Mô hình hệ thống điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối

Bài viết này đề xuất ứng dụng thiết bị đo năng lượng đa năng MFM 384, kết hợp với PLC để tạo thành hệ điều khiển và giám sát đảm bảo tính đơn giản, hiệu quả và giá thành thấp, chấp nhận được. Một mô hình được xây dựng, các kết quả thực nghiệm thể hiện tính hiệu quả và khả thi của giải pháp đưa ra.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình hệ thống điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối Kỹ thuật điều khiển & Điện tử MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO TRẠM ĐIỆN PHÂN PHỐI Đào Huy Du* Tóm tắt: Hiện nay, các hệ thống điều khiển giám sát (SCADA) ngày càng được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong công nghiệp phân phối và truyền tải điện năng. Hầu hết các trạm điện phân phối ở nước ta đã được trang bị đồng bộ hệ thống SCADA. Tuy nhiên, đối với các trạm phân phối nhỏ, đặc biệt là các trạm hạ áp dùng trong các cơ quan, xí nghiệp việc trang bị một hệ thống như vậy là tốn kém và không hiệu quả. Bài báo này đề xuất ứng dụng thiết bị đo năng lượng đa năng MFM 384, kết hợp với PLC để tạo thành hệ điều khiển và giám sát đảm bảo tính đơn giản, hiệu quả và giá thành thấp, chấp nhận được. Một mô hình được xây dựng, các kết quả thực nghiệm thể hiện tính hiệu quả và khả thi của giải pháp đưa ra. Từ khóa: SCADA, Giám sát, Điều khiển, Trạm phân phối, Trạm hạ áp. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống điện Việt Nam đang được đầu tư xây dựng ngày càng nhiều các đường dây và trạm biến áp (TBA) cũng như mở rộng các TBA đã đầu tư xây dựng trước đây: xây dựng các máy biến áp (MBA) số hai và các xuất tuyến trung áp nhằm mục đích đảm bảo cung cấp điện, đảm bảo sự tăng trưởng của phụ tải. Mặt khác, hệ thống điện Việt Nam ngày càng được hiện đại hóa bằng các thiết bị điện hiện đại. Việc quản lý, giám sát, điều khiển và vận hành hệ thống điện cũng không ngừng được nâng cao với sự trợ giúp của các thiết bị tự động hóa, thiết bị truyền tin và điều khiển từ xa với các hệ thống giám sát điều khiển hệ thống điện SCADA (Supervisory Control And Data Acquision). Hơn nữa, khi xảy ra sự cố trong TBA quá trình nhận dạng, phát hiện, cách ly và xác định chính xác tình trạng sự cố càng nhanh sẽ càng có lợi, giúp cho việc khôi phục lại chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ [1], [2]. Tuy nhiên, trong các trạm phân phối nhỏ, các trạm hạ áp (THA) sử dụng trong phạm vi của một cơ quan, nhà máy xí nghiệp, hầu như không được trang bị các hệ thống tự động hóa; việc điều khiển giám sát đều do con người đảm nhiệm. Trong bài báo này, tác giả xây dựng một mô hình thu nhỏ của trạm điện phân phối ứng dụng đồng hồ đo đa năng Selec MFM384-C và PLC S7-1200 kết nối với giao diện HMI để điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu từ trạm. Thông tin được truyền tải qua hệ thống mạng cục bộ (LAN), giao diện HMI xây dựng trên nền tảng phần mềm WinCC của hãng Siemens giúp cung cấp những thông tin cơ bản như: công suất tiêu thụ, năng lượng sử dụng, tình trạng các thiết bị, ... của TBA và thao tác điều khiển trạm một cách có hiệu quả. Giải pháp đơn giản, hiệu quả sẽ giúp việc vận hành và bảo dưỡng TBA, cũng như quản lý năng lượng tiêu thụ của đơn vị tốt hơn. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TBA PHÂN PHỐI Các TBA đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng. Tuy nhiên cấu trúc của một TBA hoàn chỉnh thường phức tạp, gồm nhiều thiết bị đo lường, đóng cắt và bảo vệ khác nhau. Vì vậy, để xây dựng mô hình đầy đủ của một TBA thường khá khó khăn. Nhằm thể hiện khả năng của hệ thống SCADA trong việc điều khiển và giám sát cho các TBA, đặc biệt là các trạm nhỏ, trạm hạ áp, tác giả xây dựng một mô hình giản lược của trạm điện phân phối. Xét sơ đồ nguyên lý chung của một trạm điện hạ áp như sau: 180 Đào Huy Du, “Mô hình hệ thống điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối.” Thông tin khoa học công nghệ Hình 1. Sơ đồ nguyên lý TBA phân phối hạ áp. Từ nguyên lý chung, ta có sơ đồ khối tủ điện mô hình hệ thống điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối như hình 2 dưới đây. Hệ thống được thiết kế bao gồm các phần tử chính như sau:  Mô hình máy cắt MC: dùng khởi động từ (LS Contactor 32A) làm mô hình thay thế cho máy cắt trong các TBA.  Thiết bị đo năng lượng (RTU): sử dụng đồng hồ đa năng MFM384-C có khả năng truyền thông. Tín hiệu dòng của 3 pha lấy về đồng hồ qua 3 máy biến dòng CT có tỷ số 50/5A. Tín hiệu áp các pha lấy trực tiếp từ lưới đưa vào đồng hồ.  Thiết bị điều khiển: PLC S7-1200 của Siemens, phục vụ cho việc điều khiển tủ cũng như thu thập và gửi dữ liệu lên máy tính PC.  Màn hình điều khiển HMI: được xây dựng trên nền phần mềm WinCC của hãng Siemens, giao tiếp với bộ điều khiển qua mạng cục bộ (LAN).  Một số thành phần khác: đèn báo trạng thái, nút bấm, … Tủ có hai chế độ vận hành: Local (tại chỗ) và Remote (từ xa). được chọn thông qua chuyển mạch Mode Select trên mặt tủ:  Local Mode: Hoạt động của tủ được điều khiển và giám sát tại chỗ. Trên mặt tủ có các nút: Đóng MC, Cắt MC dùng cho thao tác đóng/mở máy cắt bằng tay. Trạng thái của MC cũng được hiển thị trên các đèn trạng thái (Đ,M). Đồng thời, các tín hiệu trạng thái của trạm như: dòng điện, điện áp, công suất, năng lượng trong các pha… cũng được đo và hiển thị lên màn hình ở mặt tủ, giúp cho người vận hành có thể giám sát, đánh giá được hoạt động của trạm. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 51, 10 - 2017 181  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử  Remote Mode: Tủ được giám sát và vận hành từ xa. Giao diện người máy HMI thiết kế trên màn hình PC giúp cho người dùng có thể giám sát các thông số của tủ và thực hiện lệnh điều khiển từ xa. Hình 2. Sơ đồ khối tủ điều khiển giám sát cho trạm điện phân phối. 2.1. Đồng hồ đa năng MFM384-C Đóng vai trò là thiết bị RTU trong hệ SCADA, dòng sản phẩm MFM384-C của hãng Selec có thể đo được hầu hết tất cả các tham số khác nhau của mạng 3 pha và 1 pha như: điện áp, dòng điện, công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến, đo năn ...