Đặt vấn đề Ngày nay với nhu cầu sử dụng điện tăng cao cùng với sự phát triển không ngừng của các cơ sở sản xuất, kinh doanh, trong đó các loại phụ tải điện quan trọng ngày càng yêu cầu ngày càng khắt khe đối với vấn đề cung cấp điện. Bài toán về nâng cao độ tin cậy cung cấp điện (giảm các chỉ số SAIFI và SAIDI) trong bối cảnh hiện nay trở thành vấn đề vô cùng quan trọng và cấp thiết với tất cả các đơn vị phân phối điện, nhất là đối với khu vực TP. Bên cạnh giải pháp như sử dụng phương pháp thi công, sửa chữa, bảo trì trên lưới điện đang mang điện (live-line working) và quản lý chặt chẽ thời gian, tần suất cắt điện công tác thì một giải pháp công nghệ chủ chốt được nghiên cứu áp dụng đó là hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối. Hiện nay việc giám sát và điều hành lưới điện còn thủ công, thiếu đồng bộ giữa các Công ty Điện lực khác nhau cũng như gặp khó khăn, tiêu tốn nhiều thời gian để ứng phó xử lý các tình huống gián đoạn mất điện khách hàng khi có sự cố trên lưới điện.
Việc dò tìm, xác định khu vực sự cố và thao tác thiết bị để chuyển tải chủ yếu được thực hiện tại chỗ, phải yêu cầu có nhân viên vận hành di chuyển đến hiện trường. Đây là nguyên nhân chính làm chậm thời gian khôi phục điện cho khách hàng. Để đạt được mục tiêu nêu trên, cần phải ứng dụng công nghệ vào công tác vận hành, tiến hành đưa vào thao tác từ xa các thiết đóng cắt trên lưới trung thế như Recloser/LBS/RMU giúp cô lập chính xác điểm sự cố và khôi phục cung cấp điện nhanh chóng cho khác hàng. Do đó việc nghiên cứu ứng dụng các phần mềm tự động (mini SCADA, DAS/DMS) giúp vận hành lưới điện trung thế một cách hiệu quả, ổn định và tin cậy là một yêu cầu cấp thiết.2 Tình hình nghiên nghiên cứu trong và ngoài nước.
Lưới điện phân phối của Mỹ, Canada và các nước khác trên thế giới (Mexico, Australia, Hàn Quốc, Nhật Bản…) có những khác biệt quan trọng khi so sánh với lưới điện phân phối của châu Âu. Tuy vậy, vẫn có một số nước châu Âu có lưới điện phân phối theo kiểu Mỹ (Estonia, Latvia). 1 Luận văn tốt nghiệp HVTH: Nguyễn Hữu Khánh Lưới điện phân phối trên không kiểu Mỹ bao gồm những trạm phân phối với các thiết bị ngoài trời và đường dây phân phối dài (có những trường hợp đường dây này có thể dài hơn 150 dặm). Hậu quả là tổn thất trên đường dây và sụt áp trở thành những vấn đề quan trọng.
Số lượng khách hàng được cung cấp điện đối với đường dây này là rất cao. Chính điều này dẫn đến việc khách hàng bị ảnh hưởng trong trường hợp đường dây bị mất điện cũng rất lớn. Đây cũng là nguyên nhân dẫn đến việc giảm doanh thu cho các công ty phân phối và giảm sự hài lòng của khách hàng. Để giải quyết những vấn đề trên thì các đường dây phân phối này được phân đoạn bởi các Reclosers và thiết bị phân đoạn.
Một số các thiết bị khác như bộ điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng, chỉ thị sự cố… được sử dụng cho việc tối ưu hóa vận hành và nhận diện cũng như xác định vị trí sự cố. Trong một thời gian dài, các thiết bị phân phối được đề cập ở trên được vận hành tại chỗ. Tuy nhiên, ngày nay với sự ra đời của các thiết bị điện tử thông minh (IEDs) và hạ tầng truyền tin, hệ thống tự động hóa lưới phân phối (DAS) được sử dụng cho việc phát hiện nhanh sự cố, cô lập, tái cấu trúc lưới điện đã trở thành một thành phần chính của Lưới điện thông minh (Smart Grid). Với sự thành công của hệ thống tự động hóa lưới phân phối, các công ty điện lực có thêm cơ hội để thiết lập nên mô hình kinh doanh mới để tăng sự thỏa mãn của khách hàng, ví dụ như nâng cao mức độ sẵn sàng và độ tin cậy cung cấp điện trong thời đại công nghiệp.
Nói một cách khác, cấu trúc lưới điện phân phối với đường dây phân phối dài có thể còn gây nên những vấn đề nghiêm trọng khác, thậm chí ngay cả khi điện vẫn sẵn sàng. Vào mùa hè, khi mà tất cả các khách hàng bật điều hòa, tải của đường dây phân phối tăng cao, dẫn đến quá nhiệt do quá tải một số thiết bị. Đây là nguyên nhân quan trọng gây nên các vấn đề về ổn định điện áp và chất lượng điện năng. Việc tích hợp điện kế điện tử có khả năng cắt tải là một giải pháp quan trọng để dịch chuyển tải đỉnh.
Tuy nhiên, các khách hàng là căn hộ và tòa nhà còn tập trung vào hệ thống quản lý năng lượng. Hệ thống điện phân phối của châu Âu dựa trên một quan điểm khác khi so sánh với lưới điện phân phối kiểu Mỹ. Xương sống của cấu trúc này là hệ thống mạng lưới các trạm 110kV bao phủ hầu hết các khu vực cung cấp tải, cùng với nó là một số lượng rất lớn các trạm điện phân phối. Kết quả là các đường dây phân phối ngắn 2 Luận văn tốt nghiệp HVTH: Nguyễn Hữu Khánh lại (khoảng từ 5 đến 20 km) và số lượng khách hàng được cung cấp điện từ một tuyến dây phân phối là thấp (dưới 1.000 khách hàng).
Thêm vào đó, việc liên kết tải được thực hiện cùng với công tác quy hoạch tốt, đo đếm, điều này dẫn đến việc mức độ cân bằng tải rất cao cho các trạm biến thế phân phối. Ở châu Âu, các trạm phân phối được tích hợp và tự động hóa sử dụng các bộ vi xử lý trên nền tảng hệ thống rơle bảo vệ, điều khiển ngăn lộ, RTU… cho phép điều khiển từ xa và giảm thời gian mất điện. Tuy nhiên, đối với các phát tuyến phân phối ngắn thì không được phân đoạn và các trạm phân phối hạ thế được vận hành bằng tay. Cũng vì lý do cấu trúc hiện hữu hiện đại của châu Âu trong thời điểm hiện tại nên các công ty điện lực không khuyến khích sử dụng hệ thống tự động hóa lưới phân phối (DAS).
Trong trường hợp mất điện của truyến dây phân phối thì số lượng khách hàng bị ảnh hưởng thấp cũng như ảnh hưởng đến doanh thu của công ty điện lực cũng không nhiều. Đối với hệ thống tự động hóa lưới phân phối, việc giám sát và điều khiển từ xa các trạm phân phối thứ cấp là vấn đề chủ chốt. Chính vì thế, việc trao đổi thông tin giữa các thành phần và hệ thống DMS dựa trên các giao thức phổ biến và được bảo mật. Quan điểm của truyền tin là phải linh động bởi các công nghệ và môi trường tuyền tin khác nhau để phù hợp với các điều kiện địa lý và hạ tầng.
Xét về khía cạnh lịch sử, hệ thống tự động lưới phân phối lần đầu tiên được phát triển bởi Nhật Bản vào thập niên 70, 80 của thế kỷ 20. Sau khi hệ thống DAS đầu tiên được áp dụng thành công thì hầu hết các công ty điện lực của Nhật Bản nhân rộng và phát triển gần từ hơn 20 năm trở lại đây. Trung Quốc, Đài Loan và Hàn Quốc cũng giới thiệu mô hình dựa trên kỹ thuật trên của Nhật Bản.3 Mục tiêu nghiên cứu - Ứng dụng phần mềm tự động hóa (DAS, DMS) vào lưới điện TP. - Nghiên cứu cải tiến hạ tầng kỹ thuật hiện hữu, đào tạo nhân lực để nắm bắt, phát triển và ứng dụng công nghệ tự động hóa lưới điện.
- Phát triển mở rộng hệ thống tự động hóa cho lưới điện phân phối 22kV trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. 3 Luận văn tốt nghiệp HVTH: Nguyễn Hữu Khánh - Tổ chức đánh giá, hoàn thiện các nguồn lực tham gia công tác quản lý, vận hành lưới điện.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Các ứng dụng của phần mềm tự động hóa (DAS, DMS) trong lưới điện hiện nay, từ đó đề ra các giải pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên lưới điện phân phối tại khu vực TP. Hồ Chí Minh.5 Phương pháp nghiên cứu - Phân tích, tổng hợp hợp tài liệu có liên quan đến vấn đề tự động hóa, nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối. - Tra cứu, tham khảo tài liệu, số liệu, biên tập, lược dịch các tài liệu, số liệu nhằm kế thừa các kết quả của các công trình nghiên cứu đã được triển khai.
- Cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài nghiên cứu - Phương pháp thực nghiệm: phân tích đánh giá thực trạng. - Đề xuất các giải pháp thông qua khảo sát, tham khảo ý kiến đóng góp của các chuyên gia, người hướng dẫn khoa học.6 Ý nghĩa thực tiễn Việc nghiên cứu ứng dụng các phần mềm tự động hóa vào lưới điện phân phối trên địa bàn Thành phố giúp nâng cao hiệu quả trong sản xuất kinh doanh, lao động cũng như trong quản lý, vận hành, đảm bảo an ninh, an toàn hệ thống điện, nâng cao uy tín của ngành điện đối với người dân, đóng góp chung vào sự phát triển của đất nước: - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa trong công tác vận hành, xử lý sự cố lưới điện, từ đó nâng cao độ tin cậy cũng như tăng doanh thu bán điện; - Giúp tăng năng suất lao động của CB-CNV, đặc biệt trong lực lượng trực tiếp quản lý và vận hành lưới điện. - Lưới điện luôn được giám sát đầy đủ, chính xác nên có độ tin cậy và linh hoạt trong vận hành cao; 4 Luận văn tốt nghiệp HVTH: Nguyễn Hữu Khánh - Thiết bị được vận hành, điều khiển từ xa nên nâng cao an toàn trong công tác cho người lao động; - Xử lý nhanh chóng trong các tình huống khẩn cấp (thiên tai, cắt khẩn cháy nhà…) đảm bảo nguồn điện ổn định, liên tục và an toàn hơn cho người dân trên địa bàn thành phố. 5 Luận văn tốt nghiệp HVTH: Nguyễn Hữu Khánh CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TP.1 Tổng quan về lưới điện thành phố Hồ Chí Minh 2.1 Lược sử hình thành và phát triển Tổng công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh (EVNHCMC) là đơn vị thành viên hạch toán độc lập thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) với những nét chính về sự hình thành và phát triển như sau: Hình 2.1 Lịch sử hình thành phát triển EVNHCMC EVNHCMC tiền thân là Sở Quản lý và phân phối điện thành phố Hồ Chí Minh, được thành lập vào ngày 07/8/1976, trực thuộc Công ty Điện lực miền Nam.
