Tài liệu Nghiên cứu hệ thống scada công ty điện lực sơn la và giải pháp khắc phục một số hạn chế trong công tác vận hành

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN HẢI NAM NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG SCADA CÔNG TY ĐIỆN LỰC SƠN LA VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC MỘT SỐ HẠN CHẾ TRONG CÔNG TÁC VẬN HÀNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên - năm 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN HẢI NAM NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG SCADA CÔNG TY ĐIỆN LỰC SƠN LA VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC MỘT SỐ HẠN CHẾ TRONG CÔNG TÁC VẬN HÀNH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 8.52.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Văn Chí Thái Nguyên – năm 2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Hải Nam Đề tài luận văn: Nghiên cứu hệ thống SCADA Công ty Điện lực Sơn La và giải pháp khắc phục một số hạn chế trong công tác vận hành. Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 10/10/2020 với các nội dung sau: - Sửa sai sót về lỗi chính tả, lỗi chế bản, đánh số mục lục. Thái Nguyên, ngày 05 tháng 11 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS. Nguyễn Văn Chí Nguyễn Hải Nam CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS. Nguyễn Thanh Hà i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Hải Nam Sinh ngày: 10/7/1989 Học viên lớp cao học: Khóa 21 - Kỹ thuật điện - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện đang công tác tại: Công ty Điện lực Sơn La Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Nghiên cứu hệ thống SCADA Công ty Điện lực Sơn La và giải pháp khắc phục một số hạn chế trong công tác vận hành” do PGS.TS Nguyễn Văn Chí hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Thái Nguyên, Ngày 05 tháng 11 năm 2020 Tác giả luận văn Nguyễn Hải Nam ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Chí, luận văn với đề tài “Nghiên cứu hệ thống SCADA Công ty Điện lực Sơn La và giải pháp khắc phục một số hạn chế trong công tác vận hành” đã hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn PSG. TS Nguyễn Văn Chí đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Phòng quản lý đào tạo sau đại học, các thầy giáo, cô giáo Khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình nghiên cứu đề tài. Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Thái Nguyên, Ngày 05 tháng 11 năm 2020 Tác giả luận văn Nguyễn Hải Nam iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. ii LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... iii MỤC LỤC ............................................................................................................ iv KÝ HIỆU VIẾT TẮT ........................................................................................... vi DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................... vii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA CỦA CÔNG TY ĐIỆN LỰC SƠN LA ....................................................................................................... 1 1.1 Giới thiệu chung về lưới điện Công ty Điện lực Sơn La ............................ 1 1.2 Tổng quan về hệ thống SCADA trung tâm Điều khiển xa ......................... 5 1.2.1 Chức năng hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa Sơn La ...... 6 1.2.2 Hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa Sơn La ....................... 7 1.3 Các chức năng của hệ thống SCADA ...................................................... 16 1.3.1 Các chức năng EMS phục vụ đối với lưới truyền tải......................... 16 1.3.2 Các chức năng DMS trong lưới phân phối ........................................ 17 1.4 Các đặc tính kỹ thuật của hệ thống thông tin SCADA ............................. 17 1.4.1 Truyền thông và khả năng kết nối của hệ thống SCADA ................. 17 1.4.2 Khu vực chuyên trách trong hệ thống SCADA ................................. 19 1.4.3 Tính bảo mật áp dụng với hệ thống SCADA ..................................... 19 1.5 Các vấn đề đặt ra hiện nay với hệ thống SCADA của Điện lực Sơn La . 21 1.6 Kết luận chương 1 .................................................................................... 23 CHƯƠNG 2 GIẢI PHÁP GHÉP NỐI RECLOSER VÀ THIẾT BỊ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀO HỆ THỐNG SCADA ......................................................... 24 2.1 Yêu cầu công nghệ .................................................................................... 24 2.2 Giải pháp kết nối Recloser vào hệ thống SCADA Trung tâm điều khiển xa ......................................................................................................................... 24 2.2.1. Phương án ghép nối phần cứng tại Trung tâm điều khiển xa ........... 24 iv 2.2.2 Phương án ghép nối phần mềm .......................................................... 25 2.2.3. Phương thức kết nối tại Recloser. ..................................................... 27 2.2.4 Phương thức kết nối thiết bị Recloser về Trung tâm điều khiển bằng đường truyền cáp quang .............................................................................. 28 2.3. Giải pháp kết nối thiết bị nhà máy thủy điện vào hệ thống SCADA ....... 29 2.3.1. Phương án ghép nối phần cứng tại Trung tâm điều khiển xa ........... 29 2.3.2. Phương án ghép nối phần mềm ......................................................... 30 2.3.3. Phương thức kết nối các thiết bị nhà máy thủy điện. ........................ 31 2.3.4 Phương thức kết nối thiết bị nhà máy thủy điện về trung tâm điều khiển xa bằng đường truyền cáp quang ................................................................ 32 2.4. Phương thức kết nối tại Trung tâm điều khiển xa. ................................... 33 2.5 Kết luận chương 2 ..................................................................................... 34 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG SCADA, ÁP DỤNG GHÉP NỐI CÁC RECLOSER VÀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀO HỆ THỐNG SCADA ................................................................................................ 35 3.1 Các ứng dụng của hệ thống SCADA đang khai thác tại Trung tâm điều khiển xa Sơn La. ............................................................................................................. 35 3.2 Ứng dụng ghép nối hệ thống máy cắt Recloser và thiết bị nhà máy thủy điện trên lưới vào hệ thống SCADA Spectrum Power 5 ........................................ 38 3.2.1 Ghép nối hệ thống máy cắt Recloser trên lưới trung thế. .................. 38 3.2.2 Ghép nối tín hiệu của nhà máy thủy điện vào hệ thống SCADA Trung tâm điều khiển ............................................................................................. 47 3.3 Kết luận chung chương 3 ......................................................................... 54 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN .......................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 56 v KÝ HIỆU VIẾT TẮT Viết tắt SCADA Tiếng Anh Giải thích tiếng việt Supervising Control and Data Hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu Acquisition RTU Remote Terminal Unit EMS Energy Management System DMS LAN ICCP Distribution Operations Đơn vị đầu cuối từ xa Hệ thống quản lý năng lượng Hệ thống quản lý vận hành lưới phân phối Management Local area network Mạng cục bộ Inter control center Giao thức điều khiển liên kết communication protocol liên trung tâm. Đồng bộ hóa thời gian trực tiếp GPS Clock TTĐKX Trung tâm điều khiển xa NMTĐ Nhà máy thủy điện Phần mềm quản lý độ tin cậy OMS cung cấp điện Máy cắt có chức năng tự động Recloser SAIFI MAIFI SAIDI đóng lặp lại System Average Interruption Tần suất ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống Frequency Index Momentary Average Tần suất trung bình của mất Interruption Frequency index điện thoáng qua System Average Interruption Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống Duration Index vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ kết nối tổng thể Trung tâm điều khiển xa ............................... 5 Hình 1.2 Hệ thống máy chủ SCADA ................................................................ 8 Hình 2.1: Sơ đồ tổng quan kết nối Recloser về Trung tâm điều khiển xa ...... 25 Hình 2.2: Sơ đồ tổng quan kết nối Recloser về Trung tâm điều khiển xa ...... 28 Hình 2.3: Sơ đồ tổng quan kết nối Recloser về hệ thống scada...................... 29 Hình 3.1: Công cụ báo cáo trong phần mềm Spectrum 5 ............................... 37 Hình 3.2: Bảng tín hiệu máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa ..................... 39 Hình 3.3: Bảng datalist tín hiệu bảo vệ Recloser PĐ 373/172 Cao Đa .......... 40 Hình 3.4: Datalist tín hiệu bảo vệ máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa ..... 41 Hình 3.5: Bảng datalist tín hiệu đo lường Recloser PĐ 373/172 Cao Đa ...... 42 Hình 3.6: Gán Links đường dẫn tín hiệu Recloser PĐ 373/172 Cao Đa ........ 43 Hình 3.7: Giao diện giám sát máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa ........... 43 Hình 3.8: Sơ đồ lưới trung thế trên màn hình máy tính HMI ......................... 44 Hình 3.9: Các tín hiệu máy cắt Recloser đã kết nối về TTĐK ....................... 45 Hình 3.10: Các thông số kết nối máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa........ 46 Hình 3.11: Thực hiện vẽ sơ đồ nguyên lý của NMTĐ A17.48 Nậm Trai ...... 47 Hình 3.12: Data list thông số vận hành NMTĐ A17.48 Nậm Trai................. 48 Hình 3.13: Link ghép nối ngăn lộ MC 372 A17.48 Nậm Trai........................ 49 Hình 3.14: Data list các thông số của NMTĐ A17.48 Nậm Trai ................... 50 Hình 3.15: Sơ đồ, tín hiệu các thiết bị của NMTĐ A17.48 Nậm Trai ............ 51 Hình 3.16: Thông số kết nối tổ máy H2 NMTĐ A17.48 Nậm Trai .................... 52 Hình 3.17: Thông số cấu hình đường truyền NMTĐ A17.48 Nậm Trai ........ 52 Hình 3.18: Data list lấy từ ngăn lộ T2 của NMTĐ A17.48 Nậm Trai ............ 53 Hình 3.19: Data list lấy từ các ngăn lộ Trung áp của NMTĐ A17.48 Nậm Trai . 53 vii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA CỦA CÔNG TY ĐIỆN LỰC SƠN LA 1.1 Giới thiệu chung về lưới điện Công ty Điện lực Sơn La Lưới điện Công ty Điện lực Sơn La hiện được cung cấp bởi 06 trạm biến áp 110kV với tổng dung lượng 228 MVA, cơ bản đáp ứng được nhu cầu phụ tải của tỉnh. Tuy nhiên, với tốc độ tăng trưởng phụ tải bình quân các năm là 15-16%/năm, đặc biệt là các phụ tải tập trung tại khu vực thành phố Sơn La, Mai Sơn, Yên Châu thì trong tương lai gần hệ thống lưới điện hiện nay sẽ phát triển hơn nữa. 1. Thành phố Sơn La Hiện tại, lưới điện trung thế trên địa bàn Thành phố gồm 2 cấp điện áp 35, 22kV. Lưới 35kV được cấp điện từ trạm 110kV Sơn La 2x40MVA-110/35/22kV và được hỗ trợ từ các trạm 110kV Mường La, Thuận Châu, Sông Mã. Lưới 22kV được cấp điện từ tram TG 2/9 Thành phố công suất 2x6300kVA-35/22kV. Pmax thành phố Sơn La năm 2019 là 52MW. Lưới điện trong trung tâm thành phố đã thực hiện cải tạo nâng cấp lên vận hành 22kV với nhiều nguồn cấp điện từ các TBA 110 khác nhau đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Dự báo đến năm 2025, phụ tải khu vực Thành phố đạt khoảng 70MW. 2. Huyện Mai Sơn Hiện tại, lưới trung thế huyện Mai Sơn bao gồm 2 cấp điện áp 35; 6kV. Lưới 35kV được cấp từ trạm 110kV Thành phố qua 2 lộ 378 và 382. Lưới 6kV tập trung ở khu vực thị trấn Hát Lót được cấp từ trạm TG Mai Sơn công suất 2x1600kVA điện áp 35/6kV. Pmax huyện Mai Sơn năm 2019 là 28MW, nguồn cấp điện chủ yếu cho huyện là trạm 110kV Sơn La công suất 2x40MVA – 110/35/22kV đặt tại khu vực phường Chiềng Sinh – TP Sơn La, được dự phòng cấp điện một phần qua trạm 110kV Mường La, Mộc Châu, tuy nhiên mới chỉ đáp ứng cấp điện được gần 1/4 1 công suất (khoảng 4MW). Hiện tại huyện Mai Sơn có trạm 110kV Xi Măng Mai Sơn nhưng là trạm chuyên dùng của khách hàng. Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Mai Sơn đạt khoảng 40MW. 3. Huyện Mường La Hiện tại, lưới điện trung thế huyện Mường La gồm 2 cấp điện áp 35kV và 6kV. Nguồn điện cấp cho toàn huyện là trạm 110kV Mường La công suất 25MVA điện áp 110/35/6kV. Riêng xã Nậm Giôn được cấp điện từ trạm 110kV Thuận Châu. Pmax huyện Mường La năm 2019 là 12 MW, nguồn cấp điện chủ yếu cho huyện là trạm 110kV Mường La, dự phòng cấp điện qua trạm 110kV Sơn La hoặc chuyển nguồn cấp qua Trạm 110kV Yên Bái. Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Mường La đạt khoảng 20MW. 4. Huyện Thuận Châu Hiện tại, toàn bộ lưới trung thế huyện Thuận Châu vận hành ở cấp điện áp 35kV. Nguồn cấp điện cho huyện là trạm 110kV Thuận Châu công suất 1x16 MVA điện áp 110/35kV và các thủy điện Chiềng Ngàm công suất 1,92MW, thủy điện Chiềng Ngàm Thượng công suất 10MW Pmax huyện Thuận Châu năm 2019 là 11MW, nguồn cấp điện dự phòng cho huyện Thuận Châu là trạm 110kV Sơn La và trạm 110kV Sông Mã. Tuy nhiên do khoảng cách địa lý giữa các TBA 110 khá xa, phụ tải tập chung cuối nguồn nên khả năng cấp điện hỗ trợ bị hạn chế rất nhiều do sụt áp cuối đường dây lớn, không đảm bảo chỉ số điện năng. Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Thuận Châu đạt khoảng 14MW. 5. Huyện Quỳnh Nhai Hiện tại, lưới trung thế huyện Quỳnh Nhai chỉ gồm 1 cấp điện áp 35kV được cấp từ lộ 375 và 373 trạm 110kV Thuận Châu. Pmax của huyện Quỳnh Nhai năm 2019 là 6MW, ngoài trạm 110kV Thuận Châu thì huyện Quỳnh Nhai không có nguồn cấp điện dự phòng. 2 Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Quỳnh Nhai đạt khoảng 9MW. 6. Huyện Mộc Châu Hiện tại, lưới điện trung thế huyện Mộc Châu gồm 2 cấp điện áp 35kV; 22kV được cấp điện trạm 110kV Mộc Châu công suất 2x25MVA-110/35/22kV, và các nhà máy thủy điện Mường Sang 1 công suất 2,4MW, Suối Tân 1 công suất 2,5MW, Tà Niết công suất 3,6MW, Sơ Vin công suất 2.8MW, Mường Sang 3 công suất 6 MW Pmax của huyện Mộc Châu năm 2019 là 29MW, nguồn điện dự phòng là trạm 110kV Sơn La và Trạm 110kV Phù Yên. Tuy nhiên cũng do khoảng cách các TBA xa nhau nên chỉ đáp ứng được một phần phụ tải hiện có. Dự báo từ nay đến năm 2025, việc Mộc Châu trở thành khu du lịch quốc gia phụ tải sẽ tăng rất mạnh, ngoài ra huyện Vân Hồ được thành lập năm 2013 cũng sẽ xây dựng cơ sở hạ tầng làm nhu cầu điện tăng cao. Phụ tải huyện Mộc Châu đến năm 2025 đạt khoảng 60 MW. 7. Huyện Vân Hồ Là huyện được tách ra từ huyện Mộc Châu vào năm 2013. Lưới điện trung thế huyện Vân Hồ gồm 2 cấp điện áp 35kV; 22kV được cấp điện trạm 110kV Mộc Châu công suất 2x25MVA-110/35/22kV. Pmax của huyện Vân Hồ năm 2019 là 5MW. Dự báo từ nay đến năm 2025 khi hoàn thiện cơ sở hạ tầng và đầu tư thì phụ tải huyện Vân Hồ đạt khoảng 8-10MW. 8. Huyện Yên Châu Toàn bộ lưới trung thế huyện Yên Châu đang vận hành ở cấp điện áp 35kV và được cấp điện từ lộ 376 Mộc Châu, nguồn dự phòng là lộ 378 Sơn La. Pmax của huyện năm 2019 là 8MW. Dự báo đến năm 2025, Pmax huyện Yên Châu đạt khoảng 15MW. 9. Huyện Phù Yên Hiện tai, lưới trung thế huyện Phù Yên gồm 2 cấp điện áp: 35, 10kV. Lưới 3 35kV được cấp điện từ trạm 110kV Phù Yên công suất 2x16MVA-110/35/22kV và thủy điện Suối Sập 2 công suất 14,4MW, thủy điện Suối Sập 3 công suất 14MW; lưới 10kV được cấp điện từ TG Phù Yên công suất 2x1800kVA-35/10kV và Trung gian Huy Hạ: 1x3.600kVA-35/10kV. Pmax của huyện năm 2019 là 16MW, nguồn cấp điện dự phòng là trạm 110kV Mộc Châu với khoảng cách 60km và trạm 110 Sơn La khoảng cách là 120km. Lưới điện 10kV Phù Yên hiện đang được đề xuất cải tạo sang vận hành cấp điện áp 22kV và 35kV, đồng thời xóa các trạm trung gian Phù Yên. Dự báo phụ tải huyện Phù Yên đến năm 2025 đạt: 29MW. 10. Huyện Bắc Yên Toàn bộ lưới trung thế huyện Bắc Yên đang vận hành ở cấp điện áp 35kV và được cấp điện từ lộ 373 Phù Yên và được dự phòng từ lộ 378 Sơn La. Pmax của huyện năm 2019 là 8 MW (riêng mỏ Nikel Bản Phúc sử dụng khoảng 3MW). Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Bắc Yên đạt mức 16MW. 11. Huyện Sông Mã Hiện tại, huyện Sông Mã được cấp điện từ trạm 110kV Sông Mã 1x25MVA110/35/22kV với 3 lộ cấp điện, các nguồn điện dự phòng ngoài trạm 110kV Sơn La và trạm 110kV Thuận Châu còn có Thủy điện thủy điện Nậm Công 3 công suất 6,4MW, thủy điện Keo Bắc công suất 1.8 MW, thủy điện Nậm Công 4 công suất 2.8MW, Dự phòng lưới điện quốc gia là các trạm 110kV Sơn La và 110kV Thuận Châu tuy nhiên khoảng cách đến trung tâm phụ tải rất xa, đều > 100km. Phụ tải huyện Sông Mã năm 2019 đạt 9MW. Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Sông Mã đạt mức: 15MW. 12. Huyện Sốp Cộp: Hiện tại, huyện Sốp Cộp được cấp điện từ trạm 110kV Sông Mã với 01 lộ 4 35kV. Năm 2019, Pmax của huyện đạt 3MW. Dự báo nhu cầu phụ tải huyện Sốp Cộp đến năm 2025 là: 7MW. 1.2 Tổng quan về hệ thống SCADA trung tâm Điều khiển xa Dựa vào đặc điểm của lưới điện tỉnh Sơn La (bao gồm các TBA 110kV và các thiết bị Recloser, Máy cắt, LBS …), cấu trúc tổng thể của hệ thống SCADA Trung tâm được xây dựng với các máy tính chủ truyền tin và xử lý dữ liệu (Comm & Data Server), các máy tính chủ HIS và các máy tính vận hành (Workstation). Cấu trúc hệ thống SCADA trung tâm điều khiển được thể hiện như hình sau: Hình 1.1. Cấu trúc hệ thống SCADA trung tâm Tại phòng điều khiển trung tâm, thiết lập các thành phần của hệ thống SCADA bao gồm: Các máy tính thu thập và xử lý dữ liệu SCADA, máy tính vận hành, máy tính cấu hình và lưu trữ dữ liệu quá khứ….các thiết bị phần cứng tại Trung tâm điều khiển bao gồm: - 05 Máy chủ Dell. - 05 Máy tính vận hành. - 01 Firewall. - 02 Switch. 5 - 01 Máy in. - 01 GPS. - 01 Máy fax. - 01 Máy chiếu. - Màn hình TV 65”. Hệ thống nguồn: - 01 Máy phát. - Hệ thống UPS + ắc quy. - Tủ phân phối nguồn AC. - Tủ tự động chuyển nguồn ATS. - Thiết bị cắt lọc sét. - Thiết bị chuyển nguồn ATS. 1.2.1 Chức năng hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa Sơn La Hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa Sơn La là hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory Control And Data Acquisition) được hoạt động dựa trên nền tảng chính là gói phần mềm Spectrum 5, cung cấp các ứng dụng sử dụng điện toán đám mây bao gồm chức năng: Chức năng SCADA cơ bản: - Giám sát - Điều khiển - Thu thập dữ liệu - Lập báo cáo - Điều khiển việc truy cập an toàn hệ thống - Các chức năng ứng dụng trong hệ thống điện Các chức năng SCADA nâng cao bao gồm: Chức năng EMS: - Hỗ trợ xử lý các quyết định của Điều độ viên 6 - Trợ giúp việc lập các kế hoạch phát điện và điều khiển, dự báo phụ tải - Giám sát lưới - Đánh gía tính an toàn hệ thống - Nâng cao chất lượng vận hành lưới điện - Tối ưu hoá trào lưu công suất - Xây dựng các Phiếu thao tác mẫu phục vụ thao tác tách trạm Chức năng DMS: - Quản lý phân phối - Quản lý vận hành - Kế hoạch phân phối điện năng - Giám sát vùng mất điện và khôi phục Hệ thống SCADA còn hỗ trợ cac tính năng phân tích, xử lý dữ liệu và nắm bắt sự kiện; hiển thị giao tiếp người máy trực quan và sinh động; tính toán phân bố trào lưu công suất, ngắn mạch, lập báo cáo qua cơ sở quản trị phần mềm hệ thống quản lý năng lượng EMS (Energy Management System) hoặc hệ thống quản lý nhu cầu phụ tải DMS (Demand Management System). 1.2.2 Hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa Sơn La Hệ thống SCADA được tính toán và thiết kế đảm bảo yêu cầu dự phòng, 2 máy chủ SCADA (thu thập dữ liệu) và 2 máy chủ PSOS (lưu trữ dữ liệu) vận hành theo chế độ dự phòng “Hot/Standby”; ở trạng thái bình thường, toàn bộ dữ liệu của hệ thống sẽ được kết nối, thu thập và xử lý trên máy tính SCADA1, PSOS1; máy tính SCADA2, PSOS2 tự động đồng bộ dữ liệu từ máy tính SCADA1, PSOS1 để đảm bảo tính dự phòng. Trong trường hợp máy tính SCADA1, PSOS1 gặp sự cố, máy tính SCADA2, PSOS2 sẽ tự động kết nối, thu thập và xử lý dữ liệu cho toàn hệ thống để đảm bảo quá trình vận hành không bị gián đoạn. 1.2.2.1. Hệ thống phần cứng a. Hệ thống máy chủ SCADA Bao gồm 04 máy chủ: SCADA1, SCADA2, PSOS1, PSOS2. 7 - 02 máy chủ (SCADA) Dell PowerEdge R730 - 02 máy chủ (PSOS) Dell PowerEdge R730 Hình 1.2 Hệ thống máy chủ SCADA + Thu thập và xử lý dữ liệu từ các trạm biến áp 110kV, các thiết bị trên lưới điện thông qua giao thức IEC60870-5-101, IEC60870-5-104, DNP3.0 hoặc OPC Client. + Máy chủ có nhiệm vụ thực hiện các chức năng SCADA cơ bản như điều khiển và giám sát, đồ họa trạng thái hoạt động các thiết bị trên lưới, trạng thái cấu trúc lưới điện, liên động các thao tác vận hành, phát lại trạng thái vận hành lưới tại một thời điểm trong quá khứ, cảnh báo báo động... + Chia sẽ dữ liệu cho các hệ thống SCADA khác (Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Bắc, trung tâm giám sát và thu thập dữ liệu NPC...) qua giao thức IEC60870-5- 104, ICCP hoặc OPC Server. + Chia sẻ dữ liệu cho các Remote Console tại các Đội Quản lý vận hành lưới điện cao thế Sơn La và các điện lực huyện (trong tương lai) - Mỗi máy chủ của hệ thống SCADA có 02 ổ cứng được cài đặt chế độ RAID 1, ở chế độ này dữ liệu sẽ được ghi đồng thời vào 02 ổ cứng(mirroring), trong trường 8 hợp 01 ổ bị lỗi, ổ còn lại sẽ tiếp tục hoạt động bình thường; dung lượng cuối cùng của hệ thống RAID 1 bằng dung lượng của ổ đơn. b. Máy chủ Camera Server Hệ thống máy chủ Camera Server bao gồm 01 máy chủ (Camera Server) Dell PowerEdge T630, Máy chủ được cài đặt hệ điều hành bản quyền Windows Server Standard 2012 R2x64 English. Có chức năng giám sát vận hành, trạng thái thiết bị, thu thập và lưu trữ dữ liệu từ hệ thống Camera các trạm biến áp 110kV được kết nối từ hệ thống camera giám sát lắp đặt tại các trạm 110kV, tại các trạm hệ thống camera giám sát được phân thành 02 loại: Camera an ninh và camera giám sát: + Camera an ninh được bố trí lắp đặt tại 04 góc của trạm 110kv có nhiệm vụ giám sát an ninh tại các trạm không người trực, có chức năng cảnh báo khi có người xâm nhập qua hàng rào, chức năng theo dõi, bắt hình vật thể chuyển động…tuy nhiên các camera này không điều khiển được góc quay mà chỉ cài đặt cố định một góc quay. + Camera giám sát được bố trí số lượng tùy theo mức độ thiết bị của trạm, các trạm 110kV thuộc Trung tâm điều khiển Sơn La được bố trí từ 03 - 05 camera trên 1 trạm, các camera này có độ phân giải cao, có thể zoom cận cảnh vị trí các thiết bị đã được cài đặt bằng 1 click chuột, các camera này dùng vào mục đích giám sát trạng thái các thiết bị ngoài trời khi thao tác hoặc kiểm tra thiết bị. Ngoài ra còn có hệ thống camera giám sát phòng trực tại trạm và phòng đặt các thiết bị phân phối trong nhà, các camera trong nhà có nhược điểm không có hệ thống điều khiển quay quét các thiết bị mà chỉ góc quay cố định nên việc giám sát hoặc kiểm tra tình trạng các thiết bị phân phối trong nhà hạn chế. c. Máy tính vận hành (HMI1, HMI2) 9 Bao gồm 02 máy tính vận hành hệ thống SCADA (HMI1, HMI2), hệ thống máy tính HMI được kết nối mạng lan trong Trung tâm điều khiển, các màn hình HMI này mục đích trích xuất dữ liệu hiển thị các thông tin, giám sát, điều khiển thiết bị mà người dùng cần thực hiện lên màn hình. Mỗi máy tính được trang bị 02 màn hình LCD nhằm phục vụ công tác vận hành. Trong quá trình vận hành mọi thao tác, điều khiển thiết bị sẽ được thực hiện trên 2 máy này. Trường hợp vận hành bình thường, nhân viên vận hành chỉ thao tác trên 01 máy tính vận hành HMI1, máy tính vận hành HMI2 làm nhiệm vụ đảm bảo dự phòng nóng (1+1) khi sự cố máy HMI1. Mỗi máy tính HMI1 và HMI2 có 2 card mạng nối với Switch 1 và Switch 2, được cấu hình NIC Teaming dự phòng trường hợp thiết bị mạng bị lỗi thì máy tính còn lại vẫn vận hành bình thường. d. Máy tính kỹ thuật (Engineering Workstation) Phục vụ cho công tác cấu hình, bảo trì, mở rộng cơ sở dữ liệu hệ thống SCADA. Toàn bộ dữ liệu hệ thống SCADA sau khi được cấu hình, chỉnh sửa, mở rộng trên máy tính kỹ thuật sẽ tự động cập nhật, mà không cần thao tác trên bất kỳ thành phần nào khác của hệ thống SCADA. e. Máy tính Report- báo cáo Trung tâm điều khiển có trang bị 01 máy tính Report: máy Report nhằm mục đích chính chuyên phục vụ công tác trích xuất các thông số, dữ liệu được thu thập từ các trạm phục vụ cho nhân viên vận hành thực hiện các báo cáo hàng ngày, trích xuất, tổng hợp các số liệu cần thiết. f. Màn hình hiển thị Wall Display và Camera Display Trung tâm được trang bị các màn hình 65 inch phục vụ kết nối hệ thống camera giám sát tại trạm 110kV và 02 màn hình 65inch hiển thị sơ đồ truyền thông, 1 sợi phục vụ nhân viên vận hành thực hiện giám sát và quan sát thực tế trạng thái các thiết bị. 10 Các màn hình này liên kết với hệ thống máy tính trong hệ thống SCADA thông qua hệ thống mạng LAN tại trung tâm điều khiển. Các hình ảnh thu thập tại các trạm 110kV được thu thập qua phần mềm điều khiển NUO và hiển thị trực tiếp qua 05 màn hình 65 inch, phần mềm này có chức năng thu thập kết nối các camera, có chức năng điều chỉnh khả năng hiển thị, quay quét, zoom…và chức năng xem lại lịch sử, chụp ảnh trực tiếp trên video đã ghi v.v.. g. Ngoài ra, phòng điều khiển trung tâm còn được trang bị - Đồng hồ đồng bộ thời gian (GPS Clock): đồng bộ thời gian cho hệ thống SCADA tại phòng điều khiển trung tâm. - Firewall: hệ thống phần mềm chuyên dụng chống sự truy cập trái phép, nhằm bảo vệ các nguồn thông tin nội bộ và hạn chế sự xâm nhập không mong muốn vào hệ thống. - Ethernet Switch, Router, tủ Rack, hệ thống âm thanh, máy in, máy fax, điện thoại, âm thanh cảnh báo, hệ thống ghi âm chỉ huy điều độ. - 02 máy in báo cáo, một A4, một A3: mục địch sử dụng in báo cáo, văn bản, in màn hình hoặc đồ họa - Các nguồn máy phát điện Diezen, accquy, UPS, cắt lọc sét…. đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống SCADA tại Trung tâm. 1.2.2.2. Hệ thống phần mềm và yêu cầu đặc tính tại trung tâm điều khiển xa Hệ thống phần mềm SCADA được thiết kế là một hệ thống phần mềm độc lập, không bị phụ thuộc vào thiết bị phần cứng. Có thể hoạt động trên bất kỳ chủng loại máy tính phần cứng thông dụng như HP, DELL, IBM, Advantech... Hệ thống SCADA được thiết kế đảm bảo yêu cầu dự phòng. Bao gồm 02 máy tính chủ xử lý dữ liệu SCADA thời gian thực (Real time Server&Communication “Hot/Standby”) theo chế độ dự phòng “Hot/Standby”, độc lập về mặt vật lý. Mô hình cấu trúc “Hot/Standby” như sau: ở trạng thái bình 11