên 47 Bảng 3.2: LN cho máy cắt 59 Bảng 3.3: Định nghĩa lớp nút Logical (LN) 65 Bảng 3.4: Bảng tóm tắc thông số dịch vụ 66 Bảng 4.1: Định nghĩa lớp Logical-Node (LN) 73 Bảng 4.2: Mô tả tên của LN và LD .75 Bảng 4.3: Thông số của dịch vụ GetLogicalNodeDirectory 76 Bảng 4.4: Thông số của dịch vụ GetAllDataValues 77 Bảng 4.5: Tham số của dịch vụ GetDataDirectory 82 Bảng 4.6: Tham số của dịch vụ GetDatadefinition .83 Bảng 4.7: Tham số của dịch vụ GetDataValues 83 Bảng 4.8: Tham số của dịch vụ SetDataValues 84 Bảng 4.9: Tham số của dịch vụ CreateDataSet 86 Bảng 4.10: Tham số của dịch vụ DeleteDataSet .86 Bảng 4.11: Tham số của dịch vụ SetDataSetValues 87 Bảng 4.12: Tham số của dịch vụ GetDataSetValues 87 Bảng 4.13: Tham số của dịch vụ GetDatasetDirectory 88 Bảng 4.14: Mô hình đồ lớp LD 90 Bảng 4.15: Tham số của dịch vụ GetLogicalDeviceDirectory. 90 Bảng 4.16: Tham số của dịch vụ GetServerDirectory 93 Bảng 4.17: Tham số của dịch vụ 96 Bảng 4.18: Tham số của dịch vụ GetGoCBValues 97 HVTH: MAI VĂN LÊ - vii - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
15. LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 4.19: Tham số của dịch vụ GetGoReference. 97 Bảng 4.20: Tham số của dịch vụ GetGOOSEElementNumber 98 Bảng 4.21: Tham số của dịch vụ SetMSVCBValues 101 Bảng 4.22: Tham số của dịch vụ GetMSVCBValues 102 Bảng 4.23: Định dạng thông điệp SV 102 Bảng 4.24: Tham số dịch vụ SelectActiveSG 105 Bảng 4.25: Tham số của dịch vụ SelectEditSG .105 Bảng 4.26: Tham số của dịch vụ SetSGValues .106 Bảng 4.27: Tham số của dịch vụ ConfirmEditSGValues 106 Bảng 4.28: Tham số của dịch vụ GetSGCBValues 107 Bảng 4.29: Tham số của dịch vụ GetSGValues 107 HVTH: MAI VĂN LÊ - vii - GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG
16. LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về đề tài Hầu hết các trạm biến áp của Việt Nam với các cấp điện áp từ 110kV, 220kV đến 500kV đã xây dựng trước đây đều được thiết kế và xây dựng theo phương pháp truyền thống. Trạm biến áp xây dựng theo kiểu truyền thống cũng có nhiều ưu điểm: độ tin cậy cung cấp điện cũng đã được chứng minh, công nhân có thể vận hành, sửa chữa bảo hành bảo trì trạm, sơ đồ nối dây cũng đơn giản. Tuy nhiên, với sự phát triển hiện nay, độ tin cậy cung cấp điện đòi hỏi ngày càng cao, sự phát triển nhanh chóng của phụ tải làm cho trạm khó thích nghi và khả năng mở rộng, khi có sự cố do không được cảnh báo kịp thời nên khó phát hiện khắc phục sự cố dẫn đến thời gian mất điện kéo dài. Trước tình hình đó chuẩn quốc tế về việc xây dựng trạm tự động hóa ra đời khắc phục được những nhược điểm của trạm truyền thống đó là chuẩn IEC 61850. Đề tài tập trung nghiên cứu chuẩn IEC 61850 về việc thiết kế và xây dựng trạm tự động hóa có tên gọi: Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850. Với mục đích nghiên cứu tìm hiểu về chuẩn IEC 61850 để trở thành tài liệu tham khảo phục vụ cho công việc thiết kế trạm cũng như vận hành trạm. Bên cạnh đó đề tài cũng tìm hiểu những kiến thức thực tế về trạm tự động hóa được thiết kế và xây dựng theo tiêu chuẩn trạm tích hợp, tự động và điều khiển chuẩn IEC 61850. Cụ thể là trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An đã được EVN đầu tư xây dựng và hiện nay đi vào hoạt động. Trong quá trình làm việc của trạm đã chứng minh tính đúng đắn và thực tế của lý thuyết tiêu chuẩn IEC 61850 và bộc lộ những ưu điểm vượt bậc mà trạm biến áp truyền thống không có được. IEC 61850 về chuẩn trạm tích hợp, tự động và điều khiển đã trở thành một tiêu chuẩn quốc tế về xây dựng trạm tự động hóa mà nhiều nước trên thế giới đang áp dụng trong đó có Việt Nam. HVTH: MAI VĂN LÊ - 1 -
17. LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG 1.2. Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu chuẩn IEC 61850_Full_Standard trong đó bao gồm 14 phần và được chia thành 10 chủ đề chính, trình bày một cách đầy đủ, chi tiết những yêu cầu trong công việc thiết kế, vận hành, giao tiếp, về một trạm biến áp tự động hóa. Đề tài cũng tìm hiểu những bài báo được đăng tải của các tác giả trong và ngoài nước nói về những mảng cụ thể về tiêu chuẩn, những kinh nghiệm có được của các tác giả trong công việc thiết kế, xây dựng cũng như vận hành trạm tự động hóa. Bên cạnh đó tác giả cũng tìm hiểu quá trình xây dựng và vận hành của một trạm biến áp mới của Việt Nam được đầu tư xây dựng theo tiêu chuẩn IEC 61850. Trong quá trình nghiên cứu đã phần nào tổng hợp những kiến thức thực tế góp phần vào sự hiểu biết đúng đắn về tiểu chuẩn trạm tích hợp IEC 61850. 1.3. Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu: - Mục đích nghiên cứu: cung cấp một tài liệu tham khảo về việc thiết kế, xây dựng trạm biến áp tự động hóa theo chuẩn IEC 61850 cho kỹ sư và công nhân vận hành trạm - Khách thể nghiên cứu: Trạm biến tích hợp 220/110/22kV Thuận An - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850 1.4. Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu một tiêu chuẩn quốc tế về xây dựng trạm biến áp tự động hóa IEC 61850 và việc ứng dụng xây dựng trạm ở Việt Nam. 1.5. Nội dung luận văn: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Tổng quan tự động hóa trạm biến áp Chương 3: Các mô hình đối tượng theo tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850 Chương 4: Những giao thức truyền thông theo tiêu chuẩn HVTH: MAI VĂN LÊ - 2 -
18. LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG Chương 5: Phân tích cấu hình ngôn ngữ và mô tả cấu trúc trạm theo tiêu chuẩn IEC 61850 Chương 6: Hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An Chương 7: Kết luận và hướng phát triển đề tài 1.6. Ý nghĩa đề tài Đề tài là một tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm đến tự động hóa trạm biến áp, cụ thể là xây dựng trạm biến áp tự động hóa tích hợp theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 61850. Trong đề tài mô tả chi tiết cấu trúc của một trạm biến áp tự động hóa, các mô hình đối tượng, các giao thức truyền thông và ngôn ngữ cấu hình trạm. Đề tài cũng giúp cho kỹ sư, người vận hành tìm hiểu công nghệ, chuẩn thiết kế và điều khiển trạm tự động hóa hiện đại. Đề tài phần nào giúp kỹ sư thiết kế và xây dựng trạm tự động hóa, giúp cho người vận hành cái nhìn tổng quát về một trạm biến áp tự động hóa theo tiêu chuẩn IEC 61850, qui trình làm việc cụ thể của một trạm tích hợp góp phần nâng cao khả năng vận hành trạm nhằm khắc phục những sự cố. Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng, cũng như an ninh năng lượng của quốc gia. HVTH: MAI VĂN LÊ - 3 -
19. LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP 2.1. Giới thiệu tự động hóa trạm biến áp. Tự động hóa trạm biến áp là việc sử dụng dữ liệu của các thiết bị điện tử thông minh IEDs (Intelligent Electronic Devices) trong trạm biến áp và các lệnh điều khiển từ xa để điều khiển các thiết bị của hệ thống điện trong trạm biến áp. Tự động hóa hệ thống trạm biến áp là tự động trong điều khiển trạm thông qua các thiết bị với chức năng bảo vệ, đo lường và điều khiển. Tích hợp hệ thống điện liên quan đến việc giao tiếp dữ liệu hoặc giữa những thiết bị điện tử thông minh trong hệ thống đo lường - điều khiển và người sử dụng từ xa. Sự tích hợp trong trạm biến áp là quá trình kết hợp các dữ liệu như đo lường và điều khiển tại chỗ của những thiết bị điện tử thông minh với một trạm biến áp để có một nhiệm vụ chung là kết nối và truyền thông tin liên lạc trong trạm biến áp. Hệ thống điều khiển tích hợp tự động hóa trạm biến áp (Integrated Substation Automation Control System) là hệ thống tự động dựa trên cơ sở một hệ thống máy tính được áp dụng tại các trạm biến áp trong hệ thống điện nhằm điều khiển, giám sát tự động các thiết bị trong trạm và tích hợp các dữ liệu thu được vào chung một hệ thống để phục vụ cho công tác quản lý vận hành trạm. Dữ liệu thu thập bao gồm thông tin liên lạc, thông tin từ rơle bảo vệ, điều khiển, thiết bị bảo vệ quá dòng, quá áp, đo lường, báo sự cố, điều khiển tự động hệ thống phân phối, những thông tin này được đưa vào một hệ thống lưu trữ dữ liệu, sau đó được xử lý, điều khiển thống nhất trong trạm. Sự tích hợp trạm dựa trên một khuôn khổ chung nhằm tạo điều kiện cho việc phối hợp hoạt động giữa các thiết bị điện tử thông minh IEDs, thiết bị điện đang có và dự kiến lắp trong tương lai từ đó tạo ra tính đồng nhất cao, tạo sự thuận lợi cho việc thiết kế, lắp đặt hay sự qui hoạch thiết kế trong tương lai. Từ quá trình tích hợp HVTH: MAI VĂN LÊ - 4 -
20. LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG trong trạm đã nâng cao được hiệu quả và tính tiết kiệm trong việc điều khiển cũng như giám sát hệ thống trong các trạm biến áp. 2.2. Cấu trúc cơ bản của hệ thống tự động hóa trạm biến áp. Cấu trúc cơ bản của hệ thống tự động hóa trạm biến áp bao gồm: Hệ thống các máy tính, khối xử lý chính, các rơle bảo vệ. Các thiết bị trong trạm được chia thành ba tầng chính: Tầng điều Hệ thống các khiển máy tính Tầng bảo vệ rơ Khối xử lý le, đo lường, chính điều khiển Các rơ le Tầng thiết bị bảo vệ nhất thứ CT, VT, máy cắt Hình 2.1: Các thành phần chính của trạm biến áp tự động hóa 2.3. Quá trình phát triển của hệ thống điều khiển tích hợp. 2.3.1. Hệ thống điều khiển truyền thống. Các trạm biến áp được xây dựng bao gồm các thiết bị nhất thứ như: máy biến áp, máy cắt (LBS), dao cách ly, dao tiếp đất làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng trong hệ thống điện. Đi kèm với các thiết bị nhất thứ là hệ thống nhị thứ được lắp đặt nhằm giám sát và điều khiển các thiết bị nhất thứ. Hệ thống điều khiển kiểu truyền thống đã được thiết kế và lắp đặt trong trạm biến áp từ hàng trăm năm nay, đặc điểm cơ bản là hệ thống bao gồm các thiết bị cơ điện và điện tử được kết nối với nhau bằng mạch điện để thực hiện các chức năng riêng biệt như: HVTH: MAI VĂN LÊ - 5 -
21. LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGÔ CAO CƯỜNG - Chức năng bảo vệ hệ thống điện được thực hiện bởi các rơle bảo vệ kiểu cơ điện và kiểu tĩnh nối đến các CT (Current Transfer) và VT (Voltage Transfer) bảo vệ, mỗi rơle chỉ đảm nhận một chức năng bảo vệ riêng biệt. Ví dụ: rơle bảo vệ quá dòng 50/51, rơle bảo vệ khoảng cách 21, - Chức năng đo lường và đo đếm điện năng được thực hiện bởi các đồng hồ và công tơ nối đến các CT và VT đo lường. - Chức năng giám sát trạng thái được thực hiện bằng các đèn báo, thiết bị chỉ thị, - Chức năng điều khiển được thực hiện bởi các mạch điều khiển riêng lẽ và chỉ có thể thực hiện được ở mức điều khiển cơ bản. - Giao diện người sử dụng thực hiện bằng các bảng điều khiển thông qua các công tắc điều khiển. Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống điều khiển kiểu truyền thống Các thiết bị trong hệ thống được lắp đặt trong các tủ điện và kết nối với nhau bằng cáp nhị thứ (cáp nhiều sợi) đi trong các rãnh cáp. Hệ thống điều khiển truyền thống mặc dù có những ưu điểm như: người vận hành (công nhân) có khả năng vận hành và bảo trì hệ thống, độ tin cậy của hệ thống đã được chứng minh trong hàng trăm năm qua, việc kết nối giữa các thiết bị trong HVTH: MAI VĂN LÊ - 6 -