IEC61850

  • Các bước xác định yêu cầu tự động hoá trạm biến áp và IEC 61850

    Tư động hoá trạm biến áp và IEC 61850

    Khi mới thực hiện tự động hoá trạm biến áp, các kĩ sư sẽ gặp nhiều khó khăn trong việc phối hợp thiết bị của các hãng khác nhau theo tiêu chuẩn iec-61850. Mặc dù các hãng đều cung cấp mô hình đối tượng và dịch vụ theo iec61850 nhưng các kĩ sư vẫn phải quyết định cấu hình cho từng trạm cụ thể. Vì thế các kĩ sư trạm biến áp cần hiểu sâu tiêu chuẩn iec-61850, tính năng thu được từ tiêu chuẩn, giải quyết các vấn đề khi yêu cầu tự động hoá trạm.
  • Đồng bộ thời gian trong trạm biến áp tự động hóa điều khiển số

    Đồng bộ thời gian

    Tự động hóa trạm biến áp là nhiệm vụ quan trọng và các công ty điện lực phải thực hiện đồng bộ thiết bị đóng cắt tại trạm biến áp trên lưới điện phân phối để cho phép truyền tải điện nhịp nhàng và duy trì tính toàn vẹn lưới điện. Đồng bộ thời gian chính xác đảm bảo thiết bị tại trạm biến áp có  thời gian chính xác cho điều khiển và thu thập dữ liệu. Tín hiệu đồng bộ đặc biệt quan trọng cho việc lấy mẫu giá trị dòng điện, điện áp (IEC61850-9-2)  trong các thiết bị Merrging.

    Đồng bộ hóa thời gian cấp tín hiệu đồng hồ bên trong đồng bộ chính xác cho thiết bị điện thông minh (IED), bộ trộn tín hiệu (merge units - MU ), thiết bị bảo vệ, thiết bị Ethernet switch và các cơ chế vận hành cần đồng bộ trong trạm biến áp tự động hóa. Nó giúp điều khiển chính xác và phân tích sự cố cho phép xác định sự cố xảy ra khi nào, ở đâu và đưa ra phương án xử lý.

    Trong trạm biến áp tự động hóa, các ứng dụng sau đây yêu cầu đồng bộ hóa thời gian:

    Giao thức truyền dữ liệu Ethernet như GOOSE và MMS.
    Thu thập dữ liệu theo thời gian thực từ IED, RTU và MU.
    Điều khiển vận hành thời gian thực của thiết bị như rơ le bảo vệ.
    Ghi nhận lỗi và phân tích sự cố.

    Có hai kiểu đồng bộ thời gian trong trạm trạm biến áp tự động hóa: đồng bộ thời gian trực tiếp và đồng bộ qua mạng LAN.
  • Giao thức PRP và HSR tiêu chuẩn IEC 62439-3 Giao thức PRP và HSR tiêu chuẩn IEC 62439-3

    Giao thức PRP và HSR đều là các giao thức sử dụng trong trạm biến áp tự động hóa hoạt động ở lớp mạng, dùng gửi các gói tin có dự phòng để đảm bảo thông tin liên lạc thông suốt, kể cả trong các trường hợp thiết bị mạng hoặc cáp bị hư hỏng.
  • Hệ thống HMI

      Máy tính điều khiển và giám sát HMI kiểm soát đầu vào / đầu ra, kết nối thông tin, đo lường và tự động hóa trạm biến áp. Thiết bị là thành phần không thiếu được trong lưới điện thông minh.
  • IEC 61850 cho HMI tự động hoá trạm biến áp

    IEC đang làm việc để đưa ra tiêu chuẩn mới cho ngôn ngữ cấu hình cho trạm biến áp tự động hoá (trạm biến áp số), tập trung vào giao diện người máy (HMI) cho thiết bị. Tiêu chuẩn IEC 61850-6-2 dự kiến sẽ là một phần các tiêu chuẩn IEC-61850, chuẩn hoá quốc tế quá trình xử lý số tích hợp cho lưới điện.

    Tiêu chuẩn tập trung vào quá trình tự động HMI, tạo dữ liệu bản đồ và kết xuất ứng dụng đồ hoạ. Tiêu chuẩn rất hữu ích với các công ty vận hành, kỹ sư và kỹ thuật viên khi cấu hình trạm biến áp, giảm thời gian và tiết kiệm chi phí đồng thời sử dụng tài nguyên lưới điện hiệu quả hơn. Tiêu chuẩn cũng có phương pháp loại bỏ sai sót của người vận hành. Thay cho việc mất vài tuần, thậm chí vài tháng để cấu hình HMI, nay việc này chỉ mất vài phút thậm chí vài giây với trạm biến áp công suất bé.

    IEC 61850-6-2 sử dụng ba ngôn ngữ cấu hình (GCL, HCL, SCL) cho phép phần lớn ứng dụng HMI tự động cấu hình dùng file cấu hình chuẩn. HMI là ứng dụng chuyên sâu nên dùng tiêu chuẩn mới sẽ giảm thời gian  và công sức kỹ thuật. IEC 61850-6-2 dự kiến sẽ thay đổi nỗ lực hiện đại hoá lưới điện toàn cầu, là thành phần chính cho trạm biến áp kỹ thuật số và  sẽ được đưa ra vào năm 2022.
  • Phần mềm Gateway

    a. Yêu cầu kỹ thuật:

    • Máy tính được sử dụng cho HMI, Gateway kết nối Scada và tới End-User. Thông qua gateway, nhân viên vận hành dễ dàng truy cập Hệ thống quản lý dữ liệu thời gian thực hoặc hệ thống quản lý dữ liệu quá khứ. Geway cũng hỗ trợ tính năng điều khiển từ xa với khả năng cấm hoặc cho phép. Gateway hỗ trợ HMI tại TBA. .
  • So sánh giao thức đồng bộ pha IEEE C37.118 và IEC 61850-90-5

    Tác giả: Rafiullah Khan, Kieran McLaughlin, David Laverty  and Sakir Sezer.

    I. GIỚI THIỆU

    Đồng bộ pha có vai trò quan trọng trong lưới điện hiện đại. Nó bao gồm việc truyền tại các thông số đo chất lượng lưới điện sử dụng giao thức đồng bộchính xác. Đồng bộ pha được sử dụng trong việc Quản lý và Theo dõi diện rộng (Wide-Area Monitoring), Bảo vệ và Điều khiển diện rộng (Protection And Control - WAMPAC), phát hiện sự cố, theo dõi / hiển thị lưới điện động, xác định biên độ ổn định, cảnh báo tình huống... 

    Hiện tại có 2 giao thức đồng bộ pha sử dụng nhiều nhất là IEEE C37.118 và IEC 61850-90-5. IEEE C37.118 ra đời vào năm 2005 là giao thức đồng bộ pha thành công và sử dụng rộng rãi nhất. Tuy nhiên giao thức này có hạn chế về phân tích thông tin và bảo mật. IEC 61850-90-5 ra đời vào năm 2012 với nhiều tính năng độc đáo. Tuy nhiên việc triển khai giao thức này đến nay còn khá hạn chế do các tính năng, yêu cầu còn đang được thử nghiệm. 

    Bài viết sau sẽ phân tích khả năng triển khai của IEEE C37.118 và IEC 61850-90-5, bao gồm so sánh chi tiết cả đặc tính và khả năng. Do đồng bộ pha sử dụng cho lưới điện nên yêu cầu an toàn phải được đặt lên hàng đầu. Do đó giao thức đồng bộ pha sẽ được xem xét về độ an toàn bao gồm: bảo mật, toàn vẹn và độ sẵn sàng. Bài viết cũng phân tích về các lỗ hổng mà có thể bị tấn công (tấn công một giai đoạn hay tấn công nhiều giai đoạn multi-stage attacks) làm rã lưới điện khiến các bộ phân lưới điện không liên kết hoặc phối hợp với nhau. Việc này sẽ gây thiết hại to lớn đến thiết bị vật lý. Tóm lại bài viết sẽ phân tích về: 1) Phân tích đặc tính và giới hạn của các giao thức đồng bộ pha. 2), Phân tích độ an toàn và khả năng bị tất công 3) Yêu cầu thiết bị mạng sử dụng.
  • Switch công nghiệp IEC 61850, EN 50155 chuẩn IEC 61850-3, EN 50155 được thiết kế dùng cho các ứng dụng tự động hóa trạm biến áp (IEC 61.850-3, IEEE 1613), lưới điện thông minh, và trong môi trường va đập như cho ngành đường sắt, Hệ thống giao thông thông minh .
  • Thu thập dữ liệu theo giao thức truyền thông IEC 61850 trong trạm biến áp

    Thu thập dữ liệu theo giao thức truyền thông IEC 61850 trong trạm biến áp

    VT Techlogy
    Thu thập dữ liệu theo giao thức truyền thông IEC 61850 trong trạm biến áp
    Written by: Published by:

Thu thập dữ liệu tại trạm biến áp

Bài viết này sẽ đề cập việc thu thập dữ liệu và giao thức truyền thông IEC 61850 trong trạm biến áp. IEC 61850 là giao thức chuẩn tự động hóa trạm biến áp. IEC 61850giúp các thiết bị của nhiều nhà cung cấp hoạt động tương thích với nhau. Trước đây, việc sử dụng các giao thức riêng biệt khiến gây nhiều khó khăn cho việc tự động hóa trạm biến áp.

Hệ thống thu thập dữ liệu ở trạm biến áp truyền dữ liệu từ thiết bị đo UGPSSM (Thiết bị đo đồng bộ thời gian GPS phổ thông - Universal GPS time-synchronized meters) tới trung tâm điều khiển. Việc này được thực hiện qua nhiều kiểu kiến trúc khác nhau.

Có ba kiểu thu thập dữ liệu tại trạm biến áp: điểm tới điểm, nối mạng và không dây. Trong trạm biến áp sẽ sử dụng trong tương lai dữ liệu được khởi tạo từ thiết bị đo đồng bộ thời gian GPS (UGPSSM).

Thiết bị UGPSSM tương tự thiết bị IEC 61850. Mỗi thiết bị UGPSSM sẽ lấy mẫu, số hóa và chèn thông số thời gian GPS vào dữ liệu trạm biến áp.

Dưới đây sẽ đề cập chức năng và phần cứng thiết bị UGPSSM.

  • Tiêu chuẩn IEC 61850

    IEC 61850 là tiêu chuẩn quốc tế xác định giao thức truyền thông giữa các thiết bị điện thông minh dùng trong trạm biến áp.  IEC 61850 là một phần trong các tiêu chuẩn của  Nhóm Kỹ thuật 57 (TC57) - Ủy banKỹ thuật Điện Quốc tế (International Electrotechnical Commission-IEC) cho hệ thống điện. Mô hình dữ liệu mô tả được định nghĩa trong IEC 61850 được chia thành nhiều giao thức. Bao gồm MMS (Manufacturing Message Specification), GOOSE (Generic Object Oriented System Event), SMV (Sampled Measured Values), và sắp tới là Web Services. Các giao thức dùngTCP / IP hoặc mạng LAN trạm biến áp sử dụng switch công nghiệp tốc độ cao với thời gian trễ dưới 4 milliseconds.
  • Tổng quan giao thức truyền thông lưới điện thông minh

    Giới thiệu

    Hệ thống truyền tin trong lưới điện thông minh phải mang tính chất hai chiều.  Mạng thông tin thực hiện ba chức năng chính: giám sát thông minh, an toàn và cân bằng tải. Sử dụng thông tin liên lạc hai chiều, dữ liệu được thu thập từ các cảm biến và thiết bị đo trên toàn lưới điện và được truyền trực tiếp đến phòng kiểm soát nhà điều hành.

    Các thông tin phải chính xác, an toàn, và chi phí thấp. Quy mô của mạng lưới điện làm cho giá thành là yếu tố quan trọng nhất khi xem xét một công nghệ truyền thông. Phải lựa chọn giải pháp giảm thiểu số lượng của modem và concentrators cần thiết để giảm chi phícơ sở hạ tầng.

    Các giao thức truyền thông

    Mạng diện rộng (Wide area network - WAN)
    Mạng đường dài từ trung tâm điều hành đến các vùng.

    Vùng lân cận (Neighborhood area network NAN)

    Mạng trung thế giữa mạng diện rộng và hộ gia đình.

    Mạng trong nhà (Home area network HAN)
    Giao tiếp với thiết bị đầu cuối trong nhà.

    Mỗi vùng mạng được kết nối với nhau thông qua node hoặc gateway: bộ tập trung (concentratorv) giữa WAN và NAN, thiết bị đo điện tử (emetter) giữa NAN và HAN. Mỗi node đều giao tiếp với các node lân cận. Bộ tập trung tập hợp dữ liệu từ thiết bị đo và gửi thông tin vềnhà điều hành lưới điện.

    Thiết bị đo điện tử thu thập dữ liệu điện sử dụng của căn nhà hay hộ kinh doanh bằng cách giao tiếp gateway tại hộ gia đình hoặc hoạt động như gateway tại hộ gia đình.

    Mỗi vùng mạng sử dụng công nghệthông tin liên lạc khác nhau và các giao thức tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn và dung lượngdữ liệu được truyền. Ngoài ra còn có lựa chọn giữa truyền dẫn không dây và truyền thông tin trên đường dây điện (PLC).

    Vùng mạng Giao thức
    		 Ưu điểm Nhược điểm
    		 Khuyến nghị
    WAN Wireless (2G/3G/LTE cellular, GPRS) Tận dụng được cơ sở hạ tầng mạng di động đã có sẵn và vùng phủ sóng rộng Công ty năng lượng phải thuê hạ tầng từ nhà cung cấp dịch vụ di động với chi phí hàng tháng Dùng cho mạng không dây
    HAN Wireless ISM Đường dài, kết nối máy biến áp Hạ tầng nghèo nàn, nhiều điểm mất tín hiệu, phức tạp vận hành và bảo trì Chỉ dùng trong một số sơ đồ kết nối đặc biệt
    IEEE® 802.15.4g Đường dài, kết nối máy biến ápv Chưa được chấp thuận Dùng cho một số sơ đồ kết nối
    ZigBee® Chi phí thấp, tiêu thụ điện năng thấp cho phép pin hoạt động lâu; tiêu chuẩn phổ biến Khoảng cách ngắn, tốc độ  truyền thấp Chỉ dùng trong mạng hộ gia đình
    First generation PLC (FSK, Yitran, Echelon®) Giá thành thấp Độ tin cậy và băng thông thấp Băng thông và độ tin cậy không thích hợp cho lưới điện thông minh
    Early generation narrowband OFDM Khoảng cách xa hơn, băng thông và độ tin cậy tốt hơn điều chết FSK Không qua được hệ thống truyền tải và tương thích với PLC Không dùng do giá thành và sự tương thích
    Broadband PLC Tốc độ truyền cao Không qua được hệ thống máy biến áp Tăng chi phí hạ tầng làm chi phí đầu tư quá cao
    G3-PLC Truyền tải tầm xa với độ tin cậy, qua các biến áp, giảm chi phí cơ sở hạ tầng, tốc độ dữ liệu cao hỗ trợ hai chiều thông tin liên lạc, cùng tồn tại với FSK; tiêu chuẩn mở, hỗ trợ IPv6 Chưa được chấp thuận Cực kỳ thích hợp với mạng lân cận NAN
    HAN ZigBee Tiêu chuẩn phổ biến với chi phí và năng lượng tiêu hao thấp Khoảng cách truyền ngắn Thích hợp với thiết bị đo nước và gas
    Wi-Fi® Giao thức Phổ biến Khoảng cách truyền trung bình, không thích hợp các tòa nhà tốt cho các ứng dụng thương mại thông thường, không phù hợp cho các công ty năng lượng
    First-generation PLC (FSK, Yitran, Echelon) Giá thành thấp Không hỗ trợ trong hộ gia đình Không dùng trong nhà do mức giao tiếp cao
    Early generation narrowband OFDM Khoảng cách tốt hơn, băng thông và độ tin cậy hơn FSK Không qua các máy biến áp, không tương thích với PLC Không dùng do thiết kế mới và giá thành cao
    Broadband PLC Băng thông cao Khoảng cách ngắn không đủ cho mạng lân cận NAN Tốt cho các ứng dụng thương mại nhưng không định hướng cho ứng dụng đo điện
    G3-PLC Độ tin cậy cao, tốc độ truyền tốt, hỗ trợ IP v6 devices Tiêu chuẩn chưa được chấp nhận

    Rất thích hợp với mạng trong nhà HAN

    Mạng WAN kết nối trung tâm điều khiển nhà điều hành lưới điện và bộ  tập trung. WAN có thể kết nối bằng cáp quang hoặc không dây sử dụng giao thức Ethernet hoặc di động.

    Di động hoặc WiMAX ® được sử dụng phổ biến nhất kết nối trung tâm điều khiển và bộ tập trung. NAN kết nối bộ tâp trung và đồng hồ đo. Nó sử dụng giao thức không dây hoặc PLC. Thông thường, bộ tập trung kết nối hàng trăm thiết bị đo.Các tiêu chuẩn IEEE 802.15.4g không dây, IEEE P1901, và tiêu chuẩn ITU-T G.hnem đang được phát triển cho PLC.

    Vùng WAN NAN HAN
    Bắc Mỹ Cellular, WiMAX G3-PLC, HomePlug®, IEEE 802.15.4g, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, proprietary wireless, Wi-Fi G3-PLC, HomePlug, ITU-T G.hn, Wi-Fi, ZigBee, Z-Wave
    Châu ÂU
    		 Cellular G3-PLC, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, PRIME, Wi-Fi G3-PLC, HomePlug, ITU-T G.hn, Wi-Fi, Wireless M-Bus, ZigBee
    Trung Quốc
    		 Cellular, band translated WiMAX G3-PLC, RS-485, wireless to be determined G3-PLC, RS-485, Wi-Fi, to be determined
    Các quốc gia còn lại Cellular, WiMAX G3-PLC, HomePlug, IEEE 802.15.4g, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, PRIME, RS-485, Wi-Fi G3-PLC, HomePlug, ITU-T G.hn, RS-485, Wi-Fi,

    HAN kết nối các thiết bị bên trong nhà. HANhỗ trợ các chức năng chẳng hạn thải khí khi khởi động, chia sẻ dữ liệu tiêu thụ với màn hình trong nhà, hoặc cho phép một chương trình trả trước kích hoạt thẻ.

    Ban đầu giao thứcPLC dùng chủ yếu trênhệ thống sạc điện. Ngày nay do yêu cầu dữ liệu cholưới thông minh, HAN cũng có thể bao gồm: giao thức điểm-điểm (P2P) giữa các thiết bị bên trong nhà, thông tin liên lạc với thiết bị điều khiển từ xa cầm tay, điều khiển ánh sáng, và khí đốt hoặc đồng hồ nước.

    Các giao thức như RS-485, ZigBee, Z-Wave ®, và HomePlug được sử dụng cho mạng này. Nếu có gateway riêng giao thức nàysử dụng để giao tiếp với các thiết bị, máy điều hòa, và các thiết bị khác.