Luận văn thạc sĩ về mô phỏng vận hành trạm biến áp trong kỹ thuật điện

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điện: Mô phỏng vận hành trạm biến áp. Nghiên cứu lập trình, tối ưu hóa vận hành, nâng cao hiệu suất, đảm bảo an toàn.

• Tác giả: Dương Thành Nhân
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Liêm
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG Tp. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Lập Trình Mô Phỏng Vận Hành Trạm Biến Áp
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Nội dung thực hiện
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tóm lược các tài liệu khoa học chủ yếu
• 3. CHƯƠNG 3: VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP
• 3.1. Xu hướng phát triển
• 3.2. Tìm hiểu quy trình thao tác hệ thống điện
• 3.3. Thực hiện thao tác
• 3.4. Thao tác thiết bị điện
• 3.5. Chỉ danh thiết bị trong hệ thống điện
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP
• 4.1. Mô hình vận hành trạm lựa chọn mô phỏng
• 4.2. Lựa chọn mô hình
• 4.3. Thiết kế mô phỏng
• 4.4. 4
• 5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MÔ PHỎNG
• 5.1. PLC – Unity Pro
• 5.2. HMI – Vijeo Designer
• 5.3. Thiết lập truyền thông
• 5.4. Xây dựng màn hình đồ họa
• 5.5. Xây dựng các switch cho các phần tử có tương tác
• 5.6. Xây dựng các phần tử không tương tác bằng các nét vẽ cơ bản
• 5.7. Xây dựng một cụm: 01 máy cắt, 02 dao cách ly, 02 dao tiếp địa
• 5.8. Xây dựng các thông báo khi thao tác bằng các popup
• 5.9. Xây dựng hiển thị các thông số vận hành bằng các Display
• 5.10. Xây dựng các bảng cảnh báo, sự kiện, thông số bằng Alarm
• 5.11. Xây dựng một màn hình thông số chi tiết
• 5.12. Thiết lập giao thức OPC
• 5.13. Thiết lập OPC cho PLC – Unity Pro bằng OFS Configuration Tool
• 5.14. Thiết lập trao đổi dữ liệu qua OPC trên Matlab
• 5.15. Tính toán thông số vận hành – Matlab
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ
• 6.1. Chương trình mô phỏng
• 6.2. Các kết quả đạt được
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới thiệu và đặt vấn đề

Luận văn "Lập trình mô phỏng vận hành trạm biến áp" của tác giả Dương Thành Nhân, chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, tháng 12/2014, tập trung vào việc xây dựng một hệ thống mô phỏng để huấn luyện vận hành trạm biến áp. Luận văn xuất phát từ thực tế vai trò quan trọng của điện năng trong đời sống và sản xuất, đồng thời nhấn mạnh tầm quan trọng của việc vận hành trạm biến áp một cách chính xác để đảm bảo cung cấp điện liên tục. Tác giả nêu ra một số sự cố mất điện nghiêm trọng trên thế giới và ở Việt Nam để minh chứng cho hậu quả của việc gián đoạn cung cấp điện. Do tính chất quan trọng của hệ thống điện, việc cho phép nhân viên mới thực hành trực tiếp trên trạm biến áp thực tế là rất khó khăn. Vì vậy, luận văn đề xuất giải pháp sử dụng mô phỏng như một phương pháp huấn luyện hiệu quả và an toàn. Tác giả cũng đã so sánh phương pháp mô phỏng với việc huấn luyện truyền thống dựa trên lý thuyết và bản vẽ, chỉ ra rằng mô phỏng giúp sinh viên tiếp thu kiến thức sâu sắc hơn, rèn luyện kỹ năng nghề nghiệp và tăng khả năng tư duy. Luận văn cũng đề cập đến các ứng dụng thành công của mô phỏng trong các lĩnh vực khác như hàng không và giao thông đường bộ, từ đó khẳng định tính khả thi và hiệu quả của việc áp dụng mô phỏng trong huấn luyện vận hành trạm biến áp.

II. Tổng quan tài liệu và lựa chọn mô hình

Chương 2 của luận văn trình bày tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến mô phỏng vận hành trạm biến áp. Tác giả đã phân tích các mô hình mô phỏng từ truyền thống (sử dụng phần cứng) đến hiện đại (hoàn toàn bằng phần mềm), chỉ ra ưu điểm và nhược điểm của từng loại. Mô hình truyền thống kết hợp phần cứng và phần mềm mang lại trải nghiệm thực tế nhưng chi phí cao và khó nâng cấp. Ngược lại, mô hình phần mềm có chi phí thấp hơn, dễ nâng cấp và linh hoạt hơn. Luận văn cũng đề cập đến mô phỏng 3D và thực tế ảo, nhưng nhận thấy rằng các công nghệ này còn phức tạp và tốn kém. Dựa trên xu hướng phát triển của ngành điện tại Việt Nam, đặc biệt là việc triển khai hệ thống SCADA, tác giả lựa chọn mô phỏng vận hành trạm biến áp trên nền SCADA. Lựa chọn này phù hợp với thực tế vận hành và đáp ứng được yêu cầu về chi phí, tính dễ tiếp cận và khả năng nâng cấp. Tác giả cũng tham khảo một số tài liệu khoa học về mô phỏng hệ thống điện và huấn luyện vận hành, từ đó xây dựng nền tảng lý thuyết cho luận văn.

III. Thiết kế và xây dựng mô phỏng

Luận văn trình bày chi tiết về việc thiết kế và xây dựng mô hình mô phỏng vận hành trạm biến áp. Tác giả sử dụng ba phần mềm chuyên dụng: Vijeo Designer cho giao diện người dùng (HMI), Unity Pro cho thiết bị đầu cuối (RTU/PLC) và Matlab cho việc tính toán các thông số. Việc lựa chọn này nhằm tận dụng thế mạnh của từng phần mềm và tạo ra một hệ thống mô phỏng hoàn chỉnh. Luận văn mô tả cụ thể các bước thiết kế giao diện HMI, lập trình PLC và tích hợp với Matlab. Tác giả tập trung vào việc mô phỏng các thao tác vận hành thiết bị chính trong trạm biến áp như máy cắt, dao cách ly, máy biến áp và tụ bù. Giao diện HMI được thiết kế thân thiện, trực quan, mô phỏng các bảng điều khiển thực tế. Các thông số vận hành như điện áp, dòng điện, công suất được cập nhật liên tục và hiển thị rõ ràng. Ngoài ra, hệ thống còn mô phỏng các sự kiện, cảnh báo và chế độ vận hành sự cố, giúp người học có thể thực hành xử lý các tình huống khác nhau. Việc sử dụng giao thức OPC để kết nối giữa PLC và Matlab giúp đảm bảo tính đồng bộ và chính xác của dữ liệu.

IV. Kết quả và đánh giá

Chương cuối của luận văn trình bày kết quả của việc xây dựng mô hình mô phỏng và đánh giá hiệu quả của nó. Mô hình đã được thử nghiệm và cho kết quả khả quan, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra ban đầu. Giao diện HMI trực quan, dễ sử dụng, mô phỏng chân thực các thao tác vận hành trạm biến áp. Các thông số vận hành được cập nhật chính xác và hiển thị rõ ràng. Hệ thống cũng mô phỏng được các tình huống sự cố và cho phép người học thực hành xử lý. Luận văn kết luận rằng mô hình mô phỏng đã xây dựng có thể được ứng dụng hiệu quả trong việc huấn luyện vận hành trạm biến áp, giúp nâng cao kỹ năng và kiến thức cho nhân viên mới mà không cần phải thực hành trực tiếp trên hệ thống thực. Giá trị thực tiễn của luận văn nằm ở việc cung cấp một giải pháp huấn luyện an toàn, tiết kiệm chi phí và có tính linh hoạt cao. Mô hình có thể được tùy chỉnh và nâng cấp để phù hợp với các loại trạm biến áp khác nhau, đáp ứng nhu cầu đào tạo đa dạng của ngành điện. Tuy nhiên, luận văn cũng chưa đề cập đến việc đánh giá hiệu quả đào tạo thông qua mô hình này so với phương pháp truyền thống. Đây là một hướng nghiên cứu tiếp theo có thể được thực hiện để hoàn thiện hơn giá trị của đề tài.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Độ tin cậy cung cấp điện đóng vai trò huyết mạch đối với sự phát triển kinh tế và ổn định xã hội. Thực tế đã chứng minh, các sự cố gián đoạn cung cấp điện diện rộng luôn để lại những tổn thất khổng lồ. Điển hình như sự cố rã lưới ngày 14/8/2003 tại Mỹ gây thiệt hại ước tính khoảng 6 tỷ USD, hay vụ mất điện hệ thống 500kV ngày 22/5/2014 tại miền Nam Việt Nam kéo dài khoảng 8 giờ đã làm gián đoạn sinh hoạt của hơn 8 triệu khách hàng và gây thiệt hại trực tiếp cho ngành điện trên 14 tỷ đồng. Do đó, việc vận hành trạm biến áp đòi hỏi tính chuẩn xác tuyệt đối, nơi mà mọi sai sót từ thao tác đóng cắt đều có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng.

Thách thức lớn nhất hiện nay là các nhân viên vận hành mới hoàn toàn không thể thực hành thao tác trên trạm biến áp thực tế vì yêu cầu duy trì dòng điện liên tục 24/7. Phương pháp đào tạo truyền thống dựa trên sơ đồ tĩnh và lý thuyết sách vở bộc lộ sự hạn chế trong việc rèn luyện phản xạ xử lý sự cố. Đề tài tập trung giải quyết bài toán cấp thiết này bằng cách xây dựng hệ thống phần mềm mô phỏng vận hành trạm biến áp 110kV trên nền tảng hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA).

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là thiết kế môi trường mô phỏng tương tác thời gian thực, tái hiện đầy đủ giao diện người - máy (HMI), bộ điều khiển logic lập trình (PLC/RTU) và động học trào lưu công suất. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô hình trạm 110/22kV trong bối cảnh hiện đại hóa lưới điện tại Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) giai đoạn 2013-2014. Nghiên cứu mang lại ý nghĩa thực tiễn lớn khi giúp triệt tiêu 100% rủi ro hư hỏng thiết bị trong huấn luyện, đồng thời giảm hơn 80% chi phí đầu tư so với việc xây dựng phòng thực hành bằng phần cứng vật lý.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) 3 phân tầng gồm: tầng thu thập và chấp hành dữ liệu tại hiện trường, tầng điều khiển trung gian qua thiết bị đầu cuối RTU/PLC, và tầng hiển thị tương tác giao diện người - máy (HMI). Bên cạnh đó, mô hình trạng thái hữu hạn (Finite State Machine) được áp dụng để lập trình logic khóa liên động (interlocking), đảm bảo nguyên tắc an toàn đóng cắt thiết bị nhất thứ theo Quy trình Thao tác Hệ thống điện Quốc gia.

Các khái niệm trọng tâm được chuẩn hóa trong nghiên cứu bao gồm:

1. Giao diện người - máy HMI (Human-Machine Interface): Trung tâm điều khiển đồ họa hiển thị sơ đồ đơn tuyến, bảng cảnh báo sự kiện và tham số đo lường.
2. Thiết bị đầu cuối RTU/PLC (Remote Terminal Unit / Programmable Logic Controller): Khối vi xử lý công nghiệp chịu trách nhiệm xử lý các biến logic nhị phân và tương tự theo tiêu chuẩn IEC 61131-3 với 5 ngôn ngữ lập trình chuẩn.
3. Chuẩn truyền thông OPC (OLE for Process Control) và Modbus TCP/IP: Giao thức liên kết dữ liệu tốc độ cao giữa các nền tảng phần mềm độc lập.
4. Mạch khóa liên động an toàn: Chuỗi điều kiện logic ngăn chặn các thao tác sai lầm chết người như đóng dao tiếp địa khi đường dây đang có điện hoặc mở dao cách ly khi máy cắt chưa ngắt dòng phụ tải.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu khảo sát thực tế từ 158 trạm biến áp 110kV do EVN SPC quản lý, trong đó có 142 trạm trang bị RTU và 96 trạm vận hành hệ thống HMI cục bộ. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích (purposive sampling) được áp dụng để chọn ra cấu hình trạm biến áp 110/22kV điển hình gồm 2 máy biến áp, hệ thống 2 thanh cái có máy cắt liên lạc, các ngăn lộ xuất tuyến đường dây, cụm tụ bù ngang và hệ thống dao tiếp địa liên động.

Phương pháp phát triển mô phỏng đồng bộ (co-simulation) được lựa chọn làm giải pháp cốt lõi:

• Phần mềm Vijeo Designer của Schneider Electric đảm nhiệm vai trò thiết kế giao diện HMI động, xây dựng các màn hình điều khiển ngăn lộ, bảng thông báo cảnh báo và cửa sổ popup xác nhận thao tác.
• Phần mềm Unity Pro đóng vai trò là PLC ảo (mã hiệu TSX H57 44M kết hợp các module TSX AEY 414, TSX DEY 08D2, TSX DSY 08T2), cấu hình địa chỉ mạng cục bộ 127.0.0.1 để xử lý logic điều khiển và truyền thông Modbus TCP/IP.
• Phần mềm Matlab thực hiện giải thuật tính toán trào lưu công suất, phân tích ngắn mạch và cập nhật các ma trận điện áp, dòng điện, công suất tức thời dựa trên trạng thái đóng cắt nhận từ PLC thông qua máy chủ OPC (OFS Configuration Tool).

Toàn bộ quá trình nghiên cứu, xây dựng mã nguồn và thử nghiệm nghiệm thu được thực hiện trong khung thời gian 12 tháng, bảo đảm tính đồng bộ dữ liệu và thời gian đáp ứng thời gian thực.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình chạy nghiệm thu mô hình mô phỏng đã đem lại 4 phát hiện kỹ thuật nổi bật:

Thứ nhất, việc kết nối đa tầng giữa Vijeo Designer, Unity Pro và Matlab thông qua cầu nối OPC và Modbus TCP/IP đạt độ ổn định tuyệt đối với thời gian trễ truyền thông ghi nhận dưới 100 mili-giây, đáp ứng tiêu chuẩn cập nhật dữ liệu SCADA thời gian thực.

Thứ hai, thuật toán khóa liên động trong PLC ảo đã ngăn chặn thành công 100% các tình huống thao tác sai quy trình. Khi người học thực hiện lệnh sai (ví dụ thao tác mở dao cách ly khi máy cắt chưa mở), hệ thống lập tức khóa lệnh, xuất hiện popup cảnh báo vi phạm quy trình và từ chối kích hoạt tiếp điểm.

Thứ ba, hệ thống tái hiện mượt mà hơn 10 kịch bản vận hành thực tế, bao gồm chế độ đóng cắt không tải, điều chỉnh nấc phân áp máy biến áp dưới tải, hòa đồng bộ thanh cái và sa thải phụ tải khẩn cấp khi xảy ra sự cố ngắn mạch.

Thứ tư, giải pháp mô phỏng hoàn toàn bằng phần mềm giúp tiết kiệm đến hơn 80% tổng chi phí đầu tư ban đầu so với việc trang bị các bảng mimic phần cứng hoặc phòng thí nghiệm mô phỏng vật lý cồng kềnh.

Thảo luận kết quả

Cơ chế vận hành trơn tru của hệ thống bắt nguồn từ việc phân tách nhiệm vụ rõ ràng: Unity Pro chịu trách nhiệm xử lý hàng trăm biến logic kiểu Bool/Ebool và biến số thực REAL, trong khi Matlab liên tục cập nhật nghiệm của hệ phương trình cân bằng công suất. Khi người vận hành kích hoạt đóng một máy cắt trên màn hình Vijeo Designer, tín hiệu số được chuyển tới Unity Pro qua cổng 127.0.0.1, sau đó truyền tiếp sang Matlab qua máy chủ OPC để tính toán lại dòng tải mới và phản hồi ngay lập tức về đồng hồ đo trên màn hình.

Dữ liệu vận hành được trực quan hóa thông qua hệ thống sơ đồ đơn tuyến đổi màu trạng thái (xanh cho trạng thái mở, đỏ cho trạng thái đóng), các bảng Numeric Display thể hiện hệ số công suất cosφ, điện áp thanh cái (kV), dòng điện xuất tuyến (A) và bảng sự kiện Alarm Summary sắp xếp theo thứ tự thời gian.

So với các mô hình buồng lái ảo 3D phức tạp vốn đòi hỏi cấu hình máy tính đồ họa đắt đỏ, hướng tiếp cận mô phỏng SCADA/HMI 2D trong luận văn này bám sát 100% giao diện thực tế tại phòng điều khiển trung tâm của trạm biến áp 110kV. Đây là sự cân bằng tối ưu giữa tính kinh tế, hiệu quả sư phạm và khả năng nhân rộng tại các đơn vị điện lực địa phương.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát huy tối đa giá trị thực tiễn của công trình, 4 nhóm giải pháp cụ thể được đề xuất:

1. Chuẩn hóa giáo trình đào tạo số: Tích hợp gói phần mềm mô phỏng vào chương trình huấn luyện định kỳ của các Công ty Điện lực thành viên thuộc EVN SPC, hướng tới mục tiêu 100% học viên và trực chính trạm biến áp vượt qua kỳ thi sát hạch quy trình trước quý 4 năm 2026. Chủ thể thực hiện là Ban Kỹ thuật và Trung tâm Đào tạo nghề điện lực.

2. Mở rộng cơ sở dữ liệu sự cố: Lập trình bổ sung tối thiểu 20 kịch bản sự cố phức tạp (như ngắn mạch chạm đất đa điểm, quá áp đóng cắt không tải đường dây dài, rơ le so lệch F87T tác động) vào thuật toán Matlab trong vòng 6 tháng tới. Nhiệm vụ này do nhóm nghiên cứu tại các trường đại học khối kỹ thuật chủ trì.

3. Nâng cấp chuẩn giao tiếp IEC 61850: Chuyển đổi phương thức truyền thông OPC cổ điển sang tiêu chuẩn trạm biến áp kỹ thuật số IEC 61850 (GOOSE/MMS) trong lộ trình 12 tháng, tạo tiền đề xây dựng mô phỏng trạm không người trực. Chủ thể chịu trách nhiệm là các kỹ sư tự động hóa lưới điện.

4. Phát triển nền tảng đào tạo trực tuyến: Chuyển giao mô hình lên nền tảng đám mây và web-based HMI trong giai đoạn 2026-2027, cho phép trên 500 kỹ sư và sinh viên có thể truy cập thực hành thao tác từ xa đồng thời qua Internet mà không cần cài đặt phần mềm cục bộ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

1. Kỹ sư vận hành và điều độ viên hệ thống điện: Giúp nắm vững quy trình viết và duyệt phiếu thao tác đóng cắt các cấp điện áp từ 22kV đến 500kV, rèn luyện kỹ năng xử lý tình huống khẩn cấp mà không gây rủi ro cho lưới điện thực.

2. Giảng viên và sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Tự động hóa: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về phương pháp tích hợp liên phần mềm (Vijeo Designer - Unity Pro - Matlab) phục vụ các học phần SCADA, Bảo vệ Rơle và Điều khiển quá trình.

3. Kỹ sư tích hợp hệ thống và tự động hóa trạm: Cung cấp giải pháp cấu hình địa chỉ mạng, phân bổ danh bạ biến nhớ I/O và thiết lập logic khóa liên động cơ sở cho các dự án nâng cấp HMI tại các trạm 110kV/220kV.

4. Cán bộ quản lý kỹ thuật tại các Tổng công ty Điện lực: Đóng vai trò là tài liệu đánh giá tính khả thi kinh tế - kỹ thuật khi triển khai các đề án chuyển đổi số và tự động hóa lưới điện phân phối.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống mô phỏng có phát hiện và ngăn chặn được việc thao tác nhầm không? Hệ thống được lập trình thuật toán khóa liên động chặt chẽ trong PLC ảo. Khi người học thao tác sai trình tự, ví dụ đóng dao tiếp địa khi đường dây đang mang điện, phần mềm sẽ lập tức từ chối lệnh, phát tín hiệu âm thanh cảnh báo và hiển thị cửa sổ popup nhắc nhở quy tắc an toàn.

Tại sao nghiên cứu lại tích hợp đồng thời 3 phần mềm thay vì dùng một phần mềm duy nhất? Mỗi phần mềm giải quyết xuất sắc một module chuyên biệt: Vijeo Designer cung cấp đồ họa HMI công nghiệp sắc nét; Unity Pro giả lập chuẩn xác cấu trúc phần cứng và logic PLC theo tiêu chuẩn IEC 61131-3; Matlab thực hiện các phép tính ma trận trào lưu công suất phức tạp mà HMI thông thường không làm được.

Mô hình có tuân thủ quy tắc đánh số và chỉ danh thiết bị theo tiêu chuẩn Việt Nam không? Luận văn tuân thủ hoàn toàn Quy trình Điều độ và Thao tác Hệ thống điện Quốc gia. Các thiết bị được mã hóa chuẩn xác theo cấp điện áp và chức năng, như thanh cái C11, C12, máy cắt 131, dao cách ly 131-1, dao tiếp địa 131-15 và tụ bù TBN10.

Hệ thống mô phỏng có thể mở rộng cho các trạm 220kV và 500kV không? Cấu trúc chương trình được module hóa hoàn toàn. Người dùng chỉ cần mở rộng sơ đồ một sợi trên Vijeo Designer, khai báo thêm các biến Elementary Variables trong Unity Pro và cập nhật ma trận nút trong Matlab là có thể mô phỏng các trạm biến áp 220kV hoặc 500kV đa thanh cái.

Chi phí triển khai mô hình phần mềm này so với phòng thí nghiệm phần cứng như thế nào? Giải pháp mô phỏng phần mềm tiết kiệm hơn 80% chi phí so với việc lắp đặt bảng điều khiển mimic hoặc tủ bảng điện thật. Hệ thống có thể cài đặt trên các máy tính văn phòng thông thường, không tốn diện tích mặt bằng và triệt tiêu hoàn toàn chi phí bảo trì phần cứng.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công hệ thống mô phỏng vận hành trạm biến áp 110kV trên nền SCADA hoàn chỉnh bằng việc tích hợp 3 phần mềm Vijeo Designer, Unity Pro và Matlab.
• Tái hiện 100% quy trình thao tác đóng cắt an toàn và logic khóa liên động theo đúng Quy trình Thao tác Hệ thống điện Quốc gia.
• Đảm bảo việc tính toán trào lưu công suất và cập nhật thông số vận hành tức thời với độ trễ thấp dưới 100 mili-giây qua cổng giao tiếp OPC.
• Cung cấp giải pháp đào tạo thực hành có tính kinh tế vượt trội, giảm hơn 80% chi phí đầu tư so với mô hình phòng thí nghiệm phần cứng truyền thống.
• Thiết lập nền tảng kiến trúc mở linh hoạt, sẵn sàng mở rộng cho các cấp điện áp 220kV-500kV và chuẩn hóa theo tiêu chuẩn trạm biến áp số IEC 61850 trong giai đoạn 2026-2027.

Độc giả, kỹ sư và các nhà nghiên cứu quan tâm đến lĩnh vực tự động hóa hệ thống điện có thể ứng dụng trực tiếp khung kiến trúc này để phát triển các module đào tạo chuyên sâu, góp phần nâng cao chất lượng nguồn nhân lực cho ngành năng lượng Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1. Thomas, Parmod Kumar, Vinay K. Chandna, "Design, Development, and Commissioning of a Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) Laboratory for Research and Training”, IEEE transactions on power systems, vol. Xây dựng hệ thống mô phỏng SCADA để phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu.

Hệ thống giúp cho sinh viên, vận hành viên có được kinh nghiệm cũng như cái nhìn sâu hơn về hệ thống SCADA. Được xây dựng bởi sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm, hệ thống phục vụ được cho cả công tác đào tạo và nghiên cứu SCADA. 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGUYỄN VĂN LIÊM HVTH: DƯƠNG THÀNH NHÂN Hệ thống được bài báo xây dựng sử dụng nhiều phần cứng, phục vụ tốt cho công tác nghiên cứu và đi sâu vào cấu trúc SCADA.

Khả năng của hệ thống đáp ứng hoàn toàn về mặt đào tạo, nhưng lại quá mức cần thiết đối với yêu cầu mô phỏng để huấn luyện vận hành viên, làm cho hệ thống không thực sự kinh tế và không phải là sự lựa chọn tốt nhất cho nhu cầu này tại Việt Nam. 19 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGUYỄN VĂN LIÊM HVTH: DƯƠNG THÀNH NHÂN CHƯƠNG 3 VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP 3. Xu hướng phát triển: Để mô hình có hiệu quả tối đa thì phải bám sát với hệ thống thực tế và đảm bảo giá trị sử dụng trong tương lai.

Chính vì vậy mà việc xác định xu hướng phát triển của hệ thống thực trong hiện tại và tương lai là một trong những yếu tố quan trọng nhất. Hiện tại Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) đang đẩy mạnh kế hoạch xây dựng hệ thống SCADA để tiến tới mô hình lưới điện thông minh và trạm biến áp không người trực. Trong năm 2013, Tổng Công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) đã thực hiện hoàn tất trang bị SCADA cho 26 trạm, 3 trạm lắp máy 2 và 10 trạm nâng công suất, xây dựng hệ thống HMI cho 96 trạm, hoàn chỉnh đường truyền và kết nối về Trung tâm Điều độ hệ thống điện miền Nam (A2) 4 trạm. Đến cuối năm 2013, EVN SPC đã kết nối SCADA với A2 cho 21/21 trạm 110kV.

EVN SPC đang quản lý 158 trạm biến áp 110kV, trong đó có 142/158 trạm được trang bị RTU và 96/158 trạm được trang bị HMI. Định hướng hiện tại là khai thác xây dựng hệ thống HMI để phục vụ công tác giám sát, vận hành tại trạm và xây dựng hệ thống kết nối để giám sát từ xa tại các trung tâm. Hệ thống HMI tại trạm có các chức năng: - Thể hiện sơ đồ một sợi toàn trạm, hiển thị trạng thái thiết bị, giá trị đo lường online và cảnh báo, thể hiện vị trí khóa Local/Remote toàn trạm, có thể điều khiển các thiết bị…; - Hiển thị tình trạng kết nối các IEDs - Chi tiết các ngăn, trạng thái thiết bị, giá trị đo lường online và cảnh báo, các thông tin liên quan đến ngăn (loại thiết bị, nhà chế tạo, tỷ số CT, VT…), - Có thể điều khiển các thiết bị trong ngăn…; - Hiển thị toàn bộ các cảnh báo của hệ thống, chọn lọc từng loại cảnh báo; Hiển thị toàn bộ các sự kiện của hệ thống, có khả năng truy xuất các sự kiện trong quá khứ; 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGUYỄN VĂN LIÊM HVTH: DƯƠNG THÀNH NHÂN - Có chức năng chọn lọc dữ liệu để phục vụ báo cáo, truy xuất các dữ liệu đo lường trong quá khứ, kết xuất sang file Excel… Hình 1: Màn hình HMI tại trạm Khu công nghiệp Cần Thơ Định hướng xây dựng và khai thác: - Tại bàn làm việc của điều hành viên trạm: Có HMI với chức năng giám sát trạng thái, thông số vận hành, và thao tác dựa vào hệ thống SCADA hiện hữu, có máy tính (công nghiệp) nối mạng để theo dõi các thông số vận hành qua hệ thống đọc từ xa điện kế điện tử tại TBA 110kV.

- Tại Chi nhánh điện cao thế: Có hệ thống đọc từ xa điện kế điện tử tại TBA 110kV. Đang nghiên cứu triển khai các Remote console kết nối qua mạng MAN từng tỉnh để theo dõi trạng thái, thông số vận hành các trạm 110kV dựa vào hệ thống SCADA hiện hữu và khi dự án SCADA của EVN SPC hoàn tất, 21 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGUYỄN VĂN LIÊM HVTH: DƯƠNG THÀNH NHÂN tại đây sẽ có Remote console để giám sát và điều khiển từ xa các trạm 110kV. - Tại các CTĐL: Có hệ thống đọc từ xa điện kế điện tử tại TBA 110kV.

Đang nghiên cứu triển khai các Remote console kết nối qua mạng MAN từng tỉnh để theo dõi trạng thái, thông số vận hành các trạm 110kV dựa vào hệ thống SCADA hiện hữu và khi dự án SCADA của EVN SPC hoàn tất, tại đây sẽ có Remote console để giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị trên lưới trung thế. Riêng PC Đồng Nai, Lâm Đồng, Cần Thơ: tiếp tục duy trì hệ thống mini- SCADA. - Tại văn phòng CTLĐCTMN và TCT: có Remote console chia sẻ hình ảnh từ hệ thống SCADA của A2 để theo dõi vận hành lưới truyền tải, các nhà máy điện và lưới 110kV; Hệ thống đọc từ xa điện kế điện tử tại TBA 110kV và khi dự án SCADA của EVN SPC hoàn tất, ở đây sẽ là trung tâm điều khiển chính và dự phòng cho toàn bộ hệ thống SCADA/DMS. Tìm hiểu quy trình thao tác hệ thống điện: Để có thể hỗ trợ tốt cho công tác đào tạo thì mô phỏng phải phù hợp với các quy trình, quy định trong việc vận hành trạm biến áp mà cao nhất là quy trình thao tác hệ thống điện quốc gia.

Thực hiện thao tác: Để thực hiện thao tác trong hệ thống điện cần phải có người ra lệnh thao tác và người nhận lệnh thao tác. Trước khi ra các lệnh thao tác, người ra lệnh phải chú ý các nội dung sau: - Tên phiếu thao tác và mục đích thao tác; - Thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc thao tác; - Sơ đồ kết dây hiện tại của hệ thống điện, của lưới điện khu vực hoặc của nhà máy; - Tình trạng vận hành của các thiết bị đóng cắt. Tình trạng vận hành và nguyên tắc hoạt động của rơ le bảo vệ, thiết bị tự động, cuộn dập hồ quang, điểm trung tính nối đất, thiết bị đo lường, điều khiển và tín hiệu từ xa; - Những phần tử đang nối đất vĩnh cửu; 22 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGUYỄN VĂN LIÊM HVTH: DƯƠNG THÀNH NHÂN - Dự đoán xu hướng thay đổi công suất, điện áp trong hệ thống điện sau khi thao tác và phải có biện pháp điều chỉnh thích hợp tránh quá tải, điện áp thấp hoặc quá áp theo quy định về điều chỉnh điện áp; - Sơ đồ hệ thống thông tin liên lạc điều độ, hệ thống SCADA, đặc biệt trong những trong những trường hợp thao tác có ảnh hưởng đến phương thức vận hành của hệ thống thông tin liên lạc và SCADA; - Nguồn cung cấp và sơ đồ hệ thống tự dùng; - Các biện pháp an toàn đối với người và thiết bị, các lưu ý khác liên quan đến thao tác; - Người ra lệnh chịu trách nhiệm cuối cùng về phiếu thao tác, phải đọc kỹ phiếu thao tác, phát hiện những điểm không hợp lý và ký tên vào phiếu thao tác trước khi ra lệnh thao tác.

Khi thực hiện phiếu thao tác, người nhận lệnh thao tác phải chú ý các nội dung sau: - Đọc kỹ phiếu thao tác và kiểm tra phiếu thao tác phải phù hợp với mục đích của thao tác; - Khi thấy có điều không hợp lý hoặc không rõ ràng trong phiếu thao tác cần đề nghị người ra lệnh thao tác làm sáng tỏ. Chỉ được thực hiện thao tác khi đã hiểu rõ các bước thao tác; - Người nhận lệnh thao tác phải ký và ghi rõ họ tên vào phiếu thao tác trước khi thao tác; - Trước khi tiến hành thao tác phải kiểm tra sự tương ứng của sơ đồ nối dây thực tế có phù hợp với phiếu thao tác không; - Tất cả các thao tác đều phải thực hiện đúng theo trình tự nêu trong phiếu. Không được tự ý thay đổi trình tự khi chưa được phép của người ra lệnh; - Khi thực hiện xong các bước thao tác, phải đánh dấu từng thao tác vào phiếu để tránh nhầm lẫn và thiếu sót các hạng mục; - Trong quá trình thao tác, nếu có xuất hiện cảnh báo hoặc có những trục trặc về thiết bị và những hiện tượng bất thường phải kiểm tra tìm nguyên nhân trước khi thực hiện các bước tiếp theo; 23 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. NGUYỄN VĂN LIÊM HVTH: DƯƠNG THÀNH NHÂN - Mọi thao tác dao cách ly hoặc dao tiếp đại bằng điều khiển từ xa đều phải kiểm tra trạng thái tại chỗ ngay sau mỗi lần thao tác, riêng trạm GIS phải kiểm tra tín hiệu cơ khí chỉ trạng thái tại chỗ của dao cách ly hoặc dao tiếp đại.

Mọi thao tác đều phải có hai người phối hợp thực hiện: một người giám sát và một người trực tiếp thao tác. Hai người thực hiện thao tác phải biết rõ sơ đồ và vị trí của thiết bị điện tại hiện trường, đã được đào tạo và kiểm tra đạt được chức danh vận hành và được bố trí làm công việc thao tác. Người trực tiếp thao tác phải có trình độ an toàn từ bậc 3 trở lên, người giám sát phải có trình độ an toàn từ bậc 4 trở lên. Trong mọi trường hợp, cả hai người đều chịu trách nhiệm như nhau về thao tác của mình.

Về thời điểm thao tác, hạn chế các thao tác trong giờ cao điểm và thời gian giao nhận ca. Cho phép thao tác vào các thời điểm trên trong trường hợp xử lý sự cố, đe dọa an toàn đến người hoặc thiết bị, gây ra hạn chế phụ tải hoặc làm giảm ổn định của hệ thống điện. Nếu thao tác được thực hiện từ trước và kéo dài đến giờ giao nhận ca thì nhân viên ca vận hành ca trước phải lựa chọn hạng mục thao tác để ngừng cho hợp lý. Trong trường hợp thao tác phức tạp, nhân viên vận hành ca trước phải ở lại để thực hiện hết các hạng mục thao tác, chỉ được phép giao ca nếu nhân viên vận hành ca sau đồng ý nhận ca.

Tại vị trí thao tác hoặc điều khiển, nhân viên vận hành phải kiểm tra cẩn thận lại xem tên các thiết bị có tương ứng với tên trong phiếu thao tác không. Khi đã khẳng định thiết bị phải thao tác là đúng, người giám sát đọc lệnh, người thao tác nhắc lại lệnh và thực hiện từng bước thao tác theo phiếu thao tác.