Hệ thống lưới điện thông minh cho nhà máy điện Taipower Tashan ở Kinmen
01/10/2019
Giới thiệu dự án
Trên toàn cầu, các lưới điện thông minh có khả năng giám sát các hệ thống điện đang được xây dựng thông qua sự kết hợp của công nghệ thông tin, truyền thông và tự động hóa. Lưới điện thông minh đẩy nhanh sự phát triển của năng lượng tái tạo (như gió và mặt trời) và việc sử dụng chúng trong các hệ thống cung cấp điện hiện có. Làm như vậy là rất quan trọng để cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống điện và ổn định nguồn cung cấp.
Tuy nhiên, hoạt động của một hệ thống điện là tạo ra và truyền tải điện, thay đổi cấp điện áp và sau đó cung cấp cho các đường dây phân phối kết nối với các khách hàng cá nhân khiến cho nó quá phức tạp để biến thành lưới điện thông minh chỉ sau một đêm. Một cách thực tế hơn là thông qua việc tận dụng IEC 61850, một tiêu chuẩn quốc tế cho lưới điện thông minh, để giải quyết việc thiếu khả năng tương tác của các thiết bị được sử dụng bởi các hệ thống con riêng lẻ của lưới và những khó khăn khi tích hợp các thiết bị này.
Khả năng như vậy đã được đưa vào thực tế bởi Smart Cloud Plus (ICP), người đã tận dụng chương trình kiểm soát đồ họa SCADA dễ học và dễ sử dụng của Advantech và một sản phẩm phần cứng mang nhãn hiệu Advantech tương thích với các hệ thống điện để xây dựng lưới điện thông minh cơ sở chuyển đổi nhiều giao thức liên lạc khép kín thành IEC 61850 cho tiện ích năng lượng công cộng của Đài Loan ở Kinmen. Trong cơ sở này, nhà điều hành có thể xem dữ liệu năng lượng trên màn hình và đánh giá tính khả thi của các tiêu chuẩn mới thông qua giám sát và chuyển đổi giao thức từ xa.
Yêu cầu hệ thống
Tại Đài Loan, tỷ lệ năng lượng xanh được cung cấp bởi lưới điện quốc gia dự kiến sẽ tăng trong năm nay. Để giảm tác động tiêu cực của năng lượng sản xuất thất thường và phân phối không đều trên lưới điện thông thường và hợp lý hóa thành phần của chương trình cung cấp điện quốc gia, Công ty Điện lực Đài Loan (Taipower) đã đưa ra một dự án để chuyển kinh doanh sang lưới điện thông minh được xây dựng xung quanh khung giám sát dựa trên tiêu chuẩn IEC 61850. Dự án bắt đầu trên Kinmen (một hòn đảo xa xôi của Đài Loan), nơi lưới điện thông minh dựa trên tiêu chuẩn IEC 61850 hiện đang được thử nghiệm và trình diễn. Kết quả của dự án sẽ được xem xét nghiêm túc khi nó được nhân rộng trên đại lục Đài Loan.
Dự án này, trong đó yêu cầu xây dựng một cơ sở tập trung để quản lý lưới điện thông minh dựa trên tiêu chuẩn IEC 61850, đã được khởi động tại Nhà máy điện Tashan trên đảo Kinmen. ICP đã thắng thầu để thực hiện dự án này bởi vì công ty là một nhà tích hợp hệ thống chuyên về các ứng dụng năng lượng thông minh và có nhiều kinh nghiệm với sự hợp tác thành công giữa các học viện công nghiệp.
Theo yêu cầu của Taipower, ICP đã phát triển một hệ thống lưới điện thông minh mẫu dựa trên tiêu chuẩn IEC 61850. Hệ thống này được lắp đặt tại một cơ sở để trình bày thông tin về mức tiêu thụ năng lượng, sản xuất và sử dụng nhiên liệu của nhà máy dưới dạng biểu đồ đơn giản trên màn hình 75”. Hệ thống này bao gồm các sản phẩm phần cứng và phần mềm được phát triển bởi Advantech:
- Một gateway phù hợp với tiêu chuẩn sử dụng điện và dữ liệu được chuyển đổi thành định dạng được chỉ định theo tiêu chuẩn IEC 61850;
- Cơ chế dự phòng đảm bảo tính ổn định và độ chính xác của dữ liệu của hệ thống;
- Máy tính chủ lưu trữ đủ mạnh và bền bỉ để xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ;
- Chương trình kiểm soát đồ họa SCADA và các công cụ phát triển thứ cấp, được sử dụng để thu thập dữ liệu và quản lý dữ liệu theo cách tập trung.
Triển khai hệ thống
Tất cả các thiết bị phần cứng mang nhãn hiệu Advantech hoạt động bên trong một tủ thiết bị trong cơ sở lưới điện thông minh IEC61850 tại Nhà máy điện Tashan. Trong số các thiết bị này, máy tính HPC-7242 sẽ xử lý trước dữ liệu được cung cấp bởi máy chủ OPC hoạt động tại nhà máy điện và chuyển nó sang hai thiết bị ECU-4784 tạo thành một cặp dự phòng và có chức năng như một gateway để chuyển đổi dữ liệu sang định dạng IEC61850. Hệ thống lưới thông minh mẫu này được phát triển dựa trên nền tảng phần mềm WebAccess/SCADA, nó đã truy xuất dữ liệu liên quan đến máy phát trong thời gian thực (được chuyển đổi bởi gateway ECU-4784 thành định dạng IEC61850) từ một máy tính công nghiệp HPC-7242 khác và được trình bày dưới dạng biểu đồ đường, biểu đồ dạng tròn và khu vực trên ba màn hình lớn trong khu điều khiển thông minh.
Cặp máy tính ECU-4784 dự phòng được chứng nhận theo tiêu chuẩn IEC 61850-3, tín hiệu được bảo vệ khỏi nhiễu loạn bên ngoài để tránh lỗi dữ liệu. Được trang bị ECU-P1524PE (hỗ trợ giao thức dự phòng song song và dự phòng liền mạch có tính sẵn sàng cao), các đơn vị ECU-4784 hoạt động như một cửa ngõ với ưu điểm là không có độ trễ. Dự phòng mạng cho phép lưới điện thông minh liên lạc an toàn và đáng tin cậy qua Internet.
HPC-7242, một máy tính cấp máy chủ an toàn, đáng tin cậy và mạnh mẽ, có thể hoạt động ổn định 24/7 ngay cả trong môi trường khắc nghiệt. Với thông số kỹ thuật hiệu suất cao, nó cũng cung cấp số lượng lớn tài nguyên lưu trữ và tính toán có thể được mở rộng sang các ứng dụng tự động hóa công nghiệp, giám sát năng lượng hoặc các ứng dụng năng lượng thông minh.
Dự án lưới điện thông minh có sự tham gia của ba chương trình phần mềm: WISE-PaaS/EnSaaS và WISE-PaaS/WISE.M+ ở cấp độ đám mây và WebAccess/SCADA ở cấp độ biên. Cùng nhau, chúng đã đạt được sự tích hợp liền mạch từ biên đến đám mây. Hơn nữa, sự kết hợp phần mềm này bao gồm một bảng điều khiển cho phép các nhà tích hợp hệ thống hiển thị trực quan dữ liệu được ghi lại từ các thiết bị vật lý. Bảng điều khiển cung cấp một loạt các công cụ tiện dụng và ngân hàng hình ảnh - Trang bị cho các nhà phát triển để tạo ra các màn hình hiển thị tình trạng hoạt động đơn giản và đầy màu sắc. Các kỹ sư từ ICP đã nói rất nhiều về sự tiện lợi này, nói rằng chỉ với vài phút thao tác kéo và thả trên bảng điều khiển, họ có thể tạo ra các thành phần mà phải mất vài ngày để hoàn thành theo cách thông thường, bắt đầu với thiết kế hệ thống và kết thúc bằng việc phát triển. WebAccess/SCADA làm cho dự án dễ dàng triển khai và bảo trì hơn đáng kể. Chương trình giám sát dựa trên Web này cho phép nhà phát triển chẩn đoán và nâng cấp hệ thống lưới điện thông minh từ xa trên một trình duyệt thông thường.
Sơ đồ hệ thống
HPC-7242: máy tính công nghiệp 2U Rackmount cho ATX Motherboard với 4 Hot-Swap SAS/SATA HDD Trays và RPS
ECU-4784: Máy tính tự động hóa được chứng nhận IEC-61850-3 Power dành cho trạm điện, trạm biến áp
ECU-P1524PE: Card Ethernet SFP Gigabit base 2 cổng với HSR/PRP
WebAccess/SCADA: Phần mềm SCADA dựa trên trình duyệt
WISE-PaaS/EnSaaS: Giải pháp PaaS công nghiệp cho dịch vụ Edge to Cloud
Kết luận
Khi thế giới đang áp dụng tiêu chuẩn lưới điện thông minh IEC 61850 và kết hợp các công nghệ thông minh vào các mô hình quản lý cho các lưới điện hiện có, thách thức chính là đảm bảo sự thay đổi này không phá vỡ hệ thống lưới điện hiện có hoặc khiến nó dễ bị hỏng hóc theo cách gây hại về vấn đề kinh tế.
Các kết quả không mong muốn như vậy bị ngăn chặn bởi giải pháp của ICP để xây dựng các cơ sở điều khiển tập trung để giám sát năng lượng lưới điện thông minh. Được thiết kế với các sản phẩm phần mềm ICP, và máy tính công nghiệp Advantech dòng ECU-4784, đây là giải pháp duy nhất để giám sát năng lượng lưới điện thông minh ở Đài Loan được chứng nhận theo tiêu chuẩn IEC 61850 bởi UCA International Users Group - chứng nhận về độ tin cậy của nó. Được trang bị một cơ chế dự phòng, giải pháp ngăn chặn việc tắt hệ thống, mất dữ liệu và các hậu quả khác sẽ phát sinh nếu không có giải pháp dự phòng.
Bằng cách sử dụng cơ sở lưới điện thông minh này, Taipower đã áp dụng thành công theo tiêu chuẩn IEC 61850 và giờ đây có thể hiển thị dữ liệu thời gian thực trên các biểu đồ được thiết kế trực quan. Công ty đang thử nghiệm sự liên quan của các tiêu chuẩn mới và phát triển một kế hoạch thực tế để triển khai các hệ thống và thiết bị đầu cuối được sử dụng trong lưới điện thông minh. Khi điều này xảy ra, Advantech và ICP sẽ tiếp tục hợp tác để tạo ra các giải pháp lưới điện thông minh hơn, đáp ứng nhu cầu của khách hàng.
/HPC-7242_Front-Left_S20160330132243.jpg)
/WebAccess.b20180426164007.jpg)
/ECU-4784_S20150416141815.png)
/ECU-P1524PE_B20160908105228.png)
