Luận Văn Thạc Sĩ: Xây Dựng Hệ Thống Miniscada DMS trong Vận Hành Lưới Điện Phân Phối tại TP.HCM

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute xây dựng hệ thống miniscada dms trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Đào Đình Quý
• Người hướng dẫn: TS Võ Minh Huân
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Hệ Thống Miniscada DMS Cho Vận Hành Lưới Điện Phân Phối Tại TP.HCM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Hiện trạng lưới điện khu vực TP
• 1.2. Quá trình phát triển HT SCADA
• 1.3. Hiện trạng hệ thống SCADA TP
• 1.4. Đánh giá hệ thống SCADA lưới điện khu vực TP
• 1.5. Sự cần thiết đầu tư HT SCADA/DMS
• 1.6. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.7. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài
• 1.8. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
• 1.9. Nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MINISCADA TRÊN MỘT LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ
• 2.2. Các tính năng vận hành dựa trên sơ đồ Miniscada
• 2.2.1. Khả năng áp dụng các sơ đồ Miniscada trên lưới điện TP
• 2.2.2. Lựa chọn mạch vòng để triển khai ứng dụng tính năng MiniScada
• 2.2.3. Lựa chọn các thiết bị đóng cắt có khả năng điều khiển xa
• 2.2.4. Lựa chọn phương thức truyền thông và phương thức kết nối
• 2.3. Sử dụng phần mềm SCADA để thu thập các dữ liệu và điều khiển
• 2.3.1. Xây dựng các giao diện HMI để giám sát vận hành hệ thống
• 2.3.2. Xây dựng chế độ vận hành điều khiển từ xa qua hệ thống Miniscada
• 2.3.3. Xây dựng các kịch bản sự cố mất điện có thể xảy ra
• 2.3.4. Xây dựng mô hình thử nghiệm mạch vòng Miniscada
• 2.3.5. Xây dựng phương thức hoạt động của hệ thống để cô lập phần tử sự cố, tái lập cung cấp điện
• 2.4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH, QUY TRÌNH, PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐỂ CÔ LẬP PHẦN TỬ SỰ CỐ, TÁI LẬP CUNG CẤP ĐIỆN
• 2.4.1. Các lưu đồ để xây dựng mô hình cho mạch vòng Miniscada
• 2.4.2. Vận hành mạch vòng trung thế Miniscada trên lưới điện khi có sự cố
• 2.5. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH – KIỂM CHỨNG - PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ RƠ LE TRÊN MẠCH VÒNG TRUNG THẾ
• 2.5.1. Tổng quan về công tác tính toán ngắn mạch và bảo vệ rơ le
• 2.5.2. Tính toán ngắn mạch trên mạch vòng thử nghiệm
• 2.5.3. Chọn các trị số chỉnh định rơle trên mạch vòng thử nghiệm
• 2.5.4. Xem xét kiểm chứng đánh giá việc phối hợp bảo vệ rơle trên mạch vòng
• 6. CHƯƠNG 6: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN
• 6.1. Đánh giá hiệu quả của đề tài
• 6.2. Khả năng duy trì, phát triển và mở rộng ứng dụng hệ thống Miniscada
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống Miniscada DMS

Hệ thống Miniscada DMS là một phần quan trọng trong việc vận hành lưới điện phân phối tại TP.HCM. Hệ thống này không chỉ giúp giám sát và điều khiển từ xa mà còn tối ưu hóa quy trình quản lý lưới điện. Việc áp dụng công nghệ SCADA trong hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu thời gian thực, từ đó nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của lưới điện. Theo nghiên cứu, việc triển khai Miniscada đã giúp giảm thiểu thời gian mất điện và cải thiện chất lượng cung cấp điện cho người dân. Hệ thống này cũng hỗ trợ trong việc phát hiện và cô lập sự cố, từ đó khôi phục cung cấp điện nhanh chóng cho các khu vực không bị ảnh hưởng.

1.1. Tính cấp thiết của hệ thống

Việc phát triển hệ thống Miniscada DMS là cần thiết trong bối cảnh lưới điện TP.HCM ngày càng mở rộng và phức tạp. Hệ thống này giúp giám sát lưới điện một cách hiệu quả, giảm thiểu thời gian và khu vực mất điện khi xảy ra sự cố. Đặc biệt, trong một thành phố lớn như TP.HCM, việc đảm bảo cung cấp điện ổn định là rất quan trọng cho sự phát triển kinh tế và xã hội. Hệ thống Miniscada DMS không chỉ giúp nâng cao hiệu suất vận hành mà còn tạo điều kiện cho việc tự động hóa trong quản lý lưới điện, từ đó đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.

II. Cấu trúc và chức năng của hệ thống Miniscada DMS

Hệ thống Miniscada DMS bao gồm nhiều thành phần chính, mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành lưới điện. Các thiết bị như recloser, LBS, và RMU được kết nối với nhau thông qua mạng viễn thông, cho phép thu thập và truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng. Chức năng chính của hệ thống bao gồm giám sát trạng thái thiết bị, điều khiển từ xa và phân tích dữ liệu. Hệ thống cũng hỗ trợ trong việc phát hiện sự cố và tự động cô lập các phần tử gặp sự cố, từ đó khôi phục cung cấp điện cho các khu vực không bị ảnh hưởng. Việc sử dụng công nghệ SCADA trong hệ thống này giúp nâng cao khả năng giám sát và điều khiển, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành.

2.1. Các tính năng nổi bật

Một trong những tính năng nổi bật của hệ thống Miniscada DMS là khả năng tự động hóa trong việc giám sát và điều khiển lưới điện. Hệ thống cho phép các kỹ sư điều độ theo dõi tình trạng hoạt động của các thiết bị trong thời gian thực, từ đó đưa ra các quyết định kịp thời khi có sự cố xảy ra. Ngoài ra, hệ thống còn cung cấp các báo cáo phân tích dữ liệu, giúp đánh giá hiệu suất hoạt động của lưới điện. Việc áp dụng công nghệ thông tin trong quản lý lưới điện không chỉ nâng cao hiệu quả mà còn giảm thiểu chi phí vận hành, tạo ra một môi trường làm việc an toàn và hiệu quả hơn cho các nhân viên kỹ thuật.

III. Đánh giá hiệu quả của hệ thống Miniscada DMS

Đánh giá hiệu quả của hệ thống Miniscada DMS cho thấy những cải tiến rõ rệt trong việc quản lý lưới điện tại TP.HCM. Hệ thống đã giúp giảm thiểu thời gian mất điện trung bình của khách hàng, từ đó nâng cao sự hài lòng của người tiêu dùng. Theo số liệu thống kê, thời gian mất điện trung bình (SAIDI) đã giảm đáng kể sau khi triển khai hệ thống. Hệ thống cũng đã chứng minh khả năng phát hiện và xử lý sự cố nhanh chóng, giúp khôi phục cung cấp điện cho các khu vực bị ảnh hưởng trong thời gian ngắn nhất. Điều này không chỉ góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ mà còn tạo ra một hình ảnh tích cực cho ngành điện lực tại TP.HCM.

3.1. Khả năng duy trì và phát triển

Hệ thống Miniscada DMS không chỉ đáp ứng nhu cầu hiện tại mà còn có khả năng mở rộng trong tương lai. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, hệ thống có thể được nâng cấp để tích hợp thêm nhiều tính năng mới, từ đó nâng cao hiệu quả vận hành. Việc duy trì và phát triển hệ thống là rất quan trọng để đảm bảo cung cấp điện ổn định và an toàn cho người dân. Các công ty điện lực cần tiếp tục đầu tư vào công nghệ và đào tạo nhân lực để khai thác tối đa tiềm năng của hệ thống, từ đó đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối tại TP. Hồ Chí Minh là một trong những hệ thống điện quan trọng, phục vụ trung tâm kinh tế, văn hóa và công nghệ cao của cả nước. Đến cuối năm 2018, lưới điện trung thế 22kV có tổng chiều dài đường dây khoảng 4.858 km, với hơn 24.950 trạm biến thế dung lượng 10.720 MVA, cùng hơn 1.200 thiết bị đóng cắt như Recloser, LBS và RMU. Năm 2015, công suất tiêu thụ cực đại đạt 3.575 MW, sản lượng điện tiêu thụ cao nhất là 69,9 triệu kWh, chiếm khoảng 1/8 tổng tiêu thụ điện cả nước. Tuy nhiên, chỉ số thời gian mất điện trung bình (SAIDI) là 730 phút/năm và số lần mất điện trung bình (SAIFI) là 6,96 lần, cho thấy còn nhiều thách thức trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng hệ thống MiniSCADA/DMS nhằm tự động hóa vận hành lưới điện phân phối, giảm thiểu thời gian và khu vực mất điện khi xảy ra sự cố. Mục tiêu cụ thể là phát triển hệ thống thu thập, giám sát và điều khiển các thiết bị đóng cắt trung thế 22kV, áp dụng sơ đồ mạch vòng Miniscada để phát hiện, cô lập sự cố và khôi phục cung cấp điện nhanh chóng. Nghiên cứu được thực hiện trên lưới điện khu vực TP. Hồ Chí Minh, với phạm vi thời gian từ năm 2015 đến 2020, nhằm nâng cao chất lượng cung cấp điện, giảm chỉ số SAIDI từ 1100 phút xuống còn 150 phút và SAIFI từ 10,5 lần xuống còn 1 lần.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc hiện đại hóa hệ thống SCADA hiện có, tích hợp thêm chức năng DMS, giúp tăng cường khả năng giám sát đến từng thiết bị trên lưới trung thế, nâng cao độ tin cậy, giảm tổn thất điện năng và giảm lực lượng lao động vận hành. Đây là bước tiến quan trọng trong công cuộc hiện đại hóa ngành điện lực, góp phần đảm bảo an toàn, liên tục và hiệu quả trong cung cấp điện cho khu vực đô thị lớn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình vận hành lưới điện phân phối hiện đại, trong đó có:

• Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition): Là hệ thống giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị điện, thu thập dữ liệu trạng thái, đo lường và điều khiển thiết bị đóng cắt tại các trạm biến áp và trên lưới điện trung thế.

• Hệ thống DMS (Distribution Management System): Mở rộng chức năng SCADA, cho phép phân tích, đánh giá trạng thái lưới điện, hỗ trợ điều độ viên trong việc phát hiện, cô lập sự cố và đề xuất phương án khôi phục cung cấp điện tối ưu.

• Sơ đồ mạch vòng Miniscada: Mô hình vận hành tự động trên lưới điện phân phối có cấu trúc mạch vòng, sử dụng các thiết bị đóng cắt có khả năng điều khiển từ xa như Recloser, LBS, RMU để phát hiện sự cố, cô lập phần tử sự cố và tái lập cung cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Recloser: Thiết bị đóng cắt trung thế có khả năng tự động đóng lại sau khi cắt do sự cố thoáng qua.

• Bảo vệ rơ le: Các loại rơ le bảo vệ quá dòng, bảo vệ so lệch, bảo vệ khoảng cách, bảo vệ điện áp và tần số, đảm bảo an toàn cho các phần tử lưới điện.

• Giao diện HMI (Human Machine Interface): Giao diện người dùng giúp giám sát và điều khiển hệ thống SCADA/DMS.

• Chỉ số SAIDI và SAIFI: Các chỉ số đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, lần lượt là thời gian mất điện trung bình và số lần mất điện trung bình của khách hàng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp, phân tích và thực nghiệm trên lưới điện thực tế khu vực TP. Hồ Chí Minh, với các bước chính:

• Thu thập dữ liệu: Số liệu về lưới điện, thiết bị đóng cắt, các chỉ số vận hành, sự cố và các thông số kỹ thuật được thu thập từ Tổng Công ty Điện lực TP.HCM và các hệ thống SCADA hiện có.

• Phân tích lý thuyết: Nghiên cứu các mô hình SCADA/DMS, sơ đồ Miniscada, các thuật toán điều khiển và bảo vệ rơ le, dựa trên tiêu chuẩn IEC và các tài liệu kỹ thuật quốc tế.

• Xây dựng mô hình thử nghiệm: Thiết lập mô hình mạch vòng Miniscada gồm 5 Recloser và 6 phân đoạn trên lưới điện trung thế 22kV, sử dụng thiết bị Recloser Cooper với tủ điều khiển F6, FXD, kết nối qua mạng viễn thông 3G.

• Phát triển phần mềm: Sử dụng phần mềm SCADA_Alstom và FG_Builder để xây dựng cơ sở dữ liệu và giao diện HMI giám sát, điều khiển từ xa.

• Thí nghiệm và đánh giá: Thực hiện các kịch bản sự cố giả lập tại phòng thí nghiệm và trên lưới điện thực tế, kiểm tra khả năng phát hiện, cô lập sự cố và tái lập cung cấp điện.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành từ năm 2015 đến 2020, trong đó giai đoạn thử nghiệm và triển khai thực tế diễn ra chủ yếu từ năm 2017 đến 2019.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ các thiết bị đóng cắt trung thế trên mạch vòng thử nghiệm và dữ liệu vận hành từ hơn 50 trạm điện 110kV, 1200 Recloser trên lưới điện TP.HCM. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí khả năng điều khiển từ xa và tính đại diện cho lưới điện phân phối đô thị phức tạp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả phát hiện và cô lập sự cố: Hệ thống Miniscada trên mạch vòng thử nghiệm đã phát hiện chính xác các sự cố trên từng phân đoạn với tỷ lệ thành công trên 95%. Thời gian cô lập sự cố trung bình giảm từ hàng giờ xuống còn vài phút, góp phần giảm chỉ số SAIDI từ 730 phút/năm xuống gần 150 phút/năm.

2. Khả năng tái lập cung cấp điện nhanh chóng: Sau khi cô lập phần tử sự cố, hệ thống tự động tái lập cung cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố, giảm thiểu diện tích mất điện. Tỷ lệ tái lập thành công đạt khoảng 90%, giúp giảm số lần mất điện trung bình SAIFI từ 6,96 lần xuống còn khoảng 1 lần/năm.

3. Tăng cường giám sát và điều khiển từ xa: Việc sử dụng mạng viễn thông 3G và giao diện HMI thân thiện cho phép các kỹ sư vận hành giám sát trực tiếp trạng thái thiết bị, dòng điện, điện áp và các cảnh báo sự cố theo thời gian thực, nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu sai sót do thao tác thủ công.

4. Tính ổn định và khả năng mở rộng: Hệ thống SCADA/DMS tích hợp Miniscada vận hành ổn định trên lưới điện TP.HCM với khả năng kết nối hơn 1200 thiết bị đóng cắt trung thế. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống có thể mở rộng áp dụng trên diện rộng, đáp ứng nhu cầu hiện đại hóa lưới điện phân phối đô thị phức tạp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của thành công là sự phối hợp đồng bộ giữa các thiết bị đóng cắt có khả năng điều khiển từ xa, hệ thống truyền thông 3G ổn định và phần mềm SCADA/DMS hiện đại. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào SCADA truyền thống, việc tích hợp chức năng DMS và sơ đồ Miniscada giúp nâng cao khả năng tự động hóa, giảm thời gian xử lý sự cố đáng kể.

Kết quả phù hợp với các báo cáo quốc tế về ứng dụng Miniscada trong vận hành lưới điện phân phối, đồng thời khẳng định tính khả thi và hiệu quả của việc áp dụng công nghệ này tại Việt Nam, đặc biệt trong điều kiện lưới điện đô thị phức tạp như TP.HCM.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh chỉ số SAIDI, SAIFI trước và sau khi áp dụng Miniscada, bảng thống kê tỷ lệ phát hiện và cô lập sự cố, cũng như giao diện HMI minh họa trạng thái thiết bị và cảnh báo sự cố theo thời gian thực.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng triển khai hệ thống Miniscada trên toàn bộ lưới điện trung thế TP.HCM: Đẩy nhanh tiến độ lắp đặt thiết bị đóng cắt có khả năng điều khiển từ xa và tích hợp vào hệ thống SCADA/DMS hiện có, nhằm giảm chỉ số SAIDI và SAIFI xuống mức thấp nhất trong vòng 2-3 năm tới. Chủ thể thực hiện là Tổng Công ty Điện lực TP.HCM phối hợp với các Công ty Điện lực khu vực.

2. Nâng cấp hạ tầng truyền thông: Đầu tư mở rộng mạng viễn thông 3G/4G hoặc cáp quang để đảm bảo kết nối ổn định, giảm độ trễ truyền dữ liệu, phục vụ cho việc giám sát và điều khiển thiết bị từ xa hiệu quả. Thời gian thực hiện dự kiến 1-2 năm, do phòng Công nghệ thông tin và Trung tâm Điều độ quản lý.

3. Đào tạo và bồi dưỡng nhân lực vận hành: Tăng cường công tác huấn luyện kỹ năng vận hành hệ thống SCADA/DMS và xử lý sự cố tự động cho cán bộ kỹ thuật và điều độ viên, nâng cao trình độ chuyên môn và phản ứng nhanh với các tình huống sự cố. Thời gian liên tục, chủ yếu trong 6-12 tháng đầu triển khai.

4. Phát triển phần mềm phân tích và dự báo sự cố: Nghiên cứu và tích hợp các thuật toán phân tích dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo để dự báo sự cố, tối ưu hóa phương án vận hành và bảo trì lưới điện, nâng cao hiệu quả quản lý. Chủ thể là các đơn vị nghiên cứu và phòng Công nghệ thông tin, thời gian 2-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành lưới điện: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về hệ thống SCADA/DMS, sơ đồ Miniscada, giúp nâng cao hiệu quả vận hành và xử lý sự cố trên lưới điện phân phối.

2. Các nhà quản lý ngành điện lực: Hiểu rõ về lợi ích và phương pháp hiện đại hóa lưới điện, từ đó hoạch định chính sách đầu tư, phát triển hạ tầng và nâng cao chất lượng dịch vụ cung cấp điện.

3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng công nghệ tự động hóa, truyền thông và bảo vệ rơ le trong vận hành lưới điện phân phối đô thị.

4. Các nhà cung cấp thiết bị và phần mềm SCADA: Tham khảo để phát triển sản phẩm phù hợp với yêu cầu thực tế của lưới điện Việt Nam, đặc biệt trong điều kiện đô thị phức tạp như TP.HCM.

Câu hỏi thường gặp

1. MiniSCADA là gì và khác gì so với SCADA truyền thống?
   MiniSCADA là hệ thống SCADA mở rộng, áp dụng trên lưới điện phân phối có cấu trúc mạch vòng, tích hợp chức năng tự động phát hiện, cô lập sự cố và tái lập cung cấp điện. Khác với SCADA truyền thống chỉ giám sát và điều khiển từ xa, MiniSCADA hỗ trợ phân tích và xử lý sự cố tự động, nâng cao độ tin cậy.

2. Tại sao chọn mạng viễn thông 3G cho truyền thông hệ thống?
   Mạng 3G dễ lắp đặt, chi phí thấp và đáp ứng được yêu cầu truyền dữ liệu thời gian thực cho các thiết bị đóng cắt trên lưới điện phân phối. Đây là giải pháp phù hợp với điều kiện hạ tầng hiện tại và có thể mở rộng linh hoạt.

3. Hệ thống Miniscada giúp giảm thời gian mất điện như thế nào?
   Nhờ khả năng phát hiện nhanh điểm sự cố và cô lập phần tử sự cố tự động, hệ thống giảm thời gian xử lý sự cố từ hàng giờ xuống còn vài phút, đồng thời tái lập cung cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố, giảm diện tích mất điện.

4. Các thiết bị đóng cắt nào được sử dụng trong hệ thống?
   Hệ thống sử dụng các thiết bị Recloser Cooper có tủ điều khiển F6, FXD, có khả năng thu thập tín hiệu trạng thái, đo lường và nhận lệnh điều khiển từ trung tâm qua modem GPRS/3G với giao thức IEC60870-5-101.

5. Làm thế nào để nhân viên vận hành dễ dàng giám sát hệ thống?
   Phần mềm SCADA tích hợp giao diện HMI thân thiện, cung cấp đầy đủ thông tin trạng thái thiết bị, dòng điện, điện áp và cảnh báo sự cố theo thời gian thực, giúp nhân viên vận hành theo dõi và điều khiển nhanh chóng, chính xác.

Kết luận

• Hệ thống MiniSCADA/DMS đã được xây dựng và thử nghiệm thành công trên lưới điện trung thế 22kV tại TP.HCM, nâng cao khả năng tự động hóa vận hành lưới điện phân phối.
• Giảm đáng kể thời gian và diện tích mất điện, cải thiện các chỉ số SAIDI và SAIFI, góp phần nâng cao chất lượng cung cấp điện.
• Hệ thống sử dụng thiết bị đóng cắt có khả năng điều khiển từ xa, kết nối qua mạng viễn thông 3G, vận hành ổn định và có khả năng mở rộng trên diện rộng.
• Đề xuất mở rộng triển khai, nâng cấp hạ tầng truyền thông, đào tạo nhân lực và phát triển phần mềm phân tích dự báo sự cố để tối ưu hóa vận hành lưới điện.
• Khuyến khích các đơn vị ngành điện lực, nhà quản lý và nghiên cứu sinh tham khảo để áp dụng và phát triển công nghệ tự động hóa lưới điện hiện đại.

Tiếp theo, cần tập trung hoàn thiện triển khai trên diện rộng, đồng thời nghiên cứu tích hợp các công nghệ mới nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điện phân phối đô thị. Hành động ngay hôm nay để hiện đại hóa lưới điện, đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục và hiệu quả cho tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Giới thiệu: Hệ thống SCADA đã được áp dụng rộng rãi trên lưới điện từ những thập niên 80. Đầu tiên hệ thống chỉ bao gồm các chức năng thu thập dữ liệu giám sát và điều khiển từ xa tại các trạm điện phục vụ cho việc triển khai các trạm biến áp không người trực. Với sự phát triển của lưới điện và công nghệ thông tin ngày càng hiện đại dẫn đến khả năng khối lượng dữ liệu thu thập ngày càng nhiều, việc xử lý thông tin để đánh giá lưới điện, xử lý sự cố trong thời gian thực ngày càng nhanh chóng, đáp ứng được yêu cầu tự động hóa trong vận hành lưới điện… tăng cường khả năng giám sát đến từng thiết bị trên lưới trung thế như Recloser, LBS, tủ RMU… Điều này chính là cơ sở cho việc phát triển HT SCADA/DMS.

Hiện tại hệ thống SCADA/DMS đã và đang được áp dụng trên nhiều nước và đã có nhiều kết quả thực tế. Tuy nhiên tại Việt Nam vẫn đang trong quá trình nghiên cứu triển khai và xây dựng. Hệ thống SCADA/DMS lưới điện TP.HCM dự kiến hoàn tất đưa vào vận hành vào cuối năm 2019. Hệ thống SCADA lưới điện TP.HCM đã được đầu tư từ năm 1998, trải qua 17 năm hoạt động và 2 lần nâng cấp, hệ thống hiện đang vận hành nói chung ổn định và đáp ứng được yêu cầu giám sát và điều khiển xa trên 50 trạm điện 110kV của Tổng công ty Điện lực TP.

Hệ thống SCADA đã thu thập được từ xa các tín hiệu trạng thái của các thiết bị tại trạm như tình trạng đóng cắt của các máy cắt, dao cách ly, các tín hiệu báo động… các tín hiệu đo lường như dòng áp, công suất, nhiệt độ…và cung cấp cho các điều độ viên khả năng điều khiển thao tác các máy cắt, dao cách ly, bộ đổi nấc máy biến thế. Hệ thống đã là một phương tiện hữu hiệu cho các Điều độ viên giám sát vận hành lưới điện an toàn, giảm thời gian mất điện. Tuy nhiên với việc lưới điện ngày càng mở rộng, khối lượng tín hiệu SCADA ngày càng lớn, việc giám sát điều khiển xa lưới điện không dừng ở các trạm điện mà đòi hỏi phải đến các thiết bị điện trên lưới như các Recloser, các thiết bị LBS, các tủ RMU…đồng thời với yêu cầu hiện đại hóa lưới, nâng cao chất lượng cung 1 Luan van cấp điện nhằm hạn chế tối đa thời gian mất điện, điện áp ổn định, giảm tổn thất…thì hệ thống SCADA hiện tại còn nhiều hạn chế cần phải tiếp tục nâng cấp một cách cơ bản để trở thành một hệ thống SCADA/DMS hiện đại – Hệ thống quản lý lưới điện phân phối trên nền tảng hệ thống SCADA. Khi này hệ thống SCADA phải có thêm khả năng tổng hợp, phân tích đánh giá trạng thái hệ thống điện, hỗ trợ các điều độ viên trong việc ngăn ngừa, xác định sự cố cũng như đề xuất các trình tự khôi phục cung cấp điện một cách tối ưu…Đó là các sơ đồ Miniscada của HT SCADA/DMS.

Hiện trạng lưới điện khu vực TP.HCM Lưới điện truyền tải khu vực TP.HCM có các cấp điện áp 500kV, 220kV và 110kV. Tính đến cuối năm 2015, TP.HCM được cung cấp bởi 4 trạm biến áp 500 kV, 9 trạm 220kV và 52 trạm 110 kV với tổng dung lượng 5.978 MVA, cùng với hệ thống các đường dây cao thế và cáp ngầm kết nối các trạm điện với nhau, đảm bảo khả năng cung cấp điện an toàn tin cậy trong điều kiện bình thường cũng như khi sự cố 1 đường dây hoặc 1 máy biến thế. Lưới điện phân phối khu vực TP.HCM hiện có 1 cấp điện áp trung thế là 22kV. Đến cuối năm 2018 có tổng chiều dài đường dây 22kV là: 4.858 km và đường dây 0,4kV là: 11.

Trên lưới điện có khoảng 24.950 trạm biến thế tổng dung lượng 10.720 MVA, 1200 Recloser, 1148 LBS, 670 RMU.Trên 90% các tuyến trung thế có khả năng kết nối mạch vòng đảm bảo khả năng chuyển tải khi sự cố hoặc khi cần cô lập 1 đoạn đường dây để công tác. Trong năm 2015, lưới điện khu vực TP.HCM có công suất tiêu thụ cực đại là 3.575 MW và sản lượng cao nhất là 69,9 triệu kWh, chiếm khoảng 1/8 về tiêu thụ điện trên cả nước. Thời gian mất điện trung bình của một khách hàng SAIDI là 730 phút/năm, và số lần mất điện trung bình SAIFI là 6,96 lần. Cùng với sự phát triển của lưới điện Tổng Công ty đang nỗ lực nâng cao mọi mặt về chất lượng cung cấp điện.

Quá trình phát triển HT SCADA Từ những năm đầu thập niên 1980, cùng với sự ra đời của các máy tính, sự phát triển của công nghệ truyền dữ liệu và công nghệ thông tin, sự phát triển nhanh chóng của hệ thống điện về quy mô cũng như phải đảm bảo tính an toàn, liên tục, 2 Luan van tin cậy, chất lượng, kinh tế trong cung cấp điện… đã dẫn đến các nhu cầu phải giám sát, điểu khiển hệ thống điện trong thời gian thực và điều này đã đưa đến sự ra đời của hệ thống SCADA. Cùng với sự phát triển của lưới điện theo thời gian khi số lượng và việc ứng dụng công nghệ thông tin vào các thiết bị, các lưới điện, các trạm điện, các nhà máy điện ngày càng tăng, khối lượng tin hiệu càng nhiều, thời gian yêu cầu các Điều độ viên phải xử lý càng ngắn và chính xác… đã dẫn đến sự ra đời của hệ thống SCADA/EMS (Hệ thống SCADA quản lý nguồn và lưới truyền tải) và hệ thống SCADA/DMS (Hệ thống SCADA quản lý lưới phân phối). Ngoài việc giám sát và điều khiển như hệ thống SCADA, hệ thống SCADA/DMS còn cho phép các kỹ sư và đều độ viên phân tích lưới điện và lên kế hoạch thực hiện các thao tác vận hành lưới điện. Với số lượng dữ liệu thu thập cực kỳ lớn của lưới điện trong thời gian thực, các kỹ sư Điều độ viên không thể dễ dàng giám sát được sự vận hành của lưới điện.

Do đó một số chức năng phân tích lưới điện được sử dụng để phân tích các dữ liệu, đánh giá tình trạng lưới điện và trình bày các thông tin tổng hợp cho người vận hành ở cả hai chế độ: chế độ thời gian thực và chế độ nghiên cứu. Chế độ thời gian thực sử dụng các dữ liệu đo lường, trạng thái các thiết bị để đánh giá tình trạng lưới điện. Chế độ nghiên cứu sử dụng các dữ liệu hoặc một chế độ vận hành cụ thể của lưới điện được lưu trữ để giải các bài toán về phương thức chế độ vận hành. Hiện trạng hệ thống SCADA TP.HCM Hệ thống SCADA lưới điện TP.HCM là HT SCADA đầu tiên tại Việt Nam, do Công ty ABB Thụy điển cung cấp lắp đặt từ năm 1990.

Bao gồm hệ thống SCADA trung tâm và hệ thống SCADA tại các trạm. Hệ thống có đầy đủ các chức năng giám sát, thu thập số liệu trạng thái lưới điện và điều khiển xa các thiết bị đóng cắt tại trạm. Sau hơn 20 năm vận hành hệ thống SCADA này đã trở nên lạc hậu, không đủ khả năng đáp ứng số lượng trạm ngày càng tăng và hoạt động thiếu tin cậy thường xuyên bị hư hỏng. Vào cuối năm 2013 các kỹ sư SCADA tại Trung tâm Điều độ HTĐ đã nghiên cứu thay thế thành công hệ thống SCADA trung tâm của ABB bằng hệ thống SCADA của hãng Survalent (Canada).

3 Luan van Năm 2016 các kỹ sư SCADA tại Trung tâm Điều độ HTĐ cùng với các chuyên gia Alstom thay thế thành công hệ thống SCADA trung tâm của Survalent bằng hệ thống SCADA của hãng GE/Alstom (Pháp). Hiện tại hệ thống SCADA đang thu thập và có khả năng điều khiển xa 54 trạm trung gian, 15 trạm ngắt và 1200 Recloser trên lưới điện.1: Mô hình hệ thống SCADA của Tổng Cty ĐL TP.2: Cấu trúc hệ thống SCADA Tổng Cty ĐL TP. Đánh giá hệ thống SCADA lưới điện khu vực TP.HCM Hệ thống SCADA hiện nay đang vận hành tin cậy đáp ứng được yêu cầu vận hành lưới điện, đảm bảo việc vận hành của 10 trạm điện 110 kV không người 4 Luan van trực, điều khiển xa các thiết bị đóng cắt cho 31 trạm 110 kV và các Recloser trên lưới… Trong thời gian tới hệ thống hoàn toàn có thể kết nối thêm với nhiều trạm điện và các thiết bị đóng cắt trên lưới, đáp ứng việc mở rộng các trạm không người trực cũng như thao tác từ xa các thiết bị đóng cắt trên lưới. Tuy nhiên hệ thống mới dừng lại ở việc thu thập giám sát các tín hiệu trên lưới điện như U, I, P, Q, trạng thái máy cắt, dao cách ly… và ra các lệnh điều khiển từ xa.

Sự cần thiết đầu tư HT SCADA/DMS Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, sự phát triển của công nghệ yêu cầu đặt ra về quy mô và chất lượng cung cấp điện ngày càng cao và phức tạp. Các điều độ viên lưới điện khu vực TP.HCM ngày càng rất cần các phương tiện hỗ trợ trong công tác điều hành như đánh giá lưới điện trong thời gian thực, các bước thao tác tối ưu về mặt tổn thất, về chất lượng điện do hệ thống máy tính đưa ra để lựa chọn, hoặc hỗ trợ trong việc phát hiện và cô lập sự cố… Đó là các tính năng của một hệ thống SCADA/DMS mà Tổng Công ty Điện lực TP.HCM đang hướng tới đầu tư và dự kiến sẽ đưa vào vận hành vào cuối năm 2016 và đó là công trình nâng cấp hệ thống SCADA trung tâm mà Tổng Công ty đang thực hiện với hãng Alstom (Pháp). Đây là một hệ thống SCADA/DMS có nhiều tính năng nổi trội hơn so với hệ thống SCADA hiện hữu. Hệ thống có một màn hình lớn kích thước 2x6m để có thể trình bày toàn cảnh hệ thống lưới điện TP.

Hệ thống có khả năng kết nối với hệ thống thông tin địa lý (GIS) của Tổng công ty để thu thập các số liệu lưới điện và hiển thị các thông số vận hành lưới điện trên nền bản đồ. Hệ thống có khả năng kết nối với hệ thống quản lý mất điện (OMS) để bổ sung cung cấp các số liệu mất điện từ lưới trung thế, cho phép giám sát tình hình mất điện đến các khách hàng hạ thế. Cho phép tính các chỉ số tin cậy cung cấp điện SAIDI, SAIFI trên lưới điện. Hệ thống có khả năng chia sẻ các HMI console để các Công ty Điện lực khu vực có thể cùng theo dõi giám sát lưới điện tại đơn vị mình và đồng thời có khả năng cung cấp một giao diện Web về tình hình vận hành lưới điện.

5 Luan van Hình 1. Mô hình cấu trúc hệ thống SCADA/DMS Tổng Cty ĐL TP. Tính cấp thiết của đề tài Tổng Công ty Điện lực TP.