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.
Quy trình xác định yêu cầu cho IEC 61850
Bước 1 – Xác định yêu cầu chức năng vận hành
Xác định chức năng vận hành phải được thực hiện bởi kỹ sư vận hành trạm biến áp là bước quan trọng nhất. Kết quả của bước này sẽ được chuyển cho nhà cung cấp thiết bị, tích hợp hệ thống để đưa ra thiết kế chi tiết (bao gồm áp dụng công nghệ iec-61850).
Xác định yêu cầu chức năng vận hành chỉ phụ thuộc vào chức năng vận hành, không phụ thuộc vào tính năng thiết bị một hãng cụ thể.
Sau khi xác định chức năng vận hành, cần chi tiết các yêu cầu chức năng vận hành trước khi xác định yêu cầu cho IEC-61850.
Việc xác định yêu cầu bao gồm:
1. Bản vẽ thiết kế điện trạm biến áp.
2. Liệt kê các thiết bị gồm: biến dòng (CT), biến áp (VT), máy cắt (circuit breaker), băng tụ bù, máy biến áp, điều lưới dưới tải (load tap changer).
3. Xác định dữ liệu có sẵn và yêu cầu.
4. Xác định phương pháp bảo vệ: thông báo sự cố nào sẽ vận hành thiết bị nào.
5. Xác định yêu cầu cho hệ thống SCADA: xác định thông tin cần thiết theo thời gian thực tại thiết bị master điều khiển trạm biến áp, và / hoặc thông tin trung tâm SCADA vận hành yêu cầu, khả năng / điểm / thông số cần thiết.
6. Xác định yêu cầu luồng thông tin: xác định thông tin yêu cầu / gửi đi từ mỗi thiết bị trạm. Bao gồm thông tin trao đổi trong trạm và giữa trạm với trung tâm vận hành điện lực.
7. Xác định yêu cầu bảo mật thông tin: xác định thông tin cần và mức độ bảo mật.
8. Xác định yêu cầu quản lý mạng và hệ thống: xác định khả năng cần thiết theo dõi, cảnh báo, điều khiển, tự động hoá, chuẩn đoán, bảo trì, sửa chữa, và lưu lại thông tin hạ tầng thông tin.
Xác định chức năng tự động hoá trạm biến áp sử dụng cách tiếp cận khác với phương pháp kỹ sư đã dùng khi xây dựng trạm biến áp mới.
Việc xác định chức năng không chỉ là mua mới thiết bị, nó bao gồm việc liệt kê yêu cầu của tất cả thiết bị liên quan để sử dụng hết chức năng tự động hoá trạm biến áp dựa trên tiêu chuẩn iec-61850. Việc này bao gồm cả các khâu vận hành, bảo vệ, kế hoạch, công nghệ, bảo trì, quản lý dữ liệu, bảo mật, vận hành thị trường, doanh nghiệp.
Các chức năng vận hành tập trung nhiều hơn vào cái gì xảy ra hơn là như thế nào. Vì vậy kĩ thuật thích hợp nhất là kĩ thuật mô hình hoá modeling. Kĩ thuật mô hình hoá cho phép miêu tả chức năng và sự tương tác giữa chúng (Hình 1).
Hình 1 - Tự động hoá trạm biến áp dùng Substation Configuration Language.
Dùng kĩ thuật mô hình cho phép vẽ và điều chỉnh chức năng phục vụ cho các bên liên quan. Chức năng sẽ được tinh chỉnh, làm rõ và hoàn thiện trước khi đưa ra yêu cầu cho thiết kế và yêu cầu mua sắm phần mềm.
Tự động hoá trạm biến áp không chỉ gồm thiết bị mà còn cả hạ tầng truyền thông theo dõi và quản lý thiết bị, bao gồm tất cả chức năng iec-61850.
Vì thế khi tự động hoá trạm biến áp ngoài thiết kế vật lý và điện, cần phải phân tích yêu cầu thông tin và xác định luồng thông tin giữa các thiết bị và hệ thống.
Kĩ thuật mô hình hoá được dùng để xác định yêu cầu hạ tầng và truyền thông tối ưu nhất.
Bước 2 – Xác định node vật lý và yêu cầu dữ liệu IEC 61850
1. Dựa trên yêu cầu chức năng, xác định nút vật lý nào (logical node) cho thiết bị nào. Mặc dù các nhà cung cấp thiết bị / tích hợp hệ thống có thể chọn điểm khởi tạo logical node cho các thiết bị điều khiển / IED khác nhau nhưng số các logical node phải giống nhau để đảm bảo yêu cầu chức năng giống nhau.
2. Lựa chọn dữ liệu khởi tạo trong mỗi logical node dựa trên yêu cầu yêu cầu chức năng.
Bước 3 – Xác định trao đổi dữ liệu IEC 61850 trong trạm
Cần xác định dữ liệu trao đổi giữa các thiết bị trong trạm, đặc biệt là giữa các thiết bị bảo vệ và máy cắt, các chức năng tự động hoá tạo thành vòng kín (closed-loop automated functions) trong trạm, theo dõi, cảnh báo, báo cáo và ghi nhật ký cho bộ điều khiển trạm biến áp (substation master).
Bước này được thực hiện bởi sự kết hợp giữa kĩ sư trạm với nhà cung cấp thiết bị / tích hợp hệ thống.
Trong bước 1, ta xác định kiểu dữ liệu được trao đổi. Còn trong bước này, ta xác định cụ thể mục dữ liệu iec-61850 nào được gửi đi, từ đâu, trong điều kiện nào.
Trong thuật ngữ IEC-61850, dữ liệu trao đổi được gọi là PICOM (pieces of information for communication). Phụ lục A tiêu chuẩn IEC 61850-5 liệt kê các nguồn PICOM phổ biến và nút vật lý truyền đến (sink logical nodes). Trong phụ lục B IEC 61850-5, PICOM được phân loại theo yêu cầu ứng dụng hay sử dụng nhất.
Miêu tả các PICOM không cố định nhưng rất thuận tiện và là ví dụ để sử dụng.
Trao đổi dữ liệu cần xác định rõ thời gian truyền trung bình và tối đa, thời gian đáp ứng trung bình và tối đa, kích thước thông điệp trung bình và tối đa, độ bảo mật, sẵn sàng, khả năng sao lưu và hoặc dự phòng và các tiêu chí thực hiện khác.
Bước 4 – Xác định trao đổi dữ liệu IEC 61850 với các hệ thống ngoài trạm
Kỹ thuật mô hình hoá rất thuận tiện để mô phỏng mối quan hệ phức tạp giữa các hệ thống khác nhau. Kỹ thuật này đặc biệt hữu ích mô tả trao đổi dữ liệu giữa các đối tượng iec-61850. Khi mô tả các vấn đề và câu hỏi sau cần phải làm rõ:
Dữ liệu được theo dõi:
Người dùng nào (Con người, hệ thống, ứng dụng) cần dữ liệu.
Nguồn dữ liệu là gì? Có dữ liệu thay thế không nếu nguồn chính bị mất ?
Dữ liệu được yêu cầu thế nào (liên tục, khi thay đổi hoặc khi có yêu cầu của người dùng)?
Độ quan trọng của dữ liệu thế nào? Có phải bảo vệ dữ liệu khỏi sự thay đổi của người không có thẩm quyền ? Sự thay đổi có cần lưu lại cho quá trình theo dõi sau này?
Độ bảo mật dữ liệu thế nào? Dữ liệu có được để sử dụng chung ? Hoặc giới hạn sử dụng cho nhóm người dùng cụ thể ?
Điều gì xảy ra nếu dữ liệu bị mất hoặc không hợp lệ (phát ra cảnh báo, ghi vào tệp tin theo dõi, khiến thực thi ứng dụng, bị bỏ qua, khiến thiết bị chuyển sang hoạt động chế độ không điều khiển (local mode), khởi động lại hoặc báo lỗi)?
Điều gì xảy ra nếu dữ liệu chỉ ra hệ thống đang bị sự cố?
Thiết lập thông số và điều khiển:
Ai được phép điều khiển hoặc thiết lập thông số thiết bị?
Khi nào các thay đổi về thiết lập và điều khiển được chấp nhận (bất kì lúc nào, chỉ trong khi bảo dưỡng trạm, chỉ khi thiết bị được chỉ định, hoặc chỉ khi dữ liệu chỉ ra thiết bị được cho phép như đang trong chế độ điều khiển từ xa) ?
Mức độ bảo vệ khi thay đổi thiết lập và điều khiển ? Người dùng phải đăng nhập để thực hiện ? Dùng mật khẩu để xác định quyền (role-based access by password) ? Có cần mật khẩu hay không ?
Điều gì xảy ra nếu lỗi điều khiển ( phát ra cảnh báo, ghi lại vào log, bỏ qua, thực thi ứng dụng, khiến thiết bị chuyển sang chế độ hoạt động local mode, khiến thiết bị tắt, khởi động lại hoặc báo lỗi).
Bước 5 – Xác định phương pháp Kiểm tra Tương thích (Conformance Testing)
Yêu cầu thiết bị cung cấp thư tương thích IEC-61850 rất quan trọng vì nó đảm bảo sự làm việc tương tác giữa các thiết bị. Quy trình thử tương tích được đưa ra vào năm 2004, IEC 61860 phần 10.
Bước 6 – Xác định phần mềm cấu hình IEC 61850
Nhà cung cấp thiết bị phải cung cấp phần mềm quản lý theo mô hình đối tượng, giao thức truyền thông, dịch vụ công nghệ thông tin như bảo mật và quản lý mạng.