M
Để có thể hoạt động được tại môi trường khắc nghiệt của trạm biến áp, thiết bị được sử dụng phải hoạt động được ở dải nhiệt độ rộng, và được thiết kế để đáp ứng những yêu cầu về tương thích điện từ (EMC). Thêm vào đó, sản phẩm phải đáp ứng được tiêu chuẩn IEC 61850, có khả năng chống nhiễu điện từ, và có khả năng chống chịu rung sốc. Phản hồi từ phía khách cho thấy rằng thiết bị hoạt động bền bỉ và mạnh mẽ đo đó nó có độ tin cậy cao, giảm thời gian gián đoạn, và giảm thiểu yêu cầu về bảo trì, bảo dưỡng.
Giới thiệu
Công nghệ trạm biến áp đã phát triển đáng kể từ khi hệ thống phân phối điện đầu tiên đi vào hoạt động vào cuối những năm 1800. Ngày nay, dù hàng trăm nghìn trạm với đủ các kích cỡ và chủng loại khác nhau đang hoạt động trên toàn thế giới, những dự án cải tạo và xây dựng mới trạm biến áp vẫn đang được khởi động ngày càng nhiều. Trong một nghiên cứu (thực hiện bởi Pike Research), ước tính khoảng 150000 trạm điện sẽ được tự động hóa vào năm 2020.
Một cái nhìn chi tiết về các ưu điểm và lợi ích mà IEC 61850 mang lại. Việc triển khai một chuỗi những qui tắc, qui định và yêu cầu thuật ban đầu có thể khá khó khăn, tuy nhiên nó mang lại rất nhiều ưu điểm. Ví dụ như, trong khi tại các trạm biến áp truyền thống, hàng ngàn thiết bị liên lạc với nhau ở tốc độ tương đối thấp thông qua cáp đồng, thì các IED tại các trạm biến áp theo chuẩn IEC 61850 hiện tại kết nối tốc độ cao với nhau thông qua nền tảng Ethernet, giúp dễ dàng triền khai một hệ thống quản lý toàn diện, bảo trì và điều khiển trực tiếp thông qua hệ thống SCADA tập trung.
Tại sao nên đầu tư Trạm IEC 61850
Cho dù đang phải cân nhắc giữa việc nâng cấp một trạm biến áp hiện hữu hoặc xây mới, những ưu điểm của việc triển khai tiêu chuẩn IEC 61850 là đồng nhất:
Kiến trúc đơn giản: Hàng ngàn IED trong một trạm biến áp hiện đạo sử dụng định vị thông minh nhằm xử lý quá trình ra quyết định tại hiện trường và kết nối với những thiết bị khác thông qua các switch Ethernet trong hệ thống mạng của trạm biến áp.
Độ tin cậy tuyệt vời: Tiêu chuẩn IEC 61850 đưa ra những trọng tâm trong quá trình thiết kế để mạng lại độ ổn tịnh cao. Không những đáp ứng khả năng họa động trong những điều kiện môi trường khắc nghiệt của thiết bị mà còn cung cấp một hệ thống mạng với nhiều cấp độ dự phòng khác nhau.
Nền tảng thiết kế của tương lai: Một trong những ưu điểm chính của việc triển khai mạng Ethernet là dễ dàng mở rộng khi có nhu cầu phát triển. Thêm vào đó, bất kỳ sản phẩm mới nào được kết nối đến một trạm IEC 61850 hiện hữu đều được yêu cầu phải tương thích hoàn toàn với những gì hiện có.
Không phụ thuộc vào nhà cung cấp: Thực tế các sản phẩm IEC 61850 được sản xuất bởi các công ty khác nhau đều được yêu cầu sử dụng chung một loại ngôn ngữ nhằm mang lại một lợi thế khổng lồ cho các nhà tích hợp hệ thống, nhờ đó họ có thể lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất từ các nhà cung cấp khác nhau.
IEC 61850 là gì?
Tiêu chuẩn IEC 61850 sử dụng các nguyên tắc lập trình hướng đối tượng hiện đại nhằm xác định một mô hình trạm biến áp hoàn chình ảo, có thể được thử nghiệm và tinh chỉnh trong một mô hình máy tính trước khi được triển khai với những thiết bị thực tế. Do tiêu chuẩn này là “mở”, bất kì nhà sản xuất phần cứng nào cũng có thể cung cấp những sản phẩm đáp ứng IEC61850, giúp các kỹ sư có quyền lựa chọn những sản phẩm tốt nhất cho dự án họ đang triên khai. Những điểm nhấn của tiêu chuẩn này bao gồm:
Đường truyền dữ liệu chính dựa trên nền tảng truyền thông Ethernet với bằng thông lớn được sử dụng để truyền các gói dữ liệu từ các thiết bị được kết nối trong hệ thống mạng.
Đảm bảo khả năng tương thích với những sản phẩm đáp ứng IEC 61850 từ những nhà cung cấp khác nhau, giúp việc mở rộng hoạt động của trạm dễ dàng hơn khi có nhu cầu.
Tiêu chuẩn IEC 61850 đề cao việc sử dụng ngôn ngữ cấu hình trạm nền tảng XML nhằm xác định thông số cấu hình cuả hàng loạt IED được sử dụng trong Trạm.
Truyền thông tốc độ cao giữa các IED (thiết bị điện tử thông minh) với những khoảng thời gian chuyển tin được đảm bảo bởi việc gắn thẻ ưu tiên cho các gói tin trên nền tảng Ethernet.
Tiêu chuẩn IEC 61850 chia quá trình vận hành trạm biến áp thành ba cấp độ riêng biệt:
Mức quá trình: Mức quá trình bao gồm các thiết bị như máy cắt và thiết bị thu thập dữ liệu sử dụng để đo dòng điện, điện áp, và các thông số khác trong các phần khác nhau của trạm biến áp
Mức ngăn lộ: Mức ngăn lộ bao gồm các IED đóng vai trò thu thập các số liệu được cung cấp bởi các thiết bị ở mức quá trình. Các IED có thể đưa ra những quyết định điều khiền tại chỗ, truyền dẫn dữ liệu tới các IED khác, hoặc gửi dữ liệu đến hệ thống SCADA trạm phục vụ quá trình xử lý và giám sát.
Mức trạm: Mức Trạm là nơi đặt HMIs và SCADA servers, cũng là nơi vận hành viên giám sát trạng thái của trạm biến áp.
Hơn nữa, tiêu chuẩn IEC 61850 cũng định nghĩa Process Bus (bus quá trình) và Station Bus (bus trạm), như minh họa trong biểu đồ sưới đây. Bus quá trình xử lý việc truyền thông giữa mức quá trình và mức ngăn lộ, và bus trạm xử lý truyền thông giữa mức trạm và mức ngăn lộ.
Truyền thông IEC 61850
IEC 61850 là tiêu chuẩn tự động hóa trạm biến áp và là một phần trong IEC TC57 áp dụng cho các hệ thống điện năng. Các giao thức truyền dẫn được sử dụng để xử lý những loại truyền dẫn thông tinh đặc trưng là một phần của tiêu chuẩn IEC 61850. Các mô hình dữ liệu ngữ nghĩa được định nghĩa trong IEC 61850 có thể được ánh xạ tới một số giao thức, bao gồm MMS, GOOSE, và SMV. Những giao thức này có thể chạy trên các mạng tốc độ cao như TCP/IP nhằm đảm bảo thời gian đáp ứng nhanh (<4ms) cần thiết cho rơ le bảo về.
MMS: Các trạng thái thông tin của trạm sử dụng cho mục đích giám sát được gửi đi bằng giao thức MMS
GOOSE: Những dữ liệu quan trọng như tín hiệu điều khiển và cảnh báo được gửi bằng GOOSE
SMV: Các dữ liệu về đo lường công dòng điện và điện áp được gửi bằng SMV.
Cách 3 giao thức này phối hợp trong truyền thông trạm biến áp
Bước 1: Sau khi ghi nhận dòng điện trong đường dây đang quá cao, một thiết bị merging unit (bộ trộn dữ liệu) sẽ gửi một tin nhắn bằng giao thức SMV đến một rơ le bảo vệ.
Bước 2: Rơ le bảo vệ sử dụng giao thức GOOSE để thông báo cho các đơn vị điều khiển thông minh để ngắt mạch
Bước 3: Sau khi tắt nguồn, các đơn vị điều khiển thông minh sử dụng giao thức GOOSE nhằm thông báo cho các rơ le bảo vệ rằng điện đã bị ngắt.
Bước 4: Những rơ le bảo về dùng giao thức MMS nhằm thông báo cho SCADA server rằng nguồn điện đã bị ngắt.
Bước 5: SCADA server đưa ra cảnh báo.
Sự phát triển của Tự động hóa trạm
Vào những năm 1960, một trạm biến áp thông thường khá cồng kềnh, các thiết bị được được kết nối với nhau thông cáp đồng hoặc cáp quang.
Sự ra đời của giao thức IEC61850 Station bus: Trong những năm 1980, đây là một bước tiến lớn đầu tiên trên quá trình triển khai một hệ thống mạng trạm biến áp đa nhiệm.
Tự động hóa Trạm với Trạm IEC 61850 và Process Bus
Vào năm 2005, tiêu chuẩn IEC đã được cải thiện rất nhiều bằng cách định nghĩa ra Process Bus để kết nối với mức quá trình với mức ngăn lộ
Trào lưu tiếp theo của IEC 61850
Sự phát triển mới nhất trong hệ thống tiêu chuẩn IEC 61850 bao gồm cả giao thức PRP/HSR vào năm 2010. PRP/HSR (parallel redundancy protocol / high-availability seamless redundancy) xác định làm thế nào để sử dụng 2 mạng Ethernet nhằm đảm bảo sự liên tục trong trường hợp một mạng dự phòng bị lỗi.
Giới thiệu
Công nghệ trạm biến áp đã phát triển đáng kể từ khi hệ thống phân phối điện đầu tiên đi vào hoạt động vào cuối những năm 1800. Ngày nay, dù hàng trăm nghìn trạm với đủ các kích cỡ và chủng loại khác nhau đang hoạt động trên toàn thế giới, những dự án cải tạo và xây dựng mới trạm biến áp vẫn đang được khởi động ngày càng nhiều. Trong một nghiên cứu (thực hiện bởi Pike Research), ước tính khoảng 150000 trạm điện sẽ được tự động hóa vào năm 2020.
Một cái nhìn chi tiết về các ưu điểm và lợi ích mà IEC 61850 mang lại. Việc triển khai một chuỗi những qui tắc, qui định và yêu cầu thuật ban đầu có thể khá khó khăn, tuy nhiên nó mang lại rất nhiều ưu điểm. Ví dụ như, trong khi tại các trạm biến áp truyền thống, hàng ngàn thiết bị liên lạc với nhau ở tốc độ tương đối thấp thông qua cáp đồng, thì các IED tại các trạm biến áp theo chuẩn IEC 61850 hiện tại kết nối tốc độ cao với nhau thông qua nền tảng Ethernet, giúp dễ dàng triền khai một hệ thống quản lý toàn diện, bảo trì và điều khiển trực tiếp thông qua hệ thống SCADA tập trung.
Tại sao nên đầu tư Trạm IEC 61850
Cho dù đang phải cân nhắc giữa việc nâng cấp một trạm biến áp hiện hữu hoặc xây mới, những ưu điểm của việc triển khai tiêu chuẩn IEC 61850 là đồng nhất:
Kiến trúc đơn giản: Hàng ngàn IED trong một trạm biến áp hiện đạo sử dụng định vị thông minh nhằm xử lý quá trình ra quyết định tại hiện trường và kết nối với những thiết bị khác thông qua các switch Ethernet trong hệ thống mạng của trạm biến áp.
Độ tin cậy tuyệt vời: Tiêu chuẩn IEC 61850 đưa ra những trọng tâm trong quá trình thiết kế để mạng lại độ ổn tịnh cao. Không những đáp ứng khả năng họa động trong những điều kiện môi trường khắc nghiệt của thiết bị mà còn cung cấp một hệ thống mạng với nhiều cấp độ dự phòng khác nhau.
Nền tảng thiết kế của tương lai: Một trong những ưu điểm chính của việc triển khai mạng Ethernet là dễ dàng mở rộng khi có nhu cầu phát triển. Thêm vào đó, bất kỳ sản phẩm mới nào được kết nối đến một trạm IEC 61850 hiện hữu đều được yêu cầu phải tương thích hoàn toàn với những gì hiện có.
Không phụ thuộc vào nhà cung cấp: Thực tế các sản phẩm IEC 61850 được sản xuất bởi các công ty khác nhau đều được yêu cầu sử dụng chung một loại ngôn ngữ nhằm mang lại một lợi thế khổng lồ cho các nhà tích hợp hệ thống, nhờ đó họ có thể lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất từ các nhà cung cấp khác nhau.
IEC 61850 là gì?
Tiêu chuẩn IEC 61850 sử dụng các nguyên tắc lập trình hướng đối tượng hiện đại nhằm xác định một mô hình trạm biến áp hoàn chình ảo, có thể được thử nghiệm và tinh chỉnh trong một mô hình máy tính trước khi được triển khai với những thiết bị thực tế. Do tiêu chuẩn này là “mở”, bất kì nhà sản xuất phần cứng nào cũng có thể cung cấp những sản phẩm đáp ứng IEC61850, giúp các kỹ sư có quyền lựa chọn những sản phẩm tốt nhất cho dự án họ đang triên khai. Những điểm nhấn của tiêu chuẩn này bao gồm:
Đường truyền dữ liệu chính dựa trên nền tảng truyền thông Ethernet với bằng thông lớn được sử dụng để truyền các gói dữ liệu từ các thiết bị được kết nối trong hệ thống mạng.
Đảm bảo khả năng tương thích với những sản phẩm đáp ứng IEC 61850 từ những nhà cung cấp khác nhau, giúp việc mở rộng hoạt động của trạm dễ dàng hơn khi có nhu cầu.
Tiêu chuẩn IEC 61850 đề cao việc sử dụng ngôn ngữ cấu hình trạm nền tảng XML nhằm xác định thông số cấu hình cuả hàng loạt IED được sử dụng trong Trạm.
Truyền thông tốc độ cao giữa các IED (thiết bị điện tử thông minh) với những khoảng thời gian chuyển tin được đảm bảo bởi việc gắn thẻ ưu tiên cho các gói tin trên nền tảng Ethernet.
Tiêu chuẩn IEC 61850 chia quá trình vận hành trạm biến áp thành ba cấp độ riêng biệt:
Mức quá trình: Mức quá trình bao gồm các thiết bị như máy cắt và thiết bị thu thập dữ liệu sử dụng để đo dòng điện, điện áp, và các thông số khác trong các phần khác nhau của trạm biến áp
Mức ngăn lộ: Mức ngăn lộ bao gồm các IED đóng vai trò thu thập các số liệu được cung cấp bởi các thiết bị ở mức quá trình. Các IED có thể đưa ra những quyết định điều khiền tại chỗ, truyền dẫn dữ liệu tới các IED khác, hoặc gửi dữ liệu đến hệ thống SCADA trạm phục vụ quá trình xử lý và giám sát.
Mức trạm: Mức Trạm là nơi đặt HMIs và SCADA servers, cũng là nơi vận hành viên giám sát trạng thái của trạm biến áp.
Hơn nữa, tiêu chuẩn IEC 61850 cũng định nghĩa Process Bus (bus quá trình) và Station Bus (bus trạm), như minh họa trong biểu đồ sưới đây. Bus quá trình xử lý việc truyền thông giữa mức quá trình và mức ngăn lộ, và bus trạm xử lý truyền thông giữa mức trạm và mức ngăn lộ.
Truyền thông IEC 61850
IEC 61850 là tiêu chuẩn tự động hóa trạm biến áp và là một phần trong IEC TC57 áp dụng cho các hệ thống điện năng. Các giao thức truyền dẫn được sử dụng để xử lý những loại truyền dẫn thông tinh đặc trưng là một phần của tiêu chuẩn IEC 61850. Các mô hình dữ liệu ngữ nghĩa được định nghĩa trong IEC 61850 có thể được ánh xạ tới một số giao thức, bao gồm MMS, GOOSE, và SMV. Những giao thức này có thể chạy trên các mạng tốc độ cao như TCP/IP nhằm đảm bảo thời gian đáp ứng nhanh (<4ms) cần thiết cho rơ le bảo về.
MMS: Các trạng thái thông tin của trạm sử dụng cho mục đích giám sát được gửi đi bằng giao thức MMS
GOOSE: Những dữ liệu quan trọng như tín hiệu điều khiển và cảnh báo được gửi bằng GOOSE
SMV: Các dữ liệu về đo lường công dòng điện và điện áp được gửi bằng SMV.
Cách 3 giao thức này phối hợp trong truyền thông trạm biến áp
Bước 1: Sau khi ghi nhận dòng điện trong đường dây đang quá cao, một thiết bị merging unit (bộ trộn dữ liệu) sẽ gửi một tin nhắn bằng giao thức SMV đến một rơ le bảo vệ.
Bước 2: Rơ le bảo vệ sử dụng giao thức GOOSE để thông báo cho các đơn vị điều khiển thông minh để ngắt mạch
Bước 3: Sau khi tắt nguồn, các đơn vị điều khiển thông minh sử dụng giao thức GOOSE nhằm thông báo cho các rơ le bảo vệ rằng điện đã bị ngắt.
Bước 4: Những rơ le bảo về dùng giao thức MMS nhằm thông báo cho SCADA server rằng nguồn điện đã bị ngắt.
Bước 5: SCADA server đưa ra cảnh báo.
Sự phát triển của Tự động hóa trạm
Vào những năm 1960, một trạm biến áp thông thường khá cồng kềnh, các thiết bị được được kết nối với nhau thông cáp đồng hoặc cáp quang.
Sự ra đời của giao thức IEC61850 Station bus: Trong những năm 1980, đây là một bước tiến lớn đầu tiên trên quá trình triển khai một hệ thống mạng trạm biến áp đa nhiệm.
Tự động hóa Trạm với Trạm IEC 61850 và Process Bus
Vào năm 2005, tiêu chuẩn IEC đã được cải thiện rất nhiều bằng cách định nghĩa ra Process Bus để kết nối với mức quá trình với mức ngăn lộ
Trào lưu tiếp theo của IEC 61850
Sự phát triển mới nhất trong hệ thống tiêu chuẩn IEC 61850 bao gồm cả giao thức PRP/HSR vào năm 2010. PRP/HSR (parallel redundancy protocol / high-availability seamless redundancy) xác định làm thế nào để sử dụng 2 mạng Ethernet nhằm đảm bảo sự liên tục trong trường hợp một mạng dự phòng bị lỗi.