Khoa học công nghệ điện - Số 4 - Năm 2018

0,4
0,1
-0,1
-0,4
-0,8
-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4
CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
30 31 KHCN Điện, số 4.2018
SÁNG KIẾN KỸ THUẬT
A. SỰ RA ĐỜI CỦA GIẢI PHÁP
Việc áp dụng công nghệ vận hành lưới 
diện phân phối qua hệ thống giám sát, điều 
khiển và thu thập dữ liệu từ xa (Supervisory 
Control and Data Acquisition - SCADA) 
là một xu hướng tất yếu nhằm nâng cao 
chất lượng cung cấp điện cũng như chất 
lượng công tác dịch vụ khách hàng. Tuy 
nhiên Hệ thống MicroSCADA của ABB chỉ 
hỗ trợ duy nhất giao thức truyền thông IEC 
60870-5-101, với giao diện kết nối RS-232 
(V24). Nhà sản xuất cấp phép số lượng line 
tín hiệu truyền thông IEC 60870-5-101 mà 
phần mềm có khả năng quản lý theo bản 
quyền phần mềm, line tín hiệu chỉ được 
mở rộng khi nâng cấp phần mềm, chi phí 
đầu tư license line cho hệ thống tương đối 
lớn (2000 USD/1 line IEC 101).
Phương thức truyền thống được sử dụng 
cho các điểm điều khiển trên lưới bằng giải 
pháp radio điểm-điểm trên băng tầng UHF, 
phương thức này có nhược điểm cơ bản là 
khoảng cách truyền nhỏ (dưới 10km), xử lý 
phức tạp, chi phí thuê bao tần số cao, chi phí 
đầu tư thiết bị, hệ thống ăng ten, nối đất có 
chi phí đầu tư lớn nên rất khó triển khai mở 
rộng trên các địa bàn có địa hình phức tạp 
và trong thành phố mật độ nhà cao tầng lớn.
Hệ thống SCADA của 4 thành phố Huế, 
Đà Nẵng, Quy Nhơn, Buôn Mê Thuột đầu tư 
hoàn toàn sử dụng thiết bị RTU của ABB. Giải 
pháp của nhà thầu đối với các thiết bị của 
hãng thứ 3 là rời rạc hoá tín hiệu, ghép nối 
với một RTU trung gian (của ABB), giải pháp 
này rất phức tạp trong việc đấu nối, hạn chế 
số lượng tín hiệu thu thập từ thiết bị
điều khiển, các tín hiệu STI, DTI, AM1 đều 
thể hiện chính xác trên phần mềm kiểm 
tra COMPROTware. Thực hiện hiệu chỉnh 
các thông số bắt tay trên lớp kết nối (link 
layer), thông số lớp ứng dụng (application 
layer) của bộ điều khiển để đảm bảo đáp 
ứng tính tương đồng với chuẩn giao thức 
IEC 6870-5-101 của ABB. Xây dựng CSDL 
mô tả đối tượng điều khiển mới trên phần 
mềm SYS600 và DMS. Thực hiện kết nối trực 
tiếp recloser với MicroSCADA qua hệ thống 
truyền thông hiện có, tất cả các tín hiệu 
giám sát, điều khiển, đo lường đều hiển thị 
chính xác, thời gian đáp ứng đúng yêu cầu.
Trên cơ sở nghiên cứu thành công 
phương thức kết nối trực tiếp giữa bộ điều 
khiển recloser với hệ thống MicroSCADA 
của ABB. PCTTH đã triển khai kết nối cho 
toàn bộ các recloser hỗ trợ giao thức IEC 
60870-5-101 không qua các thiết bị RTU 
trung gian. Tiến hành thu hồi RTU REC523 
và các thiết bị trung gian như TI, TU trên lưới 
nhằm giảm nguy cơ sự cố trên lưới điện. Giải 
pháp này đã được áp dụng cho toàn bộ các 
Công ty Điện lực trực thuộc CPC có triển 
khai dự án SCADA.
Phát triển từ kết quả nghiên cứu kết nối 
trực tiếp recloser với hệ thống SCADA, hiện 
B. NỘI DUNG GIẢI PHÁP
Các giải pháp mở rộng hệ thống SCADA 
tại Công ty Điện lực Thừa Thiên-Huế (PCTTH) 
đã được thực hiện như sau:
1/ Giải pháp kết nối trực tiếp các 
recloser với hệ thống SCADA bằng giao 
thức truyền thông
Hiện nay, trên lưới điện của các đơn vị trực 
thuộc CPC đang sử dụng nhiều chủng loại 
recloser, các recloser này đều hỗ trợ giao diện 
kết nối R232(V24) với các giao thức truyền 
thông phổ biến như DNP3, Modbus, v.v., tuy 
nhiên đa số các nhà sản xuất chưa tích hợp 
giao thức truyền thông IEC 60870-5-101 vào 
thiết bị. Các tác giả đã được sự hỗ trợ từ các 
bộ phận kỹ thuật của các nhà sản xuất thiết 
bị để cập nhật phiên bản firmware mới nhất 
cho các bộ điều khiển có hỗ trợ giao thức 
truyền thông IEC 60870-5-101.
Sau khi nâng cấp phiên bản mới đã tiến 
hành thử nghiệm tính tương đồng giữa 
giao thức IEC 60870-5-101 của bộ điều 
khiển recloser với hệ thống MicroSCADA 
của ABB, bằng công cụ COMPROTware của 
hãng Real Thoughts kiểm tra tính đáp ứng 
giao thức IEC 101 của bộ điều khiển recloser, 
các biện pháp mô phỏng các tín hiệu từ tủ 
nay các tác giả đã triển khai giải pháp kết nối 
trực tiếp tất cả các thiết bị điện tử thông minh 
(IED) trực tiếp với SCADA hoặc thông qua RTU 
Gateway bằng các giao thức truyền thông 
phổ biến như IEC 61850, IEC 103, DNP3, Mod-
bus, không sử dụng RTU trung gian, tăng số 
lượng tín hiệu thu thập, nâng cao độ ổn định 
của hệ thống, giảm chi phi đầu tư.
2/ Giải pháp kết nối điều khiển các 
trạm RMU bằng RTU REC523 (ABB)
Trên cơ sở khảo sát, lựa chọn các tủ RMU 
(Ring Main Unit) có bộ truyền động loại 
(RM6, SM6 - Schncider, C10M - Alstom) tích 
LTS: Ban biên tập ấn phẩm Khoa học Công nghệ Điện xin 
giới thiệu sáng kiến “Các giải pháp kết nối mở rộng hệ 
thống giảm sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA) 
cho lưới điện trung áp” do nhóm tác giả Phan Vinh, 
Hoàng Ngọc Hoài Quang, Nguyễn Hoàng Xuân Lợi của 
Công ty Điện lực Thừa Thiên-Huế giúp bảo đảm nâng cao 
chất lượng dịch vụ cung cấp điện thông qua việc giảm 
thiểu thời gian gián đoạn cấp điện, nâng cao độ tin cậy 
cung cấp điện, nâng cao điều kiện an toàn lao động cho 
công nhân.
Các giải pháp kết nối mở rộng 
hệ thống giảm sát, điều khiển và thu thập 
dữ liệu (SCADA) cho lưới điện trung áp
Bài và ảnh: Nhóm tác giả Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế
hợp mô tơ, các tác giả đã cải tạo các bộ 
truyền động RMU bổ sung thêm các chức 
năng về lựa chọn chế độ điều khiển (Local/
Remote), chức năng liên động, và xuất các 
tín hiệu trạng thái của DCL, DTĐ, bổ sung 
các CT giám sát dòng điện qua các xuất 
tuyến. Trong quá trình thực hiện phương 
án các tác giả đã phục hồi và cải tạo 24 bộ 
truyền động của các tủ RMU.
Thiết bị RTU REC 523 được cung cấp 
theo dự án SCADA với chức năng điều 
khiển cho các recloser, để kết nối với các 
thiết bị RMU các tác giả đã thực hiện cấu 
hình lại các khối chức năng của RTU thành 
một bộ điều khiển tích hợp cho phép giám 
sát điều khiển ba đối tượng DCL, đồng thời 
tiến hành cài tạo mạch giao tiếp đầu vào, 
bổ sung thêm một số rơle đầu ra để phù 
hợp với mạch giao tiếp của tủ RMU. Để bộ 
điều khiển REC 523 có thể kết nối với hệ 
thống SCADA, phải cấu hình các chức năng 
của bộ điều khiển, xây dựng danh sách 
tín hiệu, tạo tham chiếu giao thức truyền 
thông IEC 60870-5-101 với hệ thống SCADA. 
Các thiết bị của hệ thống có khả năng làm 
việc liên tục 8 giờ trong trường hợp mất 
nguồn điện lưới bằng thiết bị lưu điện UPS 
Online có công suất 700W với dung lượng 
acqui 60Ah.
Hiện nay phương án kết nối các trạm 
RMU với hệ thống SCADA bằng thiết bị 
RTU REC523 đã được lắp đặt và hoạt động 
ổn định tại 11 trạm trên địa bàn Tp.Huế, 
tạo thuận tiện trong việc thao tác chuyển 
phương thức cũng như theo dõi trào lưu 
công suất trên lưới, giúp phát huy tối đa 
năng lực các thiết bị công nghệ hiện có, 
giảm đáng kể chi phí đầu tư mua mới.
3/ Giải pháp kết nối các recloser qua 
đường truyền PSTN
Xây dựng modul kết nối PSTN (Pub-
lic Switched Telephone Network - Mạng 
chuyển mạch điện thoại công cộng) trên 
phần mềm SYS600 của hệ thống MicroSCA-
DA bằng ngôn ngữ lập trình SCIL của ABB, 
xử lý các lệnh dịch vụ của modem theo 
cấu trúc lệnh AT command. Modul này cho 
phép người vận hành chọn lựa trạm kết nối 
Minh họa phương 
thức kết nối trực 
tiếp từ recloser 
đến hệ thống 
MicroSCADA
Thiết bị 
REC523 
và hệ thống 
radio được 
lắp mới tại 
trạm RMU
Thiết bị 
RMU được 
cải tạo bộ 
truyền động 
có khả năng 
ghép nối với 
SCADA
32 
SÁNG KIẾN KỸ THUẬT
33 KHCN Điện, số 4.2018
trên cơ sở địa chỉ trạm và số điện thoại của 
modem đầu cuối, đồng thời xây dựng CSDL 
của đối tượng điều khiển và giao diện thao 
tác thiết bị trên máy tính vận hành.
Thiết lập đường điện thoại có dây (Viettel 
hoặc VNPT) kết nối vào modem PSTN tại 
Trung tâm điều khiển, thiết lập kết nối theo 
chuẩn RS-232 giữa modem với hệ thống 
SCADA qua line tín hiệu IEC 60870-5-101 
dự phòng.Tại các thiết bị recloser, nâng 
cấp firmware mới hỗ trợ giao thức truyền 
thống IEC 60870-5-101, cấu hình chức 
năng truyền thông cho thiết bị theo giao 
diện RS-232, đồng thời lắp đặt một modem 
PSTN với dịch vụ điện thoại có dây do VNPT 
cung cấp. Thiết lập mật khẩu kết nối của 
thiết bị để đảm bảo khả năng bảo mật của 
đường truyền.
Khi cần thực hiện giám sát điều khiển 
Recloser, người vận hành sẽ khởi động 
modul kết nối PSTN, thiết lập kết nối giữa hai 
modem tại trung tâm điều khiển và tại thiết 
bị bằng phương thức quay số, khi kết nối 
được thiết lập SCADA có thể giám sát điều 
khiển thiết bị tương tự các phương thức kết 
nối bình thường khác. Sau khi thực hiện các 
thao tác cần thiết với thiết bị, người vận hành 
thực hiện ngắt kết nối (hand up) để sẵn sàng 
cho các thao tác kết nối đến trạm khác.
4/ Giải pháp ghép nhiều trạm trên 1 line 
tín hiệu IEC 60870-5-101
Trên cơ sở nghiên cứu chức năng truyền 
thông của giao thức IEC 60870-5-101 qua 
giao diện kết nối RS-232, hệ thống SCADA 
cho phép kết hợp nhiều nút điều khiến trên 
một line tín hiệu với điều kiện các tín hiệu 
từ các đối tượng Slave gửi lên phải đảm bảo 
trình tự trong một chu kỳ quét tín hiệu của 
Master. Để đảm bảo khả năng đáp ứng thời 
gian trong một chu trình quét của tín hiệu 
theo giao thức IEC 60870-5-101, các tác giả 
đã thực hiện thiết kế một mạch xử lý chia tín 
hiệu, cho phép bốn line RS-232 tín hiệu từ 
các RTU được ghép nối trên một line của hệ 
thống SCADA, nghĩa là cho phép dồn bốn 
nút điều khiển lên một line tín hiệu, không 
phải thực hiện mở rộng số line khi thực hiện 
bổ sung nút điều khiển
Để giải quyết vẩn đề hạn chế sổ lượng line 
tín hiệu đầu vào trên hệ thống SCADA, đây là 
giải pháp hiệu quả với chi phí thấp, dễ dàng 
phát triển số điểm nút điều khiển trên lưới 
mà không cần nâng cấp cấu hình hệ thống.
5/ Giải pháp sử dụng giao thức truyền 
thông IEC 60870-5-104 trên nền tảng 
mạng truyền thông công cộng
Tại các recloser, cấu hình các thông số 
truyền thông theo giao thức IEC 101 (xác 
lập địa chỉ trạm của các recloser), thiết lập 
giao diện RS-232 tương thích với giao diện 
RS-232 của modem IEC 104 Gateway GPRS. 
Thiết lập chuyển đổi giao thức IEC 101 sang 
IEC 104 qua thiết bị Gateway, tín hiệu truyền 
thông theo giao thức IEC 101 (giao diện RS-
232) được chuyển đổi sang giao thức IEC 
104 theo chuẩn TPC/IP.
Tại Phòng điều độ (DCC): Lắp đặt thiết bị 
M2M Gateway kết nối với Internet qua một 
router có cấp phát địa chỉ IP tĩnh. Thiết lập 
đường truyền VPN qua dịch vụ Office WAN 
của Viettel, từ thiết bị IEC 104 Gateway tại 
các recloser tới M2M Gateway tại phòng điều 
khiển theo cơ chế bảo mật SSH VPN. M2M 
Gateway được kết nối với mạng LAN của 
hệ thống SCADA. Địa chỉ IP của các modem 
từ các recloser được quy hoạch theo nhóm 
trạm và được định tuyến trên M2M Gateway 
để vào hệ thống mạng LAN của SCADA. Cấu 
hình line IEC 104 với các station tương ứng 
địa chỉ IP đã được thiết lập qua mạng VPN 
đến các thiết bị IEC 104 Gateway tại recloser.
Với cơ chế đồng bộ hoá thời gian từ 
chuẩn giao thức TCP/IP, giao thức IEC 104 
giải quyết được vấn đề đồng bộ thời gian 
của các đối tượng điều khiển khác nhau 
trên cùng một lớp mạng, với đặc điểm này 
sẽ cho phép ghép nhiều đối tượng điều 
khiển khác nhau (các recloser, RTU) lên 
cùng một line IEC 104 mà không xảy ra hiện 
tượng mất đồng bộ do chồng lấn kênh thời 
gian các đối tượng điều khiến như các giao 
thức truyền thông nối tiếp (IEC 101).
Giải pháp này đã được PCTTH triển khai 
cho 13 điểm điều khiển trên lưới. Trên nền 
tảng giao thức mạng TCP/IP, giao thức IEC 
104 cho phép thiết lập truyền thông một 
cách đơn giản, chi phí thấp, đồng thời dễ 
dàng khai thác hạ tầng viễn thông của 
các nhà cung cấp dịch vụ công cộng, cải 
thiện được đáng kể tốc độ truyền dữ liệu, 
cho phép thực hiện nhiều dịch vụ trên một 
đường truyền, đồng thời cho phép ghép 
nối nhiều địa chỉ trạm trên một line truyền 
thông, giảm chi phí đầu tư mở rộng license 
line. Bên cạnh đó, cơ chế dự phòng truyền 
thông và dự phòng hệ thống sẽ dễ dàng 
được thiết lập qua khả năng chia sẻ dữ liệu 
trên môi trường mạng.
C. KHẢ NĂNG ÁP DỤNG GIẢI PHÁP
Bằng các giải pháp kết nối mở rộng hệ 
thống của đề tài đã áp dụng hiện nay số 
điểm nút hệ thống SCADA tại PC TTH đã phát 
triển từ 27 lên 68 nút điều khiển. 
Các giải pháp kết nối mở rộng hệ thống 
SCADA cũng đã được chia sẻ và áp dụng 
thành công tại các Công ty Điện lực trực 
thuộc CPC có hệ thống SCADA, đặc biệt là 
giải pháp kết nối trực tiếp recloser với hệ 
thống SCADA qua giao thức IEC 60870-5-
101, không sử dụng RTU trung gian, cụ thể 
như là tại PC Đà Nẵng có 56 vị trí, PC Bình 
Định có 27 vị trí, PC Đắc Lắc có 26 vị trí.
D. HIỆU QUẢ DỰ KIẾN THU ĐƯỢC 
KHI ÁP DỤNG GIẢI PHÁP
Việc thực hiện thành công các giải pháp 
kết nối mở rộng hệ thống SCADA đem lại 
hiệu quả thiết thực trong công tác quản lý 
vận hành hệ thống điện của PCTTH, đồng 
thời góp phần nâng cao chất lượng cung 
cấp điện đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế 
xã hội của địa phương, cụ thể như sau:
Hiệu quả kinh tế: Các giải pháp kết nối mở 
rộng của PCTTH thực hiện có mức đầu tư chưa 
đến 100 triệu đồng trên một nút điều khiến, 
giảm đáng kể chi phí đầu tư, giảm chi phí về 
nhân lực trong công tác quản lý vận hành, hạn 
chế thời gian gián đoạn cung cấp điện tăng 
sản lượng điện cung cấp đến khách hàng. 
Bên cạnh đó, giải pháp đã khai thác được tối 
đa năng lực của các thiết bị cấp theo dự án 
miniSCADA 4 thành phố, góp phần đáng kể 
vào việc giảm chi phí đầu tư cho các dự án.
Hiệu quả kỹ thuật: Giải pháp kết nối 
mở rộng hệ thống SCADA đã thực hiện cho 
phép các thiết bị của các hãng khác nhau có 
khả năng tương thích với hệ thống SCADA 
của hãng ABB, đồng thời mở rộng được số 
điềm nút của hệ thống thông qua các giải 
pháp truyền thông linh hoạt trong khả 
năng bản quyền hệ thống cho phép.
Hiệu quả xã hội: Việc ứng dụng công 
nghệ SCADA trên lưới điện phân phối đã 
góp phần không nhỏ trong việc nâng cao 
chất lượng dịch vụ cung cấp điện thông 
qua việc giảm thiểu thời gian gián đoạn cấp 
điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đặc 
biệt là chỉ số SAIDI, đồng thời cải thiện điều 
kiện làm việc của công nhân vận hành lưới 
điện, hạn chế việc tiếp xúc trực tiếp với các 
thiết bị mang điện, nâng cao điều kiện an 
toàn lao động cho công nhân.
Các giải pháp kết nối mở rộng hệ thống 
SCADA đã được Tổng Công ty Điện lực miền 
Trung và PCTTH công nhận và khen thưởng. 
Năm 2012, các giải pháp sáng kiến trên đã 
được nhóm tác giả tổng hợp thành đề tài 
nghiên cứu khoa học, tham dự hội thi ‘“Sáng 
tạo KHCN Việt Nam năm 2012 - Giải thưởng 
VIFOTEC” và đã giành giải 3 cho lĩnh vực cơ 
khí tự động hoá.
Minh họa phương thức kết 
nối điều khiển Recloser bằng 
modem Dialup
Phương thức kết 
nối SCADA cho 
các recloser sử 
dụng giao thức 
IEC 104
Thiết bị Splitter 4/1 kênh RS-232
Địa chỉ: Tầng 15, tháp A, tòa nhà EVN, 11 Cửa Bắc, Ba Đình, Hà Nội
Điện thoại: 04.66946700 / 04.66946733 - Fax: 04.37725192
Email: evneic@evn.com.vn / tapchidienluc@gmail.com