Luận văn thạc sĩ về quản lý lưới điện duyên hải TP.HCM sử dụng GIS và CIM

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật điện tích hợp gis và mô hình cim common information model trong quản lý lưới điện duyên, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Thanh Sang
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Văn Trung
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Tích hợp GIS và mô hình CIM trong quản lý lưới điện Duyên Hải
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH ẢNH
• 1. Chương 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.4.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. Chương 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Tình hình ứng dụng CNTT trong EVNHCMC
• 2.1.1. Chương trình Quản lý vật tư thiết bị lưới điện trung thế
• 2.1.2. Chương trình Quản lý mất điện
• 2.1.3. Cổng thông tin kỹ thuật và dashboard khối kỹ thuật
• 2.1.4. Chương trình SCADA-DMS
• 2.1.5. Chương trình tự động hóa lưới phân phối
• 2.1.6. Chương trình đo đếm từ xa (AMR)
• 2.1.7. Chương trình điều chỉnh phụ tải (DR/ADR)
• 2.1.8. Chương trình quản lý nguồn và lưới điện của EVN (PMIS)
• 2.1.9. Chương trình giám sát trạm biến thế phân phối
• 2.2. Tình hình ứng dụng GIS cho lưới điện
• 2.3. Tổng quan về mô hình CIM trong hệ thống điện
• 2.3.1. Vai trò của mô hình CIM trong hệ thống điện
• 2.3.2. Ứng dụng mô hình thông tin chung (CIM) cho lưới điện phân phối
• 3. Chương 3: CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CIM
• 3.1. Quy cách kỹ thuật bản đồ chuyên đề ngành điện trên hệ thống GIS
• 3.2. Cấu trúc các đối tượng trên bản đồ GIS
• 3.2.1. Danh mục các đối tượng
• 3.2.2. Mô hình quan hệ các đối tượng
• 3.2.3. Hiển thị các đối tượng
• 3.2.4. Danh mục trình bày lưới điện trung thế
• 3.3. Tổ chức quản trị chất lượng dữ liệu bản đồ
• 3.4. Mô hình thông tin chung (CIM)
• 3.4.1. Lịch sử phát triển
• 3.4.2. Cấu trúc lớp của CIM
• 3.5. Hệ thống GIS cho mạng phân phối Công ty Điện lực Duyên Hải
• 3.5.1. Cơ sở dữ liệu lưới điện GIS cho mạng phân phối
• 3.5.2. Đánh giá cơ sở dữ liệu GIS của Công ty Điện lực Duyên Hải
• 4. Chương 4: THIẾT KẾ DỮ LIỆU GIS TÍCH HỢP CIM
• 4.1. Cấu trúc mô hình CIM tiêu chuẩn
• 4.2. Chuyển đổi mạch thành đối tượng CIM
• 4.2.1. Xác định hành vi
• 4.2.2. Xác định thành phần liên kết
• 4.3. Thiết kế cơ sở dữ liệu GIS cho mạng phân phối dựa trên CIM
• 4.3.1. Thiết kế cơ sở dữ liệu
• 4.3.2. So sánh cấu trúc CIM của hệ thống DMS
• 4.3.3. GIS Database hiện hữu
• 4.3.4. GIS Database dựa trên CIM
• 4.3.5. Cấu trúc GIS Database dựa trên CIM
• 4.4. Quy trình chuyển đổi cơ sở dữ liệu GIS dựa trên CIM
• 4.4.1. Cài đặt chương trình
• 4.4.2. Thao tác thực hiện chuyển đổi CSDL GIS hiện hữu
• 5. Chương 5: ỨNG DỤNG TÍCH HỢP GIS VÀ MÔ HÌNH CIM
• 5.1. Giới thiệu khu vực ứng dụng
• 5.1.1. Vị trí địa lý
• 5.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 5.2. Hiện trạng hệ thống lưới điện do Công ty Điện lực Duyên Hải quản lý
• 5.2.1. Khối lượng quản lý lưới điện
• 5.2.2. Triển khai tự động hóa lưới điện
• 5.3. Đánh giá cơ sở dữ liệu lưới điện của Công ty Điện lực Duyên Hải
• 5.3.1. Về chuẩn hóa cơ sở dữ liệu lưới điện
• 5.3.2. Về khả năng chia sẻ dữ liệu
• 5.4. Các giải pháp tích hợp
• 5.5. Ứng dụng GIS tại công ty điện lực Duyên Hải
• 5.5.1. Trong vận hành lưới điện
• 5.5.2. Cung cấp dữ liệu cho hệ thống SCADA/DMS
• 5.5.3. Chương trình chuyển đổi cơ sở dữ liệu GIS hiện hữu sang cấu trúc CIM
• 5.6. Tích hợp GIS với các chương trình của ngành điện
• 5.6.1. Tích hợp GIS với hệ thống Thông tin Quản lý Khách hàng (CMIS)
• 5.6.2. Tích hợp GIS với hệ thống Web chăm sóc khách hàng (CRM)
• 5.6.3. Tích hợp GIS với kho dữ liệu đo đếm của EVN và hệ thống MDMS
• 5.6.4. Tích hợp GIS với hệ thống Quản lý kĩ thuật (PMIS)
• 5.6.5. Tích hợp GIS với hệ thống quản lý mất điện OMS
• 5.6.6. Tích hợp GIS với hệ thống quản lý đầu tư xây dựng
• 6. Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 6.1. Kết quả đạt được
• 6.2. Hiệu quả mang lại trong khai thác và vận hành lưới điện
• 6.3. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Phụ lục 1: Hiển thị các đối tượng
• Phụ lục 2: Danh mục trình bày lưới điện trung thế
• Phụ lục 3: Cơ sở dữ liệu lưới điện trung thế hiện hữu của PC Duyên Hải
• Phụ lục 4: Cơ sở dữ liệu lưới điện trung thế tích hợp CIM của PC Duyên Hải
• Phụ lục 5: Bảng mô tả cơ sở dữ liệu các lớp điển hình liên kết giữa GIS-PMIS

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, việc áp dụng hệ thống GIS và mô hình CIM (Common Information Model) trong quản lý lưới điện là một xu hướng tất yếu. Đề tài này tập trung vào việc tích hợp hai hệ thống này nhằm nâng cao hiệu quả trong quản lý lưới điện duyên hải TP.HCM. Mô hình CIM cho phép mô tả chi tiết các đối tượng trong hệ thống điện, từ đó tạo ra một cơ sở dữ liệu dùng chung, giúp giải quyết các vấn đề trong quản lý năng lượng. Việc áp dụng công nghệ thông tin trong quản lý lưới điện không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình vận hành mà còn tạo nền tảng cho việc xây dựng lưới điện thông minh.

1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là ứng dụng mô hình thông tin chung (CIM) trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS để hình thành quy trình cập nhật và chia sẻ dữ liệu lưới điện phân phối thống nhất tại Công ty Điện lực Duyên Hải. Cụ thể, nghiên cứu này nhằm đánh giá hiện trạng cơ sở dữ liệu lưới điện trên phần mềm GIS, từ đó đề xuất các giải pháp tích hợp hiệu quả giữa hệ thống GIS và CIM. Điều này không chỉ giúp nâng cao khả năng chia sẻ dữ liệu mà còn hỗ trợ trong việc quản lý và vận hành hệ thống điện một cách hiệu quả hơn.

II. Tổng quan về hệ thống GIS và CIM

Hệ thống GIS là công cụ mạnh mẽ trong việc quản lý và phân tích dữ liệu không gian, trong khi mô hình CIM cung cấp một khung chuẩn để mô tả các đối tượng trong hệ thống điện. Việc tích hợp hai hệ thống này giúp tạo ra một nền tảng vững chắc cho việc quản lý lưới điện duyên hải. Theo nghiên cứu, việc chia sẻ dữ liệu giữa các ứng dụng khác nhau là rất quan trọng, giúp hình thành một cơ sở dữ liệu dùng chung cho toàn thành phố. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả trong quản lý tài nguyên mà còn giảm thiểu sự trùng lặp trong dữ liệu. Công nghệ thông tin đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình vận hành và bảo trì hệ thống điện.

2.1 Vai trò của CIM trong quản lý lưới điện

Mô hình CIM đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới và đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn hóa dữ liệu trong quản lý lưới điện. Việc áp dụng CIM giúp cải thiện khả năng chia sẻ dữ liệu giữa các hệ thống, từ đó nâng cao hiệu quả trong quản lý và vận hành. Đặc biệt, CIM cho phép mô tả các đối tượng trong hệ thống điện một cách chi tiết, giúp cải thiện độ chính xác và khả năng truy xuất thông tin. Sự kết hợp giữa CIM và GIS tạo ra một giải pháp hoàn hảo cho việc xây dựng lưới điện thông minh, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.

III. Phân tích và đánh giá hiện trạng ứng dụng GIS và CIM

Hiện nay, Tổng công ty Điện lực TP.HCM (EVNHCMC) đang nỗ lực cải thiện quản lý lưới điện thông qua việc áp dụng các công nghệ mới. Việc sử dụng hệ thống GIS để quản lý và giám sát lưới điện đã mang lại nhiều lợi ích, như cải thiện khả năng theo dõi và dự đoán sự cố. Tuy nhiên, việc tích hợp mô hình CIM vào hệ thống GIS vẫn còn gặp nhiều thách thức. Đánh giá hiện trạng cho thấy cần có những cải tiến trong việc chuyển đổi dữ liệu từ các phần mềm khác nhau về một định dạng chung, nhằm tăng cường khả năng chia sẻ và sử dụng dữ liệu hiệu quả.

3.1 Thách thức trong việc tích hợp GIS và CIM

Một trong những thách thức lớn nhất trong việc tích hợp GIS và CIM là sự không đồng nhất trong định dạng dữ liệu. Các phần mềm hiện tại tại EVNHCMC sử dụng nhiều định dạng khác nhau, gây khó khăn trong việc hình thành một cơ sở dữ liệu dùng chung. Việc này không chỉ ảnh hưởng đến khả năng chia sẻ thông tin mà còn làm giảm hiệu quả trong quản lý lưới điện. Để khắc phục vấn đề này, cần có một kế hoạch chi tiết nhằm chuẩn hóa dữ liệu và quy trình chuyển đổi, từ đó tạo ra một nền tảng vững chắc cho việc xây dựng lưới điện thông minh.

IV. Đề xuất giải pháp tích hợp GIS và CIM

Để nâng cao hiệu quả trong quản lý lưới điện, việc tích hợp hệ thống GIS và mô hình CIM cần được thực hiện một cách đồng bộ. Đề xuất giải pháp bao gồm việc xây dựng một quy trình chuẩn hóa dữ liệu, nhằm giảm thiểu sự trùng lặp và tăng cường khả năng chia sẻ thông tin giữa các hệ thống. Thêm vào đó, việc phát triển các công cụ hỗ trợ chuyển đổi dữ liệu từ các định dạng khác nhau về một định dạng chung cũng là một giải pháp cần thiết. Những nỗ lực này sẽ giúp hình thành một cơ sở dữ liệu dùng chung, từ đó nâng cao hiệu quả trong quản lý năng lượng và phát triển lưới điện thông minh.

4.1 Kế hoạch triển khai giải pháp

Kế hoạch triển khai giải pháp tích hợp GIS và CIM cần được thực hiện theo từng bước rõ ràng. Đầu tiên, cần tiến hành khảo sát hiện trạng dữ liệu hiện có, từ đó xác định các vấn đề cần khắc phục. Tiếp theo, xây dựng quy trình chuẩn hóa dữ liệu và phát triển các công cụ hỗ trợ chuyển đổi. Cuối cùng, việc đào tạo nhân viên và nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của việc tích hợp sẽ giúp đảm bảo sự thành công của dự án. Những nỗ lực này sẽ góp phần tạo ra một lưới điện thông minh, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thực hiện Quyết định số 1670/QĐ-TTg ngày 08/11/2012 của Thủ tướng Chính phủ và Quyết định số 350/QĐ-BCT ngày 17/01/2013 của Bộ Công thương về Đề án phát triển Lưới điện thông minh tại Việt Nam, Tổng công ty Điện lực TP.HCM (EVNHCMC) đã tiên phong triển khai hệ thống điều hành SCADA/DMS từ năm 2016 và vận hành Trung tâm Điều khiển từ xa vào năm 2017. Với quy mô quản lý hơn 2.000.000 khách hàng, EVNHCMC đối mặt với thách thức lớn về sự phân mảnh cơ sở dữ liệu giữa các phần mềm nghiệp vụ như PMIS, OMS, CMIS, MDMS và SCADA/DMS. Các phần mềm chuyên dụng tạo ra những định dạng cục bộ riêng biệt, gây ra tình trạng nhập trùng dữ liệu và tiêu tốn nhiều nguồn lực chuyển đổi.

Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp tích hợp Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) với Mô hình Thông tin Chung (Common Information Model - CIM) theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 61968 và IEC 61970 cho lưới điện phân phối trung thế 22kV do Công ty Điện lực Duyên Hải quản lý, trải rộng trên địa bàn huyện Nhà Bè và huyện Cần Giờ. Mục tiêu cụ thể là chuẩn hóa cấu trúc Geodatabase, xây dựng công cụ chuyển đổi dữ liệu không gian GIStoCIM và thiết lập cơ chế chia sẻ dữ liệu liên thông với hệ thống SCADA/DMS của liên danh Alstom-ATS. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn quan trọng, giúp loại bỏ 100% việc nhập liệu trùng lặp, tối ưu hóa hơn 85% tốc độ truy vấn thiết bị đóng cắt và tạo nền tảng vững chắc để thực hiện mục tiêu 100% tuyến dây trung thế vận hành mini-SCADA, trong đó có 30% tuyến dây tự động hóa hoàn toàn (DAS) tại TP.HCM.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng gói tiêu chuẩn quốc tế IEC 61970-301 (dành cho hệ thống quản lý năng lượng EMS) và IEC 61968 (dành cho hệ thống quản lý phân phối DMS) do Viện Nghiên cứu Điện lực Hoa Kỳ (EPRI) khởi xướng. Cấu trúc CIM định nghĩa 8 gói đối tượng chính bao gồm: Core, Wires, Topology, Measurement, Outage, Protection, Generation và LoadModel. Mô hình sử dụng nguyên lý hướng đối tượng kế thừa sâu từ lớp cơ sở IdentifiedObject đến PowerSystemResource, ConductingEquipment, Switch, ProtectedSwitch và các lớp thiết bị cụ thể như Breaker hay LoadBreakSwitch. Cơ chế liên kết vật lý và logic được xác lập chặt chẽ thông qua bộ ba quan hệ ConductingEquipment - Terminal - ConnectivityNode cùng các cấu trúc chứa EquipmentContainer gồm Substation, VoltageLevel và Line.

Bên cạnh đó, nghiên cứu tích hợp lý thuyết mạng hình học không gian (Geometric Network) trong công nghệ GIS của Esri với cơ sở dữ liệu không gian Geodatabase đa định dạng (Vector và Raster). Mô hình quản trị chất lượng dữ liệu được vận hành theo quy trình 3 tầng nghiêm ngặt (Tầng 1 - Khai thác dữ liệu, Tầng 2 - Kiểm tra chất lượng, Tầng 3 - Biên tập dữ liệu) nhằm đáp ứng đầy đủ quy chuẩn kỹ thuật dữ liệu không gian địa lý tỷ lệ 1:2.000 theo quy định của Thông tư 55/2014/TT-BTNMT.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sơ cấp và thứ cấp được thu thập toàn diện từ hiện trạng lưới điện trung thế 22kV tại Công ty Điện lực Duyên Hải trong giai đoạn từ tháng 05/2019 đến tháng 07/2019. Toàn bộ 13 lớp đối tượng không gian và thuộc tính kỹ thuật với hơn 5.000 thiết bị đóng cắt và 80 trạm Recloser tự động trên địa bàn huyện Cần Giờ và huyện Nhà Bè được đưa vào khảo sát. Nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu toàn bộ (exhaustive sampling) trên thực địa nhằm bảo toàn nguyên vẹn tính liên tục tô pô của mạng lưới phân phối.

Phương pháp phân tích dựa trên mô hình hóa quan hệ thực thể (ERD), lập trình giải thuật ánh xạ đối tượng bằng ngôn ngữ C# trên nền tảng ArcGIS Engine kết nối hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server 2008 qua 2 máy chủ chuyên dụng CIM-GIS server1 và server2. Phương pháp này được lựa chọn vì đảm bảo tính tương thích tuyệt đối với phần mềm ATS-SmartCIM, cho phép trích xuất và đồng bộ dữ liệu hai chiều sang định dạng chuẩn CIM-XML/RDF phục vụ hệ thống SCADA/DMS mà không làm gián đoạn quá trình vận hành thời gian thực.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã chuẩn hóa thành công cấu trúc Enterprise Geodatabase gồm 13 lớp đối tượng chuyên đề ngành điện (từ F01_TBDC_TT đến F12_MuongCap_TT), thiết lập hoàn chỉnh các mối quan hệ không gian theo mô hình Geometric Network với vai trò nguồn, tải và nút phân nhánh.

Thứ hai, việc tái cấu trúc dữ liệu theo phân cấp kế thừa CIM đã giải quyết triệt để hạn chế nghẽn hiệu năng của mô hình GIS cũ. Trước đây, lớp F01_TBDC_TT lưu trữ gộp toàn bộ các loại thiết bị đóng cắt, khiến hệ thống phải quét hơn 5.000 bản ghi để tìm một thiết bị. Sau khi phân tách và chuẩn hóa theo CIM, hệ thống chỉ cần truy vấn đúng 80 thiết bị Recloser, giúp rút ngắn thời gian xử lý dữ liệu hơn 85% và tiết kiệm dung lượng bộ nhớ lưu trữ đáng kể.

Thứ ba, công cụ GIStoCIM được lập trình hoàn chỉnh đã tự động hóa 100% quy trình xuất dữ liệu lưới điện trung thế sang mô hình CIM. Dữ liệu sau chuyển đổi liên kết trực tiếp với 6 hệ thống phần mềm nghiệp vụ cốt lõi tại EVNHCMC gồm: hệ thống quản lý kỹ thuật PMIS, hệ thống thông tin quản lý khách hàng CMIS, hệ thống chăm sóc khách hàng CRM, hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm MDMS/AMR, hệ thống quản lý mất điện OMS và hệ thống SCADA/DMS.

Thảo luận kết quả

Cơ chế phân cấp của CIM cho phép các phần mềm ứng dụng thực hiện phân tích tô pô mạng chỉ bằng việc đọc thuộc tính normalOpen tại lớp Switch cha mà không cần can thiệp sâu vào từng kiểu thiết bị con, đảm bảo tính mở rộng cao khi bổ sung công nghệ mới. So với mô hình triển khai tại Sibelga (Bỉ) trên lưới 11kV với 2.300 km đường dây hay mô hình CIMODB tại trạm 400kV Maharashtra (Ấn Độ), giải pháp tích hợp GIS-CIM tại Duyên Hải đạt hiệu quả vượt trội nhờ khả năng tự động hóa đồng bộ dữ liệu giữa GIS và SCADA/DMS mà không yêu cầu chuyển đổi định dạng trung gian thủ công.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua bảng đối sánh phân cấp thiết bị và sơ đồ luồng dữ liệu 3 tầng, minh chứng rõ ràng việc kết nối bảng thuộc tính với không gian địa lý giúp nâng cao độ chính xác khi xác định vị trí sự cố khách hàng trên bản đồ số, hỗ trợ đắc lực cho Trung tâm Điều độ Hệ thống điện TP.HCM trong việc giám sát trào lưu công suất và tự động hóa khôi phục cấp điện.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, mở rộng triển khai chương trình chuyển đổi dữ liệu GIStoCIM cho toàn bộ 16 Công ty Điện lực thành viên trực thuộc EVNHCMC trong giai đoạn 2020-2022 nhằm đồng bộ hóa toàn bộ cơ sở dữ liệu lưới điện trung thế trên địa bàn thành phố theo chuẩn IEC 61968/61970. Chủ thể thực hiện là Ban Viễn thông và Công nghệ Thông tin phối hợp cùng Công ty Công nghệ Thông tin TP.HCM.

Thứ hai, nâng cấp hạ tầng máy chủ cơ sở dữ liệu CIM-GIS server từ nền tảng SQL Server 2008 lên hệ quản trị phân tán thế hệ mới và hoàn thiện kiến trúc hướng dịch vụ (SOA) thông qua Web Service trước quý 4 năm 2021. Mục tiêu là đảm bảo năng lực chia sẻ dữ liệu trực tuyến theo thời gian thực giữa hệ thống SCADA/DMS và kho dữ liệu đo đếm từ xa MDMS cho hơn 2.000.000 công tơ điện tử.

Thứ ba, chuẩn hóa quy trình cập nhật biến động lưới điện theo mô hình 3 tầng quản trị chất lượng dữ liệu tuân thủ Thông tư 55/2014/TT-BTNMT tại Công ty Điện lực Duyên Hải và các đơn vị bạn. Giải pháp này giúp kiểm soát lỗi tô pô không gian, duy trì độ chính xác dữ liệu mạng lưới đạt mức trên 99,5% phục vụ các thuật toán tính toán tự động hóa DAS.

Thứ tư, tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về cấu trúc dữ liệu CIM và kỹ năng vận hành công cụ ATS-SmartCIM cho hơn 100 kỹ sư, chuyên viên kỹ thuật thuộc Trung tâm Điều độ và các đơn vị điện lực quận/huyện trong 6 tháng đầu năm 2020 nhằm nâng cao năng lực làm chủ công nghệ điều hành lưới điện thông minh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, kỹ sư hệ thống điện và chuyên viên vận hành SCADA/DMS tại các Tổng công ty Điện lực: Luận văn cung cấp phương pháp chi tiết về việc chuyển đổi sơ đồ đơn tuyến sang các lớp đối tượng CIM (Wires, Topology, EquipmentContainer) phục vụ bài toán phân tích mạng và điều khiển tự động hóa.

Thứ hai, chuyên gia phát triển phần mềm và kỹ sư GIS ngành năng lượng: Tài liệu là hướng dẫn thực tiễn về giải thuật chuyển đổi Geodatabase sang CIM-XML/RDF và cách thiết lập mô hình Geometric Network tối ưu cho lưới điện trung thế 22kV.

Thứ ba, cán bộ quản lý kỹ thuật và điều hành lưới điện phân phối: Cung cấp mô hình kết nối liên thông giữa GIS với các phần mềm chuyên ngành như PMIS, OMS, CMIS, MDMS để quản lý tài sản, xác định nhanh điểm sự cố và cải thiện độ tin cậy cung cấp điện.

Thứ tư, giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống Thông tin Địa lý: Đóng vai trò là nguồn tài liệu học thuật giá trị minh họa việc ứng dụng tiêu chuẩn quốc tế IEC vào bài toán hiện đại hóa hạ tầng đô thị tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình CIM đóng vai trò gì trong việc xây dựng lưới điện thông minh tại EVNHCMC? Mô hình thông tin chung CIM theo chuẩn IEC 61968 và IEC 61970 đóng vai trò là ngôn ngữ dữ liệu chuẩn duy nhất, giúp xóa bỏ các định dạng phần mềm độc quyền. Điều này tạo điều kiện liên thông dữ liệu giữa hệ thống SCADA/DMS, GIS và hơn 2.000.000 công tơ đo xa MDMS.

Tại sao cơ sở dữ liệu GIS cũ tại Công ty Điện lực Duyên Hải gây chậm tiến độ xử lý? Mô hình cũ gom toàn bộ các loại thiết bị đóng cắt vào một lớp F01_TBDC_TT chung. Khi cần truy vấn thông tin của 80 Recloser, hệ thống buộc phải tìm kiếm tuần tự trên tổng số hơn 5.000 thiết bị, làm lãng phí bộ nhớ và kéo dài thời gian phản hồi.

Tiêu chuẩn IEC 61970-301 và IEC 61968 được ứng dụng như thế nào trong đề tài? Tiêu chuẩn cung cấp khung 8 gói đối tượng chính để mô hình hóa toàn diện mạng điện trung thế 22kV. Mọi thiết bị dẫn điện được phân cấp rõ ràng và kết nối logic thông qua mô hình ConductingEquipment - Terminal - ConnectivityNode.

Công cụ GIStoCIM giải quyết bài toán chuyển đổi dữ liệu không gian ra sao? Chương trình GIStoCIM được lập trình trên nền tảng ArcGIS Engine, tự động trích xuất các thuộc tính hình học và thông số kỹ thuật từ Geodatabase sang định dạng CIM chuẩn, cung cấp đầu vào chính xác tuyệt đối cho hệ thống DMS của liên danh Alstom-ATS.

Việc tích hợp GIS và CIM hỗ trợ cải thiện các chỉ số SAIFI và SAIDI như thế nào? Sự tích hợp này cho phép hệ thống quản lý mất điện OMS liên kết vị trí khách hàng từ CMIS với bản đồ sự cố GIS. Nhờ đó, thời gian phát hiện, cô lập điểm sự cố và khôi phục cấp điện được rút ngắn, giảm thiểu đáng kể thời gian và tần suất mất điện.

Kết luận

Luận văn đã đạt được các kết quả nổi bật sau:

• Chuẩn hóa thành công 13 lớp đối tượng Geodatabase lưới điện trung thế 22kV theo mô hình thông tin chung CIM tuân thủ chuẩn IEC 61968 và IEC 61970.
• Xây dựng phần mềm GIStoCIM giúp tự động hóa quá trình xuất nhập dữ liệu không gian, loại bỏ hoàn toàn tình trạng trùng lặp dữ liệu giữa các phần mềm.
• Tối ưu hóa hiệu năng hệ thống, giảm hơn 85% thời gian truy vấn thông tin thiết bị đóng cắt nhờ cấu trúc phân cấp đối tượng kế thừa.
• Thiết lập cơ chế liên kết liên thông đa hệ thống giữa GIS với SCADA/DMS, PMIS, CMIS, CRM, OMS và kho dữ liệu đo đếm AMR/MDMS.
• Hoàn thiện quy trình quản lý chất lượng dữ liệu 3 tầng theo Thông tư 55/2014/TT-BTNMT, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện tại huyện Cần Giờ và Nhà Bè.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2020 đến 2022, mô hình tích hợp GIS-CIM cần được mở rộng áp dụng cho toàn bộ 16 Công ty Điện lực thuộc EVNHCMC. Các đơn vị quản lý vận hành cần nhanh chóng ứng dụng giải pháp này nhằm hoàn thiện hạ tầng dữ liệu số dùng chung, thúc đẩy quá trình xây dựng đô thị thông minh và hiện đại hóa hệ thống điện toàn quốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt đề án phát triển Lưới điện thông minh tại Việt Nam (Quyết định số 1670/QĐ-TTg ngày 08/11/2012). Ngay sau đó, Bộ công thương đã thành lập Ban chỉ đạo phát triển Lưới điện thông minh (Quyết định số 350/QĐ-BCT ngày 17/01/2013). Theo thông báo số 79/TB-VPCP ngày 24/02/2014, Tập đoàn điện lực (EVN) có nhiệm vụ hoàn thiện Đề án tổng thể phát triển lưới điện thông minh với các nội dung và lộ trình triển khai rất cụ thể, đề trình Bộ công thương phê duyệt. [9] Tổng công ty Điện lực TPHCM (EVNHCMC) đã tích cực áp dụng công nghệ hiện đại vào sản xuất đặt mục tiêu hàng đầu trong xây dựng lưới điện thông minh phục vụ vận hành - quản lý và đảm bảo độ tin cậy trong cung cấp điện,… Từ năm 2016, EVNHCMC đã hoàn tất việc xây dựng Hệ thống điều hành lưới điện hiện đại (SCADA/DMS) đến năm 2017 cũng đã thành lập Trung tâm Điều khiển lưới điện từ xa với nhiệm vụ theo dõi, giám sát tình hình cung cấp điện, điều khiển tự động trên toàn lưới điện trên địa bàn thành phố.

Đồng thời trong kế hoạch (2017 – 2022) sẽ triển khai lắp đặt điện kế điện tử có chức năng thu thập dữ liệu đo đếm từ xa. Tuy nhiên, mô hình thông tin chung (CIM-Common Information Model) cho phép mô tả toàn bộ các đối tượng trong hệ thống điện vẫn chưa được đề xuất áp dụng. Mô hình thông tin chung (CIM) được phát triển bởi Viện điện Hoa Kỳ (EPRI), đã được áp dụng khá phổ biến trên thế giới, nhằm cho phép ứng dụng quản lý lưới điện trên nền GIS với dữ liệu về các đối tượng hệ thống điện được thiết kế chi tiết theo tiêu chuẩn CIM (Common Object Model - IEC 61968, ICE 61970) kết hợp với Geodatabase được hỗ trợ bởi định dạng Vector và Raster sẽ đem đến rất nhiều lợi ích trong công tác vận hành, quản lý cũng như bảo trì hệ thống điện. [2] Do đó, đề tài được thực hiện nhằm triển khai thử nghiệm ứng dụng mô hình thông tin chung (CIM) kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS – Geographical Information System) nhằm tích hợp dữ liệu từ các ứng dụng phần mềm tiện ích, giải quyết các vấn đề khó khăn thường gặp phải trong việc quản lý trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống ứng dụng GIS của ngành điện.

1 Hiện nay, các Công ty điện lực nói riêng hay Tổng công ty Điện lực Tp.HCM nói chung, đang sử dụng dữ liệu dưới nhiều định dạng khác nhau từ cơ sở dữ liệu được lưu trữ tại các server (tại đơn vị trực thuộc, Công ty Công nghệ Thông tin) để cung cấp thông tin về quản lý tài sản, lập kế hoạch duy tu và cung cấp dịch vụ thông tin về khách hàng. Do các cơ sở dữ liệu được hình thành từ các phần mềm chuyên dụng, nên tạo ra khuôn dạng dữ liệu riêng (format data) nên khó hình thành cơ sở dữ liệu dùng chung để chia sẽ dữ liệu giữa các đơn vị trong hệ thống. Áp dụng mô hình thông tin chung (CIM) nhằm tạo cơ sở dữ liệu dùng chung trong quản lý và vận hành lưới điện, cho phép chia sẻ và tích hợp nhanh dữ liệu hỗ trợ các hệ thống điều khiển và phần mềm mô phỏng; khắc phục các trở ngại trong việc cập nhật biến động dữ liệu; tránh đầu tư xây dựng dữ liệu trùng lắp (nhập trùng) nâng cao khả năng khai thác và sử dụng tài nguyên hiệu quả trong hệ thống điện. Trước nhu cầu trao đổi dữ liệu trong nội bộ cơ quan điện lực (giữa các ứng dụng khác nhau) và chia sẻ dữ liệu với các Công ty và Sở Ban ngành khác.

Mô hình CIM là giải pháp được đề xuất để hình thành cơ sở dữ liệu GIS phục vụ không chỉ trong quản lý và phân phối điện, mà còn hình thành dữ liệu dùng chung trong chiến lược phát triển đô thị thông minh của TP. Mục tiêu của đề tài - Mục tiêu tổng quát: Ứng dụng Mô hình thông tin chung (CIM) trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS, nhằm hình thành quy trình cập nhật và chia sẻ dữ liệu lưới điện phân phối thống nhất tại Công ty điện lực Duyên hải. - Mục tiêu cụ thể: Đánh giá hiện trạng cơ sở dữ liệu lưới điện trên phần mềm ứng dụng GIS trong quản lý vận hành hệ thống điện. Ứng dụng quản lý lưới điện trên nền GIS với dữ liệu về các đối tượng hệ thống điện được thiết kế chi tiết theo tiêu chuẩn CIM.

Ứng dụng mô hình CIM trên hệ thống GIS khai thác dữ liệu từ các ứng dụng khác và cung cấp dữ liệu cho hệ thống SCADA/DMS. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Mô hình thông tin chung (CIM) trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS thống nhất phần lưới điện trung thế 22kV tại Công ty điện lực Duyên Hải, Tp.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu sẽ tiến hành cho cơ sở dữ liệu lưới điện trung thế thuộc phạm vi huyện Cần Giờ và huyện Nhà Bè, TP. Nội dung nghiên cứu Để đạt được mục tiêu, đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu 04 nội dung như sau: - Nội dung 1: Tổng quan về ứng dụng các phần mềm trong quản lý, vận hành hệ thống điện tại EVNHCMC. - Nội dung 2: Đánh giá hiện trạng và nhu cầu chia sẻ cơ sở dữ liệu GIS trong quản lý Hình 1.1: Mô hình chia sẽ dữ liệu GIS tại các công ty điện lực 3 - Nội dung 3: Đề xuất mô hình thông tin chung (CIM) cho hệ thống GIS.

Đồng thời xây dựng công cụ chuyển đổi cơ sở dữ liệu GIS hiện hữu sang cấu trúc CIM và đề xuất giải pháp kết nối với các ứng dụng khác.2: Mô hình kết nối dữ liệu trong quản lý và vận hành hệ thống điện - Nội dung 4: Phát triển ứng dụng dữ liệu hệ thống điện trên nền GIS để khai thác dữ liệu từ các phần mềm dùng chung của EVN (PMIS, đo xa, CMIS…) và cung cấp dữ liệu đầu vào cho hệ thống SCADA/DMS.3: Mô hình thông tin chung CIM trong kết nối hệ thống trên nền GIS 4 1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1. Ý nghĩa khoa học - Đề xuất giải pháp khai thác dữ liệu GIS và chia sẽ dữ liệu dùng chung cho các chương trình ứng dụng đang triển khai tại Công ty điện lực Duyên Hải từ đó có thể nhân rộng trong toàn Tổng công ty Điện lực Tp. - Góp phần tạo mô hình cơ sở dữ liệu GIS cho lưới điện phân phối theo mô hình thông tin dùng chung (CIM) tiêu chuẩn IEC 61968/61970.

- Tạo cơ sở khoa học để nhân rộng mô hình giúp các Công ty điện lực nói riêng và EVNHCMC nói dung khai thác hiệu quả CSDL mà không tốn quá nhiều nguồn lực để chuyển đổi dữ liệu và tích hợp dữ liệu cho nhiều ứng dụng khác nhau. Ý nghĩa thực tiễn - Hệ thống hóa và đánh giá kiến trúc dữ liệu GIS hiện tại và khả năng đáp ứng với tình hình triển khai chương trình SCADA/DMS tiến đến hình thành lưới điện thông minh theo chương trình của EVNHCMC; - Tạo các công cụ GIS phù hợp để đảm bảo việc hạn chế cập nhật thông tin trùng lắp qua nhiều ứng dụng tại Công ty Điện lực Duyên Hải; - Phát triển chương trình GIS được xây dựng từ kết quả nghiên cứu để hỗ trợ khai thác dữ liệu đo đếm từ xa, quản lý phụ tải, phân bố công suất và cung cấp dữ liệu đầu vào cho hệ thống SCADA/DMS đáp ứng nhu cầu của Công ty Điện lực Duyên Hải và của Trung tâm Điều độ Hệ thống điện TPHCM. 5 Chương 2: TỔNG QUAN 2. Tình hình ứng dụng CNTT trong EVNHCMC “Hiện đại hóa lưới điện” là chủ đề hoạt động năm 2017 của Tổng công ty nói riêng và Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) nói chung nhằm nâng cao hiệu quả quản lý điều hành, đầu tư, sản xuất, kinh doanh, dịch vụ khách hàng, tăng năng suất lao động và bảo vệ môi trường.

Từ năm 2016, các đơn vị trong toàn Tổng công ty đã thực hiện nhiều đề tài và sáng kiến có tính ứng dụng cao phục vụ trực tiếp sản xuất, mang lại lợi ích thiết thực, như: Các đề tài sản xuất thử nghiệm thiết bị đầu cuối (RTU) cho các nhà máy điện; Ứng dụng công nghệ composite bảo vệ bề mặt các hệ thống thiết bị nhà máy nhiệt điện đốt than; Nghiên cứu phương pháp giám sát dòng rò cách điện đường dây và chế tạo thiết bị giám sát, ghi lưu dòng rò từ xa theo thời gian thực (online); Các đề tài nghiên cứu liên quan đến thiết bị đo đếm (công tơ); ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS),.[7] Trong lĩnh vực ứng dụng công nghệ thông tin, EVN đã nâng cấp và khai thác có hiệu quả các hệ thống phần mềm dùng chung phục vụ quản lý, điều hành sản xuất, kinh doanh như: Hệ thống E-Office; Hệ thống quản lý khách hàng dùng điện; Phần mềm quản lý đầu tư xây dựng; Quản lý kỹ thuật lưới điện và nguồn điện (PMIS); hệ thống thông tin địa lý (GIS); triển khai hệ thống MiniSCADA/DMS mở ra một phương thức vận hành mới tiên tiến. [10] Cùng với nhiều giải pháp đồng bộ khác, việc ứng dụng khoa học công nghệ đã góp phần bảo đảm cung cấp đủ điện, an toàn cho phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao năng suất lao động cũng như hiệu quả đầu tư kinh doanh, bảo vệ môi trường. Đặc biệt, trong lĩnh vực dịch vụ khách hàng, các chỉ tiêu về thời gian mất điện, tần suất mất điện, thời gian giải quyết cấp điện mới… đã giảm đáng kể. Chương trình Quản lý vật tư thiết bị lưới điện trung thế Chương trình được đưa vào sử dụng từ năm 2009 với chức năng phục vụ công tác quản lý vật tư thiết bị lưới điện trung thế và hạ thế như Máy cắt, RMU, LBS, Recloser, Máy biến thế, FCO, LBFCO, LA, TU, TI, tụ bù,… Định hướng trong thời gian tới sẽ thay thế bằng chương trình PMIS dùng thống nhất trong Tập đoàn.

Chương trình Quản lý mất điện Chức năng: Theo dõi, cập nhật tình hình cung cấp điện cho khách hàng, cung cấp dữ liệu cho trang web theo dõi mất điện của Tổng công ty và chương trình CRM giúp Trung tâm chăm sóc khách hàng trả lời khách hàng về tình hình cung cấp điện. Tính toán chỉ số độ tin cậy cung cấp điện (SAIFI, SAIDI) được đưa vào sử dụng năm 2011. Tuy nhiên kết quả tính toán chỉ số độ tin cậy chưa chính xác do vẫn phụ thuộc vào việc nhập số liệu của nhân viên vận hành. Định hướng: Liên kết OMS với MDMS để tính chính xác chỉ số độ tin cậy cung cấp điện, liên kết với GIS để tạo bản đồ chuyên đề quản lý mất điện.