Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Giải pháp tự động hóa để nâng cao độ tin cậy lưới điện trung áp 22kV huyện Tân Châu, tỉnh Tây Ninh

Hiện nay, Tổng Công ty Điện lực miền Nam đã có hệ thống SCADA/DMS nhưng chỉ đang dụng các chức năng SCADA thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển xa, chưa áp dụng các chức năng DMS và c

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong giai đoạn nền kinh tế Việt Nam đang phát triển một cách mạnh mẽ, cùng với đó là nhu cầu về sử dụng năng lượng tăng nhanh Việc phát triển lưới điện thông minh góp phần không nhỏ trong quá trình chuyển đổi và phát triển năng lượng bền vững từ các nguồn năng lượng tái tạo nhằm cải thiện chất lượng của nguồn cung cấp điện quốc gia và thúc đẩy việc sử dụng điện một cách tiết kiệm, hiệu quả

Hướng đến mục tiêu phát triển lưới điện thông minh, chuẩn bị cho cơ sở thị trường bán lẻ cạnh tranh và đáp ứng nhu cầu của khách hàng thì việc xây dựng các giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối tạo tiền đề hết sức quan trọng, nhằm nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng, góp phần trong công tác quản lý nhu cầu điện, nâng cao hiệu quả công việc

Hiện nay, Tổng Công ty Điện lực miền Nam đã có hệ thống SCADA/DMS nhưng chỉ đang dụng các chức năng SCADA (thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển xa), chưa áp dụng các chức năng DMS và các chức năng tự động hóa lưới điện trung áp (chỉ có Công ty Điện lực Đồng Nai đang triển khai áp dụng thí điểm, sử dụng phần mềm của hãng Survalent) Hệ thống SCADA của Công ty Điện lực Tây Ninh hiện đang sử dụng phần mềm Spectrum Power 7 giám sát và điều khiển xa 14 TBA 110/22kV, các máy cắt và Recloser/LBS trên lưới điện 22kV Công ty Điện lực Tây Ninh đã hoàn thành kết nối các Recloser và LBS trên lưới trung áp và dự kiến ứng dụng rộng rãi các chức năng DMS trong các năm tiếp theo để từng bước tiến tới tự động hóa lưới trung áp Với số lượng lớn các Recloser và LBS trên lưới 22kV để giám sát và điều khiển thì công việc của điều độ viên sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc vừa chỉ huy điều độ lưới điện và kiêm thao tác xa tất cả các thiết bị

Lưới điện của Điện lực Tân Châu, Tây Ninh đang vận hành ở chế độ mạch kín, vận hành hở Khi sự cố xảy ra trên lưới điện, phải mất khá nhiều thời gian để nhân viên quản lý vận hành thực hiện các công tác kiểm tra, phát hiện, cô lập sự cố, xử lý sự cố hoặc có thể thay đổi kết lưới để tái lập điện cho khách hàng Việc này dẫn đến một số lượng khách hàng sẽ bị gián đoạn cung cấp điện trong thời gian thao tác Với đặc thù phụ tải công nghiệp như các nhà máy chế biến mủ cao su, tinh bột mì, các trang trại chăn nuôi chiếm tỷ trọng cao thì việc gián đoạn cung cấp điện gây rất nhiều khó khăn và thiệt hại cho khách hàng Mặc khác về phía Điện lực, các ảnh hưởng có thể định lượng được bao gồm: Giảm sản lượng điện năng tiêu thụ, giảm chỉ số độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng Đồng thời, giảm sự hài lòng của khách hàng về dịch vụ cung cấp điện và gây ra các phản ứng của dư luận xã hội, làm suy giảm uy tín của ngành Điện

Mặt khác, theo văn bản số 861/ĐTĐL-HTĐ ngày 21/7/2022 của Cục Điều tiết Điện lực – Bộ Công Thương [1] và căn cứ theo các quy định tại quyết định số 55/QĐ- ĐTĐL ngày 22/8/2017 của Cục Điều tiết Điện lực – Bộ Công Thương [2] thì mô hình quản lý vận hành SCADA của Công ty Điện lực Tây Ninh hiện nay là chưa phù hợp

Vì vậy, Công ty Điện lực Tây Ninh đã kiến nghị Tổng Công ty xem xét đầu tư, cải tạo hệ thống SCADA/DMS vì những lý do sau: Để giải quyết mô hình vận hành hệ thống SCADA phù hợp với quy định hiện hành, mở rộng kết nối phục vụ giám sát, vận hành lưới điện,đáp ứng yêu cầu kết nối, giám sát các trạm biến áp thuộc các dự án nguồn năng lượng tái tạo, khai thác các tính năng DMS hiệu quả theo lộ trình tự động hóa và đảm bảo an toàn thông tin, phục vụ công tác chuyển đổi số và hướng đến điều độ tiên tiến

Song song với việc cải tạo hệ thống SCADA/DMS để giải quyết các lý do nêu trên, thì cần có sự chuẩn bị các giải pháp tự động hóa nhằm đáp ứng các chỉ tiêu phấn đấu thực hiện lộ trình đến năm 2025 - 2026 là giảm tổn thất điện năng, giảm chỉ số mất điện SAIDI, tăng mức độ hài lòng của khách hàng, đầu tư phát triển cơ sở hạ tầng để tiến đến vận hành lưới điện thông minh Do đó, đề xuất của đề tài luận văn được chọn là “Giải pháp tự động hóa để nâng cao độ tin cậy lưới điện trung áp 22kV huyện Tân Châu, tỉnh Tây Ninhˮ

Tìm hiểu, đánh giá thực trạng lưới điện, đề xuất các giải pháp tự động hóa lưới điện lưới điện phân phối 22kV tại Điện lực Tân Châu nhằm mục đích:

- Giảm thời gian thao tác, vận hành thiết bị, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

- Nâng cao hiệu quả, năng suất lao động, giảm thời gian xử lý sự cố

- Giúp tăng cường hiệu quả vận hành hệ thống điện và hiệu quả sản xuất kinh doanh

- Từ mô hình Điện lực Tân Châu, có thể lan rộng áp dụng cho các Điện lực khác Đảm bảo tối ưu hóa chi phí đầu tư khi chuyển đổi hình thức điều khiển từ SCADA (điều khiển bằng tay từ hệ thống SCADA hiện hữu) sang tự động hóa lưới điện (tự động điều khiển lưới điện qua phần mềm (DAS, DMS)) và đáp ứng mô hình hệ thống SCADA theo quy định hiện hành hướng đến phát triển lưới điện thông minh trong tương lai

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Chọn khu vực lưới điện gồm các tuyến dây trung áp 22kV thuộc trạm 110/22kV Tân Hưng, trạm 110/22kV Suối Ngô và các thiết bị trên lưới điện có chức năng giao tiếp SCADA thuộc phạm vi quản lý của Điện lực Tân Châu, Công ty Điện lực Tây Ninh

Sử dụng phần mềm ứng dụng có các tính năng SCADA/DMS cho quá trình mô phỏng giải pháp tự động hóa lưới điện

Các quy trình, quy định, tiêu chuẩn kỹ thuật của Bộ Công Thương, Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Cục Điều tiết Điện lực, Tổng Công ty Điện lực miền Nam và Công ty Điện lực Tây Ninh

1.4 Ý nghĩa của khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học:

- Hiện nay, các nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng cũng đã đưa ra mục tiêu và kế hoạch để tiến tới lưới điện thông minh Mục đích của lưới điện thông minh là cân bằng giữa cung và cầu, để đáp ứng mục tiêu này các nước từng bước đầu tư thêm các nguồn phân tán trong đó có điện gió và điện mặt trời, khai thác các tính năng DMS để mô hình hóa, số hóa lưới điện nhằm phục vụ hiệu quả cho công tác điều độ, tính toán và tối ưu lưới điện thời gian thực từ việc kết hợp với các nguồn dữ liệu của các hệ thống GIS, CMIS, PMIS để nâng cao tính năng tự động hóa và tính toán lưới điện Do vậy, đề tài này cũng góp một phần phục vụ công tác chuyển đổi số, hướng đến điều độ tiên tiến, đồng thời đưa lưới điện ở huyện Tân

Châu nói riêng, lưới điện Công ty Điện lực Tây Ninh nói chung dần tiến tới lưới điện thông minh

- Đóng góp lý luận nghiên cứu về các giải pháp tự động hóa lưới điện và yếu tố tác động đến công tác quản lý, nâng cao chất lượng vận hành hệ thống, tối ưu hóa lưới điện đáp ứng các chỉ số độ tin cậy ngày càng cao Ý nghĩa thực tiễn:

- Định hướng lộ trình tự động hóa lưới điện, phát triển hệ thống SCADA, DMS, DAS, trung tâm điều khiển lưới phân phối trên cơ sở ứng dụng công nghệ thông tin nhằm hoàn thành mục tiêu xây dựng lưới điện thông minh trong tương lai [3]

- Mở rộng kết nối phục vụ giám sát, vận hành lưới điện các đơn vị khác thuộc Công ty Điện lực Tây Ninh

Nghiên cứu lý thuyết tự động hóa lưới điện kết hợp tình hình vận hành thực tế của Điện lực Tân Châu - Công ty Điện lực Tây Ninh và mô phỏng trên phần mềm Spectrum Power

Bố cục của luận văn gồm 5 chương:

Chương II: Tổng quan về hệ thống SCADA và phương án phát triển hệ thống SCADA/DMS của Công ty Điện lực Tây Ninh

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA VÀ PHƯƠNG ÁN PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG SCADA/DMS CỦA CÔNG TY ĐIỆN LỰC TÂY NINH

Hiện trạng hệ thống điện

Hiện nay, nguồn điện chính cung cấp cho tỉnh Tây Ninh từ hệ thống điện Quốc gia qua 03 trạm biến áp 220/110kV gồm: Trảng Bàng 2 (2x250MVA), Tây Ninh 2 (2x250MVA) và Bàu Đồn (2x250MVA) Ngoài ra, còn nhận nguồn từ các đường dây 110kV như: 172 Củ Chi 2 – 172 KCN Trảng Bàng (cấp từ trạm 220kV Củ Chi 2);

171 Bình Long – 171 Xi măng Tây Ninh (cấp từ trạm 220kV Bình Long) và 171 Đức Hòa 2 – 171 NMĐMT.TTC1 (trạm 220kV Đức Hòa 2)

Trên địa bàn tỉnh hiện có các nguồn điện năng lượng tái tạo đấu nối lưới 220- 110kV gồm: Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng 1 và Dầu Tiếng 2 (công suất là 150+200MVA), nhà máy điện mặt trời Hoàng Thái Gia và HCG Tây Ninh (công suất là 50+50MVA), nhà máy điện mặt trời KCN Thành Thành Công số 1 và số 2 (công suất là 48+50MVA), nhà máy điện mặt trời Bách Khoa Á Châu 1 (công suất là 30MVA), nhà máy điện mặt trời Trí Việt 1 (công suất là 30MVA), nhà máy điện mặt trời Tân Châu 1 (công suất là 50MVA)

Nguồn điện thủy điện có 02 nhà máy nhỏ với tổng công suất lắp đặt là 3MW gồm: Nhà máy thủy điện Dầu Tiếng DO1 có 3 tổ máy phát (công suất là 1,5MW) và nhà máy thủy điện Dầu Tiếng CS2 có 3 tổ máy phát công suất là 1,5MW)

Ngoài ra, trên địa bàn huyện Tân Châu có nhà máy đường Công ty CP Mía đường Bourbon - Tây Ninh (31,5MVA) sử dụng quy trình vừa sản xuất đường vừa sử dụng bã mía thải ra làm nhiên liệu cho nhà máy đồng phát nhiệt-điện cung cấp điện và hơi nước cho nhà máy Vào cao điểm mùa vụ, điện năng dư thừa của nhà máy sẽ được phát lên lưới điện 110kV hỗ trợ việc cung cấp điện cho lưới điện khu vực (thường từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau)

Hiện tại toàn tỉnh Tây Ninh nhận điện qua 13 trạm biến áp 110/22kV thuộc tài sản ngành Điện và 11 trạm biến áp thuộc tài sản khách hàng (07 TBA của NMĐMT đấu nối lưới 110/22kV, 01 TBA nhà máy tái chế bã mía và 03 TBA khách hàng mua điện 110/22kV) với tổng công suất lắp đặt 2.057MVA, công suất cực đại toàn tỉnh năm 2024 đạt 943,49MW (công suất cực đại ngày 07/03/2024)

Tổng số mạch đường dây đang quản lý vận hành là 31 mạch, tổng chiều dài đường dây là:

- Tài sản ngành Điện: 337,61km

- Tài sản khách hàng: 34,02km

Nguồn điện đấu nối lưới 110/22kV gồm: 07 nhà máy điện mặt trời và 01 nhà máy tái chế bã mía

Lưới điện 110kV vẫn còn nhiều đường dây và TBA có kết nối mạch vòng nhưng khả năng hỗ trợ cấp điện trong trường hợp công tác hay sự cố còn hạn chế do quá tải tuyến đầu của trục liên kết

Tổng số xuất tuyến trung thế là 112 xuất tuyến với tổng chiều dài lưới điện là 2.901,98 km đường dây trên không và 38,07 km cáp ngầm Trong đó:

- Số tuyến có liên kết với các xuất tuyến khác là 82 xuất tuyến:

+ 56 xuất tuyến có liên kết vòng có thể chuyển điện linh hoạt

+ 18 xuất tuyến mang tải cao trên 70% không thể chuyển điện linh hoạt + 03 xuất tuyến liên kết bằng các thiết bị như: DS, LTD… nên hạn chế việc chuyển diện

+ 05 xuất tuyến liên kết dự phòng cho các xuất tuyến đang vận hành

- Số tuyến bán tổng cho KCN là 30 tuyến Trong đó: 21 tuyến bán tổng cho KCN Phước Đông, 09 tuyến bán tổng cho KCN Thành Thành Công

Tổng số TBA trung thế (bao gồm 1 pha và 3 pha) là: 6.438 trạm với công suất lắp đặt là 546,83 MVA của ngành điện; 5.973 trạm với công suất lắp đặt là 1.481,81 MVA của khách hàng

- Điện mặt trời mái nhà: 306,9 MWp ~ 245,5 MW.

Hiện trạng hệ thống SCADA/DMS của Công ty Điện lực Tây Ninh

MW, tháng 4 - 9 công suất khả dụng 0,4 MW)

Số lượng thiết bị trên lưới điện được thể hiện qua bảng 2.1 như sau:

Bảng 2.1: Số lượng thiết bị trên lưới điện PCTN

Stt Hạng mục Recloser LBS RMU DCL-

1 Tổng số trên lưới điện 132 178 49 435 535 10244

2.1.2 Hiện trạng hệ thống điều khiểnSCADA/DMS của Công ty Điện lực Tây Ninh:

2.1.2.1 Mô hình hệ thống SCADA:

Tổng công ty Điện lực miền Nam đã đầu hệ thống SCADA Công ty Điện lực trực thuộc tại các tỉnh, thành, kết nối với hệ thống chung của Trung tâm điều hành SCADA (hình 2.1) từ đó giúp quá trình vận hành, xử lý, ngăn ngừa sự cố trên hệ thống lưới điện hiệu quả hơn nhiều so với cách quản lý vận hành truyền thống trước đây Việc điều khiển xa giúp cho việc thao tác các thiết bị trên lưới điện chính xác, nhanh chóng, giảm thời gian xử lý sự cố, nhanh chóng cung cấp điện trở lại cho khách hàng, tiết kiệm được thời gian, chi phí đồng thời đảm bảo lưới điện vận hành an toàn, liên tục, tin cậy và kinh tế Hệ thống SCADA cũng cho phép thu thập dữ liệu theo thời gian thực giúp cho nhân viên vận hành theo dõi tình trạng lưới điện một cách chính xác và đầy đủ, để khi cần thiết, có những điều chỉnh kịp thời đảm bảo đúng quy định

Hệ thống SCADA sẽ làm nhiệm vụ điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu toàn bộ các trạm 110/22kV và các Recloser, LBS trung thế trên địa bàn quản lý có kết nối với hệ thống SCADA Ngoài ra hệ thống SCADA của Công ty Điện lực Tây Ninh cũng có khả năng trao đổi dữ liệu với hệ thống SCADA tại A2 bằng giao thức ICCP được mô tả qua hình 2.2 [4]

Hình 2.1: Kiến trúc hệ thống SCADA [4]

Hình 2.2: Mô hình kết nối SCADA hiện nay

2.1.2.2 Hiện trạng vận hành hệ thống SCADA/DMS – Spectrum Power 7 Đến nay, Công ty Điện lực Tây Ninh hiện có 13/13 trạm có đủ 100% tín hiệu chính xác truyền về TTĐK và A2; 74/82 xuất tuyến có thiết bị đóng cắt lưới điện 22kV được kết nối và điều khiển xa; Đã thực hiện vận hành dao cách ly thường đóng tại các điểm giao lưới để khoanh vùng cô lập sự cố và chuyển điện các khu vực không bị ảnh hưởng từ xa hướng đến mục tiêu khôi phục lưới điện không bị ảnh hưởng trong vòng 30 phút

Các tính năng hiện có của hệ thống SCADA/DMS đã triển khai bao gồm tính toán phân bố công suất, trào lưu công suất và phần mô phỏng đào tạo theo thời gian thực, cụ thể:

- Thu thập thông tin lưới điện, điều khiển các TBA 110 kV: Hệ thống thu thập thông số lưới điện (U, I, P, Q, cosphi) và các thông tin đo lường khác, trạng thái thiết bị, các cảnh báo tại các TBA; Điều khiển máy cắt, dao cách ly; Điều khiển bộ điều áp dưới tải và đóng/cắt tụ bù thanh cái;

- Điều khiển xa các Recloser/LBS lưới 22 kV và giám sát thông tin sự cố tất cả các thiết bị đã được kết nối của lưới điện Tây Ninh;

- Hệ thống bảo mật mạng Cyber Security;

- Trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống SCADA của trung tâm điều độ hệ thống điện miền Nam A2 bằng ICCP;

- Mô phỏng đào tạo (Operator Training Simulator) cho nhân viên vận hành hệ thống trong các điều kiện vận hành bình thường, khẩn cấp và khôi phục hệ thống điện;

- Quản lý mô hình hóa dữ liệu theo tiêu chuẩn CIM - IEC-61970 (IMM);

- Quản lý dữ liệu quá khứ (HIS);

- Lập KH ngắn hạn (Short-Term Load Scheduler);

- Xác thực tính đúng đắn của dữ liệu

2.1.2.3 Đánh giá hệ thống SCADA SP7 của Công ty Điện lực Tây Ninh a) Đánh giá hiệu quả đầu tư hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA hiện nay đã hoàn chỉnh bao gồm:

- Xây dựng hệ thống SCADA để điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu toàn bộ các trạm biến áp 110/22kV của Công ty Điện lực Tây Ninh và các Recloser lưới trung thế; vận hành các trạm 110/22kV không người trực

- Ứng dụng công nghệ thông tin nhằm thiết lập hạ tầng tự động hóa trong vận hành và điều khiển lưới điện, nâng cao hiệu quả kinh doanh điện năng, cải thiện độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu chi phí vận hành các trạm 110/22kV và góp phần hiện đại hóa hệ thống điện

- Ghép nối các trạm 110/22kV của PCTN với hệ thống SCADA của Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Nam (A2) để phục vụ cho công tác điều độ hệ thống điện

- Nâng cao khả năng giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa các trạm biến áp 110/22kV của PCTN

- Nâng cao hiệu quả công tác quản lý vận hành, và giảm thiểu chi phí vận hành hệ thống điện

- Nâng cao độ tin cậy, an toàn và ổn định trong cung cấp điện, cải thiện chất lượng điện năng nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của khách hàng

- Tận dụng tối đa nguồn nhân lực hiện có, phù hợp với tình hình thực tế trong PCTN

- Nâng cao năng lực cho đội ngũ cán bộ quản lý vận hành hệ thống điện b) Đánh giá mức độ đáp ứng của hệ thống SCADA

Kể từ khi đi vào hoạt động cho đến nay, hệ thống SCADA giúp cho việc thao tác các thiết bị trên lưới điện chính xác, nhanh chóng, giảm thời gian xử lý sự cố; nhanh chóng cung cấp điện trở lại cho khách hàng, tiết kiệm được thời gian, chi phí để đi tới vị trí các thiết bị, giảm thiểu thời gian mất điện cho khách hàng đồng thời đảm bảo lưới điện vận hành an toàn, liên tục, tin cậy và kinh tế [4]

Hệ thống SCADA cũng cho phép thu thập dữ liệu theo thời gian thực giúp cho nhân viên vận hành theo dõi tình trạng lưới điện một cách chính xác và đầy đủ nhất Điều độ viên kiểm soát tốt các thông số liên quan đến chất lượng điện năng như điện áp, dòng điện, công suất P, Q trên lưới để khi cần thiết, có những điều chỉnh kịp thời đảm bảo đúng quy định Điều này tác động tốt đến công tác vận hành và chỉ tiêu tổn thất điện năng c) Các hạn chế của hệ thống [4]

Công tác cập nhật sơ đồ lưới điện 22kV phải thực hiện tại Trung tâm Điều khiển chính (MCC) nên CTĐL không chủ động được trong việc cập nhật biến động lưới điện 22kV

Tại một số CTĐL hệ thống SP7 không phục vụ hiệu quả cho công tác điều độ lưới điện thời gian thực, hệ thống hoạt động rất chậm gây khó khăn trong công tác điều độ, lưới điện không gán màu động nên không thể trực quan và khó khăn trong công tác điều hành

Hiện tại, các thiết bị viễn thông sử dụng chung nguồn DC tại trạm, khi có công tác tại trạm thì nguồn DC được ưu tiên cho các thiết bị đóng cắt để khôi phục cung cấp điện nên gây gián đoạn kết nối hệ thống SCADA trong thời gian công tác tại trạm

Mô hình hệ thống SCADA/DMS [4]

Mô hình định hướng kết nối SCADA mô tả qua hình 2.3 nhằm phục vụ giám sát và điều khiển như sau:

- Hệ thống SCADA/DMS được trang bị tại phòng Điều độ của Công ty Điện lực Tây Ninh với quy mô tối thiểu theo quyết định số 55/QĐ-ĐTĐL ngày 22/8/2017

- Hệ thống SCADA Spectrum Power 7 (SP7) vẫn được duy trì để giám sát và điều khiển lưới điện cho đến khi hệ thống SCADA/DMS tại các tỉnh/thành phố đưa vào hoạt động ổn định và tin cậy Sau đó, hệ thống này sẽ được duy trì làm trung tâm giám sát, phục vụ công tác điều hành của Tổng công ty

- Sau khi hệ thống SCADA/DMS đã vận hành ổn định, Tổng công ty sẽ xem xét:

+ Trang bị hệ thống máy tính remote console cho các Điện lực để phục vụ công tác điều hành, xử lý sự cố trên nền tảng của hệ thống SCADA/DMS nhằm từng bước hướng đến số hóa công tác Điều độ và Điều độ tiên tiến

+ Đầu tư hệ thống SCADA/DMS dự phòng về địa lý nhằm đảm bảo công tác N-1 cho trung tâm điều khiển khi có hỏa hoạn hoặc thiên tai tại hệ thống SCADA/DMS tại phòng Điều độ (nếu thấy cần thiết)

Hình 2.3: Mô hình định hướng kết nối SCADA [4].

Kiến trúc phần cứng hệ thống SCADA/DMS [4]

Cấu hình hệ thống SCADA/DMS như sau:

- Hệ thống SCADA/DMS bao gồm hệ thống SCADA trung tâm được tích hợp với hệ thống DMS

- Hệ thống DMS là một hệ thống có cấu trúc mở và phân tán

+ Có khả năng bổ sung, nâng cấp và tích hợp tương thích thêm các máy chủ, bộ xử lý, mô đun chức năng và phần mềm ứng dụng mà không làm thay đổi cấu trúc thiết bị phần cứng và phần mềm hiện có của hệ thống SCADA/DMS; + Các thiết bị phần cứng (hình 2.4) và phần mềm của hệ thống DMS phải có khả năng tương thích với nhau và tương thích với hệ thống SCADA trung tâm

+ Hệ thống SCADA/DMS có cấu trúc mở, có khả năng cho người dùng tự lập trình hay phát triển các module tự động hóa theo nhu cầu vận hành mà không bị hạn chế bởi vấn đề bản quyền Các tính năng trong phần mềm DMS được cung cấp đầy đủ và có thể tắt/ bật tùy theo nhu cầu sử dụng mà không bị giới hạn bởi vấn đề bản quyền

+ Các phần mềm, ứng dụng bên trong hệ thống SCADA/DMS phải có nguồn gốc rõ ràng và có bản quyền sử dụng đầy đủ

Hình 2.4: Kiến trúc phần cứng hệ thống SCADA

- Hệ thống DMS phải được trang bị ít nhất 01 máy chủ dự phòng cho mỗi khối chức năng độc lập của hệ thống Máy chủ dự phòng hoạt động ở chế độ song song và được đồng bộ cơ sở dữ liệu trong thời gian thực với máy chủ chính để đảm bảo không có bất kỳ sự gián đoạn nào trong quá trình giám sát và điều khiển khi chuyển đổi hoạt động giữa máy chủ chính và máy chủ dự phòng

- Đảm bảo các yêu cầu về an toàn, an ninh mạng, bảo mật thông tin và chống phá hoại từ bên ngoài và kiểm soát chặt chẽ mọi truy cập từ bên trong lẫn bên ngoài trong quá trình quản lý vận hành hệ thống điện Thiết bị cổng bảo mật 1 chiều USG tại biên OT/IT các TTĐKX (OCC), Thiết bị OT Firewall (OTFW) cho các OCC còn lại tại biên Gateway OCC đi SCADA, Thiết bị OT FW tại biên các Trạm biến áp (TBA) đi SCADA; Trang bị hệ thống PAM OT tập trung đặt tại TTĐH SCADA SPC để quản lý việc truy cập hệ thống các máy tính OT tại các OCC tỉnh và Hệ thống XDR tập trung đặt tại TTĐH SCADA SPC giúp phát hiện và linh hoạt phản ứng tự động với sự cố bảo mật tại các OCC tỉnh

Bên cạnh đó, hệ thống cần phải đảm bảo:

- Các thiết bị phần cứng và phần mềm phải có khả năng tương thích với nhiều hệ thống, thiết bị được cung cấp từ các đơn vị sản xuất khác nhau

- Có khả năng làm việc trên nhiều máy tính theo cơ chế song song thông qua mạng LAN

- Dữ liệu lưới điện được lưu trữ tại các máy chủ chức năng và được sao lưu tự động để đảm bảo an toàn dữ liệu Dữ liệu được cập nhật mới sẽ tự động phân phối đến các máy tính vận hành, máy chủ trong hệ thống mà không cần phải khởi động lại, không gây gián đoạn vận hành

- Hệ thống SCADA phải đảm bảo mức độ sẵn sàng tối thiểu là 99,9% Hệ thống SCADA phải được thiết kế hoạt động dự phòng theo các mức như sau: Phần cứng, module chức năng của phần mềm, cơ sở dữ liệu và kênh kết nối truyền thông

- Các thiết bị phần cứng và phần mềm của hệ thống SCADA được kết nối với nhau thông qua mạng LAN

- Cơ sở dữ liệu tuân thủ theo chuẩn CIM để có thể chia sẻ thông tin với các hệ thống khác của EVNSPC trong tương lai như GIS, CMIS, MDMS

- Hệ thống phải có cấu trúc mở có hỗ trợ các thư viện, công cụ phục vụ chia sẻ dữ liệu thời gian thực với các hệ thống khác của PCTN trong tương lai.

Yêu cầu chức năng của hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA bao gồm các chức năng cơ bản sau:

- Thu thập dữ liệu thời gian thực về các giá trị đo lường, thông số và trạng thái vận hành của các thiết bị trên hệ thống điện, trong đó dữ liệu và thời gian thu thập dữ liệu phải được xác định, đồng bộ và lưu trữ

- Giám sát thời gian thực hệ thống điện

+ Giám sát sự thay đổi trạng thái;

+ Giám sát giá trị tới hạn của hệ thống điện;

+ Giám sát trình tự sự kiện;

+ Phân loại, xử lý dữ liệu, xử lý sự kiện và cảnh báo

- Điều khiển các thiết bị trên hệ thống điện

+ Điều khiển thay đổi các giá trị đã được Cấp điều độ có quyền điều khiển cài đặt

- 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; Có khả năng phát lại các sự kiện đã diễn ra trong quá khứ để giúp người vận hành xem lại và phân tích sự cố

- Có chức năng xây dựng các kịch bản tự động hóa bằng các công cụ có sẵn, hoặc các ngôn ngữ lập trình phổ biến

- Có chức năng hỗ trợ gán các đối tượng tạm như tiếp địa lưu động, máy phát lưu động, jumper, … trên màn hình vận hành

- Hiển thị giao diện đồ họa trực quan trên một hoặc nhiều máy tính, bao gồm những thông tin sau:

+ Sơ đồ một 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 thông tin cảnh báo 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 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:

+ Các dao động trên hệ thống điện

+ Xu hướng thay đổi của hệ thống điện

- Tự động thực hiện các thao tác trên hệ thống điện theo phương thức vận hành đã được duyệt

- Có chế độ vận hành thử nghiệm để phục vụ End to End mà không ảnh hưởng đến vận hành và tránh sai sót trong thao tác.

Tính cấp thiết của đề tài

Trong giai đoạn nền kinh tế Việt Nam đang phát triển một cách mạnh mẽ, cùng với đó là nhu cầu về sử dụng năng lượng tăng nhanh Việc phát triển lưới điện thông minh góp phần không nhỏ trong quá trình chuyển đổi và phát triển năng lượng bền vững từ các nguồn năng lượng tái tạo nhằm cải thiện chất lượng của nguồn cung cấp điện quốc gia và thúc đẩy việc sử dụng điện một cách tiết kiệm, hiệu quả

Hướng đến mục tiêu phát triển lưới điện thông minh, chuẩn bị cho cơ sở thị trường bán lẻ cạnh tranh và đáp ứng nhu cầu của khách hàng thì việc xây dựng các giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối tạo tiền đề hết sức quan trọng, nhằm nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng, góp phần trong công tác quản lý nhu cầu điện, nâng cao hiệu quả công việc

Hiện nay, Tổng Công ty Điện lực miền Nam đã có hệ thống SCADA/DMS nhưng chỉ đang dụng các chức năng SCADA (thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển xa), chưa áp dụng các chức năng DMS và các chức năng tự động hóa lưới điện trung áp (chỉ có Công ty Điện lực Đồng Nai đang triển khai áp dụng thí điểm, sử dụng phần mềm của hãng Survalent) Hệ thống SCADA của Công ty Điện lực Tây Ninh hiện đang sử dụng phần mềm Spectrum Power 7 giám sát và điều khiển xa 14 TBA 110/22kV, các máy cắt và Recloser/LBS trên lưới điện 22kV Công ty Điện lực Tây Ninh đã hoàn thành kết nối các Recloser và LBS trên lưới trung áp và dự kiến ứng dụng rộng rãi các chức năng DMS trong các năm tiếp theo để từng bước tiến tới tự động hóa lưới trung áp Với số lượng lớn các Recloser và LBS trên lưới 22kV để giám sát và điều khiển thì công việc của điều độ viên sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc vừa chỉ huy điều độ lưới điện và kiêm thao tác xa tất cả các thiết bị

Lưới điện của Điện lực Tân Châu, Tây Ninh đang vận hành ở chế độ mạch kín, vận hành hở Khi sự cố xảy ra trên lưới điện, phải mất khá nhiều thời gian để nhân viên quản lý vận hành thực hiện các công tác kiểm tra, phát hiện, cô lập sự cố, xử lý sự cố hoặc có thể thay đổi kết lưới để tái lập điện cho khách hàng Việc này dẫn đến một số lượng khách hàng sẽ bị gián đoạn cung cấp điện trong thời gian thao tác Với đặc thù phụ tải công nghiệp như các nhà máy chế biến mủ cao su, tinh bột mì, các trang trại chăn nuôi chiếm tỷ trọng cao thì việc gián đoạn cung cấp điện gây rất nhiều khó khăn và thiệt hại cho khách hàng Mặc khác về phía Điện lực, các ảnh hưởng có thể định lượng được bao gồm: Giảm sản lượng điện năng tiêu thụ, giảm chỉ số độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng Đồng thời, giảm sự hài lòng của khách hàng về dịch vụ cung cấp điện và gây ra các phản ứng của dư luận xã hội, làm suy giảm uy tín của ngành Điện

Mặt khác, theo văn bản số 861/ĐTĐL-HTĐ ngày 21/7/2022 của Cục Điều tiết Điện lực – Bộ Công Thương [1] và căn cứ theo các quy định tại quyết định số 55/QĐ- ĐTĐL ngày 22/8/2017 của Cục Điều tiết Điện lực – Bộ Công Thương [2] thì mô hình quản lý vận hành SCADA của Công ty Điện lực Tây Ninh hiện nay là chưa phù hợp

Vì vậy, Công ty Điện lực Tây Ninh đã kiến nghị Tổng Công ty xem xét đầu tư, cải tạo hệ thống SCADA/DMS vì những lý do sau: Để giải quyết mô hình vận hành hệ thống SCADA phù hợp với quy định hiện hành, mở rộng kết nối phục vụ giám sát, vận hành lưới điện,đáp ứng yêu cầu kết nối, giám sát các trạm biến áp thuộc các dự án nguồn năng lượng tái tạo, khai thác các tính năng DMS hiệu quả theo lộ trình tự động hóa và đảm bảo an toàn thông tin, phục vụ công tác chuyển đổi số và hướng đến điều độ tiên tiến

Song song với việc cải tạo hệ thống SCADA/DMS để giải quyết các lý do nêu trên, thì cần có sự chuẩn bị các giải pháp tự động hóa nhằm đáp ứng các chỉ tiêu phấn đấu thực hiện lộ trình đến năm 2025 - 2026 là giảm tổn thất điện năng, giảm chỉ số mất điện SAIDI, tăng mức độ hài lòng của khách hàng, đầu tư phát triển cơ sở hạ tầng để tiến đến vận hành lưới điện thông minh Do đó, đề xuất của đề tài luận văn được chọn là “Giải pháp tự động hóa để nâng cao độ tin cậy lưới điện trung áp 22kV huyện Tân Châu, tỉnh Tây Ninhˮ.

Mục đích nghiên cứu

Tìm hiểu, đánh giá thực trạng lưới điện, đề xuất các giải pháp tự động hóa lưới điện lưới điện phân phối 22kV tại Điện lực Tân Châu nhằm mục đích:

- Giảm thời gian thao tác, vận hành thiết bị, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

- Nâng cao hiệu quả, năng suất lao động, giảm thời gian xử lý sự cố

- Giúp tăng cường hiệu quả vận hành hệ thống điện và hiệu quả sản xuất kinh doanh

- Từ mô hình Điện lực Tân Châu, có thể lan rộng áp dụng cho các Điện lực khác Đảm bảo tối ưu hóa chi phí đầu tư khi chuyển đổi hình thức điều khiển từ SCADA (điều khiển bằng tay từ hệ thống SCADA hiện hữu) sang tự động hóa lưới điện (tự động điều khiển lưới điện qua phần mềm (DAS, DMS)) và đáp ứng mô hình hệ thống SCADA theo quy định hiện hành hướng đến phát triển lưới điện thông minh trong tương lai.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Chọn khu vực lưới điện gồm các tuyến dây trung áp 22kV thuộc trạm 110/22kV Tân Hưng, trạm 110/22kV Suối Ngô và các thiết bị trên lưới điện có chức năng giao tiếp SCADA thuộc phạm vi quản lý của Điện lực Tân Châu, Công ty Điện lực Tây Ninh

Sử dụng phần mềm ứng dụng có các tính năng SCADA/DMS cho quá trình mô phỏng giải pháp tự động hóa lưới điện

Các quy trình, quy định, tiêu chuẩn kỹ thuật của Bộ Công Thương, Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Cục Điều tiết Điện lực, Tổng Công ty Điện lực miền Nam và Công ty Điện lực Tây Ninh.

Ý nghĩa của khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

- Hiện nay, các nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng cũng đã đưa ra mục tiêu và kế hoạch để tiến tới lưới điện thông minh Mục đích của lưới điện thông minh là cân bằng giữa cung và cầu, để đáp ứng mục tiêu này các nước từng bước đầu tư thêm các nguồn phân tán trong đó có điện gió và điện mặt trời, khai thác các tính năng DMS để mô hình hóa, số hóa lưới điện nhằm phục vụ hiệu quả cho công tác điều độ, tính toán và tối ưu lưới điện thời gian thực từ việc kết hợp với các nguồn dữ liệu của các hệ thống GIS, CMIS, PMIS để nâng cao tính năng tự động hóa và tính toán lưới điện Do vậy, đề tài này cũng góp một phần phục vụ công tác chuyển đổi số, hướng đến điều độ tiên tiến, đồng thời đưa lưới điện ở huyện Tân

Châu nói riêng, lưới điện Công ty Điện lực Tây Ninh nói chung dần tiến tới lưới điện thông minh

- Đóng góp lý luận nghiên cứu về các giải pháp tự động hóa lưới điện và yếu tố tác động đến công tác quản lý, nâng cao chất lượng vận hành hệ thống, tối ưu hóa lưới điện đáp ứng các chỉ số độ tin cậy ngày càng cao Ý nghĩa thực tiễn:

- Định hướng lộ trình tự động hóa lưới điện, phát triển hệ thống SCADA, DMS, DAS, trung tâm điều khiển lưới phân phối trên cơ sở ứng dụng công nghệ thông tin nhằm hoàn thành mục tiêu xây dựng lưới điện thông minh trong tương lai [3]

- Mở rộng kết nối phục vụ giám sát, vận hành lưới điện các đơn vị khác thuộc Công ty Điện lực Tây Ninh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết tự động hóa lưới điện kết hợp tình hình vận hành thực tế của Điện lực Tân Châu - Công ty Điện lực Tây Ninh và mô phỏng trên phần mềm Spectrum Power.

Bố cục luận văn

Bố cục của luận văn gồm 5 chương:

Chương II: Tổng quan về hệ thống SCADA và phương án phát triển hệ thống SCADA/DMS của Công ty Điện lực Tây Ninh

Chương III: Giải pháp công nghệ tự động hóa trong lưới điện phân phối Chương IV: Tự động hóa lưới điện trung áp 22kV của huyện Tân Châu và đánh giá hiệu quả của hệ thống SCADA

Chương V: Kết luận và hướng phát triển trong tương lai

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA VÀ PHƯƠNG ÁN PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG SCADA/DMS CỦA CÔNG TY ĐIỆN LỰC TÂY

Giới thiệu tổng quan về hệ thống SCADA

2.1.1 Hiện trạng hệ thống điện: