Tích hợp hệ thống GISSCADADMS gia tăng hiệu quả hoạt động lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - VÕ TRỌNG HÙNG TÍCH HỢP HỆ THỐNG GIS/SCADA/DMS GIA TĂNG HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - VÕ TRỌNG HÙNG TÍCH HỢP HỆ THỐNG GIS/SCADA/DMS GIA TĂNG HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐINH HOÀNG BÁCH TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Đinh Hoàng Bách (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 12 tháng năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) Họ tên TT Chức danh Hội đồng PGS TS Ngô Cao Cường Chủ tịch TS Phạm Đình Anh Khôi Phản biện PGS TS Quyền Huy Ánh Phản biện PGS TS Nguyễn Văn Nhờ Ủy viên TS Võ Công Phương Uỷ viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV PGS TS Ngô Cao Cường TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày 20 tháng năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ TRỌNG HÙNG Giới tính: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 10 -07 - 1981 Nơi sinh: Đà Nẵng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV:1441830009 I- Tên đề tài: TÍCH HỢP HỆ THỐNG GIS/SCADA/DMS GIA TĂNG HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI II- Nhiệm vụ nội dung: Tìm hiểu trạng hệ thống SCADA GIS Tổng Công Ty Điện Lực Tp HCM Nghiên cứu giao thức hệ thống SCADA Nghiên cứu kiểu liệu hệ thống GIS Nghiên cứu phương pháp lập trình Web Service Tích hợp hệ thống GIS/SCADA/DMS III- Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 20 tháng năm 2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán hướng dẫn: TS Đinh Hoàng Bách CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TS Đinh Hoàng Bách PGS TS Nguyễn Thanh Phương i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn VÕ TRỌNG HÙNG ii LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy TS Đinh Hoàng Bách, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt trình thực luận văn Xin cảm ơn quý Thầy Cô khoa Điện – Điện Tử Trường Đại Học Công nghệ Tp.HCM, người thầy đầy nhiệt huyết, thiện cảm truyền đạt kiến thức chuyên môn, học kinh nghiệm quý báu giúp tự tin bước vào thực đề tài luận văn (Họ tên Tác giả Luận văn) iii TÓM TẮT Tổng công ty Điện lực TP.HCM (EVNHCMC) quản lý lưới điện với cấp điện áp 220kV, 110kV, 22kV, 15kV 0.4kV với 680 km đường dây/cáp truyền tải, 5,900 km lưới điện trung 11,300 km lưới điện hạ thế, cung cấp điện cho triệu khách hàng địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh Nhằm tìm kiếm phương pháp hiệu để giám sát, điều khiển quản lý mạng lưới điện trung thế, trạm biến áp trung gian (110kV) trạm ngắt (15/22kV), EVNHCMC cài đặt hệ thống SCADA/DMS Survalent năm 2013 (nhằm thay cho hệ thống SCADA ABB có từ năm 1998) Hệ thống chạy hệ điều hành Windows sử dụng máy chủ Windows Server 2012 với SQL database phụ trợ Ngoài ra, EVNHCMC cài đặt phần mềm ESRI ArcGIS 10.1 cách riêng biệt, chạy tảng Windows kết nối với sở liệu Oracle Các geodatabase trình bày thông tin không gian mạng lưới điện trung cách hiệu Cả hai hệ thống tách biệt với nhau, liệu trì truy cập người sử dụng hệ thống Từ đó, dẫn đến việc dư thừa liệu hệ thống không đồng hóa Hệ thống quan trọng cho nhân viên SCADA để vận hành mạng lưới điện trung với bối cảnh địa lý tốt để giải thích kiện, dự đoán kết kế hoạch chiến lược, nhân viên GIS cần vận hành biết tình trạng mạng lưới thời gian thực Tình trạng dẫn đến việc đòi hỏi phải tích hợp hệ thống Để trao đổi từ SCADA đến GIS công việc thách thức, phải đối mặt với số vấn đề kỹ thuật phi kỹ thuật Một số phương pháp tổ chức cho việc tích hợp hệ thống trước thực cách hiệu kinh tế Hệ thống tích hợp cho phép người dùng dễ dàng quản lý không gian liệu phi không gian tương tác với nhiều loại sở liệu Luận văn giải thích cần thiết phương pháp tiếp cận để thực với đánh giá, phân tích hệ thống thực lợi ích Nó cho thấy cách tích hợp hệ thống GIS/SCADA/DMS phục vụ hệ thống quản lý tài sản hiệu với chi phí thấp nhằm cải thiện tính hiệu mạng lưới điện trung iv thế, giúp giảm chi phí hoạt động thời gian ngưng hoạt động hệ thống (downtime), làm tăng giá trị tài nguyên thông tin tiến trình định v ABSTRACT Ho Chi Minh City Power Coporation (EVNHCMC) managed the grid with levels voltage of 220kV, 110kV, 22kV, 15kV and 0.4kV with over 680 kilometers of wire / cable transmission, 5,900km of medium voltage grid and 11,300 km low voltage, power supply for over million customers in the local Ho Chi Minh City In order to identify effective methods for monitoring, control and management of medium voltage networks, intermediate substations (110 kV) and interrupt stations (15/22KV), EVNHCMC installed SCADA/DMS of Survalent in 2013 (to replace the ABB SCADA systems since 1998) The system runs on the Windows operating system using the Windows Server 2012 server with SQL database backend In addition, installed ESRI ArcGIS 10.1 software separately, which runs on the Windows platform and connect to the Oracle database Geodatabase present the spatial information of the medium voltage network effectively Both systems are isolated from each other, data are maintained and can be accessed by users on the system Since then, leading to redundant data and systems are not synchronized It is crucial for SCADA staff to operate the MV network with a geographical context for better explaining events, predicting outcomes and planning strategies, mean while GIS staff needs to operate while knowing the current status of the network in real-time This situation has raised the need of integrating both systems The data mapping from SCADA to GIS was a challenging job, facing several technical and non-technical issues Several approaches were held for integrating both systems before implementing the most efficient and economical one The integrated system allows users to easily manage both spatial and non-spatial data and interact with multiple databases This thesis explains the need, the approaches made with the evaluation and analysis of the implemented system and its benefits It shows how the integrated GIS/SCADA/DMS system serves as a low-cost effective asset management system that improves the MV network efficiency, help to reduce operational costs and down time, and increase the value of the information resources and decision processes vi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC HÌNH ix CHƯƠNG 1: HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG SCADA VÀ GIS TẠI TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC TPHCM QUẢN LÝ 1.1 Giới thiệu tổng quan GIS 1.2 Giới thiệu tổng quan phần mềm SCADA trung tâm 1.2.2 Tình hình triển khai ứng dụng HT SCADA/DMS thời gian tới CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG SCADA 2.1 Giới thiệu 2.2 Kiến trúc hệ thống SCADA 2.3 Mạng truyền dẫn cho hệ thống SCADA 2.4 Các giải pháp bảo mật 12 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG GIS 17 3.1GIS 17 3.2Các thành phần GIS 18 3.3 Chương trình GIS Tổng công ty Điện Lực Tp HCM 19 3.4 Hệ thống Mô hình hệ thống GIS qua giai đoạn 21 3.5 Nhận xét đánh giá 36 CHƯƠNG 4: TÌM HIỂU VỀ WEB SERVICE 38 4.1 Giới thiệu Web service 38 4.2 Đặc điểm Web service 39 4.3 Kiến trúc Dịch vụ Web 41 4.4 Các thành phần Dịch vụ Web 42 4.5 An toàn cho dịch vụ Web 45 4.6 Xây dựng dịch vụ Web 47 126 - Sau đó, ta xuất file CAD cho tuyến dây vừa chọn: Chọn đường dẫn đến thư mục chứa CAD Save 127 Tiếp tục thực bước đến hoàn tất tất đường dây 7.2 Đổi màu đối tượng CAD Khi xuất file CAD, màu đường dây mặc định màu, màu thiết bị đóng cắt hay thiết bị khác tên màu Trên file CAD chứa layer cho file xuất với tên mặc định Do với file ta cần chỉnh sửa hai cấu hình - Mở file CAD thư mục tương ứng xuất trên: 128 - Để mở cửa sổ cho Layer ta nhập lệnh: LA Màu tên lớp lấy mặc định hình: - Ta cần đổi tên layer tương ứng với tên đường dây (Nhấn đúp vào tên nhấn F2), đổi màu cột Color - Sau Save As file lại với định dạng AutoCAD R14/LT98/LT97 (Có thể ghi đè lên file cũ) 129 - Tương tự thực cho đường dây lại thiết bị đóng cắt - Đối với màu chữ ta thực sau: Ta chọn tất chữ thuộc Layer tên: Ctrl + A Sau nhấp phải vào Properties Trong ô Color ta chọn màu để đổi 130 7.3 Import CAD vào Survalent: Tạo thư mục cho GIS tương ứng vd: (WorldView) Y:\standard\wmp\R14\PC_HOAN Copy file CAD vào đường dẫn: (WorldView) Y:\standard\wmp\R14\PC_HOAN Mở chương trình WorldView Login hình dưới: (Username: Scada, Pass: Scada.hcmpc@2015) Tạo NewMap: File\NewMap Save lại với tên tương ứng cho GIS Ví dụ PC_HOAN 131 Nên thường xuyên lưu lúc làm việc để tránh liệu, Ctrl + S Để vào chế độ Edit ta cần chọn: Sau tiến hành import file CAD file 132 Vào đường dẫn lưu chọn file cần Import Cửa sổ lên ta nhấp vào “Use Default File ” chọn đến file TanThuan.opt hình dưới: 133 Sau nhấn Import Ta thực đến hết file CAD với bước Lưu ý Ctrl + S qua file Kết sau Import số đường dây Để xem lại đường dây Import ta vào View\Tree Lists 134 Ta xóa đường dây bị lỗi cách kích hoạt: Enable LS Editing Sau nhấp chọn sửa đổi đường dây mong muốn 135 Khi kết thúc, lưu ý bỏ chọn Edit Mode save fil 7.4 Thêm object hoàn thiện Các đối tượng liệu SCADA sử dụng để hoàn thiện việc tích hợp GIS/SCADA/DMS nhằm phục vụ cho công tác vận hành lưới điện như: biểu tượng Máy cắt, Recloer, LBS tạo lấy từ thư viện WordView StcExploxer Các hiệu ứng điện đường dây có cố công cụ tạo line-section tuyến dây cụ thể Dữ liệu đồ download từ chương trình Google Map sau import vào chương trình WordView 136 Hình 7.1 Kết hợp sơ đồ địa dư lưới điện trung trạng thái vận hành SCADA 137 CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN Việc tích hợp GIS với hệ thống SCADA/DMS cần đầu tư đáng kể việc phát triển phần mềm phải đối mặt với nhiều thách thức khác Việc tích hợp liệu hai hệ thống cung cấp công cụ quản lý tài sản cách hiệu với chi phí thấp Hình 8.1 Sơ đồ vận hành SCADA lưới trung thuộc Cty ĐL Tân Thuận Trong trường hợp điện, kỹ sư điều hành lưới điện Trung Tâm Điều Độ TpHCM kỹ thuật viên Công ty Điện Lực nhiều thời gian để thực hoạt động sử lý cố bảo trì nhiều địa điểm lúc 138 Việc truy cập liệu GIS SCADA/DMS giúp họ tối ưu hóa kế hoạch để chuyển đổi sang cách thức hiệu để đến địa điểm định, làm giảm thời gian xử lý cố bảo trì, cung cấp thời gian phục hồi lưới điện tăng hiệu lực lượng lao động có sẵn Sự cải thiện độ tin cậy nguồn cung cấp liệu thông qua nhanh nhiều nhận dạng cố, cô lập phục hồi giúp phục vụ tốt khách hàng Cải tiến kinh doanh bổ sung tiết lộ với liệu SCADA thời gian thực có sẵn với liệu quan trọng trì GIS Vì nhiều phòng ban Công ty làm việc cách riêng biệt tìm kiếm thông tin cụ thể từ nguồn liệu khác làm nhiều thời gian tiền bạc Vì việc trì hỗ trợ chi phí tổng thể giảm đáng kể Tích hợp hệ thống GIS/SCADA/DMS loại bỏ xung đột liệu mạng lưới điện trung dự phòng hai hệ thống xảy lỗi hành động cách riêng biệt Nó giúp việc chia trách nhiệm chủ sở hữu liệu, trì tính xác toàn vẹn thông tin hệ thống Các quản lý định cách nhanh chóng để truy cập vào liệu thời gian thực nhất, liệu xác Việc tích hợp giúp cho việc cung cấp báo cáo thông minh giúp cung cấp thông tin phản hồi nhanh chóng cho khách hàng có vấn đề phát sinh Công việc tương lai bao gồm tiềm mở rộng tích hợp với hệ thống phần mềm lưới điện phân phối khác cách tự động theo mô hình chung (như giới thiệu chương 6) Tổng công ty chương trình GIS, SCADA/DMS, Trung Tâm Chăm Sóc Khách Hàng, Theo dõi tính cước tiền điện hàng tháng… 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ESRI® ArcGIS® Release 10 Manuals [2] SCADA SURVALENT Software Manual [3] ESRI® ArcGIS®, ArcGIS® Schematics: Automatic Schematic Generation for ArcGIS [4] https://docs.moodle.org/29/en/Web_services [5] Thông tin liệu GIS công ty điện lực [6] “IEC 61970 Energy management system application program interface (EMSAPI) - Part 301: Common Information Model (CIM) Base”, IEC, Edition 1.0, November 2003 [7] “IEC 61968 Application integration at electric utilities - System interfaces for distribution management - Part 11: Common Information Model (CIM)”, IEC Draft [8] W3C Recommendation, “Extensible Markup Language” Version 1.0, October 2000, available at http://www.w3.org/TR/REC-xml [9] W3C Recommendation, “Extensible Markup Language: Prolog and Document Type Declaration” Version 1.0, October 200, available at http://www.w3.org/TR/REC-xml/#sec-prolog-dtd [10] W3C Recommendation, “XML Schema Part 0: Primer Second Edition”, October 2004, available at http://www.w3.org/TR/xmlschema-0/ [11] Information processing - Text and office systems - Standard Generalized Markup Language (SGML), ISO 8879 [12] D Linthicum, Enterprise Application Integration, Addison Wesley Longman, Reading,Massachusetts, 2000 [13] G Robinson, “Model Driven Integration (MDI) for Electric Utilities”, Proceedings of Distributech, Miami Beach, Florida, USA, March 2002 140 [14] W3C Recommendation, “Resource Description Framework”, February 1999, available at http://www.w3.org/TR/REC-rdf-syntax/ [15] W3C Recommendation, “RDF Vocabulary Description Language 1.0: RDF Schema”, Version 1.0, February 2004, available at http://www.w3.org/TR/rdfschema/ [16] Arnold deVos, “Simplified RDF Syntax for Power System Model Exchange”, Langdale Consultants, available http://www.langdale.com.au/DAF/PSModelExchange.pdf at