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

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.

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.