Hệ thống SCADA/EMS trong nhà máy điện

[mantuy]

Mình thấy đây là một vấn đề rất hot hiện nay, ứng dụng của DKTD-TDH trong hệ thống điện. Một hệ SCADA/EMS là một ví dụ điển hình, và đang được triển khai rất nhiều trong thực tế,Mình tạo ra luồng mới này, mong mọi người tham gia, đóng góp và thảo luận để chia sẻ thông tin với nhau nhé:

[mantuy]

Hệ thống SCADA/EMS trong nhà máy điện

1. Đặt vấn đề

Khác với các ngành công nghiệp khác, việc sản xuất, truyền tải và sử dụng điện năng xảy ra một cách đồng thời. Hệ thống điện là một thể thống nhất, có thể trải dài và bao trùm cả một vùng rộng lớn, có rất nhiều phần tử. Bất cứ một thay đổi hay một sự cố xảy ra trên một phần tử nào đó đều ảnh hưởng ít nhiều toàn bộ hệ thống. Tuy vậy, các phần tử của hệ thống điện thường nằm phân tán. Các nhà máy thường được xây dựng ở những nơi có nguồn năng lượng sơ cấp dồi dào, trong khi đó các phụ tải thường tập trung ở các vùng đô thị, khu công nghiệp...Từ các đặc điểm trên, Điện Lực Việt Nam, đặc biệt là các đơn vị điều hành đã đưa vào sử dụng hệ thống SCADA/EMS mới có thể đảm bảo được các mục tiêu: sản xuất và cung cấp điện liên tục, ổn định, an toàn, giá thành thấp.
Hệ thống SCADA/EMS là các hệ thống cơ sở của hệ thống quản lý năng lượng EMP (Energy Management Platform). Để hiểu một cách tổng quát về hệ thống SCADA/EMS ở đây giới thiệu về hệ thống EMP.

2. Các thành phần của hệ thống EMP

Hệ thống quản lý năng lượng (Energy Management Platform-EMP) là một tập hợp toàn diện các ứng dụng cấu thành từ nền tảng hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, phát, truyền tải, phân phối điện tiên tiến cho các công ty điện lực.
EMP kết hợp với phần mềm HABITAT hình thành nên giải pháp cho hệ thống quản lý năng lượng.
 Các thành phần của EMP:
EMP bao gồm một hệ thống cơ sở quản lý cơ sở dữ liệu, các chuẩn ứng dụng của hệ thống quản lý năng lượng, giao diện người sử dụng đồ họa Rapport-Full, các giao diện lập trình ứng dụng và các tiện ích.
+ Hệ thống cơ sở quản lý cơ sở dữ liệu HABITAT:
HABITAT cung cấp môi trường phần mềm và giao diện người sử dụng đồ họa cho các hệ thống điều khiển thời gian thực EMP. Hệ thống con cơ sở dữ liệu bộ nhớ trong của nó cho phép nó quản lý một số lớn các dữ liệu thay đổi nhanh. Một chức năng quan trọng được thực hiện bởi HABITAT là quản lý dữ liệu quá khứ. HABITAT cũng cung cấp một môi trường cơ sở cho người phát triển các ứng dụng, phát triển tích hợp nhiều ứng dụng mới mà không phải sữa đổi các phần mềm ứng dụng hiện có hay phần mềm hệ thống.
+ Giao diện người sử dụng bằng đồ họa Rapport-FG:
Rapport-FG là công cụ giao diện người sử dụng bên trong HABITAT. Rappor-FG được sử dụng để tạo nên các hiển thị. Nó được thiết kế một cách đặc biệt để nâng cao hiệu quả làm việc của các nhân viên vận hành tại trung tâm điều khiển. Nó cũng là công cụ gần gũi để xây dựng các hiển thị.
+ Các giao diện lập trình ứng dụng và các tiện ích:
EMP có các tiện ích quan trọng như cảnh báo, quản lý cấu hình, quản lý thủ tục, sự cho phép, hiển thị, quản lý các PLC, máy in và một số các tiện ích khác.
+ Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập số liệu (SCADA):
Các chức năng của EMP được tìm thấy trong hệ thống cơ sở SCADA. SCADA thu thập dữ liệu từ hệ thống điện và mô phỏng nó cho các thao tác viên thông qua các hiển thị sơ đồ một sợi và cấu trúc hệ thống điện, các bảng hiển thị tự động xuất hiện. Hệ thống cơ sở SCADA cũng cho phép các vận hành viên có thể điều khiển thiết bị từ trạm làm việc.
+ Điều khiển phát điện tự động (Automatic Generation Control-AGC):
EMP SCADA/AGC là một phần mở rộng của hệ thống SCADA bao gồm các đặc tính điều khiển phát cho hệ thống quản lý năng lượng. Hệ thống SCADA/AGC cung cấp một phương tiện cho các thao tác viên để kiểm tra, phân tích, lập kế hoạch và điều khiển phát điện một cách hiệu quả và kinh tế nhất.
+ Để phân tích mạng điện: Hệ thống cơ sở phân tích mạng của EMP sử dụng dữ liệu được đo từ quá trình phát và thu thập dữ liệu để đánh giá trạng thái của toàn bộ mạng điện cho hệ thống EMS (Energy Management System). Từ đó cung cấp dữ liệu ở những nơi chưa được đo cũng như xác nhận rằng các dữ liệu được đo là chính xác cho các vận hành viên.
+ Trình ứng dụng lập mô hình hệ thống điện Genesys: Tạo ra một lớp mô hình trên cùng của hệ thống SCADA độc lập như mô hình huấn luyện điều độ viên DTS (Dispatcher Training Simulator), mạng và nguồn. Chúng được tích hợp trên một mô hình thống nhất.
+ Chương trình mô phỏng đào tạo điều độ viên (DTS):
EMP DTS là một môi trường để huấn luyện điều độ viên, hổ trợ bất kỳ cấu hình thao tác nào từ bàn điều khiển (Console) đang hoạt động riêng lẻ đến mô hình hoàn thiện của trung tâm điều khiển người sử dụng. Nó chạy với tốc độ của hệ thống thời gian thực và một phạm vi rộng của các mô hình tần số và trạng thái điện áp.

3. Cấu trúc phần mềm và phần cứng của hệ thống EMP
3.1 Cấu trúc phần mềm của hệ thống EMP
Các trình ứng dụng EMP được thực thi trong môi trường HABITAT. Đó là một môi trường phần mềm linh hoạt và mạnh, được thiết kế để hổ trợ các hệ thống thời gian thực lớn và phức tạp.
Đặc tính cấu trúc mở và thiết kế phần mềm theo lớp của EMP (hình 1) cung cấp tính linh hoạt rất cao.

Hình 1: Thiết kế phần mềm theo lớp của EMP với các ứng dụng chuẩn

3.2 Cấu trúc phần cứng của EMP

Cấu trúc phần cứng thể hiện thông qua sơ đồ hệ thống SCADA/EMS tại trung tâm điều độ (hình 2). Phần cứng của hệ thống bao gồm:
+ Hệ thống mạng kép dựa trên 2 Ethernet Switch 100Mbps/10Mbps và các thiết bị mạng LAN.
+ 2 máy chủ VCDS1 và VCDS2 ứng dụng kép (chính-dự phòng) cho tất cả các chức năng SCADA/EMS chủ chốt.
+ 2 máy chủ Front-End kép VCFE1 và VCFE2 (chính-dự phòng) phục vụ truyền thông với các RTU đặt ở các trạm và nhà máy.
+ Máy chủ VCTS dành riêng để phục vụ đào tạo và nghiên cứu.
+ 2 máy chủ VCHM1 và VCHM2 phục vụ ghi nhận, lưu trữ, tái nạp các thông tin quá khứ và khởi tạo các báo biểu.
+ 2 máy chủ VCAG1 và VCAG2 kép (chính-dự phòng) phục vụ trao đổi dữ liệu với các trung tâm điều khiển khác.
+ 5 Console phục vụ điều hành VCOC1, VCOC2, VCOC3, VCOC4, VCOC5, một Console phục vụ đào tạo. Các Console có lắp đặt hệ thống cung cấp các báo động âm thanh với nhiều kiểu âm thanh và chế độ phát (liên tục hay một lần) tùy theo mức độ nghiêm trọng của biến cố.
+ 6 máy tính PC phục vụ bảo trì hệ thống VCPC1, VCPC2, VCPC3, VCPC4, VCPC5 VCPC6. Chúng chạy các chương trình mô hình hóa dữ liệu và xây dựng display, chương trình quản lý hệ thống thông tin quá khứ, chương trình giao tiếp với trạm thời tiết, chương trình khởi tạo, bảo trì và download cơ sở dữ liệu RTU...
+ 2 đồng hồ GPS kép (chính-dự phòng) nối đến các máy chủ Front-End phục vụ việc đồng bộ thời gian với các RTU, đồng thời nối đến các đồng hồ hiển thị thời gian chuẩn (theo vệ tinh), thời gian hệ thống (theo tần số hệ thống) và sai biệt giữa 2 thời gian trên.
+ 1 máy tính điều khiển đèn chiếu (Wallboard) và màn hình lớn (2m  5,5m) được cấu thành bởi 8 đơn thể màn hình 67’’ với khả năng hiển thị linh hoạt (các cửa sổ hiển thị có thể được sắp xếp với số lượng và kích thước tùy ý).
+ Thông tin thời tiết được ghi nhận bằng trạm đo thời tiết và đưa vào hệ thống qua trung gian một máy tính.
+ Hệ thống máy in các loại.
Khả năng xử lý toàn bộ của hệ thống được phân phối giữa các máy tính và các máy chủ khác nhau mà chúng liên lạc với nhau thông qua mạng cục bộ chuyên dụng LAN và thời gian thực.

4. Các chức năng của hệ thống EMP

Các phần sau đây giới thiệu các chức năng cơ bản được cung cấp bởi hệ thống Trung tâm điều độ miền (CRLDC). Bốn chức năng đầu tiên có thể được xem như là các hệ thống cơ sở mà ở trong một giới hạn nào đó chúng độc lập nhau.
4.1. Chức năng điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA)
Hệ thống cơ sở SCADA hỗ trợ hầu hết các chức năng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Dữ liệu thu được từ các thiết bị điều khiển đo xa (RTU) hoặc các hệ thống thu thập dữ liệu khác thông qua việc liên lạc dựa trên mạng. Dữ liệu nhập vào được xử lý và kiểm tra tính hợp lệ và các phạm vi giới hạn. Khi dữ liệu thay đổi:
+ Nó xuất hiện trên các hiển thị.
+ Các mức thay đổi vượt phạm vi giới hạn hoặc điểm chuẩn (Status point) gây ra các báo động.
+ Nó được lưu trữ trong một file ở bên ngoài cơ sở dữ liệu và có thể được sử dụng để kiểm tra tình trạng của hệ thống tại một thời gian nhất định sau này.
+ Thông qua một API (SCAPI) cung cấp một quan sát về tình trạng hiện tại của hệ thống điện được đo.
+ Các thay đổi vị trí công tắc và mạch máy cắt tạo ra các tính toán hình học cấu trúc để cung cấp một quan sát mới về trạng thái thiết bị hệ thống năng lượng.
+ Các giá trị tính toán được cập nhật.
Các yêu cầu điều khiển được phát ra từ nhân viên vận hành hoặc từ phần mềm thì được xử lý để đảm bảo tính hiệu lực và sau đó được đưa đến các RTU để thay đổi các vị trí mạch máy cắt hoặc các điểm phát điện.
Một thao tác viên có thể đánh dấu “tag” cho một thiết bị nhằm mục đích thông tin hay để ngăn hệ thống phát ra một lệnh điều khiển đến thiết bị.
Chức năng Load shedding/switching sequence được cung cấp để giúp các nhân viên thao tác phát ra các lệnh điều khiển tới hệ thống giảm tải trong tình trạng khẩn cấp.
4.2. Chức năng phân tích mạng (Network Analysis Functionality)
Hê thống mạng cơ sở sử dụng dữ liệu đo được từ việc phát và thu thập dữ liệu để đánh giá tình trạng của toàn bộ hệ thống điện. Điều này cho phép nhân viên vận hành có được các dữ liệu tại tất cả các điểm cũng như cho phép nhân viên kiểm tra dữ liệu được đo là chính xác không.
Các kết quả từ việc đánh giá tình trạng hệ thống được sử dụng cho chức năng phân tích ngẫu nhiên thời gian thực. Việc phân tích ngẫu nhiên xác định các tình trạng có khả năng ảnh hưởng đến sự an toàn của mạng dựa vào tình trạng của hệ thống và sự ngừng hoạt động của các thiết bị. Tập hợp của các chương trình tối ưu được thực hiện để các thao tác của các nhân viên vận hành hệ thống đạt tới một điểm làm việc hiệu quả và an toàn nhất theo các điều kiện raòng buộc cụ thể. Nó bao gồm điều độ cưỡng bức, kế hoạch ngẫu nhiên và hoạt động dự phòng.
Mạng cơ sở cũng cung cấp các chức năng nghiên cứu dùng để phân tích thêm về mạng điện và giúp các công ty điện lập kế hoạch.
4.3. Thiết bị mô phỏng đào tạo điều độ viên (DTS)
Thiết bị mô phỏng đào tạo điều độ viên cung cấp một phương tiện để huấn luyện điều độ viên nhằm tạo khả năng đáp ứng các tình huống nguy cấp mà không cần một tình huống khẩn cấp thật sự xảy ra. Thiết bị mô phỏng này bao gồm: Console điều độ viên, console hướng dẫn viên, một mô hình hệ thống điện và một phương pháp mô phỏng. Thiết bị mô phỏng có thể được tải cùng với dữ liệu từ hệ thống thời gian thực và các hướng dẫn viên có thể chạy các kịch bản của các sự cố để mô phỏng các sự cố mà có thể tác động đến hệ thống điện. Thiết bị mô phỏng cũng được sử dụng một cách rộng rãi trong việc kiểm tra cơ sở dữ liệu trước khi hệ thống được đưa vào phục vụ.
4.4. Quản lý bên trong hệ thống (Inter-Center Management)
Hệ thống EMP cung cấp khả năng để trao đổi dữ liệu giữa các trung tâm điều khiển và dựa trên cổng vào truy cập mở (Open Access Gateway-OAG). Thông tin trao đổi bao gồm điều khiển và giám sát dữ liệu quá khứ hệ thống thời gian thực dữ liệu này là giá trị được đo và các dữ liệu chương trình của hệ thống điện.
4.5. Quản lý dữ liệu quá khứ (Historical Data Management)
Khối chương trình quản lý dữ liệu quá khứ được sử dụng để lưu lại dữ liệu HABITAT một cách định kỳ từ môi trường thời gian thực và sau đó lưu dữ liệu này sang cơ sở dữ liệu ORACLE trong một khoảng thời gian xác định trước gọi là thời gian lưu trữ (retention time), tiếp theo dữ liệu này được tự động sao chép lên đĩa quang từ. Ở bất lỳ thời gian nào dữ liệu có thể được tải lại vào trong cơ sở dữ liệu ORACLE để hiển thị và cung cấp.
4.6. Quản lý lệnh thao tác (Work Order Management)
Chức năng quản lý lệnh thao tác (Work Order Management-WOM) cung cấp một phương pháp linh hoạt để tự động trong việc quản lý các”Job”. Các “Job” mô tả các công việc bảo trì và xây dựng hệ thống điện. Các “Job” này hỗ trợ:
+ Mô tả các thao tác cơ bản trong các bảng kê khai “Job”
+ Quá trình tồn tại của một loại “Job”, từ việc hình thành thông qua sự cho phép, việc thực hiện và lưu trữ trong một thời gian dài
+ Những kết nối cần thiết với hệ thống SCADA khi mọi thao tác đều nằm dưới sự quản lý của DMS
4.7. Xây dựng, điều khiển và giám sát hệ thống EMP
Đây không phải là chức năng cơ sở giống như các chức năng đã được giới thiệu ở trên. Chức năng này bao gồm nhiều chức năng riêng biệt. Tuy nhiên các chức năng này được sử dụng để bảo trì và giám sát hệ thống. Các chức năng này gồm có:
+ Xây dựng và lắp đặt hệ thống.
+ Nhật ký của các sự cố hệ thống và các hoạt động của thao tác viên.
+ Báo động âm thanh
+ Phát hiện các sự cố phần cứng, phần mềm và tiến hành sửa chữa.
+ Sắp xếp và quản lý các ứng dụng.
4.8. Các mô hình dữ liệu và hiển thị (Data and Displays Modeling )
Gồm các thành phần chính như sau:
+ Xây dựng và cập nhật mô hình hệ thống và cơ sở dữ liệu thường trú, được cung cấp bởi một mô hình hệ thống, chạy trên Windows NT.
+ Xây dựng và bổ sung các hiển thị của thao tác viên, được cung cấp bởi một chương trình xây dựng hiển thị, chạy trên Windows NT.
+ Kiểm tra toàn bộ mô hình dữ liệu và trao đổi dữ liệu trực tuyến.

5. Kết luận

Hệ thống quản lý năng lượng EMP là một công nghệ mới, phục vụ một cách đắc lực cho quá trình điều khiển vận hành tối ưu hệ thống điện. Do đó việc tìm hiểu để triển khai ứng dụng EMP cho hệ thống điện Việt Nam là rất cần thiết và sẽ mang lại nhiều hiệu quả cho ngành điện.

[mantuy]

Lâu lâu rồi mà không thấy bác nào mặn mà với Topic nay hả. Để nó mốc rồi. Rất mong các bác đóng góp kinh nghiệm nhé!

[quang.ngv.ac]

truyền dữ liệu qua

Hiện tại chúng tớ đang phát triển hệ điều khiển Scada cho nhà máy điện vừa và nhỏ, và một số các trạm biến áp 110kV, hệ thống Scada của nhà máy đã hoàn thành, tuy vậy việc truyền dữ liệu lên trạm điều khiển miền còn có một số khó khăn,
bảng dữ liệu chuẩn đã được quy định của trạm điều độ miền bắc, nhưng mình chưa biết khung truyền như thế nào? có chương trình nào hỗ trợ không?

[ngotung53]

Em đang công tác tại Công ty Điện lực Bắc Ninh.C/ty em đang chuẩn bị triển khai hệ thống SCADA/DMS/AMR.Thấy các anh có topic này hay quá.Từ giờ em sẽ thường xuyên tham gia topic này.Có gì mong các anh chỉ bảo.
Chân thành cảm ơn các anh

[dragonfly]

Còn bác nào mặn mà với Topic này không. Các bác đã đi làm or đã làm về lĩnh vực này có thể chia sẻ cho bậc đàn em không ạ
Thanks các bác!

[bqviet]

Quan tâm làm quái gì ? ngành điện thuộc vào hàng độc quyền, đóng kín bậc nhất hiện nay. Đơn vị nào trúng thầu hoàn toàn là do quan hệ, kỹ thuật dẫu tốt cũng chẳng có ý nghĩa.