Xem mẫu

  1. BÁO CÁO CHUNG | 55 ỨNG DỤNG TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI PHÂN PHỐI TRONG CÔNG TÁC NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN TẠI TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC TP. HCM Lê Hoàng Nhân, Lê Duy Phúc TTĐĐHTĐ TPHCM Tóm tắt: Nhiệm vụ xây dựng lưới điện thông minh và hiện đại hóa lưới điện là một trong 03 mục tiêu hàng đầu mà Tổng Công ty Điện lực TPHCM (EVNHCMC) đề ra trong chiến lược phát triển từ năm 2016 – 2020. Trong đó, kỹ thuật tự động hóa lưới điện phân phối (DAS) bằng cách dự đoán và phản ứng một cách tự động với những sự cố của hệ thống, là một phần quan trọng của Lưới điện thông minh, nhằm nâng cao độ tin cậy lưới điện và sử dụng điện hiệu quả. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ về công nghệ thông tin cũng như công nghệ chế tạo thiết bị điện, việc áp dụng các công nghệ tự động hóa ngày càng phổ biến và hiệu quả. Các phần mềm có tính năng FDIR hoặc FLISR (tự động phát hiện điểm sự cố, phân tích cô lập vùng sự cố và tái lập lại nguồn điện) tương tự như tính năng DAS đang triển khai rộng trên thế giới. Các mô hình DAS cũng được EVNHCMC triển khai thí điểm tại nhiều đơn vị nhằm đưa ra những lựa chọn phù hợp cho lưới điện TPHCM. Song song với đó, để triển khai một hệ thống DAS trên quy mô rộng, đòi hỏi cần triển khai song song nhiều thành phần như phần mềm, hệ thống viễn thông, thiết bị Recloser, RMU có SCADA, Relay… nhằm đảm bảo tính đồng bộ cũng như tiến độ của các mục tiêu đề ra. Yêu cầu làm chủ công nghệ, tự thực hiện triển khai cũng là một trong những nhiệm vụ quan trọng được EVNHCMC quan tâm nhất. 1. GIỚI THIỆU Distribution automation system (DAS) – hệ thống tự động hóa lưới phân phối là một phần quan trọng trong Lưới điện thông minh. DAS là sự kết hợp giữa lý thuyết và kinh nghiệm vận hành thực tiễn, là thành tựu của việc sử dụng sự phát triển của máy tính, hệ thống viễn thông, của ứng dụng lập trình và hệ thống SCADA (hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu từ xa) hiện hữu. Nguyên lý hoạt động của DAS dự trên các ứng dụng lập trình FDIR (Faul Detection Isolation and Restoration) hay FLISR (Faul Location Isolation and System Restoration) của các hãng phát triển hệ thống SCADA trên thế giới. Chức năng FDIR dựa trên các tín hiệu SCADA thu thập từ các thiết bị trên lưới phân phối (Recloser, LBS, RMU…) để tổng hợp, xác định vị trí sự cố và bài toán phân bố tải để tính toán nhằm cô lập vị trí sự cố một cách tối ưu và tái lập lại điện cho khách hàng một cách nhanh nhất.
  2. 56 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 2. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN DAS CỦA EVNHCMC Lưới điện phân phối là một phần quan trọng của hệ thống điện TPHCM để cung cấp điện cho khách hàng. Để giảm thời gian mất điện và khu vực mất điện, EVNHCMC đã triển khai hệ thống DAS theo từng giai đoạn khác nhau nhằm tối ưu hóa về kinh tế và kỹ thuật. Như chúng ta đã biết, để thực hiện được DAS, chúng ta cần có một hệ thống SCADA tương đối hoàn chỉnh cũng như hạ tầng viễn thông ổn định. Điều này có nghĩa, để triển khai một hệ thống DAS, chúng ta cần triển khai đồng bộ nhiều thành phần trong giai đoạn triển khai: như mua sắm trang bị thiết bị, hệ thống SCADA, viễn thông; xác định mô hình triển khai, các yêu cầu về kỹ thuật của từng vật tư thiết bị, đầu tư hạ tầng viễn thông, đào tạo con người cho quá trình triển khai cũng như quá trình vận hành sau khi đưa vào hoạt động… Quá trình trình triển khai DAS tại EVNHCMC chia làm 03 giai đoạn: a. Giai đoạn 01: 1998 - 2014 Đây là giai đoạn lưới điện TPHCM đang trong quá trình phát triển, các công cụ phục vụ trong giai đoạn này là các sơ đồ giấy và người công nhân vận hành. Trong giai đoạn này, lưới điện đơn giản, công suất thấp cũng như yêu cầu về chất lượng cung cấp điện chưa cao. Trong giai đoạn này, EVNHCMC cũng triển khai lắp đặt các hệ thống SCADA tại các trạm truyền tải và hoàn thiện hạ tầng mạng viễn thông. Tuy nhiên việc áp dụng hiệu quả chưa cao, điều này phù hợp với quá trình phát triển kinh tế của thành phố và quá trình phát triển công nghệ thông tin (CNTT) của thế giới. Việc tiếp xúc với các tài liệu, các phần mềm ứng SCADA còn nhiều khó khăn, giá thành phần mềm cao và các kỹ thuật SCADA còn nhiều giới hạn. Trong giai đoạn này, các điều hành viên vận hành trên các sơ đồ SCADA đơn tuyến, có thể giám sát các tín hiệu đo lường, trạng thái thiết bị, tuy nhiên việc thao tác xa còn nhiều hạn chế. DAS trong giai đoạn này là áp dụng các ứng dụng CNTT trong công tác vận hành lưới điện như sử dụng các phần mềm PSSE trong công tác tính toán lưới điện truyền tải, phần mềm PSS ADEPT trong công tác tính toán lưới điện trung thế hay phần mềm ASPEN Onelinear trong công tác tính toán Relay… Đây cũng xem như bước đầu tìm hiểu các tính năng DAS nhưng các ứng dụng này chỉ được tính toán offline, phục vụ cho công tác nghiên cứu và lập kế hoạch. b. Giai đoạn 02: 2014 - 2016 Sự bùng nổ về CNTT, cũng như sự phát triển về mặt công nghệ của các nhà sản xuất vật tư thiết bị, giúp việc tiếp xúc với các công nghệ SCADA không còn nhiều khó khăn như trước. Công tác giao lưu, học tập trao đổi kinh nghiệm giữa các đơn vị trong EVN ngày càng hiệu quả, góp phần đẩy mạnh sự phát triển các ứng dụng CNTT vào công tác vận hành lưới điện.
  3. BÁO CÁO CHUNG | 57 Bên cạnh đó, lưới điện ngày càng phát triển, yêu cầu về chất lượng cung cấp điện năng của khách hàng ngày càng cao góp phần thúc đẩy các hệ thống SCADA vào công tác vận hành lưới điện. Đối với hệ thống DAS, trong năm 2014, EVNHCMC đã triển khai thí điểm các chương trình tự động hóa ứng với nhiều giải pháp như Giải pháp DAS tập trung cho Công ty Điện lực Tân Thuận (tự động hóa cho các Recloser) và Giải pháp DAS phân tán cho Công ty Điện lực Thủ Thiêm (tự động hóa cho các RMU) đã đạt những thành công và nhiều bài học quý báu trong quá trình triển khai thực hiện cũng như vận hành hệ thống. c. Giai đoạn 03: 2017 – 2020 Trong đầu năm 2017, EVHCMC đặt ra mục tiêu hoàn thiện 50% Mini SCADA và 10% tự động hóa lưới điện. Từ các mục tiêu này, EVNHCMC đã triển khai nhiều kế hoạch. Từ những thành công trong quá trình triển khai thí điểm trên, EVNHCMC xác định mô hình DAS tập trung phù hợp với lưới điện nay của TPHCM. Do đó tiếp tục triển khai mở rộng cho Công ty Điện lực Tân Thuận và Thủ Thiêm, tuy nhiên chức năng DAS được sử dụng lá các chức năng FDIR của phần mềm Survalent. Trong giai đoạn này, EVNHCMC đã đầu tư nâng cấp hệ thống SCADA của nhà cung cấp Alstom với chức năng DMS (Distribution Management System – hệ thống quản lý lưới phân phối) với nhiều chức năng quản lý lưới phân phối, trong đó có chức năng FLISR (Fault Location, Isolation, Service Restoration). Do đó EVNHCMC cũng tiếp tục triển khai các ứng dụng DMS cho lưới điện thuộc Công ty Điện lực Củ Chi và Duyên Hải. 3. CÁC MÔ HÌNH DAS Trên thế giới hiện nay, có rất nhiều mô hình DAS được triển khai với nhiều giải pháp và thiết bị vật tư phù hợp. EVNHCMC đã tiến hành triển khai thí điểm nhiều giải pháp nhằm đưa ra sự lựa chọn phù hợp cho lưới điện TPHCM. Có 02 giải pháp chính như sau: a. Giải pháp DAS phân tán Giải pháp DAS phân tán được EVNHCMC triển khai tại khu Công nghệ cao thuộc Công ty Điện lực Thủ Thiêm quản lý. Hệ thống DAS Thủ Thiêm được thực hiện cho cho 02 mạch vòng với 09 tủ RMU và 04 máy cắt đầu nguồn được cung cấp và thực hiện bởi Công ty Schneider. Giải pháp tự động hóa được thực hiện logic tại các mức thiết bị, các giải pháp logic do hãng Schneider cung cấp được cài tại các tủ RTU T200. Giải pháp này đòi hỏi tính đồng bộ về vật tư thiết bị cũng như tính năng lập trình logic của từng thiết bị.
  4. 58 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Hình 1: Mạch vòng DAS Điện lực Thủ Thiêm Quy mô thực hiện như sau:  Số mạch vòng: 02  Thiết bị: - 09 RMU hiện hữu của hãng Schneider được trang bị bổ sung Motor điều khiển, FI và RTU T200I có chức năng tự động hóa. - 04 MC trạm ngắt: mỗi máy cắt được bổ sung 01 RTU T200I nhằm đồng bộ với các RTU của RMU.  Giao thức sử dụng: - Modbus TCP truyền tín hiệu SCADA. - IEC 60870-5-104.  Giải pháp truyền thông: giải pháp Wireless 2,4 GHz.  Phần mềm SCADA: LA500 của hãng Schneider (chỉ để giám sát).  Tính năng DAS: lập trình logic trên phân tán trên từng thiết bị RTU T200I do Schneider phát triển. Tùy theo từng vị trí sẽ khai báo tương ứng Tie, Middle, Feeder.  Nhận xét: để thực hiện giải pháp DAS phân tán, đòi hỏi thiết bị phải đồng bộ và hỗ trợ các giao thức ngang hàng như Modbus TCP hay IEC 61850. Các yêu cầu về mua sắm cho thiết bị phải đáp ứng nhiều chức năng như: có cảm biến điện áp
  5. BÁO CÁO CHUNG | 59 cho từng ngăn, có chức năng lập trình PLC… Yêu cầu cao về hạ tầng truyền thông. Tuy nhiên quy mô chỉ áp dụng trong phạm vi nhỏ, không phối hợp được với máy cắt đầu nguồn từng nhiều trạm, dẫn đến sự ít linh hoạt về mặt vận hành. Monitor Điện lực Thủ Thiêm ePMP 1000 Connectorized ePMP 1000 ePMP 1000 ePMP 1000 Intergrated Connectorized Intergrated 2.4Gz 2.4Gz 600SS MSPP TJ1100 PoE UPS 600SS 600SS 600SS SWITCH T200i PoE PoE PoE Trạm 110KV Tăng Nhơn Phú UPS UPS BTS RMU Server Trung tâm Điều độ Hệ thống điện TP. HCM Hình 2: Hệ thống viễn thông Wireless 2,4 GHz - DAS Điện lực Thủ Thiêm b. Giải pháp DAS tập trung Giải pháp DAS tập trung được triển khai thí điểm cho các Recloser thuộc Công ty Điện lực Tân Thuận. Hệ thống DAS thí điểm cho Công ty Điện lực Tân Thuận dựa vào việc thu thập các tín hiệu Recloser và tính năng logic lập trình của phần mềm SCADA Survalent. Do đó khi triển khai trên nhiều tuyến dây, phối hợp với nhiều nguồn cung cấp, các kịch bản được lập trình sẵn phải thay đổi phù hợp cũng như tối ưu hóa hệ thống để đưa ra các quyết định chính xác nhất. Hình 3: Mạch vòng DAS Điện lực Tân Thuận Quy mô thực hiện như sau:  Số mạch vòng: 02.  Thiết bị: - 05 Recloser (sử dụng 1 tủ F6 & 4 tủ FXD). - Server SCADA, modem 3G, router…
  6. 60 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017  Giao thức sử dụng: IEC 60870-5-101NG TIN.  Giải pháp truyền thông: giải pháp Modem 3G. Hình 4: Hệ thống viễn thông Modem 3G - DAS Điện lực Tân Thuận  Phần mềm SCADA: Survalent Technology.  Tính năng DAS: xử lý tập trung thông chức năng lập trình logic theo các kịch bản định sẵn bằng chức năng “Command sequence” của phần mềm Survalent. Nhận xét: giải pháp DAS tập trung có thể kết hợp nhiều loại Recloser, RTU và các máy cắt đầu nguồn của mạch vòng thông qua các hệ thống SCADA. Tuy nhiên phải đầu tư thêm thiết bị SERVER/GATEWAY hỗ trợ tính năng DAS. Do yêu cầu mở rông hệ thống DAS Tân Thuận phải đáp ứng đầy đủ chức năng tự động của hệ thống DAS đang vận hành hiện hữu và 29 tuyến dây cần trang bị mới. Tuy nhiên việc lập trình theo chức năng lập trình logic chỉ thực hiện cho 02 tuyến dây với 05 Recloser và 02 máy cắt đầu nguồn. Khi mở rộng hệ thống DAS nhiều tuyến dây có 03 nguồn 02 kết hợp nhiều tuyến dây, thuật toán của chương trình sẽ càng phức tạp và khó giải quyết. Do tính chất phức tạp và số lượng nhiều tuyến dây, EVNHCMC lựa chọn giải pháp trang bị phần mềm DAS có tính năng FDIR (Fault Detection Isolation Restoration – phát hiện lỗi, cô lập phần bị lỗi và khôi phục lại những phần không lỗi) hoặc tương đương theo thông số tải và các giá trị SCADA thu thập được từ các Recloser. Các Recloser trên các tuyến dây trung thế và các máy cắt đầu nguồn sẽ được bổ sung tín hiệu đáp ứng ứng yêu cầu hoạt động DAS và các thông số bảo vệ nhằm xác định vị trí sự cố khi có sự cố cố trên lưới. Dựa vào khả năng chuyển tải hiện hữu của lưới điện, hệ
  7. BÁO CÁO CHUNG | 61 thống DAS với chức năng FDIR sẽ đưa ra phương thức vận hành tối ưu và tự động thao tác theo phương thức đã lựa chọn trên. Hình 5: Giải pháp DAS tập trung với chức năng FDIR Hình 6: Hệ thống viễn thông cáp quang dùng riêng - DAS Điện lực Tân Thuận
  8. 62 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Bên cạnh đó, để nâng cao độ tin cậy kênh truyền cũng như tính an ninh bảo mật của hệ thống điện, EVNHCMC đã thực hiện nâng cấp Giải pháp truyền thông từ mạng 03 G sang hạ tầng mạng cáp quang dùng riêng. Hệ thống mạng cáp quang được thiết kế theo dạng vòng và có 02 đường cáp quang độc lập về mặt vật lý đến các thiết bị và trạm. 4. CÔNG TÁC TRIỂN KHAI THỰC HIỆN Để triển khai các hệ thống Tự đông hóa lưới phân phối, chúng ta cần phải triển khai đồng bộ nhiều thành phần trong hệ thống SCADA. Cụ thể các bước thực hiện như sau:  Xác định nhu cầu và lập kế hoạch triển khai sẽ giúp xác lập được phạm vi cần triển khai thực hiện.  Lựa chọn mô hình DAS: việc xác định mô hình DAS phân tán hay mô hình DAS tập trung sẽ quyết định việc lựa chọn mua sắm vật tư thiết bị như phần mềm DAS, thiết bị cần đầu tư. Thông thường trong hệ DAS của Công ty Điện lực thường có sự kết hợp nhiều giải pháp tùy theo điều kiện và kỹ thuật cho phép.  Mua sắm vật tư thiết bị: để triển khai DAS, các thiết bị Recloser, LBS, RMU ngoài chức năng SCADA, cần bổ sung các yêu cầu về vật tư thiết bị như Recloser (cảm biến điện áp, các tín hiệu Pickup, giao thức IEC 60870-5-104, Acquy…) hoặc các RMU (bộ chỉ báo sự cố, cảm biến điện áp, motor điều khiển…).  Bổ sung tín hiệu SCADA đầu nguồn: với các tín hiệu SCADA thu thập theo quy định EVN không bao gồm các tín hiệu phục vụ DAS. Do đó cần cấu hình bổ sung tín hiệu DAS cho các Relay phát tuyến đầu nguồn và tích hợp vào hệ thống SCADA trạm truyền về hệ thống DAS.  Hạ tầng viễn thông: tùy theo vị trí địa lý, hạ tầng giao thông đô thị mà lựa chọn hạ tầng viễn thông phù hợp. Thông thường trong hệ thống DAS hay SCADA, hệ thống viễn thông là sự kết hợp giữa nhiều giải pháp như cáp quang, Wireless, 3G.  Cơ sở dữ liệu: thông thường các bài toán FDIR đều dựa trên việc xác định vị trí sự cố, tính toán phân bố tải và đưa ra phương thức chuyển tải. Do đó cần phải có sự chuẩn bị về cách thức thu thập và cập nhật dữ liệu hay khai thác dữ liệu sẵn có trên hệ thống GIS (hệ thống thông tin địa lý). 5. BÀI HỌC KINH NGHIỆM Việc áp dụng tính năng tự động hóa vào công tác vận hành lưới điện mang lại nhiều lợi ích trong công tác nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện cũng gặp nhiều khó khăn và thách thức như sau:  Chưa xác định được tính chất quan trọng của các hệ thống SCADA, chưa áp dụng được các thành tựu của CNTT vào việc vận hành hệ thống điện. Trong giai đoạn 1998 – 2014, các công tác đầu tư chưa nhận thấy hết vai trò quan trọng của việc đầu tư SCADA do chưa mang đến hiệu quả tức thời. Cộng thêm việc ngại thay đổi
  9. BÁO CÁO CHUNG | 63 thói quen cũng như tiếp nhận cái mới để cải thiện công tác vận hành lưới điện. Tuy nhiên điều này cũng phù hợp hoàn toàn vào việc thiếu kinh nghiệm, nhu cầu sử dụng điện chưa cao cũng như điều kiện kinh tế của TPHCM.  Lựa chọn giải pháp DAS tập trung là phù hợp với lưới điện TPHCM hiện nay. Từ đó EVNHCMC đã rút ra nhiều kinh nghiệm cũng như từng bước tiến hành chuẩn hóa các công tác mua sắm vật tư thiết bị phục vụ cho công tác triển khai DAS như: Recloser (cảm biến điện áp, các tín hiệu Pickup, giao thức IEC 60870-5-104, Acquy…) hoặc các RMU (bộ chỉ báo sự cố, cảm biến điện áp, motor điều khiển…). Xác định được các mô hình triển khai, từ đó giúp định hình được các mục tiêu cần triển khai các hệ thống DAS trên lưới điện TPHCM.  Sự chủ động trong công tác làm chủ công nghệ: việc chủ động trong công tác cấu hình các Recloser, LBS hay các RMU sẽ giúp ta rút ngắn thời gian triển khai do không phụ thuộc vào nhà cung cấp. Tuy nhiên, đối với công tác bổ sung tín hiệu DAS cho các máy đầu nguồn luôn gặp nhiều khó khăn do đây là các hệ thống có sẵn và phải phụ thuộc vào nhà cung cấp Relay và hệ thống điều khiển máy tại trạm truyền tải. Do đó, EVNHCMC cũng đã triển khai các giải pháp tự thực hiện cũng như chuẩn hóa các hệ thống điều khiển tại các trạm truyền tải để khắc phục khó khăn này.  Sự quyết tâm của Ban lãnh đạo và tập thể cán bộ nhân viên EVNHCMC trong việc triển khai các hệ thống tự động hóa lưới điện thống qua các kế hoạch chỉ tiêu cụ thể trong giai đoạn 2017 – 2020. Từ đó thúc đẩy các bộ phận trong EVNHCM phấn đấu hoàn thành kế hoạch được giao. 6. KẾT LUẬN Ứng dụng Tự động hóa lưới phân phối trong công tác nâng cao độ tin cậy cung cấp điện tại Tổng công ty Điện lực TPHCM không phải là ứng dụng mới trên thế giới. Tuy nhiên việc lựa chọn giải pháp phù hợp với hiện trạng lưới điện và điều kiện kinh tế tại nước ta luôn là thách thức và trách nhiệm của người kỹ sư ngành điện. EVNHCMC từng bước nghiên cứu, học tập, rút ra nhiều bài học kinh nghiệm và tiếp đó là sự quyết tâm mạnh mẽ trong công tác triển khai tự động hóa lưới điện đã chứng minh việc áp dụng những thành tựu của khoa học công nghệ vào công tác vận hành lưới điện TPHCM luôn được quan tâm và phát triển, nhằm mang lại sự ổn định trong cung cấp điện cũng như mang lại sự hài lòng của khách hàng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Field experience of ditriution automation system (DAS) in Korean electric power corporation (KEPCO) – Namhun Cho, Member IEEE, Rajatha Bhat, and Jung-Ho Lee, Jr., KEPCO.
  10. 64 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 [2] Microgrids in Distribution System Restoration - Chen Ching Li (Boeing Distinguished Professor-Washington State University). [3] Distribution Management Systems - Bob Uluski -Electric Power Research Institute. [4] Tài liệu triển khai hệ thống DAS tại Công ty Điện lực Tân Thuận. [5] Tài liệu triển khai hệ thống DAS tại Công ty Điện lực Thủ Thiêm.