Ứng dụng giao thức IEC 60870-5-101/104 trong tự động hóa TBA 110kV

Hiện nay, giải pháp truyền thông từ các trạm biến áp (TBA) 110kV về Trung tâm điều khiển (DCC) thường sử dụng các kênh truyền dẫn quang với giao thức truyền thông IEC 60870-5-101 hoặc IEC 60870-5-104. Vậy sự khác biệt của hai giao thức này là như thế nào? Ưu điểm của giao thức IEC 60870-5-104 trong tự động hóa trạm 110kV so với giao thức IEC 60870-5-101?

Bộ tiêu chuẩn IEC 60870-5 chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp điện, nó mô tả đầy đủ các chức năng chi tiết cho thiết bị điều khiển xa và hệ thống điều khiển vận hành trên phạm vi rộng (hệ thống Scada). Bộ tiêu chuẩn này có 2 phương thức truyền dữ liệu khác nhau nhưng giao thức truyền thông tương tự nhau. Phương thức đầu tiên, IEC 60870-5-101 được sử dụng từ năm 1995 để truyền thông nối tiếp, băng thông hẹp. Từ năm 2000, phương thức IEC 60870-5-104 được sử dụng truyền dữ liệu qua mạng băng thông rộng dựa trên nền tảng giao thức TCP/IP. Kết nối giữa trạm và Trung tâm điều khiển xa sử dụng giao thức IEC 60870-1-101/104 (minh họa) PC Đà Nẵng đang sử dụng hệ thống SCADA/DMS của hãng ABB để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu từ xa. Tổng số trạm nút đang giám sát điều khiển là 101 nút, trong đó có 8 TBA 110kV kết nối thông tin về Trung tâm điều khiểu & giám sát (DCC) sử dụng giao thức IEC 60870-5-101. Hiện trạng kết nối truyền thông Scada tại các trạm 110kV Giao thức IEC 60870-5-101 định nghĩa lớp vật lý (mô hình OSI) sử dụng giao diện V24, truyền thông tin nối tiếp với tốc độ 9600 bps, nên việc ghép nối nhiều trạm (station) trên một đường truyền (line) IEC 60870-5-101 khá hạn chế, làm tăng chi phí mua license line. Các dịch vụ khác tại TBA 110kV như mạng LAN, hệ thống Camera… phải sử dụng thêm một đường truyền vật lý riêng. Bên cạnh đó, sử dụng kênh V24 cần phải qua nhiều thiết bị truyền dẫn trung gian như: modem V24/4W, PCM, SDH và thiết bị phần cứng Scada khác (Fall back switch, Front-End…) làm tăng nguy cơ sự cố trên hệ thống. Thuận lợi lớn nhất của IEC 60870-5-104 là có thể truyền thông qua một mạng tiêu chuẩn TCP/IP, cho phép truyền dữ liệu đồng thời giữa nhiều thiết bị và dịch vụ. Đồng thời, tăng khả năng truy cập mạng, sử dụng LAN và WAN trên hạ tầng có sẵn, từ đó tiết kiệm chi phí đầu tư và không cần xây dựng hạ tầng thông tin riêng biệt. Thiết bị hỗ trợ IEC 60870-5-104 kết nối vào mạng LAN, các gói tin của nó trong mạng LAN có thể đi trực tiếp đến thiết bị hỗ trợ IEC 60870-5-104 khác trong mạng LAN, hoặc qua router đến các thiết bị ở xa như Trung tâm (Master station). Tuy nhiên, nếu khai thác trên hạ tầng truyền thông công cộng, thì yêu cầu bảo mật trong các giải pháp truyền thông phải được đặc biệt ưu tiên. Kiến trúc của IEC 60870-5-104 Mặt khác, các hệ thống khác trong TBA 110kV không người trực như: camera, access control, mạng LAN… có thể sử dụng chung một giao diện truyền dẫn để truyền về Trung tâm điều khiển. Tuy vậy, IEC 60870-5-104 giới hạn một số loại thông tin và thông số cấu hình được định nghĩa trong IEC 60870-5-101. Ví dụ IEC 60870-5-104 không hỗ trợ short time stamps (3 byte format), độ dài địa chỉ thay đổi được thiết lập cố định bằng giá trị lớn nhất. Do đó, tương thích thiết bị giữa các nhà cung cấp khác nhau phải được đảm bảo bởi danh sách tương thích (interoperability list), định nghĩa bởi tiêu chuẩn. Ngoài ra, do mạng có độ trễ không tính trước được, nên có thể thay đổi thứ tự giao các gói dữ liệu (APDU) hoặc nếu 1 lệnh APDU bị trễ nghiêm trọng trên mạng có thể gây ra một hành động điều khiển không mong muốn... Tuy nhiên,việc xây dựng một hệ thống truyền dẫn NG-SDH với độ trễ nhỏ sẽ khắc phục các nhược điểm nêu trên. Thực hiện lộ trình phát triển lưới điện thông minh của Chính phủ và Tập đoàn Điện lực Việt Nam, PC Đà Nẵng đang áp dụng công nghệ điều khiển hệ thống bằng máy tính, được áp dụng rộng rãi trên thế giới, để tự động hóa quá trình vận hành hệ thống điện tại các TBA 110kV không người trực. Việc áp dụng giao thức IEC 60870-5-104 truyền thông giữa TBA 110kV và Trung tâm điều khiển sẽ tiết kiệm chi phí đầu tư, nâng cao độ tin cậy hệ thống cũng như đảm bảo tương thích các thiết bị thế hệ mới. Ngọc Quang