Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa trên lưới điện phân phối tân thuận nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Khám phá luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện về ứng dụng công nghệ tự động hóa trên lưới điện phân phối Tân Thuận, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

• Tác giả: Nguyễn Trung Nam
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Phúc Khải
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Tp. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Tự Động Hóa Trên Lưới Điện Phân Phối Tân Thuận Nhằm Nâng Cao Độ Tin Cậy Cung Cấp Điện
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan

Trong bối cảnh hiện nay, độ tin cậy cung cấp điện là một yếu tố quan trọng đối với sự phát triển kinh tế và xã hội. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa vào lưới điện phân phối không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo sự ổn định trong cung cấp điện. Lưới điện phân phối có nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian đến tay người tiêu dùng. Để đảm bảo hoạt động hiệu quả, lưới điện cần phải có khả năng tự động hóa, cho phép phát hiện và xử lý sự cố nhanh chóng. Việc triển khai hệ thống điện thông minh (Smart Grid) là một xu hướng tất yếu, giúp cải thiện khả năng vận hành và quản lý lưới điện một cách hiệu quả hơn.

1.1. Lưới điện thông minh

Lưới điện thông minh được định nghĩa là hệ thống sử dụng công nghệ số để giám sát và quản lý việc truyền tải điện từ các nguồn phát. Hệ thống này không chỉ giúp giảm thiểu thời gian mất điện mà còn nâng cao hiệu suất và độ tin cậy cung cấp điện. Các thành phần như SCADA, DAS và hệ thống bảo vệ tự động đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hoạt động của lưới điện phân phối. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ IoT trong lưới điện giúp cải thiện khả năng giám sát và điều khiển từ xa, từ đó nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện.

II. Đặc tính kỹ thuật và khả năng vận hành tự động hóa

Để đảm bảo hệ thống điện hoạt động ổn định, việc hiểu rõ các thiết bị đóng cắt trên lưới điện phân phối là rất cần thiết. Các thiết bị này không chỉ đảm bảo an toàn mà còn giúp phát hiện sự cố nhanh chóng, từ đó khôi phục cung cấp điện hiệu quả. Các thiết bị như cầu chì, máy cắt và relay đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ lưới điện. Việc áp dụng các giao thức truyền thông hiện đại như IEC 61850 giúp nâng cao khả năng tương tác giữa các thiết bị, từ đó cải thiện khả năng tự động hóa lưới điện. Nghiên cứu cho thấy rằng, việc sử dụng công nghệ điện tử trong các thiết bị đóng cắt giúp tăng cường khả năng bảo vệ và giảm thiểu thời gian mất điện.

2.1. Các thiết bị bảo vệ

Cầu chì là thiết bị bảo vệ đơn giản nhưng hiệu quả trong việc bảo vệ quá dòng. Cấu tạo của cầu chì bao gồm phần tử chảy giúp tách mạch khi dòng điện vượt quá mức cho phép. Đặc tính bảo vệ của cầu chì được xác định bởi đặc tuyến thời gian – dòng điện. Các loại cầu chì như cầu chì tự rơi và cầu chì chân không được sử dụng phổ biến trên lưới điện phân phối. Việc lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp không chỉ giúp đảm bảo an toàn mà còn nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống.

III. Giải pháp tự động hóa trên lưới điện phân phối

Giải pháp tự động hóa trên lưới điện phân phối bao gồm việc triển khai các hệ thống như SCADA và DAS nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy. Hệ thống SCADA cho phép giám sát và điều khiển từ xa, giúp phát hiện sự cố và thực hiện các biện pháp khắc phục kịp thời. Hệ thống DAS giúp thực hiện các chức năng tự động hóa, từ đó giảm thiểu thời gian mất điện và nâng cao khả năng phục hồi của lưới điện. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các giải pháp tự động hóa không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có giá trị kinh tế cao.

3.1. Hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và điều khiển các thiết bị trên lưới điện. Nó cho phép thu thập dữ liệu thời gian thực, từ đó giúp người vận hành đưa ra quyết định chính xác và kịp thời. Việc tích hợp công nghệ IoT vào SCADA giúp cải thiện khả năng giám sát và tăng cường độ tin cậy trong cung cấp điện. Nghiên cứu chỉ ra rằng, khi áp dụng SCADA, thời gian khôi phục sau sự cố giảm đáng kể, góp phần nâng cao độ tin cậy của lưới điện.

IV. Kết quả ứng dụng trên lưới điện phân phối Tân Thuận

Kết quả ứng dụng công nghệ tự động hóa trên lưới điện phân phối Tân Thuận cho thấy sự cải thiện rõ rệt về độ tin cậy cung cấp điện. Việc triển khai hệ thống tự động hóa giúp giảm thiểu thời gian mất điện và tăng cường khả năng phục hồi của hệ thống. Các chỉ số như SAIFI và SAIDI được cải thiện đáng kể, cho thấy hiệu quả của các giải pháp đã được áp dụng. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc đầu tư vào công nghệ tự động hóa không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ cung cấp điện cho khách hàng.

4.1. Đánh giá kết quả

Đánh giá kết quả ứng dụng cho thấy rằng việc sử dụng công nghệ tự động hóa đã mang lại nhiều lợi ích cho lưới điện phân phối Tân Thuận. Thời gian khôi phục sau sự cố giảm, đồng thời độ tin cậy trong cung cấp điện được nâng cao. Các chỉ số SAIFI và SAIDI cho thấy sự cải thiện rõ rệt, từ đó khẳng định giá trị thực tiễn của việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong quản lý lưới điện. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 :Tổng quan Chương 2 :Đặc tính kỹ thuật và khả năng vận hành tự động hóa của các thiết bị đóng cắt trên lưới điện phân phối Chương 3 :Xây dựng mô hình tự động hóa Chương 4 :Giải pháp tự động hóa trên lưới điện phân phối Chương 5 :Kết quả ứng dụng trên lưới điện phân phối Tân Thuận ABSTRACT Electricity is the main energy source in daily life as well as production process. Improving the distribution grid reliability is a very important requirement today. Therefore, I selected the topic "A study on the distribution automation system for Tan Thuan distribution network to enhance reliability. My thesis consists of 05 chapters with the main content is to build a model of automating the distribution grid and evaluating applications on Tan Thuan grid.

Summary of main content: Chapter 1: Overview Chapter 2: Technical properties and automation operation capability of switchgear on distribution grid Chapter 3: Building automation model Chapter 4: Automation solutions on distribution grid Chapter 5: Application results on Tan Thuan distribution grid LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TBA : Trạm biến áp BVRL : Bảo vệ relay MBA : Máy biến áp MC : Máy cắt CT : Máy biến dòng điện REC : Recloser – Thiết bị tự đóng lại DAS : Distribution Automation System - Hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối MAIFI : Momentary Average Interruption Frequency Index - Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối SAIFI : System Average Interruption Frequency Index - Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối SAIDI : System Average Interruption Duration Index - Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC VIẾT TẮT Chƣơng 1 TỔNG QUAN.

Lưới điện truyền tải. Lưới điện phân phối. Lưới điện thông minh (Smart grid). Tự động hóa lưới điện phân phối (DAS).

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. Phạm vi nghiên cứu. Giá trị thực tiễn của luận văn .08 Chƣơng 2 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ KHẢ NĂNG VẬN HÀNH TỰ ĐỘNG. HÓA CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI.

THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI. Máy cắt và relay. CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG. Cấu trúc OSI/ISO của giao thức truyền thông.

Giao thức IEC 60870-5-101. Giao thức IEC 60870-5-104. TIÊU CHUẨN IEC 61850 VÀ CÁC THIẾT BỊ IED. Tổng quan tiêu chuẩn IEC 61850.

Thiết bị IED hỗ trợ tiêu chuẩn IEC 61850 .37 Chƣơng 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TỰ ĐỘNG HÓA. ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI. ĐÁNH GIÁ TUYẾN DÂY ĐẠT YÊU CẦU TỰ ĐỘNG HÓA. Giới thiệu phần mềm PSS/Adept.

Các bài toán đánh giá đạt yêu cầu vận hành tự động hóa. GIỚI THIỆU TUYẾN DÂY PHÚ MỸ - BỜ BĂNG. Tuyến dây Phú Mỹ. Tuyến dây Bờ Băng.

KHẢ NĂNG VẬN HÀNH TỰ ĐỘNG HÓA TUYẾN DÂY BỜ BĂNG – PHÚ MỸ. Trường hợp 1. Trường hợp 2. Trường hợp 3.

Trường hợp 4. Trường hợp 5. Trường hợp 6. Trường hợp 7 .75 Chƣơng 4 GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI.

Chức năng của hệ thống SCADA trong hệ thống điện. Thành phần của hệ thống SCADA. HỆ THỐNG DAS – SURVALENT. GIẢI THUẬT FLISR.

Chức năng FLISR hệ thống DAS – Survalent. Phương pháp xây dựng FLISR hệ thống DAS – Survalent. Kết quả thử nghiệm FLISR trên hệ thống DAS – Survalent .94 Chƣơng 5 KẾT QUẢ ỨNG DỤNG TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TÂN THUẬN. VẬN HÀNH THỰC TẾ DAS.

Vận hành DAS ở chế độ tự động – Mode Global FLISR = Auto. Vận hành DAS ở chế độ bán tự động – Mode Global FLISR=Semi-Auto. Thực tế vận hành xử lý sự cố trên lưới điện Tân Thuận. ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.

Đánh giá về kỹ thuật. Đánh giá về kinh tế. Đánh giá về an ninh quốc phòng. Hướng phát triển của đề tài.134 TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811 __________________________________________________________________________ CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN I.

GIỚI THIỆU Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây truyền tải và phân phối được nối với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. Tuỳ theo mục đích nghiên cứu, hệ thống điện được phân chia thành cấp điện áp khác nhau. Lưới điện Việt Nam hiện nay được chia làm các cấp sau:  Lưới truyền tải 110kV, 220 kV và 500kV.  Lưới phân phối trung áp 6kV, 10kV, 15kV, 22 kV, 35kV, 110kV.

 Lưới phân phối hạ áp 0,4kV và 0,22 kV. Lưới phân phối thực hiện nhiệm vụ phân phối điện cho một địa phương (một thành phố, quận, huyện ) có bán kính cung cấp điện nhỏ, dưới 50km. Lƣới điện truyền tải Lưới truyền tải làm nhiệm vụ chuyển tải công suất đến các trạm điện phân phối và các phụ tải lớn. Các đặc điểm của lưới truyền tải: - Các đường dây truyền tải thường là đường dây trên không ba pha ba dây, không có dây trung tính nhưng có trung tính nối đất tại các trạm biến áp.

- Có cấp điện áp từ 110kV trở lên. _________________________________________________________________________________ Trang 1 Luận văn tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811 __________________________________________________________________________ Hình 1.1 Lưới điện truyền tải 2. Lƣới điện phân phối Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải. - Có cấp điện áp đến 110kV.

- Yêu cầu đối với lưới phân phối: o Đảm bảo cung cấp điện tin cậy. o Lưới phân phối vận hành dễ dàng linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lưới điện trong tương lai. o Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp. Độ biến thiên điện áp cho phép là ± 5% Uđm.

o Vận hành hiệu quả về kinh tế: tránh làm hư hỏng thiết bị, chi phí vận hành thấp nhất, tránh tổn thất phi kỹ thuật. _________________________________________________________________________________ Trang 2 Luận văn tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811 __________________________________________________________________________ Hình 1.2 Lưới điện phân phối 3. Lƣới điện thông minh (Smart Grid) Lưới điện thông minh được định nghĩa là hệ thống lưới điện sử dụng công nghệ số và những công nghệ tiên tiến khác để giám sát và quản lý việc truyền tải điện từ tất cả các nguồn phát để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của khách hàng. Lưới điện thông minh kết hợp những nhu cầu và năng lực của tất cả các nhà máy phát điện trên thị trường điện, người điều hành lưới điện, khách hàng sử dụng điện nhằm vận hành hệ thống điện với độ tin cậy cao, hiệu quả và an toàn với chi phí đầu tư và ảnh hưởng về môi trường ở mức thấp nhất.

Mô hình lưới điện thông minh gồm các cấu phần như sau: - SCADA/DMS/OMS (Supervisory control and data acquisition/ Distribution management system/ Outage mangagement system) là tổ hợp hệ thống giám sát thời gian thực, thu thập dữ liệu và điều khiển. Trên cơ sở đó thực hiện các bài toán quản lý lưới điện phân phối và quản lý thông tin mất điện. _________________________________________________________________________________ Trang 3 Luận văn tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811 __________________________________________________________________________ - Mini-Scada là hệ thống thao tác từ xa gồm các thiết bị đóng cắt (Recloser/RMU) được lắp đặt trên lưới điện phân phối, được kết nối và truyền tín hiệu về trung tâm điều khiển bằng hệ thống truyền tin (3G/GPRS, cáp quang). Khi một sự cố xảy ra, việc cô lập sự cố được thực hiện bằng các chức năng bảo vệ của Recloser, máy cắt hoặc RMU (nếu có hệ thống relay bảo vệ).

Các thiết bị đóng cắt được điều khiển từ xa bởi người vận hành bằng cách ra lệnh từ phần mềm điều khiển trung tâm. - DAS (Distribution automation system) là mô hình dựa trên hệ thống mini-scada theo cấu trúc dạng vòng; kết nối và truyền tín hiệu với trung tâm điều khiển. Hệ thống này hoạt động hoàn toàn tự động theo các kịch bản có sẵn hoặc theo các tiêu chí ràng buộc khác nhau để người dùng lựa chọn và quyết định (DMS). - SAS (Subtation automation system) là hệ thống tự động hóa trạm 110kV với đầy đủ các tính năng như bảo vệ, giám sát và điều khiển từ xa.

- AMR (automated meter reading) là hệ thống có nhiệm vụ quản lý dữ liệu sử dụng điện của khách hàng. - ADR (Automatic Demand Response) là hệ thống tự động điều khiển phụ tải được thực hiện dựa trên sự thỏa thuận giữa đơn vị phân phối điện và khách hàng nhằm cân bằng cung cầu. - RES (Renewable Energy System) là hệ thống quản lý các nguồn năng lượng tái tạo được kết nối vào lưới điện, có chức năng phân tích và dự báo nhu cầu phụ tải cũng như khả năng đáp ứng của hệ thống để điều chỉnh lượng công suất đáp ứng một cách phù hợp. - DSM (Demand Site Management) là hoạt động nghiên cứu và quản lý nhu cầu phụ tải được phát triển trên tầng ứng dụng của smart grid.

_________________________________________________________________________________ Trang 4 Luận văn tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811 __________________________________________________________________________ - CIS (Customer Information System) là một hệ thống hỗ trợ đơn vị phân phối điện có thể quản lý các thông tin khách hàng và tương tác với khách hàng trong việc cung cấp các dịch vụ cung ứng điện. - GIS/AM/FM (Geographic Information System/ Automated Mapping/ Facilities Management) là hệ thống cho phép kết nối các hệ cơ sở dữ liệu khác để xử lý, phân tích và hiển thị thuộc tính không gian của các đối tượng một cách trực quan trên bản đồ. - CRM (Customer Relationship Management) là hệ thống quản lý và phân tích sự tương tác với khách hàng và dữ liệu khách hàng với mục tiêu cải thiện quan hệ kinh doanh với khách hàng, hỗ trợ khách hàng và điều hành phát triển kinh doanh. - WFM (Work Force Management) là tất cả những hoạt động cần thiết để duy trì lực lượng lao động sản xuất bao gồm việc quy hoạch nguồn nhân lực, huấn luyện và phát triển, tuyển dụng, quản lý công việc và thời gian, lập lịch thi công và dự báo.

- CIM (Common Information Model) là một chuẩn mà nó cho phép các phần mềm ứng dụng trao đổi thông tin về lưới điện. _________________________________________________________________________________ Trang 5 Luận văn tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811 __________________________________________________________________________ Hình 1.