TÀI LIỆU GIẢI PHÁP MINISCADA

1. Khái niệm MiniScada

Miniscada hay SCADA/DMS là hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data

Acquisition) sử dụng trong lưới điện phân phối. Trong đó DMS (Distribution Management

System) là các ứng dụng đi cùng với hệ thống SCADA phục vụ quản lý lưới điện phân phối.

Lưới điện phân phối

2. Các chức năng trong hệ thống MiniScada

Các chức năng DMS giúp vận hành lưới điện phân phối an toàn và hiệu quả nhất

- Tô màu động theo phân cấp điện áp, phân loại thiết bị hoặc theo mức mang tải v.v...

- Tính toán trào lưu công suất

- Tính toán ngắn mạch

- Cân bằng phụ tải cho các xuất tuyến hoặc các máy biến áp

- Tối thiểu hóa tổn thất công suất theo ràng buộc lưới

- Định vị sự cố

- Cô lập điểm sự cố và khôi phục lưới

- Lập kế hoạch sửa chữa lưới điện

- Sa thải phụ tải

- Mô phỏng phục vụ đào tạo điều độ viên

3. Cấu trúc của hệ thống MiniScada

Hệ thống MiniScada có 3 phần:

3.1. Thiết bị đầu cuối (RTU)

Thực hiện chức năng giao tiếp giữa hệ SCADA và quá trình cần giám sát vận hành thông

qua các cảm biến và cơ cấu chấp hành. RTU có thể là một hệ vi xử lý được thiết kế riêng

cho mục đích, yêu cầu của hệ SCADA nói chung nhưng cũng có thể sử dụng các PLC hoặc

các Controller.

Trong các hệ thống điều khiển giám sát tích hợp vai trò của RTU sẽ được các PLC hoặc

Controller đảm nhiệm. Ở đây dữ liệu quá trình thu thập được ngoài việc sử dụng cho các

ứng dụng điều khiển logic và điều khiển điều chỉnh còn được sử dụng để giám sát-vận

hành. Chúng ta cũng có thể gặp các hệ thống điều khiển tích hợp sử dụng các cảm biến

thông minh và cơ cấu chấp hành thông minh. Trong những trường hợp như vậy vai trò của

RTU được tích hợp trên bản thân các cảm biến và cơ cấu chấp hành, các PLC, Controller

lúc này cũng chỉ đóng vai trò trung chuyển dữ liệu cho ứng dụng SCADA.

3.2. Trạm trung tâm (MTU – Master Terminal Unit)

Thực hiện chức năng giao tiếp giữa người vận hành và hệ SCADA. Nó thực hiện việc nhận

dữ liệu từ các RTU, hiển thị các dữ liệu này và nhận các lệnh vận hành từ người vận hành

rồi chuyển tới RTU. Ngoài chức năng cơ bản này, trạm chủ trung tâm hiện đại còn thực

hiện một số chức năng khác liên quan tới quản lý, bảo trì và tối ưu hóa quá trình như thiết

lập truyền thông, liên kết truyền thông, chuẩn đoán, tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.

Trong các hệ SCADA hiện đại trạm chủ trung tâm thường bao gồm một hoặc nhiều máy

trạm, máy chủ được nối mạng với nhau và phối hợp với nhau để thực hiện các chức năng,

nhiệm vụ của trạm chủ trung tâm.

3.3. Mạng truyền thông

Mạng truyền thông sử dụng để kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các RTU và MTU. Mạng

truyền thông cũng được sử dụng để kết nối các phần tử trong MTU. Trong một hệ SCADA

có thể sử dụng một hoặc nhiều loại mạng truyền thông khác nhau tùy theo tính chất và đặc

điểm của mỗi ứng dụng SCADA.

4. Các giải pháp điều khiển trong hệ thống MiniScada

4.1. Giải pháp điều khiển phân tán (Decentred Control System)

Việc xây dựng các hệ thống điều khiển và giám sát phụ thuộc vào đặc điểm và tính chất

của đối tượng điều khiển. Thực tế các quá trình sản xuất thường đòi hỏi cùng lúc phải tiến

hành điều khiển nhiều đại lượng. Nếu các đại lượng này là độc lập với nhau hay ma trận

đặc tính của phương trình trạng thái mô tả đối tượng chỉ bao gồm các thành phần trên

đường chéo thì ta có thể thiết lập hệ thống điều khiển với nhiều mạch vòng điều khiển độc

lập. Về bản chất hệ thống điều khiển như vậy là hệ thống điều khiển phi tập trung cho dù

các mạch vòng điều khiển này được thực hiện bởi các bộ điều khiển một mạch vòng (single

loop controller) hay sử dụng một hoặc vài thiết bị điều khiển lớn cho các mạch vòng điều

khiển này. Thông thường để tiết kiệm chi phí lắp đặt và bảo trì các hệ thống điều khiển phi

tập trung như vậy sẽ được thực hiện bởi nhiều bộ điều khiển một mạch vòng.

Khi các đại lượng cần điều khiển của đối tượng điều khiển không có sự độc lập với nhau

mà có sự tác động xen kênh hay nói cách khác, ma trận đặc tính của phương trình trạng

thái có các thành phần ngoài đường chéo khác không thì việc thực hiện hệ thống điều khiển

theo cách phi tập trung như vậy sẽ mang lại chất lượng điều khiển không tốt.

4.2. Giải pháp điều khiển tập trung (Centred control system):

Sử dụng một bộ điều khiển và tập trung hóa toàn bộ dữ liệu quá trình vào trong bộ điều

khiển đó.

Mục đích: loại bỏ tác động xen kênh người ta cũng có thể xây dựng các thuật toán điều

khiển đa biến hoặc thực hiện tách kênh bằng các mạch điều khiển vượt trước (feedforward).

Nhược điểm là phải tập trung các giá trị đo lường về bộ điều khiển dẫn tới sự tốn kém trong

chi phí lắp đặt, đi dây và bảo trì. Việc thực hiện hệ thống điều khiển bởi một hệ vi xử lý

duy nhất cũng mang lại nhiều rủi ro và giám độ tin cậy hoạt động của toàn hệ thống. Hơn

nữa khi quá trình lớn, phức tạp có thể sẽ dẫn tới khối lượng tính toán lớn và làm quá tải

các hệ vi xử lý của bộ điều khiển.

5. Thực tế triển khai MiniScada tại Việt Nam

Hiện tại EVN đã có một số đơn vị đưa hệ thống MiniScada vào vận hành, cụ thể:

- Tổng công ty điện lực HCM, HN, công ty điện Đồng Nai, Cần Thơ sử dụng hệ thống do

ABB cung cấp với phần mềm MicroSCADA Pro Sys600 9.2.

- Công ty điện lực Bình Định sử dụng hệ thống do hãng Survalent (Canada) cung cấp với

phần mềm Scada.

Hiện tại sử dụng giải pháp điều khiển Recloser:

+ Sử dụng 1 máy trạm vận hành có cài phần mềm chính hãng để trực tiếp điều khiển.

+ Khai báo cấu hình và thiết kế giao diện để kết nối các Recloser theo giao thức IEC 60870-

5-101/104 đi kèm với tạo cổng COM ảo. Lắp đặt các modem truyền nhận dữ liệu truyền

thông IEC-60870-5-101 theo phương thức Tranparent.

+ Truyền nhận dữ liệu về trung tâm qua sóng GPRS.

+ Có khả năng điều khiển được khá nhiều loại: Nulec Capm4/5, Tarida, Cooper Form6,

Noja...

+ Có định hướng trong tương lại mở rộng thêm với LBS (Load Breaker Switch – Dao cắt

có tải).

- KHPC sử dụng hệ thống do ATS cung cấp:

…

Ưu điểm đem lại khi triển khai MiniScada:

- Giám sát điều khiển đóng cắt lưới điện từ xa, hạn chế tối đa tình trạng công nhân vận hành

phải ra ngoài hiện trường trong mưa to gió lớn để đóng cắt thiết bị thủ công, giảm thiểu

nguy hiểm.

- Quá trình chuyển phương thức cấp điện của điện độ viên được tiến hành một cách nhanh

chóng, chính xác.

- Dự đoán được những biến động điện trong tương lai gần để có hành động xử lý tối ưu hệ

thống.

Tuy nhiên vẫn còn nhiều điểm cần khắc phục:

- Sử dụng hệ thống được phát triển bởi nhà cung cấp nước ngoài nên có nhiều khác biệt về

cách vận hành lưới điện trong nước.

- Chưa khai thác triệt đệ lợi ích từ hệ thống: chưa tích hợp tối đa các nghiệp vụ tự động hóa,

điều khiển, một số các thiết bị đóng cắt trên lưới điện vẫn chưa đủ điều kiện để thao tác,

đóng cắt từ xa.

- Theo thiết kế của hệ thống miniSCADA do Công ty ABB Oy thực hiện, việc thu thập các

tín hiệu điều khiển, giám sát, đo lường tại các recloser được thực hiện bằng cách lắp đặt

thiết bị REC523 (RTU), TU, TI tại các tủ điều khiển của recloser TAVRIDA/Nga. Giải

pháp này có những hạn chế như:

Lắp đặt nhiều thiết bị trên cột điện;

+ Tín hiệu đưa về hệ thống miniSCADA rời rạc;

+ Độ tin cậy không cao;

+ Hạn chế tín hiệu thu thập về hệ thống miniSCADA.

Phương thức kết nối rời rạc của Công ty ABB Oy

6. Hệ thống MiniScada đề xuất của Viettel

6.1. Qui mô hệ thống

- Trung tâm điều khiển: mỗi điện lực cần có 1 trung tâm điều khiển lưới điện phân phối

(DCC-Dispatching Control Centre) với hệ thống máy tính, thiết bị xử lý nghiệp vụ

o Máy chủ lưu trữ dữ liệu, dự phòng nóng.

o Máy tính làm việc của điều độ viên.

o Hệ thống mạng Lan.

o Các thiết bị thông tin.

- Lắp đặt tại mỗi điểm nút đóng cắt trên lưới điện phân phối (các Recloser, Dao cắt có tải-

LBS, các trạm compact-RMU và các trạm cao thế) một thiết bị RTU (Remote Terminal

Unit) Các trạm 110kV, trạm trung gian. Kết nối với trung tâm qua sóng GPRD.

6.2. Hệ thống thông tin: qua GPRS.

6.3. Bộ phận tự động hóa và TBA và các thiết bị trên lưới điện phân phối: sử dụng linh

hoạt các giải pháp thu thập dữ liệu RTU tập trung, phân phối và Gateway.

6.4. Cấu hình hệ thống:

6.4.1. Bộ phận điều khiển mạng lưới

o Máy tính chủ: xử lý dữ liệu, lưu trữ dữ liệu quá khứ.

o Máy vận hành của điều độ viên.

o Máy tính quản trị cơ sở dữ liệu.

o Bộ tiền xử lý vào ra.

6.4.2. Các thiết bị ngoại vi của hệ thống:

o Máy in dữ liệu báo cáo hệ thống.

o Màn hình dashboard để giám sát.

o Đồng hồ báo động.

o Hệ thống nguồn dự trữ

6.4.3. Khối RTU

Với một hệ SCADA, khối RTU thường được thiết kế bằng bộ điều khiển khả trình

PLC. Điểm mạnh của PLC là tính chuẩn hóa trong công nghiệp, và độ ổn định cao

nhưng vẫn còn nhiều hạn chế là giá thanh cao, các công cụ hổ trợ độc quyền của nhà

sản xuất. Với những ứng dụng vừa và nhỏ, một mạch điện được thiết kế sử dụng vi

điều khiển hoàn toàn thay thế được chức năng của PLC trong hệ SCADA.

Khối RTU được chia thành các module:

o Module vào ra số

o Module vào ra tương tự

o Module hiển thị

o Module giao tiếp máy tính

Trong một hệ SCADA, lượng đầu vào là các tín hiệu số thường là rất nhiều. Để hệ

thống có thể nhận được các tín hiệu này trong khối RTU đã tích hợp module nhận dữ

liệu chuyên năng hoạt động theo nguyên lý dồn kênh. Mạch được thiết kế phải thỏa

mãn tính năng và tác dụng như các chân vào của PLC, tiết kiệm tối đa chân vi điều

khiển. Ngược lại, mạch cũng phải tăng số lượng đầu ra số để đảm báo chức năng như

một PLC. Khối vào ra số được thiết kế như hình.

Với module mạch mở rộng đầu vào số theo chuẩn công nghiệp 24V có thể tương

thích với tín hiệu ra của các loại cảm biến trên thị trường hoặc nhận dữ liệu số theo

chuẩn 5V từ các bộ chuyển đổi ADC ngoài. Tương tự mạch đầu ra số có thể giao tiếp

với các thiết bị điều khiển như biến tần, khởi động mềm hoặc các máy đóng cắt, cũng

như điều khiển hiển thị led 7 thanh hoặc các thiết bị báo động như một PLC.

Với CPU của khối RTU là 1 chip xử lý, có tích hợp các cổng truyền thông nối tiếp

USART theo chuẩn RS232. USART (Universal Synchronous Asynchronous Reciver

Transmitter) là một trong hai chuẩn giao tiếp nối tiếp. USART còn được gọi là giao

diện nối tiếp SCI (Serial Comunication Interface). Có thể dùng giao diện này để giao

tiếp với các thiết bị ngoại vi, với các vi điều khiển hay với máy tính.

Trên các máy tính công nghiệp, chuẩn RS232 được tích hợp trên cổng COM. Tuy

nhiên để giao tiếp được giữa máy tính và khối RTU cần có một mạch điện đồng bộ

điện áp hoặc cách ly về điện.

Với một hệ SCADA, chức năng quan trọng nhất chính là giám sát. Bởi vậy xây dựng

một thuật toán phù hợp sẽ nâng cao chất lượng của hệ thống.

Khối RTU được xây dựng bằng hệ vi xử lý 8 bit/16bit tuy nhiên với những dữ liệu có

độ dài lớn hơn một byte vi điều khiển hoàn toàn có thể truyền nhận và xử lý chính

xác. Thuật toán đơn giản chỉ là tách các chuỗi lý tự thành các ký tự riêng rẽ và truyền

theo chuẩn mã ASCII.

Cấp giám sát quản lý

Cấp điều khiển

Cấp thực thi

7. Định hướng

- Hoàn thiện hệ thống giám sát, thu thập dữ liệu.

- Đưa ra giải pháp phù hợp với nhu cầu thực tế.

- Xây dựng các hệ thống cơ cấu chấp hành đáp ứng yêu cầu điều khiển.

PC

PC

Giám sát tại nhà qua

mạng nội bộ

Switch

MTU

Router

Internet

Router

PC

Bộ điều khiển RTU

Thiết bị chấp hành Thiết bị đo

Giám sát từ xa qua mạng

Trạm làm việc, điều

khiển giám sát

Trạm làm việc, điều

khiển giám sát

Công

tơ Recloser

LBS

Hệ thống mạch tích hợp:

- Truyền thông

- IO

- Cảm biến, ADC …

PC