SCADA trong hệ thống điện

SCADA trong hệ thống điện

Nhân đọc loạt bài trong topic Điện năng, mọi người đề cập đến vấn đề rất hấp dẫn trong hệ thống điện - hệ thống SCADA, tôi xin mở một topic riêng về SCADA để mọi người cùng vào đây thảo luận.

Tôi cũng không rành về SCADA, rât mong mọi người cùng tham gia để có nhiều bài viết có chất lượng.

Sống trong đời sống cần có một tấm lòng

Xin mở đầu bằng bài viết về hệ thống thông tin trong hệ thống điện. Bản này là tôi dịch từ tài liệu sưu tầm được. Có lẽ không hợp lý lắm khi khởi đầu topic đã đề cập ngay đến phần này, Nhưng những bạn nào muốn biết tổng quan về vai trò chức năng của SCADA có thể tìm thấy trong BOX Điện năng.
Thông tin trong hệ thống điện:
Ngành điện thừa hưởng mọi thành quả trong công nghệ truyền thông và công nghệ thông tin trong việc vận hành điều khiển các đường dây truyền tải, các nhà máy điện. Cùng với sự mở rộng của hệ thống truyền tải, và nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng. Các chức năng quan trọng của hệ thống truyền thông tin trong hệ thống điện có thể kể đến như:
- Thu thập số liệu của các nhà máy điện, thông số của các đường dây truyền tải, các hộ tiêu thụ
- Thông tin liên lạc giữa các nhà máy, các trạm điện khác nhau
- Trao đổi cơ sở dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển
- Chỉnh định thông số của hệ thống rơ le bảo vệ
- Tự động sa thải phụ tải dựa trên phân tích hệ thống
- Điều khiển các thiết bị, thường là thiết bị FACTS(Flexible AC transmission systems)
Thông tin trong hệ thống điện có thể đưọc truyền đi bằng cách sử dụng các mạng thông tin sau:
- Mạng điện thoại cố định(Mạng điện thoại cố định có rất lâu trước mạng Internet và người ta đã sử dụng để liên lạc trong hệ thống điện, không tuân theo các chuẩn của Internet hiện nay)
- Mạng điện thoại không dây
- Mạng máy tính, bao gồm các hệ thống mạng LAN, WAN, Internet
Ngoài ba hệ thống thông tin trên, hệ thống truyền thông sử dụng vệ tinh cũng được ứng dụng trong hệ thống điện(chưa phải ở VN). Ứng dụng điển hình nhất của hệ thống thông tin vệ tinh là điều khiển đồng bộ góc pha của các máy phát(synchroniezed phasor measurement) và rơ le so lệch.
Tạm thế đã. Tôi sẽ post thêm
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng

Xin mở đầu bằng bài viết về hệ thống thông tin trong hệ thống điện. Bản này là tôi dịch từ tài liệu sưu tầm được. Có lẽ không hợp lý lắm khi khởi đầu topic đã đề cập ngay đến phần này, Nhưng những bạn nào muốn biết tổng quan về vai trò chức năng của SCADA có thể tìm thấy trong BOX Điện năng.
Thông tin trong hệ thống điện:
Ngành điện thừa hưởng mọi thành quả trong công nghệ truyền thông và công nghệ thông tin trong việc vận hành điều khiển các đường dây truyền tải, các nhà máy điện. Cùng với sự mở rộng của hệ thống truyền tải, và nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng. Các chức năng quan trọng của hệ thống truyền thông tin trong hệ thống điện có thể kể đến như:
- Thu thập số liệu của các nhà máy điện, thông số của các đường dây truyền tải, các hộ tiêu thụ
- Thông tin liên lạc giữa các nhà máy, các trạm điện khác nhau
- Trao đổi cơ sở dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển
- Chỉnh định thông số của hệ thống rơ le bảo vệ
- Tự động sa thải phụ tải dựa trên phân tích hệ thống
- Điều khiển các thiết bị, thường là thiết bị FACTS(Flexible AC transmission systems)
Thông tin trong hệ thống điện có thể đưọc truyền đi bằng cách sử dụng các mạng thông tin sau:
- Mạng điện thoại cố định(Mạng điện thoại cố định có rất lâu trước mạng Internet và người ta đã sử dụng để liên lạc trong hệ thống điện, không tuân theo các chuẩn của Internet hiện nay)
- Mạng điện thoại không dây
- Mạng máy tính, bao gồm các hệ thống mạng LAN, WAN, Internet
Ngoài ba hệ thống thông tin trên, hệ thống truyền thông sử dụng vệ tinh cũng được ứng dụng trong hệ thống điện(chưa phải ở VN). Ứng dụng điển hình nhất của hệ thống thông tin vệ tinh là điều khiển đồng bộ góc pha của các máy phát(synchroniezed phasor measurement) và rơ le so lệch.
Tạm thế đã. Tôi sẽ post thêm
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng

Sự phân cấp các chức năng điều khiển và giám sát trong hệ thống điện
SCADA (Supevisory Control and Data Acquisition)- hiểu một cách nôm na là hệ thống điều khiển và thu thập số liệu. Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ thống công nghiệp bất kỳ. Đối với hệ thống điện, đặc thù của nó là quy mô của hệ thống sản xuất rất lớn, trải trên một không gian rộng, và bao gồm nhiều thiết bị với các chức năng, nguyên lý làm việc khác nhau. Vì vậy, người ta không thể sử dụng một trạm điều khiển trung tâm để đảm nhiệm hết tất cả các chức năng điều khiển. Tuỳ theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng điều khiển, các chức năng điều khiển và thu thập số liệu được phân phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau
Hệ thống SCADA cho HTĐ hợp nhất, với một công ty điện lực chịu trách nhiệm quản lý, có thể được chia thành ba cấp:
- Ở cấp thấp nhất của hệ thống SCADA, là các phần có chức năng theo dõi và điều khiển cho từng thiết bị riêng biệt. Thường gặp nhất trong HTĐ là các rơ le bảo vệ. Khi thiết bị gặp sự cố, các rơle này hoàn toàn có thể tính toán và tác động theo thông số chỉnh định trước mà không cần liên lạc với hệ thống cấp trên. Ngoài chức năng điều khiển, các phần tử thuộc cấp này còn có chức năngthu thập số liệu, thông số của các thiết bị để gửi lên các Substation server. Trong các hệ thống hiện đại, các phần tử này được gọi chung là IED (Intelligent Electronic Devices), có các nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau, nhưng có cùng chuẩn giao tiếp, cho phép IED này có thể nói chuyện được với các IED khác trong cùng trạm (peer to peer) và trao đổi với substation server. Về nguyên tắc, sự hỏng hóc hay bảo trì tại một IED sẽ không làm ảnh hưởng đến các IEDkhác trong hệ thống.
- Cấp thứ hai của hệ thống SCADA là các Substation Server, với chức năng chủ yếu là thu thập số liệu từ các IED do nó quản lý, lưu lại trong cơ sở dữ liệu, phục vụ các nhu cầu đọc dữ liệu tại chỗ qua các HMI(Human Machine Interface)
- Cấp thứ ba là Trung tâm điều khiển của toàn hệ thống, nơi thực hiện việc thu thập số liệu từ các Substation Server, thực hiện các chức năng tính toán đánh giá trạng thái của hệ thống, dự báo nhu cầu phụ tải, và thực hiện các chức năng điều khiển quan trọng, như việc phân phối lại công suất phát giữa các nhà máy, lên kế hoạch vận hành của toàn hệ thống.
Do quy mô rộng lớn của hệ thống truyền tải điện năng, các trạm điều khiển trung tâm còn có thể được chia thành các cấp - điều khiển trung tâm (Central control Center hay Central Dispatching Center), và các trạm điều khiển vùng(Area Control Center).
Trên đây là sơ bộ về phân cấp của hệ thống SCADA cho HTĐ. Sang bài sau tôi sẽ nói rõ hơn về các chức năng của SCADA/EMS
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng
Được kehanhhuong sửa chữa / chuyển vào 14:55 ngày 30/11/2003

Sự phân cấp các chức năng điều khiển và giám sát trong hệ thống điện
SCADA (Supevisory Control and Data Acquisition)- hiểu một cách nôm na là hệ thống điều khiển và thu thập số liệu. Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ thống công nghiệp bất kỳ. Đối với hệ thống điện, đặc thù của nó là quy mô của hệ thống sản xuất rất lớn, trải trên một không gian rộng, và bao gồm nhiều thiết bị với các chức năng, nguyên lý làm việc khác nhau. Vì vậy, người ta không thể sử dụng một trạm điều khiển trung tâm để đảm nhiệm hết tất cả các chức năng điều khiển. Tuỳ theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng điều khiển, các chức năng điều khiển và thu thập số liệu được phân phối và phân cấp cho các thiết bị khác nhau
Hệ thống SCADA cho HTĐ hợp nhất, với một công ty điện lực chịu trách nhiệm quản lý, có thể được chia thành ba cấp:
- Ở cấp thấp nhất của hệ thống SCADA, là các phần có chức năng theo dõi và điều khiển cho từng thiết bị riêng biệt. Thường gặp nhất trong HTĐ là các rơ le bảo vệ. Khi thiết bị gặp sự cố, các rơle này hoàn toàn có thể tính toán và tác động theo thông số chỉnh định trước mà không cần liên lạc với hệ thống cấp trên. Ngoài chức năng điều khiển, các phần tử thuộc cấp này còn có chức năngthu thập số liệu, thông số của các thiết bị để gửi lên các Substation server. Trong các hệ thống hiện đại, các phần tử này được gọi chung là IED (Intelligent Electronic Devices), có các nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau, nhưng có cùng chuẩn giao tiếp, cho phép IED này có thể nói chuyện được với các IED khác trong cùng trạm (peer to peer) và trao đổi với substation server. Về nguyên tắc, sự hỏng hóc hay bảo trì tại một IED sẽ không làm ảnh hưởng đến các IEDkhác trong hệ thống.
- Cấp thứ hai của hệ thống SCADA là các Substation Server, với chức năng chủ yếu là thu thập số liệu từ các IED do nó quản lý, lưu lại trong cơ sở dữ liệu, phục vụ các nhu cầu đọc dữ liệu tại chỗ qua các HMI(Human Machine Interface)
- Cấp thứ ba là Trung tâm điều khiển của toàn hệ thống, nơi thực hiện việc thu thập số liệu từ các Substation Server, thực hiện các chức năng tính toán đánh giá trạng thái của hệ thống, dự báo nhu cầu phụ tải, và thực hiện các chức năng điều khiển quan trọng, như việc phân phối lại công suất phát giữa các nhà máy, lên kế hoạch vận hành của toàn hệ thống.
Do quy mô rộng lớn của hệ thống truyền tải điện năng, các trạm điều khiển trung tâm còn có thể được chia thành các cấp - điều khiển trung tâm (Central control Center hay Central Dispatching Center), và các trạm điều khiển vùng(Area Control Center).
Trên đây là sơ bộ về phân cấp của hệ thống SCADA cho HTĐ. Sang bài sau tôi sẽ nói rõ hơn về các chức năng của SCADA/EMS
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng
Được kehanhhuong sửa chữa / chuyển vào 14:55 ngày 30/11/2003

SCADA/EMS
EMS (Energy Management System) là tập hợp các công cụ cho phép người vận hành hệ thống phân tích đánh giá, đưa ra quyết định điều khiển hệ thống. EMS được sử dụng tại các trung tâm điều độ (CCC hoặc ACC tronng bài trước). Vì EMS luôn yêu cầu có một hệ thống số liệu thu thập từ hệ thống, và bản thân nó tham gia như một bộ phận trong SCADA, nên người ta sử dụng thuật ngữ SCADA/EMS.
Tại ACC và CCC, với sự trợ giúp của hệ thống máy tính mạnh, và các phần mềm chuyên dụng, người vận hành thực hiện các chức năng SCADA/EMS, có thể kể ra một số chức năng quan trọng như sau:
- Đánh giá trạng thái hệ thống(SE - Online State Estimation)
- Tính toán trào lưu công suất (LF - Load Flow)
- Tính toán tối ưu trào lưu công suất(OPF - Optimal Load Flow)
- Dự báo phụ tải (LF-Load forecast)
- Đánh giá mức độ an toàn của hệ thống(DSA-Dynamic Security Assesment)
- Xây dựng các chiến lược phục hồi hệ thống khi có sự cố.
Hình: Cấu trúc chức năng của hệ thống SCADA/EMS
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng
Được kehanhhuong sửa chữa / chuyển vào 03:33 ngày 01/12/2003

SCADA/EMS
EMS (Energy Management System) là tập hợp các công cụ cho phép người vận hành hệ thống phân tích đánh giá, đưa ra quyết định điều khiển hệ thống. EMS được sử dụng tại các trung tâm điều độ (CCC hoặc ACC tronng bài trước). Vì EMS luôn yêu cầu có một hệ thống số liệu thu thập từ hệ thống, và bản thân nó tham gia như một bộ phận trong SCADA, nên người ta sử dụng thuật ngữ SCADA/EMS.
Tại ACC và CCC, với sự trợ giúp của hệ thống máy tính mạnh, và các phần mềm chuyên dụng, người vận hành thực hiện các chức năng SCADA/EMS, có thể kể ra một số chức năng quan trọng như sau:
- Đánh giá trạng thái hệ thống(SE - Online State Estimation)
- Tính toán trào lưu công suất (LF - Load Flow)
- Tính toán tối ưu trào lưu công suất(OPF - Optimal Load Flow)
- Dự báo phụ tải (LF-Load forecast)
- Đánh giá mức độ an toàn của hệ thống(DSA-Dynamic Security Assesment)
- Xây dựng các chiến lược phục hồi hệ thống khi có sự cố.
Hình: Cấu trúc chức năng của hệ thống SCADA/EMS
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng
Được kehanhhuong sửa chữa / chuyển vào 03:33 ngày 01/12/2003

Hoan hô đồng chí kehanhhuong. Bài của đồng chí rất thú vị và bổ ích. Đề nghị đồng chí tiếp tục.

Hoan hô đồng chí kehanhhuong. Bài của đồng chí rất thú vị và bổ ích. Đề nghị đồng chí tiếp tục.

Tôi chưa biết tiếp theo sẽ nên trình bày về phần nào. Tạm thời gửi một hình ảnh minh hoạ về hệ thống SCADA cho mọi người dễ hình dung.
Như đã nói trong bài trước, ở cấp thấp nhất của hệ thống SCADA/EMS là các IED, có chức năng theo dõi và điều khiển một thiết bị cụ thể. Các IED của một trạm được nối với một thiết bị đầu cuối RTU(Remote Terminal Unit). RTU thu thập toàn bộ các tín hiệu từ các IED trong trạm và gửi về điều độ trung tâm. Như minh hoạ trên hình vẽ, liên lạc giữa RTU và ACC(CCC) có thể sử dụng nhiều phương tiện: Đường điện thoại, cáp truyền tín riêng của ngành điện, sóng vô tuyến, đường dây cáp quang, hoặc sử dụng chính đường dây điện làm đường truyền tin(PLC - Power Line Carrier)
Thông tin trong hệ thống được đưa đến ACC(CCC), và được chia sẻ chung trong mạng LAN của trung tâm điều độ. Các máy chủ được nối vào mạng LAN và thực hiện các chức năng khác nhau: EMS, ghi số liệu, theo dõi hệ thống, huấn luyện người vận hành (dispatcher tranning)(trên số liệu thực tế). Chức năng trainning này rất thú vị vì nó kết hợp giữa hệ thống số liệu thu thập được và một phần mềm mô phỏng toàn bộ hệ thống điện. Khi ấy người được huấn luyện có thể theo dõi trực tiếp trạng thái của hệ thống, và đưa ra các quyết định. Phản ứng của hệ thống sẽ được tính toán nhờ chương trình mô phỏng.
Sơ đồ trên cho ta một hình dung tổng quan về cấu trúc hệ thống thông tin cho SCADA trong hệ thống điện. Tuy nhiên để cho hệ thống này hoạt động một cách hiệu quả là một vấn đề rất phức tạp. Tại các trung tâm ACC và CCC, thường xuyên có hàng chục, hàng trăm ngàn tín hiệu phải được cập nhật thường xuyên. Việc đảm bảo tính chính xác của số liệu thu thập, tốc độ điều khiển trong thời gian thực(hoặc gần với thời gian thực) đòi hỏi không những một hệ thống máy tính đủ mạnh, mà còn có một phương thức trao đổi thông tin hợp lý. Thông tin cần được trao đổi một cách nhanh chóng, tin cậy, và đôi khi là cả bảo mật.
Sống trong đời sống cần có một tấm lòng