T

N U N
TRƯỜN
T U T
N N
---------------------------------------

VŨ ÌN

NGHI N ỨU, T

QUỲN

ẾT Ế Ệ S ADA
O Ệ T ỐN
LƯỢN MẶT TRỜ NỐ LƯỚ

Chuyên ngành :

LU N VĂN T

SĨ

KHOA CHUYÊN MÔN
TRƯỞN

ỆP

P N NĂN


gốc rõ ràng.
Thái Nguyên, ngày 25 tháng 12 năm 2019
TÁ GIẢ UẬ VĂ

Vũ ình Quỳnh

i


ỜI Ả
Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn, tôi đã nhận được
sự giúp đỡ nhiệt tình của các cơ quan, các tổ chức và các cá nhân. Tôi xin
bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất tới tất cả các tập thể, cá nhân đã tạo điều
kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu luận văn này.
Trước hết tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại Học
Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, phòng Đào tạo và khoa Sau đại học
của nhà trường cùng các thầy cô giáo, những người đã trang bị kiến thức
cho tôi trong suốt quá trình học tập.
Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin trân trọng cảm
ơn thầy giáo PGS.TS

guyễn Hữu ông, người thầy đã trực tiếp chỉ bảo,

hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận
văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè, đồng nghiệp đã động
viên, giúp đỡ nhiệt tình và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tôi hoàn thành
luận văn này.
Do thời gian nghiên cứu có hạn, luận văn của tôi chắc hẳn không thể
tránh khỏi những sơ suất, thiếu sót, tôi rất mong nhận đuợc sự đóng góp

1

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition

2

PLC

Programable Logic Control

3

RTU

Remote Terminal Unit

4

DCS

Distribution Control System

5

DMS

Distribution Management Systems


SCS

Supervisory Control

12

SAS

Substation automation system

13

CC

Control Centre

14

LAN

Local Area Network

15

WAN

Wide Area Network

16


AGC

Automatic Generation Control

22

DA

Distribution Automation

23

DAC

Digital Analog Converter

Inter-Control Center Communications
Protocol

iii


24

DCE

Data Communication Equipment

25


DNS

Domain Name Service

31

DAUs

Data Acquistion Units

32

TCP/IP

33

HDLC

High Level Data Link Control

34

SDH

Synchronous Digital Hierachy

35

CAL


Global Position System

II

Tiếng Việt

1

HTĐ

Hệ thống điện

2

QTQĐ

Quá trình quá độ

3

CĐXL

Chế độ xác lập

4

DCS

Dây chống sét


Ụ

Á HÌ H VẼ Ồ THỊ

Tên hình

Trang

Cấu trúc của hệ thống SCADA
Kiến trúc phần mềm Client/Server của
hệ SCADA

5
7

Hình 1.3

Mô hình mạng hình sao

18

Hình 1.4

Mô hình mạng vòng tròn - Ring

19

Hình 1.5

Mô hình mạng kiểu Bus

29
38
40
43
45

Hình 2.3

Sơ đồ địa lý huyện đảo Lý Sơn (Tỉnh Quảng Ngãi)

47

Hình 2.4

Đồ thị phụ tải ngày của các hộ tiêu thụ theo mù

49

Hình 2.5

Sơ đồ đấu nối hệ pin mặt trời vào hệ thống

59

Hình 2.6

Sơ đồ đấu nối hệ acqui dự trữ vào hệ thống

59


61

66

67

74

Sơ đồ cấu trúc của hệ thống ĐMT lắp mái nối
Hình 2.13

lưới của văn phòng Công ty Điện lực

75

Bà Rịa - Vũng Tàu
Sơ đồ đấu nối thiết bị của hệ thống ĐMT lắp mái
Hình 2.14

nối lưới cho văn phòng công ty điện lực Bà Rịa -

77

Vũng Tàu
Hình 2.15
Hình 2.16

Sơ đồ khối hệ thống ĐMT hòa lưới và dự phòng
Sơ đồ đấu nối hệ thống ĐMT hòa lưới (a)
và dự phòng (b)


Dải tần phân bổ cho các kênh sử dụng dây dẫn

88

Hình 3.6

Đường đi của sóng đất và sóng trời

89

Hình 3.7

Nonreturn - to - zero inverted

93

Hình 3.8

Chỉ số biến điệu

97

vi


Hình 3.9

Tín hiệu ASK


Hình 3.15

So sánh phổ đơn sóng mang và đa sóng mang

107

Hình 3.16

Chèn khoảng bảo vệ

109

Hình 3.17

Mô hình kênh MIMO

112

Hình 3.18

Mô hình kênh truyền SISO

115

Hình 3.19

Dung lượng kênh MIMO pha-đinh Rayleigh

116


Bảng quy chiếu tính năng của các giao thức cơ
bản trong hệ thống mạng công nghiệp.
Bức xạ trung bình tháng tại Lý Sơn
Cường độ bức xạ trung bình ngày tại xã An Bình
( đảo Bé Lý Sơn)
Tổng nhu cầu điện năng của các loại phụ tải tại
xã An Bình

Trang
32
34
41

43
47
47

48

Sản lượng điện năng theo tháng trong năm của
Bảng 2.4

hệ thống điện mặt trời lắp đặt tại xã đảo An

51

Bình (Lý Sơn - Quảng Ngãi)
Bảng 2.5
Bảng 2.6


Chi phí vận hành và bảo dưỡng (O&M) của
trạm phát điện mặt trời được minh họa
Các thông số chung của các công trình
ĐMTLMNL tại thành phố Đà Nẵng

64

67

Bảng 2.12

Thông số kỹ thuật chính của mô-đun PV

68

Bảng 2.13

Thông số kỹ thuật của Inverter

70

Bảng 2.14

Thông số kỹ thuật của hệ thống đo lường
– giám sát

72

Bảng 2.15



1.1.1. Tổng quan chung về hệ thống SCADA…………………………......4
1.1.2. Chức năng của hệ thống SCADA, SCADA/EMS và
SCADA/DMS…………………………………………………………...….8
1.1.3. Truyền tin trong hệ thống SCADA…..………………………….....12
1.1.4. Nguyên lý làm việc của hệ thống SCADA ngành điện………..…..14
1.1.5. Ứng dụng vào thực tế của hệ thống SCADA………………….…..16
1.2.

Tổng quan chung về mạng máy tính, giao diện và giao thức kết

nối…………………………………………………………………..……...16
1.2.1. Khái quát chung về mạng máy tính……………………………......16
1.2.2. Cấu hình mạng (Topology)………………………………………...17
1.2.3 Giao diện kết nối hay sử dụng trong SCADA………………….......21
1.2.4. Giao thức truyền dữ liệu phổ biến ứng dụng trong hệ thống
SCADA…………………………………………………………………….24
CHƯ NG 2: NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN CẤU TRÚC, THÔNG SỐ C C
PHẦN TỬ CHÍNH VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PIN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI …………………….………….……….42

x


2.1.

Nguồn điện mặt trời công suất nhỏ hoạt động độc lập………….….43

2.1.1. Sơ đồ đấu nối………………………………………………..……...43
2.1.2. Phương pháp tính toán một hệ thống điện mặt trời độc lập công suất

3.2.

Truyền thông trong hệ thống SCADA…………………..………... 84

3.2.1. Truyền tin số…………………………………………………..…... 86
3.2.2. Các kênh thông tin…………………………..……………………. 87
3.2.3. Tín hiệu cơ sở và tín hiệu băng thông dải……………………..….. 90
3.2.4. Mã hóa và điều chế……………………….………………………..91
3.2.5. NHIỄU VÀ ỒN………………………….………………………..100
3.3.

Một số kỹ thuật nâng cao phẩm chất hệ thống thông tin số…..…..105

xi


3.3.1. KỸ THUẬT OFDM…………………………………………….105
3.3.2. KỸ THUẬT MIMO……………………………………..…….. 111
3.3.3. Kỹ thuật ghép kênh theo không gian (SDM)…………..……… 117
KẾT LUẬN………………….…………………………………………119
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………….…….. 120
PHỤ LỤC

xii


Ở ẦU
1. ý do chọn đề tài
Điện năng là nguồn năng lượng quan trọng quyết định sự phát triển
kinh tế, xã hội của mỗi quốc gia, trong đó có Việt Nam. Trong những năm

với sự trợ giúp của các thiết bị tự động hóa, thiết bị truyền tin và thiết bị điều
khiển từ xa với các hệ thống giám sát điều khiển hệ thống điện như: SCADA,
miniSCADA…Vì vậy nhu cầu nâng cấp hoặc xây dựng mới hệ thống viễn
thông và kết nối hệ thống viễn thông phục vụ cho trạm điện năng lượng mặt
trời là rất cần thiết.
Thấy được tầm quan trọng, sự cần thiết phải tích hợp giữa giao diện kết
nối, ý nghĩa của việc ứng dụng các tiêu chuẩn, quy chuẩn, phương pháp và
mô hình kết nối viễn thông của các thiết bị điện trong trạm và ngoài trạm.
Hiểu được ý nghĩa, chức năng và vai trò của các thiết bị viễn thông trong các
trạm điện năng lượng mặt trời tôi đã mạnh dạn chọn đề tài:“ Nghiên cứu,
thiết kế hệ SCADA cho hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới”. Với kiến
thức thực tế trong thời gian làm việc và các tài liệu nghiên cứu được, tôi hy
vọng những ý kiến của mình sẽ giúp cho việc quản lý hệ thống truyền tải, thu
thập dữ liệu ngày càng tiện lợi.
2.

ục đích nghiên cứu
Đề tài thực hiện nhằm:
- Hệ thống hóa và làm sáng tỏ những nội dung lý luận cơ bản về giao

diện, giao thức kết nối và phạm vi thiết bị viễn thông của hệ thống SCADA.
- Phân tích, đánh giá thực trạng hệ thống truyền thông của các trạm
điện năng lượng mặt trời.
3. ối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đề tài đưa ra các mô hình kết nối viễn thông tổng quát của các trạm
điện năng lượng mặt trời
- Nghiên cứu Các giải pháp nâng cấp khả năng truyền thông trong hệ
thống SCADA các trạm điện, qua đó đánh giá được vai trò của hệ thống

2

những kiến thức thu được từ đề tài này ta có thể phát triển thành giám sát,
truyền tin trong hệ thống điện lưới EVN toàn quốc hoặc có quy mô rộng hơn.

3


HƯ
TỔ G QU
PI

HU G VỀ S

Ă G ƯỢ G
GI

G1

I

TR

G H THỐ G

ẶT TRỜI ỐI ƯỚI
VÀ GI

THỨ

Ạ G


H nh 1 1 C u tr c c

hệ thống SCADA

Một hệ SCADA có cấu trúc gồm hai phần chính đó là phần cứng và phần
mềm.
1.1.1.1. Phần cứng SCADA


Thiết bị RTU/PLC: Thiết bị RTU hoặc PLC bao gồm một hoặc nhiều

thiết bị giao tiếp dữ liệu ở các trạm xa.


Mạng truyền thông: Một hệ truyền thông sử dụng để truyền dữ liệu

giữa các thiết bị giao tiếp dữ liệu và các khối điều khiển, các máy tính trong
máy chủ trung tâm SCADA. Hệ thống có thể là sóng vô tuyến, điện thoại,
cáp, cáp quang, vệ tinh..


Mạng máy tính trung tâm (MTU): Một hoặc nhiều máy tính chủ ở

trung tâm (còn được gọi là SCADA Center, Master Station, hoặc Master
Terminal Unit - MTU).
+ Gi o diện người v máy (HMI): Một tập các chuẩn và/hoặc hệ thống
phần mềm đôi khi được gọi là phần mềm giao diện người - máy HMI
(Human MachineInterface) hoặc MMI (Man Machine Interface) sử dụng để
hỗ trợ cho máy chủ trung tâm SCADA và ứng dụng của thiết bị đầu cuối, hỗ
trợ hệ thống truyền thông, giám sát và điều khiển các thiết bị giao diện dữ liệu

- Hệ thống tính toán lỗi - System Error Accounting (SEA)
- Quản lý - Executive (EXC)
+ Các ứng dụng SCADA - Hệ thống các ứng dụng SCADA bao gồm
các hàm thực hiện trình bày dữ liệu ở mức cao
- Tính toán thời gian thực - RAS Real-Time Calculations (RTC)

6


- Mapboard (MBD)
- Load Shed Restore (LSR)
- Meter Error Monitor (MEM)
Tổng quan có thể hiểu phần mềm của SCADA là một chương trình
thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của một hệ SCADA. Phần mềm phải có khả
năng thu thập dữ liệu theo thời gian thực và có khả năng điều khiển đáp ứng
các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Ngoài ra, phần mềm SCADA phải có khả
năng kết nối mạng, chẳng hạn như Internet hay Ethernet, để có thể chuyển các
báo cáo dưới nhiều hình thức khác nhau, như dạng bảng thống kê, dạng biểu
đồ hay dạng đồ thị.
 Kiến trúc phần mềm Client/Server

H nh 1 2

iến tr c phần mềm Client/Server c

hệ SCADA

+ SCADA Server
SCADA Sever chính là máy Server của hệ thống SCADA ở trung tâm
được nối với các RTU hay PLC. Trong cấu trúc phần mềm máy chủ Server đó


8


+ Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài hệ (đọc/viết
số liệu PLC/RTU, trả lời các bản tin yêu cầu từ cấp trên về số liệu, về thao tác
hệ).
+ Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm
theo một phương thức truyền thông nào đó để tự động hoá việc quản lý giám
sát, điều khiển cho một đối tượng công nghiệp.
+ Vai trò của SCADA là rất rõ ràng, SCADA giúp ta thu thập rất chính
xác về hệ thống từ đó có thể đưa ra các quyết định đúng đắn, đồng thời ta
cũng dễ dàng trong công tác điều khiển và ra quyết định. Việc làm này sẽ
giảm đáng kể chi phí về vấn đề nhân lực, vận hành góp phần không nhỏ trong
việc giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh.
1.1.2.2. Chức năng cụ thể SCADA
- Thu thập dữ liệu
- Điều khiển giám sát
- Giao tiếp người máy đồ họa hoàn toàn
- Điều khiển cảnh báo và sự kiện
- Ghi nhận trình tự các sự kiện
- Lưu trữ và khôi phục dữ liệu quá khứ
- Phân tích dữ liệu sự cố
- Phân tích kết dây và trạng thái hệ thống
- Xu hướng của dữ liệu động và dữ liệu quá khứ
- Tạo báo cáo, thường lệ và đặc biệt
- Biến cố và thẻ báo thiết bị đóng cắt
- Thông tin liên lạc với các Trung tâm Điều độ
1.1.2.3. Các chức năng EMS trong lưới truyền tải
Hệ thống quản lý năng lượng EMS (Energy Management System) cung

mang tải v.v...
- Tính toán trào lưu công suất
- Tính toán ngắn mạch

10


- Cân bằng phụ tải cho các xuất tuyến hoặc các máy biến áp
- Tối thiểu hóa tổn thất công suất theo ràng buộc lưới
- Định vị sự cố
- Cô lập điểm sự cố và khôi phục lưới
- Lập kế hoạch sửa chữa lưới điện
- Sa thải phụ tải
- Mô phỏng phục vụ đào tạo điều độ viên
1.1.2.5. Danh sách thiết bị trong hệ thống lưới điện truyền tải và phân phối
Hệ thống máy tính chủ đặt tại các Trung tâm Điều độ hệ thống điện
(Điều độ hệ thống điện Quốc Gia, Điều độ hệ thống điện Miền, Điều độ hệ
thống điện lưới phân phối) bao gồm các thiết bị như sau:
- Máy tính chủ SCADA
- Máy tính chủ giao diện người dùng MMI (Man Machine Interface)
- Máy tính chủ liên kết dữ liệu ICCP (Inter Control Center Protocol)
- Máy tính chủ Lưu trữ dữ liệu HIS (Historical Information System)
- Máy tính chủ Mô phỏng đào tạo điều độ viên theo thời gian thực DTS
(Dispatcher Training Simulator) và Hệ thống phát triển DS (Development
System)
- Máy tính chủ ứng dụng (Application Server)
- Các Trạm làm việc (Workstation PC)
- Hệ thống hiển thị VPS (Video Projector System)
- Thiết bị tiền xử lý thông tin CFE (Communication Front End
Proccessor).