Tài liệu Nghiên cứu áp dụng công nghệ tự động phân đoạn lưới điện phân phối thành phố đồng hới

MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ..............................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................2 4. Cấu trúc của luận văn .......................................................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ........3 1.1. Giới thiệu ..............................................................................................................3 1.2. Công nghệ tự động hóa trên thế giới ....................................................................3 1.2.1. Tối ưu điện áp và công suất phản kháng ...................................................3 1.2.2. Tự động hóa tụ bù ......................................................................................5 1.2.3. Phối hợp máy cắt đóng lặp lại và máy cắt phân đoạn ...............................6 1.2.4. Hệ thống quản lý phân phối và quản lý mất điện ......................................8 1.2.5. Công nghệ phát hiện lỗi, cách ly và khôi phục ..........................................9 1.3. Công nghệ tự động hóa đang áp dụng tại Việt Nam ..........................................10 1.3.1. Hệ thống SCADA ....................................................................................10 1.3.2. Hệ thống SCADA/EMS ...........................................................................11 1.3.3. Hệ thống SCADA/DMS ..........................................................................13 1.3.4. Hệ thống SCADA/OMS ..........................................................................16 1.4. Kết luận ..............................................................................................................17 CHƯƠNG 2. KHẢ NĂNG TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRONG VIỆC TỰ ĐỘNG PHÂN ĐOẠN TẠI PC QUẢNG BÌNH ......................................18 2.1. Hệ thống SCADA Công ty Điện lực Quảng Bình .............................................18 2.1.1. Quy mô, hiện trạng hệ thống ...................................................................18 2.1.2. Tiêu chuẩn áp dụng ..................................................................................20 2.1.3. Phương pháp truyền thông .......................................................................21 2.2. Khả năng tự động hóa của Recloser và LBS .....................................................24 2.2.1. Tại các Recloser .......................................................................................24 2.2.2. Tại các LBS .............................................................................................25 2.3. Giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối ........................................................26 2.3.1. DAS và khả năng áp dụng .......................................................................26 2.3.2. Phân tích theo tiêu chí kỹ thuật................................................................29 2.3.3. Phân tích theo tiêu chí kinh tế..................................................................31 2.3.4. Lựa chọn giải pháp ..................................................................................31 2.4. Kết luận ..............................................................................................................32 CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG PHÂN ĐOẠN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TP. ĐỒNG HỚI ..................................................................................33 3.1. Tổng quan về lưới điện TP Đồng Hới ................................................................33 3.1.1. Quy mô lưới điện .....................................................................................33 3.1.2. Đánh giá xuất tuyến 475 Đồng Hới và 477 Bắc Đồng Hới .....................36 3.2. Thực hiện tự động phân đoạn trên xuất tuyến 475 & 477 .................................38 3.2.1. Kết nối thiết bị về hệ thống SCADA .......................................................38 3.2.2. Các tín hiệu cần thu thập .........................................................................41 3.2.3. Tự động hóa trên phần mềm Survalent SCADA .....................................44 3.2.4. Kết quả mô phỏng ....................................................................................53 3.3. Đánh giá hiệu quả...............................................................................................57 3.4. Khả năng mở rộng cho lưới phân phối TP Đồng Hới ........................................59 3.5. Kết luận ..............................................................................................................59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................60 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................61 PHỤ LỤC ..................................................................................................................62 BẢN SAO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢO SAO) ...76 BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG PHÂN ĐOẠN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI Học viên: Nguyễn Tất Thành Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 Khóa: K34QB Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN TÓM TẮT Trước nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, yêu cầu cấp thiết đối với ngành điện là độ tin cậy cung cấp điện. Một trong những lý do chính làm giảm độ tin cậy cung cấp điện chính là sự cố, đặc biệt là ở khu vực có địa hình, thời tiết phức tạp. Trong khi đó, công tác phân đoạn xử lý sự cố đang thực hiện một cách thủ công. Khi có sự cố xảy ra trên đường dây, nhân viên quản lý vận hành phải thực hiện cắt các thiết bị phân đoạn để xác định và khoanh vùng sự cố. Để giải quyết vấn đề, tác giả nghiên cứu áp dụng giải pháp tự động phân đoạn nhằm khai thác tiềm năng hệ thống SCADA hiện có với nguồn kinh phí tiết kiệm. Nội dung nghiên cứu là áp dụng công nghệ tự động phân đoạn để phối hợp các thiết bị trên lưới nhằm nhanh chóng cách ly vùng bị sự cố và tự động cấp điện trở lại cho các khu vực không bị sự cố trong thời gian nhanh nhất, tăng độ tin cậy cung cấp điện. Từ khóa: tự động hóa; lưới điện phân phối; phân đoạn sự cố; độ tin cậy; hệ thống điều khiển. ABSTRACT Facing the need for socio-economic development, the urgent requirement for the power sector is the reliability of electricity supply. One of the main reasons for the decline in power supply reliability is the incident, especially in areas with complex terrain and weather. Meanwhile, the troubleshooting work is done manually. In the event of an incident on the line, the operator shall cut the segmentation equipment to identify and delineate the fault. To solve the problem, the researcher applied an automated solution to exploit the potential of existing SCADA systems with budget savings. The research is to apply automatic segmentation technology to coordinate devices on the grid to quickly isolate the incident area and automatically return power to the area without incident in the fastest time, increase the reliability of the power supply. Key words: automation; distribution grid; incident segment; reliability; control system. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CA (Capacitor Automation): Tự động hóa tụ bù. DMS (Distributor Management System): Hệ thống quản lý phân phối. FDIR (Fault detection, isolation, and recovery): Phát hiện lỗi, cách ly và khôi phục. FLISR (Fault Location, Isolation, and Service Restoration): Xác định vị trí, cô lập lỗi và phục hồi cung cấp điện. MPLS (Multiprotocol Label Switching): Chuyển mạch nhãn đa giao thức OMS (Outage Management System): Hệ thống quản lý mất điện. R&S (Reclosers và Sectionalizers): Phối hợp máy cắt đóng lặp lại và máy cắt phân đoạn. SAIDI (System Average Interruption Duration Index): Chỉ số thời gian mất điện 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. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. SDH (Synchronous Digital Hierarchy): Truyền dẫn dữ liệu đồng bộ trên môi trường quang. VPN (Virtual Private Network): Mạng riêng ảo. VVO (Volt/VAR optimization): Tối ưu điện áp và công suất phản kháng. DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 3.1. Quy mô nguồn và lưới do Điện lực Đồng Hới quản lý 34 3.2. Sản lượng theo thành phần phụ tải 36 3.3. Bảng tín hiệu ở mức độ trạm - Máy biến áp 41 3.4. Bảng tín hiệu ở mức độ trạm - Các ngăn lộ tổng máy biến áp 42 3.5. Bảng tín hiệu ở mức độ trạm - Xuất tuyến trung thế 22KV 42 3.6. Bảng tín hiệu ở mức độ lưới phân phối – Recloser/LBS 43 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 3.12. 3.13. 3.14. Tên hình Mô hình cơ bản hệ thống tối ưu Volt/Var Tụ bù hạ thế loại tụ khô (minh họa) Tụ bù hạ thế loại tụ dầu (minh họa) Thiết bị đóng cắt Recloser (minh họa) Kiến trúc tích hợp SCADA/DMS/OMS Cấu trúc hệ thống SCADA sử dụng phần mềm Survalent (minh họa) Các chức năng cơ bản của hệ thống SCADA/DMS Quy mô hệ thống SCADA Công ty Điện lực Quảng Bình Sơ đồ nguyên lý hệ thống SCADA Công ty Điện lực Quảng Bình Hệ thống truyền dẫn quang SDH của EVNCPC Hệ thống truyền dẫn quang SDH tỉnh Quảng Bình Nguyên lý kết nối thông qua mạng riêng 3G Sơ đồ khối của một Recloser trọn bộ. Sơ đồ của một LBS trọn bộ Sơ đồ cấu trúc tự động hóa lưới điện So sánh hai phương án tự động hóa lưới phân phối Sơ đồ lưới điện 110kV tỉnh Quảng Bình Trang 4 5 6 7 9 11 14 19 20 22 22 23 24 25 27 32 33 Các xuất tuyến trung thế trạm biến áp 110kV Bắc Đồng Hới Các xuất tuyến trung thế trạm biến áp 110kV Đồng Hới Sản lượng điện nhận/điện giao của ĐL Đồng Hới Biểu đồ phân bố phụ tải năm 2017 Sơ đồ đơn tuyến đường dây 475 Đồng Hới và 477 Bắc Đồng Hới. Giải pháp kết nối thiết bị trung thế bằng truyền thông 3G 34 Kết nối an toàn qua VPN/IPSec thông qua 3G Private APN Modem Secflow-1 và nguyên lý làm việc Các kênh VPN kết nối về thiết bị trung thế Thông số giao thức, tình trạng kết nối Tạo Station trên STC Explorer Tạo Station chứa các biến trạng thái ảo. Tạo biến trạng thái ảo cho đường truyền thông. 39 34 35 36 38 39 40 40 41 45 46 46 Số hiệu 3.15. 3.16. 3.17. 3.18. 3.19. 3.20. 3.21. 3.22. 3.23. Tên hình Tạo Communication Line trên STC Explorer Tạo RTU trên STC Explorer Tạo Analog point trong STC Explorer Trang Alarm của Analog point Vẽ sơ đồ một sợi trong HMI Smart VU Tạo Station Transformer trong Line Section Tạo Switch của máy cắt hợp bộ trong Line Section Giao diện lập trình Command Sequences Sơ đồ lưới điện khi làm việc bình thường Recloser 485 Đồng Sơn cắt để cô lập sự cố và đóng Recloser 3.24. 487 Trại Gà để cấp điện phân đoạn còn lại 3.25. Chỉ số SAIDI trước và sau tự động hóa 3.26. Chỉ số SAIFI trước và sau tự động hóa Trang 47 47 48 49 50 51 52 53 54 54 58 58 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, công nghệ đặc biệt là cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra với những thành tựu vượt bậc trong lĩnh vực tự động hóa, robotics, trí thông minh nhân tạo, công nghệ nano, công nghệ sinh học, IoT, Big Data, blockchain...Việc ứng dụng những công nghệ mới vào dây chuyền sản xuất, kinh doanh của các doanh nghiệp để mang lại hiệu quả cao về nhiều mặt là điều tất yếu. Thực hiện lộ trình lưới điện thông minh, trong những năm qua Công ty Điện lực Quảng Bình đã xây dựng và áp dụng nhiều công nghệ mới, tiên tiến để nâng cao chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện như: đưa vào sử dụng trung tâm điều khiển và hệ thống thông tin SCADA, hệ thống quản lý dữ liệu đo xa (MDMS), hệ thống thu thập dữ liệu công tơ tự động RF-Spider…Tuy nhiên việc khai thác mới dừng lại ở mức độ cơ bản, chưa khai thác hết tiềm năng hệ thống. Trước nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, yêu cầu cấp thiết đối với ngành điện là độ tin cậy cung cấp điện. Một trong những lý do chính làm giảm độ tin cậy cung cấp điện chính là sự cố, đặc biệt là ở khu vực có địa hình, thời tiết phức tạp. Trong khi đó, công tác phân đoạn xử lý sự cố đang thực hiện một cách thủ công. Khi có sự cố xảy ra trên đường dây, nhân viên quản lý vận hành phải thực hiện cắt các thiết bị phân đoạn để xác định và khoanh vùng sự cố. Trường hợp lưới mạch vòng, chỉ sau khi đảm bảo cách ly phân đoạn bị sự cố mới tiến hành xem xét đóng các thiết bị phân đoạn để cung cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố. Thời gian xử lý sự cố theo quy trình này thường phụ thuộc rất nhiều vào trình độ xử lý sự cố của điều độ viên cũng như thời gian triển khai lực lượng đi thao tác tại các thiết bị phân đoạn, khoảng cách và địa hình giữa điểm trực thao tác và các thiết bị cần phân vùng sự cố. Để giải quyết vấn đề, tác giả nghiên cứu áp dụng giải pháp tự động phân đoạn nhằm khai thác tiềm năng hệ thống SCADA hiện có với nguồn kinh phí tiết kiệm. Nội dung nghiên cứu là áp dụng công nghệ tự động phân đoạn để phối hợp các thiết bị phân đoạn trên lưới nhằm nhanh chóng cách ly phân đoạn bị sự cố và tự động cấp điện trở lại cho các phân đoạn không bị sự cố trong thời gian nhanh nhất, tăng độ tin cậy cung cấp điện. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu đặc điểm hiện trạng lưới điện phân phối. 2 - Hiện trạng hệ thống SCADA, xu thế tự động hóa lưới điện phân phối và khả năng áp dụng. - Phân tích đặc tính làm việc và các nguyên tắc phối hợp của các thiết bị đưa ra phương án tối ưu tự động phân đoạn để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu áp dụng các công nghệ mới về SCADA/DAS trong đó tập trung vào công nghệ tự động phân đoạn để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối. Phạm vi nghiên cứu Công nghệ tự động phân đoạn áp dụng cho lưới điện phân phối TP Đồng Hới thuộc Công ty Điện lực Quảng Bình. 4. Cấu trúc của luận văn Bố cục luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của luận văn được biên chế thành ba chương như sau: + Chương 1: Tổng quan về tự động hóa lưới điện phân phối. + Chương 2: Khả năng tự động hóa lưới điện phân phối trong việc tự động phân đoạn tại PC Quảng Bình. + Chương 3: Áp dụng công nghệ tự động phân đoạn lưới điện phân phối TP Đồng Hới. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. Giới thiệu Hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối (DAS) là hệ thống tự động kiểm soát chế độ làm việc của LĐPP nhằm phát hiện phần tử bị sự cố tách ra khỏi vận hành đồng thời phục hồi việc cấp điện cho phần tử không bị sự cố đảm bảo cung cấp điện liên tục. DAS được áp dụng khá phổ biến ở các nước phát triển, đặc biệt là Nhật và một số nước khác, cho phép nâng cao cơ bản độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện do sự cố ở mạng phân phối. 1.2. Công nghệ tự động hóa trên thế giới Tự động hóa phân phối (DAS) đề cập đến một loạt các công nghệ được tập trung vào theo dõi và kiểm soát thời gian thực và có thể được chia thành năm loại công nghệ: Quản lý tối ưu điện áp và công suất phản kháng (VVO). Tự động hóa tụ bù (CA). Phối hợp máy cắt đóng lặp lại và máy cắt phân đoạn (R&S). Hệ thống quản lý phân phối và Hệ thống quản lý mất điện (DMS & OMS). Nhận dạng và khôi phục phát hiện lỗi (FDIR). 1.2.1. Tối ưu điện áp và công suất phản kháng Hệ thống tối ưu điện áp và công suất phản kháng (Volt/VAR optimization VVO) được triển khai phổ biến trên thế giới, đặc biệt là khu vực Bắc Mỹ, tuy nhiên có rất ít đánh giá phân tích về phương pháp. Các kết quả được công bố phần lớn dựa trên các phép đo sau khi áp dụng thực tế. Tối ưu hóa Volt/VAR là tối ưu quản lý các mức điện áp trên toàn hệ thống và dòng điện phản kháng để lưới phân phối hoạt động với hiệu quả cao nhất. VVO hỗ trợ các đơn vị phân phối giảm tổn thất hệ thống, đáp ứng phụ tải cao điểm hoặc tiêu thụ năng lượng bằng cách sử dụng kỹ thuật giảm điện áp bảo vệ tức là giảm tiêu thụ năng lượng do giảm điện áp trung chuyển [10]. Tối ưu hóa Volt/VAR bao gồm chức năng giảm điện áp bảo vệ (CVR) được sử dụng để tính toán và duy trì điện áp nhận phía khách hàng được. CVR còn được sử dụng để làm phẳng đồ thị điện áp và điều chỉnh điện áp hệ thống tổng thể trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn khuyến nghị của ANSI hay IEC. Nhìn chung, nhu cầu hệ thống có thể giảm xuống 0,7-1,0% cho mỗi lần giảm 1% điện áp. Từ quan điểm của 4 người tiêu dùng, điều này làm giảm năng lượng mà họ tiêu thụ (mô hình cơ bản như hình 1.1). Hình 1.1: Mô hình cơ bản hệ thống tối ưu Volt/Var Các tính năng và khả năng chính của tính năng & tối ưu hóa Volt/Var  Tối đa hóa chỉ số bảo toàn điện áp và lưu lượng.  Giảm tổn thất điện năng qua CVR.  Tối ưu hóa hệ số công suất cho trạm biến áp hoặc máy biến áp phân phối.  Vận hành linh hoạt dựa trên thông tin phụ tải.  Điều khiển công suất phản kháng bằng tụ bù hoặc thiết bị bù rung tĩnh.  Tối ưu hóa công suất đỉnh cho khách hàng lớn.  Điều khiển chế độ vận hành non tải. Lợi ích  Cung cấp thông số vận hành hệ thống một cách chi tiết, nâng cao tính kiểm soát cao từ đó tối ưu hóa việc cung cấp năng lượng hiệu quả và tin cậy.  Kiểm soát biến động điện áp do sự thâm nhập của các nguồn bên ngoài và sự biến động phụ tải.  Cung cấp khả năng tối ưu hóa trong các thông số vận hành.  Tối ưu hóa hệ số công suất từ đó giảm tổn thất điện năng hệ thống và làm giảm tác động môi trường. 5 1.2.2. Tự động hóa tụ bù Tụ bù là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện (điện môi), tụ có tác dụng tích và phóng điện trong mạch điện. Đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ bù ở một hiệu điện thế nhất định gọi là điện dung của tụ bù. Nó được xác định bằng thương số giữa điện tích của tụ bù và hiệu điện thế giữa hai bản của nó (C=Q/U). Trong hệ thống điện, tụ bù được sử dụng với mục đích bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosφ (cos phi) nhằm đảm bảo hiệu quả hoạt động của lưới điện. Tụ bù là thành phần chính trong Tủ điện bù công suất phản kháng bên cạnh các thiết bị khác để đảm bảo hệ thống bù hoạt động thông minh, ổn định và an toàn như: Bộ điều khiển tụ bù, Thiết bị đóng cắt, bảo vệ, Cuộn kháng lọc sóng hài, Thiết bị đo, hiển thị,... Trong thực tế tụ bù thường có các cách gọi như: tụ bù điện, tụ bù công suất, tụ bù công suất phản kháng, tụ bù cosφ,...Theo cấu tạo tụ bù được phân thành hai loại chính: Tụ bù khô và Tụ bù dầu. Tụ bù khô là loại bình tròn dài. Ưu điểm là nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ dễ lắp đặt, thay thế, chiếm ít diện tích trong tủ điện và có giá thành thường thấp hơn tụ dầu. Tụ bù khô được sử dụng cho các hệ thống bù công suất nhỏ, chất lượng điện tương đối tốt. Tụ khô phổ biến trên thị trường Việt Nam có các giải công suất bù 10, 15, 20, 25, 30kVAr. Một số hãng có loại nhỏ 2.5, 5kVAr và loại lớn 40, 50kVAr. Hình 1.2: Tụ bù hạ thế loại tụ khô (minh họa) Tụ bù dầu là loại bình chữ nhật (cạnh sườn vuông hoặc tròn). Ưu điểm là độ bền cao hơn. Tụ dầu thường được sử dụng cho tất cả các hệ thống bù. Đặc biệt là các hệ thống bù công suất lớn, chất lượng điện xấu, có sóng hài (dùng kết hợp với cuộn kháng lọc sóng hài). 6 Tụ bù dầu phổ biến trên thị trường Việt Nam có các giải công suất bù từ 10 đến 50kVAr. Dựa vào điện áp, có thể chia tụ bù điện ra làm 2 loại: tụ bù điện 1 pha và tụ bù điện 3 pha. Tụ bù điện 1 pha là loại có điện áp 230V250V, tụ bù điện 1 pha thường dùng trong các gia đình hoặc những nơi tiêu thụ ít điện năng. Hình 1.3: Tụ bù hạ thế loại tụ dầu (minh họa) Tụ bù điện sử dụng cho 2 loại điện áp này thường được lắp đặt trong các hệ thống điện áp tương đối ổn định ở mức điện áp chuẩn. Tụ bù điện 3 pha được sử dụng nhiều trong hệ thống điện lưới của những công trình xây dựng lớn như cao ốc, bệnh viện, chung cư hay sử dụng trong các nhà máy, khu công nghiệp… Hiện nay, các tủ tụ bù trên lưới hạ thế đang vận hành một cách độc lập, với các tính năng như bù hệ số cosφ cố định (bù cứng); bù hệ số cosφ theo thời gian cài đặt sẵn hoặc bù động theo hệ số cosφ hồi tiếp. Tuy nhiên, nhân viên vận hành vẫn phải đến tận hiện trường để thao tác trực tiếp, gây tốn kém thời gian và công sức. Đặc biệt là ở vùng sâu, vùng xa, hải đảo hoặc trong mùa mưa bão và lũ lụt, việc thao tác trực tiếp tại hiện trường sẽ vất vả hơn và không an toàn cho người thực hiện nhiệm vụ... Bên cạnh đó, giải pháp quản lý hiện tại chưa đáp ứng được việc giám sát trực tuyến trạng thái của các tủ tụ bù, việc khai thác dữ liệu cũng như xử lý bất thường chưa kịp thời. Việc xây dựng hệ thống tụ động hóa tụ bù là thành tố quan trọng trong tự động hóa lưới điện phân phối góp phần hỗ trợ toàn vẹn cho công tác quản lý, điều hành sản xuất kinh doanh của ngành điện trong giai đoạn hiện nay và trong tương lai. Hệ thống cho phép giám sát và điều khiển từ xa vận hành tụ bù thông qua các giao thức truyền thông theo thời gian thực. Cung cấp cho người quản lý vận hành bộ công cụ nâng cao hệ số cosφ, tối ưu hóa các phần tử cung cấp điện, giảm thiểu công suất vô công, nâng cao công tác vận hành lưới điện. 1.2.3. Phối hợp máy cắt đóng lặp lại và máy cắt phân đoạn Hình thức bảo vệ lỗi cơ bản nhất trên lưới điện phân phối là cầu chì tự rơi. Cầu chì tự rơi có ưu điểm là chi phí thấp và hiệu quả cao khi cô lập phần tử bị lỗi trong hệ thống. Điểm hạn chế là không có dấu hiệu nhận biết để kiểm soát cũng như phải thay thế thủ công khi sự cố. Từ đó các Reclosers và sectionalizers được thiết kế để giảm 7 thiểu tác động của các lỗi trên một hệ thống phân phối. Đây là các thiết bị cho phép kiểm soát, điều khiển trạng thái đóng/mở. Đồng thời, có thể kết nối với hệ thống SCADA để giám sát, vận hành và điều khiển xa [9]. Recloser - thiết bị đóng cắt tự động hoạt động chính xác, độ tin cậy cao và kinh tế được sử dụng cho hệ thống phân phối lưới điện lên đến cấp điện áp 38kV. Recloser thường được trang bị cho các đường trục chính, công suất lớn và đường dây dài có giá trị cao. Đối với hệ thống điện, Recloser là tập hợp của các bộ phận: Bảo vệ quá tải, tự đóng lại, thiết bị đóng cắt, điều khiển bằng tay. Về bản chất, Recloser là máy cắt thông thường có kèm theo bộ điều khiển cho phép lập trình số lần đóng lặp đi lặp lại theo yêu cầu xác định trước. Đồng thời sẽ đo và lưu trữ các giá trị quan trọng như P,U,I, thời điểm ngắt mạch,.... Khi xuất hiện ngắn mạch, Recloser mở ra (cắt mạch), sau một khoảng thời gian t1 (cài ban đầu) nó sẽ tự động đóng Lúc này, nếu sự cố còn tồn recloser sẽ tiếp tục mở mạch, đặt lại. tại, sau thời gian t2 recloser sẽ tự động đóng mạch. Cứ như vậy, recloser hoạt động theo đúng chương trình được cài đặt ban đầu. Hình 1.4: Thiết bị đóng cắt Recloser (minh họa) Thiết bị phân đoạn (Sectionaliser) là một giải pháp kinh tế để phân loại các mạng lưới ngoài trời lớn và thường được sử dụng ở những vị trí phối hợp với các thiết bị khác rất khó khăn. Bộ phận nhận diện cảm nhận luồng dòng chảy trên mức đặt trước và khi thiết bị bảo vệ bên nguồn mở ra để tắt nguồn cho mạch, bộ phận cắt đếm đếm sự gián đoạn quá dòng. Thiết bị cắt là một phương pháp kinh tế để cải thiện hơn nữa dịch vụ trên các dây chuyền phân phối được trang bị với reclosers hoặc reclosing circuit breakers. Chúng cô lập các lỗi vĩnh viễn và hạn chế sự cố ngừng hoạt động cho các phần nhỏ hơn của dòng. Nó cung cấp một bước bảo vệ bổ sung mà không cần thêm một bước điều phối vào lược đồ bảo vệ. Bộ phận cắt có thể được sử dụng thay cho cầu chì hoặc giữa thiết bị đóng lại và cầu chì mà không cần thay đổi thiết bị khác. 8 1.2.4. Hệ thống quản lý phân phối và quản lý mất điện Hệ thống quản lý phân phối (DMS) và hệ thống quản lý mất điện (OMS) là các hệ thống quản lý riêng biệt có thể có các mức tích hợp khác nhau. Hệ thống quản lý mất điện OMS dựa trên máy tính hiện đại, sử dụng các mô hình kết nối và giao diện người dùng đồ họa. OMS thường bao gồm các chức năng như xử lý cuộc gọi xử lý sự cố, phân tích tình trạng mất điện và dự đoán, báo cáo độ tin cậy. Trong những năm gần đây, OMS đã được tự động hóa. Giao diện cho các hệ thống trả lời bằng giọng nói tương tác (IVR) cho phép truy cập vào OMS mà không cần sự tương tác giữa người gọi và cũng cho phép OMS cung cấp thông tin mất điện cho khách hàng và cung cấp các cuộc gọi xác minh khôi phục cho khách hàng yêu cầu. Các hệ thống OMS cũng trở nên tích hợp hơn với các hệ thống vận hành khác như Hệ thống thông tin địa lý (GIS), Hệ thống thông tin khách hàng (CIS), Hệ thống quản lý công việc (WMS), Quản lý lực lượng lao động di động (MWM), SCADA và AMI. Tích hợp OMS với các hệ thống này giúp cải thiện hiệu quả luồng công việc và nâng cao dịch vụ khách hàng. Chính vì lý do đó, OMS là một hệ thống có nhiệm vụ quan trọng tích hợp thông tin về khách hàng, tình trạng hệ thống, và các nguồn lực vận hành cũng như cung cấp nền tảng hỗ trợ ra quyết định. Hệ thống quản lý phân phối (DMS) có chức năng DMS tương đối mới so với OMS. Ngoài việc quản lý mất điện, DMS được mở rộng để quản lý hiệu quả công việc đã lên kế hoạch đảm bảo cung cấp điện tối ưu. DMS thường liên quan đến việc nhận trạng thái thời gian thực và các điểm tương tự từ hệ thống phân phối, và tạo ra các lệnh điều khiển giám sát tới hệ thống lưới phân phối như máy cắt, reclosers, tụ bù, bộ điều chỉnh điện áp…Với các hệ thống phân phối lớn thì hệ thống DMS/OMS là cực kỳ quan trọng và cần thiết với các lợi ích nổi bật: Cải thiện hiệu quả của nhà khai thác. Các ứng dụng DMS tích hợp cải thiện quy trình quản lý mất điện. Tích hợp DMS/OMS cải thiện sự phối hợp của công việc được lập kế hoạch và đột xuất. Tích hợp DMS/OMS làm giảm chi phí bảo trì dữ liệu. Tích hợp DMS/OMS với SCADA là xu hướng ngày càng tăng và những thách thức kinh doanh gần đây đã thúc đẩy sự tích hợp toàn diện hơn giữa hai hệ thống. 9 DMS/OMS Bản đồ lưới điện Vận hành lưới điện Danh sách hiển thị Ứng dụng nâng cao Trạng thái Cảnh báo, Tác vụ điều khiển Điều hướng Dự báo xu hướng Cảnh báo Điều khiển Sơ đồ một sợi SCADA Hình 1.5: Kiến trúc tích hợp SCADA/DMS/OMS Những lợi ích của việc tích hợp SCADA với DMS/OMS: Cải thiện hoạt động bằng cách tích hợp chặt chẽ các ứng dụng DMS với phân phối SCADA. Tăng hiệu quả điều hành với một hệ thống, đồng nhất cơ sở dữ liệu để khai thác. Đăng nhập hợp lý và quản lý quyền hạn trong một hệ thống. Một mô hình mạng cho phân tích OMS và DMS. Hỗ trợ hệ thống hợp nhất cho DMS/OMS và SCADA phân phối. Kỹ thuật dữ liệu được đơn giản hóa thông qua sự điều phối SCADA và dữ liệu GIS. 1.2.5. Công nghệ phát hiện lỗi, cách ly và khôi phục Phát hiện lỗi, cách ly và khôi phục (FDIR) là một lớp công nghệ có mục tiêu là để xác định sự xuất hiện của sự cố, ghi lại sự xuất hiện, xác định vị trí sự cố và hỗ trợ trong quá trình phục hồi. Nó là sự kết hợp của các hệ thống DMS & OMS nâng cao, cũng như tích hợp chặt chẽ các tài sản cấp trung chuyển với DMS. Các hệ thống FDIR cũng có thể sử dụng tự động chuyển đổi, ví dụ: reclosers, sectionalizers và switch, giúp giảm thiểu số lượng khách hàng bị ảnh hưởng bởi sự cố. Chất lượng điện năng trong những năm gần đây, ngày càng trở thành một mối quan tâm quan trọng đối với khách hàng. Các Công ty Điện lực phải cải thiện để đáp ứng yêu cầu khách hàng. Vì lý do này, hệ thống tự động hóa phân phối được áp dụng 10 để nâng cao độ tin cậy và hiệu quả hoạt động của các hệ thống phân phối. Trong số các chức năng đạt của hệ thống tự động lưới phân phối (DAS), hệ thống phát hiện lỗi, cách ly và khôi phục (FDIR) được coi là quan trọng nhất với mục tiêu giảm thời gian phục hồi sau sự cố xuống mức tối thiểu. 1.3. Công nghệ tự động hóa đang áp dụng tại Việt Nam 1.3.1. Hệ thống SCADA Hệ thống SCADA là hệ thống giám sát và điều khiển xa các thành phần cấu thành lưới điện. Đây là một hệ thống có cấu trúc mở và phân tán bao gồm các thành phần cơ bản như hình 1.6. Hệ thống trung tâm điều khiển (phần mềm SCADA & máy chủ); Hệ thống kênh truyền; Thiết bị đầu cuối RTU/Gateway; Các thiết bị phụ trợ khác. Lưu trữ dữ liệu thời gian thực thu thập được để chạy các ứng dụng xử lý và phân tích vận hành hệ thống điện; Hiển thị giao diện đồ họa trực quan trên một hoặc nhiều máy tính, bao gồm những thông tin sau:  Sơ đồ 01 sợi của hệ thống điện có khả năng cập nhật liên tục giá trị điện áp, trào lưu công suất, trạng thái vận hành của máy cắt, dao cách ly và các thiết bị khác trên hệ thống điện;  Các giá trị đo lường trên hệ thống điện;  Các thông số cài đặt trên hệ thống điện;  Tổng hợp các sự cố trên hệ thống điện và các cảnh báo. 11 Hình 1.6: Cấu trúc hệ thống SCADA sử dụng phần mềm Survalent (minh họa) Đối với các hệ thống điện có quy mô lớn và phức tạp, để đáp ứng công tác điều độ, vận hành hệ thống điện, hệ thống SCADA trung tâm phải có thêm một số chức năng sau:  Giám sát xu hướng hệ thống điện;  Tổng hợp, phân tích dữ liệu để phục vụ công tác lập kế hoạch, nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện;  Hiển thị giao diện đồ họa trực quan trên một hoặc nhiều máy tính, bao gồm những thông tin sau:  Tự động thực hiện các thao tác trên hệ thống điện theo phương thức vận hành đã được duyệt. 1.3.2. Hệ thống SCADA/EMS Hệ thống quản lý năng lượng (SCADA/EMS) là hệ thống theo dõi, kiểm soát và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống nguồn lưới và truyền tải. Ngoài ra, nó có thể được sử dụng trong các hệ thống quy mô nhỏ như microgrids. Hệ thống SCADA/EMS có cấu trúc mở và phân tán bao gồm hệ thống SCADA trung tâm được tích hợp với hệ thống EMS. Hệ thống được thiết kế có khả năng bổ sung, nâng cấp và tích hợp thêm các máy chủ, bộ xử lý và phần mềm ứng dụng mà 12 không làm thay đổi cấu trúc thiết bị phần cứng và phần mềm hiện có của hệ thống SCADA/EMS. Các thiết bị phần cứng và phần mềm của hệ thống EMS phải có khả năng tương thích với nhau và tương thích với hệ thống SCADA trung tâm. Đảm bảo các yêu cầu về an toàn, an ninh mạng, bảo mật thông tin và chống phá hoại từ bên ngoài trong quá trình quản lý vận hành hệ thống điện truyền tải. Hệ thống EMS bao gồm các ứng dụng cơ bản sau: Mô phỏng hệ thống điện thời gian thực, hỗ trợ công tác đánh giá an ninh và vận hành hệ thống điện, bao gồm các chức năng cơ bản sau:  Xác định những thay đổi của cấu hình, sơ đồ kết lưới hệ thống điện;  Đánh giá trạng thái của hệ thống điện, trong đó sử dụng dữ liệu mô phỏng cấu hình hệ thống điện, các số liệu đo đếm thời gian thực thu thập được từ hệ thống SCADA trung tâm để đánh giá trạng thái hệ thống điện tại một thời điểm;  Phân tích trào lưu công suất sử dụng kết quả đánh giá trạng thái vận hành thực tế của hệ thống điện tại một thời điểm để tính toán điện áp, góc pha tại các thanh cái, mức mang tải của các thiết bị trên hệ thống điện và đưa ra các giải pháp đảm bảo vận hành an toàn, ổn định hệ thống điện truyền tải;  Tối ưu hóa trào lưu công suất: Tính toán điều độ kinh tế có xét đến các ràng buộc an ninh hệ thống điện;  Đánh giá mức độ dự phòng của hệ thống điện trong trường hợp sự cố một hoặc nhiều phần tử;  Tính toán, phân tích dòng điện ngắn mạch trong các trường hợp sự cố có thể xảy ra trên hệ thống điện truyền tải trước khi thực hiện thao tác đóng/cắt thiết bị hoặc cấu hình lại hệ thống để khắc phục sự cố;  Kết quả của ứng dụng mô phỏng hệ thống điện thời gian thực được đánh giá là tin cậy trong trường hợp chất lượng tín hiệu SCADA của các thanh cái mô phỏng trong hệ thống EMS đáp ứng điều kiện 80% tổng số thanh cái có mức chênh lệch tổng công suất vào và ra nhỏ hơn 05 MW hoặc giá trị 5% công suất định mức lớn nhất của nhánh đường dây đấu nối vào thanh cái, tùy theo giá trị nào nhỏ hơn. Phân tích, xác định các khu vực có chất lượng điện áp không ổn định trên hệ thống điện để đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng điện áp, xác 13 định giới hạn truyền tải theo điện áp đối với các giao diện truyền tải khác nhau. Căn cứ trên mô phỏng hệ thống điện, các hệ thống điều tốc, kích từ của tổ máy và các hệ thống liên động trên lưới điện để đưa ra các cảnh báo mất ổn định hệ thống điện khi xảy ra các sự cố nghiêm trọng. Mô phỏng mô hình hệ thống điện để các điều độ viên thực hành công tác vận hành hệ thống điện trong các điều kiện vận hành bình thường và trong các tình huống khẩn cấp; Kiểm tra, mô phỏng lại các kịch bản vận hành thực tế đã xảy ra, thử nghiệm các phương án khôi phục hệ thống điện, đánh giá hiệu quả và thử nghiệm các ứng dụng của hệ thống EMS trong thời gian thực và trên mô hình mô phỏng. Quản lý kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa của các tổ máy phát điện, đường dây, trạm biến áp và các thiết bị khác trên hệ thống điện truyền tải; cung cấp đầu vào cho các bài toán tính toán lập kế hoạch hệ thống điện. Dự báo phụ tải hệ thống điện trong ngắn hạn để phục vụ công tác lập kế hoạch vận hành giờ tới, ngày tới và tuần tới. Ứng dụng AGC có chức năng tự động điều chỉnh công suất phát của các tổ máy phát điện để đáp ứng theo lệnh điều độ hoặc duy trì ổn định tần số hệ thống điện trong giới hạn cho phép, giám sát trào lưu truyền tải trên các đường dây liên kết. 1.3.3. Hệ thống SCADA/DMS Trong những năm gần đây, việc sử dụng năng lượng điện tăng lên theo cấp số nhân và yêu cầu của khách hàng và định nghĩa về chất lượng điện được thay đổi rất nhiều. Khi năng lượng điện trở thành một phần thiết yếu của cuộc sống hàng ngày, việc sử dụng và độ tin cậy tối ưu của nó trở nên quan trọng. Quan điểm mạng thời gian thực và quyết định nhanh chóng trở thành công cụ để tối ưu hóa tài nguyên và quản lý nhu cầu, do đó việc ứng dụng hệ thống quản lý phân phối để có thể xử lý các luồng công việc phù hợp là rất quan trọng.