Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống điện đóng vai trò thiết yếu trong phát triển kinh tế và xã hội, bao gồm các nhà máy điện, lưới truyền tải và lưới phân phối. Theo ước tính, việc quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV hiệu quả góp phần giảm tổn thất điện năng và nâng cao chất lượng cung cấp điện. Tuy nhiên, với sự mở rộng và phức tạp của lưới điện, việc giám sát và điều khiển truyền thống gặp nhiều hạn chế về độ tin cậy và hiệu quả. Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV tại Công ty Điện lực Bến Tre trong giai đoạn 2018-2019. Mục tiêu chính là phát triển giải pháp vận hành mới tiên tiến, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm nhân lực vận hành, cải thiện chất lượng điện năng và tăng độ tin cậy cung cấp điện. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam, góp phần khai thác hợp lý nguồn năng lượng, bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế xã hội bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): Là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa, hỗ trợ quản lý vận hành lưới điện bằng cách thu thập số liệu, điều khiển thiết bị và xử lý dữ liệu thời gian thực.
  • Mô hình phân cấp quản lý SCADA: Bao gồm ba cấp chính: cấp chấp hành (thiết bị đo và điều khiển tại hiện trường), cấp điều khiển (xử lý thông tin và điều khiển thiết bị), và cấp điều khiển giám sát (giám sát tổng thể và ra quyết định).
  • Ảnh hưởng của tụ điện đến lưới điện phân phối: Phân tích sự thay đổi điện áp do công suất phản kháng từ tụ điện, sử dụng các phương trình ma trận để ước lượng điện áp giữa các nút tụ điện.
  • Thuật toán điều khiển điện áp dựa trên dữ liệu RTU (Remote Terminal Unit): Thu thập dữ liệu điện áp và dòng điện tại các nút, tính toán điện áp tối đa và tối thiểu, từ đó điều chỉnh các bậc chuyển đổi tụ điện nhằm duy trì điện áp ổn định gần 1 pu.

Các khái niệm chính bao gồm: RTU, tụ điện bù công suất phản kháng, hệ thống MIMIC (Modified Integration Microprocessor Integration Communication), phần mềm ePowerMan, và mạng truyền thông cáp quang nội tỉnh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa phân tích lý thuyết, mô phỏng và ứng dụng thực tiễn tại Công ty Điện lực Bến Tre. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ lưới điện phân phối 22kV của công ty với các thiết bị RTU được lắp đặt tại các nút tụ điện và các thiết bị điện tử thông minh như Recloser, LBS, tụ bù, điện kế điện tử. Phương pháp chọn mẫu là chọn toàn bộ hệ thống lưới điện phân phối 22kV làm đối tượng nghiên cứu để đảm bảo tính toàn diện.

Phân tích dữ liệu được thực hiện qua phần mềm SCADA và hệ thống MIMIC, kết hợp với phần mềm ePowerMan để giám sát, thu thập và xử lý dữ liệu vận hành. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 1/2018 đến tháng 4/2019, bao gồm giai đoạn khảo sát hiện trạng, thiết kế giải pháp, triển khai lắp đặt và đánh giá hiệu quả vận hành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của tụ điện đến điện áp lưới phân phối: Qua mô hình hai nút và hệ thống phân phối điển hình, điện áp tại các nút tụ điện biến đổi theo công suất phản kháng bơm vào lưới. Sự thay đổi điện áp được ước lượng chính xác bằng thuật toán RTU, giúp điều chỉnh bậc tụ điện phù hợp, giảm sụt áp trung bình khoảng 5-7% tại các nút trọng điểm.

  2. Hiệu quả ứng dụng hệ thống SCADA và RTU: Việc lắp đặt RTU tại các nút tụ điện và kết nối qua mạng cáp quang nội tỉnh cho phép thu thập dữ liệu thời gian thực với độ trễ dưới 1 giây, nâng cao khả năng giám sát và điều khiển từ xa. So với phương pháp vận hành truyền thống, hệ thống giảm được khoảng 30% số nhân viên vận hành trực tiếp tại hiện trường.

  3. Ứng dụng phần mềm ePowerMan và hệ thống MIMIC: Phần mềm hỗ trợ giám sát và điều khiển lưới điện phân phối 22kV cho phép truy xuất nhanh chóng các thông số vận hành, phát hiện và xử lý sự cố kịp thời. Tỷ lệ giảm tổn thất điện năng trung bình đạt 2-3% trong giai đoạn thử nghiệm, góp phần nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp.

  4. Tính năng thời gian thực và độ tin cậy của hệ thống: Hệ thống SCADA đảm bảo tính năng thời gian thực với độ nhạy nhanh, tính tiền định và độ tin cậy cao, đáp ứng yêu cầu vận hành lưới điện hiện đại. Các bộ phận dự phòng như RTU đôi và hệ thống truyền thông hai đường truyền giúp duy trì hoạt động liên tục khi có sự cố.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng hệ thống SCADA kết hợp RTU và phần mềm ePowerMan tại Công ty Điện lực Bến Tre đã nâng cao hiệu quả quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV. Việc sử dụng thuật toán điều khiển điện áp dựa trên dữ liệu RTU giúp duy trì điện áp ổn định gần 1 pu, giảm thiểu sụt áp và tổn thất điện năng. So sánh với các nghiên cứu trong ngành điện lực, kết quả này phù hợp với xu hướng phát triển lưới điện thông minh trên thế giới.

Việc giảm số lượng nhân viên vận hành trực tiếp tại hiện trường không chỉ tiết kiệm chi phí nhân lực mà còn giảm thiểu rủi ro an toàn lao động. Hệ thống SCADA với giao diện HMI trực quan và khả năng xử lý sự cố nhanh chóng giúp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thời gian mất điện và tăng sự hài lòng của khách hàng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ tổn thất điện năng trước và sau khi áp dụng hệ thống SCADA, bảng thống kê số lượng nhân viên vận hành và thời gian phản ứng xử lý sự cố. Các biểu đồ điện áp tại các nút tụ điện cũng minh họa hiệu quả điều chỉnh điện áp theo thuật toán RTU.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai mở rộng hệ thống SCADA và RTU trên toàn bộ lưới điện phân phối 22kV: Động từ hành động là "mở rộng", mục tiêu là nâng cao hiệu quả vận hành và giảm tổn thất điện năng, thời gian thực hiện trong 12 tháng, chủ thể thực hiện là Công ty Điện lực Bến Tre phối hợp với các nhà cung cấp thiết bị.

  2. Đào tạo nâng cao năng lực vận hành và bảo trì hệ thống SCADA cho nhân viên: Động từ "tổ chức đào tạo", mục tiêu tăng cường kỹ năng vận hành và xử lý sự cố, thời gian 6 tháng, chủ thể là phòng nhân sự và kỹ thuật của công ty.

  3. Nâng cấp phần mềm giám sát ePowerMan và tích hợp các thiết bị thông minh mới: Động từ "nâng cấp và tích hợp", mục tiêu cải thiện khả năng thu thập và phân tích dữ liệu, thời gian 9 tháng, chủ thể là bộ phận CNTT và đối tác phần mềm.

  4. Xây dựng hệ thống dự phòng truyền thông và thiết bị RTU để đảm bảo tính liên tục: Động từ "xây dựng", mục tiêu tăng độ tin cậy và khả năng chịu lỗi của hệ thống, thời gian 12 tháng, chủ thể là phòng kỹ thuật và nhà thầu thi công.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên viên vận hành lưới điện: Giúp hiểu rõ về ứng dụng SCADA và RTU trong quản lý vận hành, nâng cao hiệu quả và độ tin cậy hệ thống.

  2. Nhà quản lý và lãnh đạo các công ty điện lực: Cung cấp cơ sở khoa học để ra quyết định đầu tư và phát triển hệ thống điều khiển giám sát hiện đại.

  3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện: Là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp và ứng dụng thực tiễn của hệ thống SCADA trong lưới điện phân phối.

  4. Các nhà cung cấp thiết bị và phần mềm SCADA: Giúp hiểu nhu cầu thực tế và các giải pháp kỹ thuật phù hợp để phát triển sản phẩm đáp ứng thị trường Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống SCADA là gì và vai trò của nó trong lưới điện phân phối?
    SCADA là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa, giúp quản lý vận hành lưới điện phân phối hiệu quả bằng cách thu thập số liệu, điều khiển thiết bị và xử lý dữ liệu thời gian thực. Ví dụ, SCADA cho phép đóng cắt thiết bị từ trung tâm điều độ, giảm nhân lực vận hành.

  2. Tại sao cần ứng dụng hệ thống SCADA vào lưới điện phân phối 22kV?
    Lưới điện phân phối 22kV có quy mô rộng và phức tạp, việc giám sát và điều khiển truyền thống không đáp ứng được yêu cầu về độ tin cậy và hiệu quả. SCADA giúp giảm tổn thất điện năng, nâng cao chất lượng điện và giảm số nhân viên vận hành trực tiếp.

  3. Phần mềm ePowerMan có chức năng gì trong hệ thống SCADA?
    ePowerMan hỗ trợ giám sát, truy xuất nhanh các thông số vận hành, điều hành hoạt động lưới điện hiệu quả hơn. Ví dụ, phần mềm cho phép theo dõi trạng thái thiết bị và phát hiện sự cố kịp thời, giúp giảm thời gian mất điện.

  4. Thuật toán điều khiển điện áp dựa trên RTU hoạt động như thế nào?
    Thuật toán sử dụng dữ liệu điện áp và dòng điện đo được từ RTU tại các nút tụ điện để tính toán điện áp tối đa và tối thiểu, từ đó điều chỉnh bậc chuyển đổi tụ điện nhằm duy trì điện áp ổn định gần 1 pu, giảm sụt áp và tổn thất.

  5. Lợi ích thực tiễn khi áp dụng hệ thống SCADA tại Công ty Điện lực Bến Tre là gì?
    Hệ thống giúp nâng cao hiệu quả vận hành, giảm khoảng 30% nhân lực vận hành trực tiếp, giảm tổn thất điện năng 2-3%, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và cải thiện chất lượng điện năng, góp phần phát triển lưới điện thông minh.

Kết luận

  • Luận văn đã nghiên cứu và ứng dụng thành công hệ thống SCADA kết hợp RTU và phần mềm ePowerMan vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV tại Công ty Điện lực Bến Tre.
  • Thuật toán điều khiển điện áp dựa trên dữ liệu RTU giúp duy trì điện áp ổn định, giảm tổn thất điện năng và nâng cao chất lượng điện năng.
  • Hệ thống SCADA nâng cao hiệu quả vận hành, giảm số lượng nhân viên vận hành trực tiếp và tăng độ tin cậy cung cấp điện.
  • Kết quả nghiên cứu phù hợp với xu hướng phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam và thế giới.
  • Đề xuất mở rộng triển khai hệ thống SCADA trên toàn bộ lưới điện phân phối, đồng thời nâng cấp phần mềm và đào tạo nhân lực để phát huy tối đa hiệu quả vận hành.

Hành động tiếp theo là triển khai các giải pháp đề xuất trong vòng 12 tháng tới nhằm nâng cao hiệu quả quản lý vận hành lưới điện phân phối. Các đơn vị liên quan được khuyến khích nghiên cứu và áp dụng các công nghệ điều khiển giám sát hiện đại để phát triển lưới điện thông minh bền vững.