Đặt vấn đề Về tổng quan, hệ thống cung cấp điện cho khu vực Tp.HCM là một hệ phức hợp bao gồm các trạm và đường dây từ cấp cao thế, trung thế và hạ thế. Trong đó, Tổng công ty quản lý phần lớn là lưới điện phân phối với 26.290 trạm biến thế với công suất lắp đặt là 11.713 MVA và 603 tuyến dây (6.654 km đường dây), với hệ số mang tải bình quân của trạm hạ thế công cộng là 65%. Đến thời điểm hiện tại, tất cả các tuyến dây trung thế đều đã được kết nối mạch vòng, đảm bảo khả năng chuyển tải linh hoạt khi có công tác hoặc xảy ra sự cố mất điện (đảm bảo tiêu chí n-1). Nhìn chung, hệ thống điện trên địa bàn Tp.HCM có độ dự phòng lưới truyền tải cao, với khoảng 60% ở cấp điện áp 22 kV, trên 40% ở cấp điện áp 110 kV và trên 50% ở cấp điện áp 220 kV.
Đó là chưa xét đến các công trình đang triển khai thi công. Hầu hết các trạm biến áp 110 kV trên địa bàn thành phố đều được cấp nguồn từ hai đường dây 110 kV xuất phát từ các trạm biến áp 220 kV. Như vậy, tổng công suất truyền tải của các đường dây và trạm biến áp cấp 110 kV, xuất tuyến từ các trạm 220kV, hoàn toàn đáp ứng cho công suất tiêu thụ đỉnh năm 2018 là 4.138 MW và các giai đoạn sắp tới. Ngoài ra, hàng năm, Tổng công ty cũng xây dựng các kịch bản và tính toán khả năng đảm bảo chuyển tải linh hoạt nguồn điện đến cấp 110 kV nhằm đáp ứng tiêu chí vận hành ổn định khi có sự cố “n-1”.
Như vậy, với công suất lắp đặt của lưới 110 kV và lưới phân phối có độ dự phòng cao như nêu trên, về cơ bản Tổng công ty luôn đảm bảo việc đáp ứng đầy đủ nguồn điện cung cấp cho thành phố và có dự phòng cao, đảm bảo vận hành ổn định theo tiêu chí n-1. Theo xu hướng phát triển lưới điện hiện đại, việc nâng cao các chỉ tiêu chất lượng của lưới điện có một vai trò hết sức quan trọng trong hoạt động của ngành điện. Tổng công ty đã xây dựng Trung tâm Điều khiển xa là hệ thống SCADA/DMS để thực hiện giám sát tình trạng vận hành, điều khiển từ xa các trạm 110 kV cũng như các thiết bị đóng cắt trên lưới điện trung thế toàn thành phố. Bên cạnh đó, nhiều thiết bị đóng cắt trung thế có kết nối SCADA cũng được đẩy mạnh đầu tư để hoàn thiện lưới điện phân phối.
Tính tới thời điểm hiện tại, Tổng công ty đã hoàn tất trang bị 1256 Recloser, 409 LBS, 268 RMU được kết nối SCADA về Trung tâm Điều khiển xa. Như HVTH: Bành Đức Hoài 2 CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều vậy, việc đầu tư, khai thác và sử dụng hiệu quả các công nghệ hiện đại như SCADA và tự động hóa lưới điện đóng một vai trò thiết yếu để ngành điện lực Việt Nam nói chung và Tổng công ty Điện lực Tp.HCM nói riêng có thể nâng cao chất lượng và hiệu quả lao động một cách tích cực và chủ động. Với các nội dung nêu trên ta thấy rất rõ vai trò của việc ứng dụng các công nghệ hiện đại như tự động khôi phục cung cấp điện vào công tác quản lý lưới điện nhằm cải thiện các chỉ số độ tin cậy cũng như tổn thất điện năng của lưới điện hiện hữu là hết sức cần thiết.
Đặc biệt là trong bối cảnh sự gia tăng phụ tải của thành phố trong các giai đoạn 10 đến 20 năm tới là rất lớn theo các dự báo thì việc ứng dụng, khai thác hiệu quả giải pháp FLISR của hệ thống SCADA/DMS để khôi phục cung cấp điện trên lưới điện phân phối Tp.HCM có xét đến tổn thất điện năng là cực kỳ quan trọng và ý nghĩa.2 Mục tiêu nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu giải pháp FLISR của hệ thống SCADA/DMS và ứng dụng một cách hiệu quả trên lưới điện phân phối của Tổng công ty điện lực TP.HCM cho ba tuyến dây trạm Bàu Đưng thuộc Điện lực Củ Chi. Cụ thể luận án cần thực hiện các nhiệm vụ như sau: Nghiên cứu tổng quan về giải pháp FLISR của hệ thống SCADA/DMS để khôi phục cung cấp điện có xét đến tổn thất điện năng. Áp dụng giải pháp FLISR trên lưới điện phân phối hình tia gắn với cơ sở hạ tầng và các nguồn dữ liệu của Tổng công ty. Tiến hành mô phỏng và đánh giá kết quả áp dụng giải pháp FLISR trên lưới điện phân phối Củ Chi thuộc Tổng công ty Điện lực TP.3 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu Hiện nay, các tài liệu chỉ nghiên cứu riêng lẻ về việc phát hiện sự cố hoặc định vị sự cố hoặc cách ly sự cố mà chưa tổng hợp thành một phương pháp tổng thể hoàn chỉnh.
Khi sự cố xuất hiện trên LĐPP, vấn đề phát hiện và định vị vị trí sự cố đóng vai trò quan trọng nhằm hỗ trợ cho công tác khắc phục hậu quả của sự cố. Trong luận văn này, tác giả sẽ ứng dụng giải pháp FLISR [15] để nhanh chóng phát hiện, cách ly sự cố và khôi phục cấp điện cho khu vực ảnh hưởng bởi sự cố thông HVTH: Bành Đức Hoài 3 CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều qua các tín hiệu thời gian thực (như tín hiệu bảo vệ tác động từ relay bảo vệ kỹ thuật số/recloser, tín hiệu cảnh báo sự cố và tín hiệu cảnh báo mất điện áp từ FTU có chức năng FI) truyền từ các thiết bị bố trí trên LĐPP đến hệ thống SCADA/DMS của Trung tâm Điều khiển xa. Đồng thời, luận văn cũng tập trung xem xét đánh giá chỉ số tổn thất điện năng của các phương án cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện được giải pháp FLISR đề xuất.
Luận văn đã nghiên cứu và làm rõ giải pháp FLISR của hệ thống SCADA/DMS. Từ đó, tạo cơ sở để ứng dụng thực tiễn một cách hiệu quả giải pháp FLISR cho LĐPP hình tia của Điện lực Củ Chi, dựa trên cơ sở sử dụng dữ liệu từ các thiết bị IED, FTU có chức năng FI và relay bảo vệ kỹ thuật số để nhanh chóng phát hiện và định vị chính xác phân đoạn có sự cố. Áp dụng giải pháp FLISR đã góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khu vực Củ Chi nhờ tái lập nguồn điện nhanh chóng cho khách hàng khi xảy ra sự cố trên lưới. HVTH: Bành Đức Hoài 4 CBHD: PGS.
Võ Ngọc Điều CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP FLISR ĐỂ KHÔI PHỤC CUNG CẤP ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 2.1 Phương pháp xác định tổn thất điện năng dựa vào phân tích trào lưu công suất 2.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Hiện nay, các phương pháp phát hiện và định vị vị trí sự cố thường tận dụng các tín hiệu truyền từ các thiết bị đầu cuối (FTU) bố trí dọc trên tuyến dây trung thế kết hợp với trạng thái vận hành thời gian thực của LĐPP như đã đề cập trong tài liệu [1-3]. Cụ thể, LĐPP được mô hình thành từng khu vực nhỏ để phân tích sự cố khi vận hành hình tia và liên kết vòng trong tài liệu [1]. Phương pháp này tuy đơn giản nhưng gặp khuyết điểm trong việc định vị chính xác vị trí sự cố bên trong khu vực. Ở tài liệu [2], các thiết bị chỉ báo sự cố (FI) được sử dụng để định vị vị trí sự cố.
Tài liệu [3] cho thấy các thiết bị FI được tích hợp vào trong thiết bị đóng cắt như LBS/Recloser nhằm phân chia LĐPP thành những phân đoạn nhỏ và hình thành nên một mô hình lưới điện có tính chất kết nối với nhau. Dựa vào các tín hiệu chỉ thị và thông tin sự cố từ thiết bị LBS/recloser tích hợp FI, phân đoạn có sự cố được xác định. Tuy nhiên, phương pháp đề xuất trong nghiên cứu này chưa đề cập đến vấn đề khôi phục cung cấp điện. Mặt khác, độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào việc định nghĩa trước các phân đoạn trên một tuyến dây của LĐPP.
Nếu LĐPP có tính chất kết nối phức tạp, chẳng hạn như các tuyến dây vận hành liên kết vòng, tính hiệu quả của phương pháp này sẽ bị ảnh hưởng khi định vị vị trí sự cố. Mặt khác, trong tài liệu [4],[5], một cách xác định vị trí sự cố hiệu quả được giới thiệu chính là dựa vào việc tính toán khoảng cách từ nguồn đến vị trí sự cố thông qua việc xác định giá trị tổng trở tương đương. Tuy nhiên, phương pháp này có những khó khăn do phụ thuộc vào: i) giá trị tổng trở ngắn mạch và ii) số lượng nguồn bơm vào vị trí sự cố. Công nghệ truyền sóng được trình bày trong tài liệu [6-8] cũng là một phương pháp định vị trí sự cố.
Độ chính xác của phương pháp này bị ảnh hưởng khi LĐPP có nhiều nhánh rẽ hoặc máy biến thế phân phối được trang bị tính năng tự động điều chỉnh nấc. Trong tài liệu [9-11], các phương pháp dựa trên kỹ thuật mạng nơ-ron, logic mờ, chuyên gia, lai ghép được ứng dụng để xác định vùng sự cố. Khi LĐPP thay HVTH: Bành Đức Hoài 5 CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều đổi cấu trúc hoặc khi trị số chỉnh định của các thiết bị bảo vệ thay đổi, các phương pháp này sẽ bộc lộ khuyết điểm.
Tài liệu [12] đề cập đến mô hình FLISR với hai tính năng gồm: i) quản lý LĐPP và ii) hỗ trợ đề xuất phương án xử lý khi sự cố xảy ra. Nói một cách đơn giản, mô hình FLISR này hoàn toàn dựa vào khả năng tự động nhận diện trạng thái mất điện áp và tự động điều khiển theo thời gian định trước của các recloser [13]. Một phương pháp tiếp cận FLISR khác là ứng dụng kỹ thuật truyền dữ liệu sự kiện có định hướng GOOSE (Generic Orient Object System Events) thông qua hạ tầng truyền dẫn [14]. Những relay bảo vệ kỹ thuật số sẽ trao đổi thông tin sự cố lẫn nhau trên cùng một lớp mạng truyền dẫn.
Từ đó, chúng tự động thực hiện các bước định vị, cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện nhờ vào giải thuật lập trình sẵn. Tuy phương pháp này có ưu điểm là dữ liệu truyền nhận-thông tin ở tốc độ rất cao vì bỏ qua nhiều tầng cấp trong mô hình OSI (Open System Interconnection) nhưng sẽ gây khó khăn trong vấn đề bảo mật – an toàn thông tin. Dựa vào những tín hiệu truyền từ FTU có chức năng FI, recloser và relay bảo vệ kỹ thuật số và sự kết hợp hệ thống quản lý LĐPP SCADA/DMS, tài liệu [15] trình bày một phương pháp tiếp cận FLISR hiệu quả.