Nghiên cứu áp dụng các chức năng của lưới điện thông minh vào trạm biến áp 220,4kv dịch vọng 22 thuộc lưới điện phân phối quận cầu giấy

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -*** - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Nghiên cứu áp dụng chức lƣới điện thông minh vào trạm biến áp 22/0,4kV Dịch Vọng 22 thuộc lƣới điện phân phối quận Cầu Giấy ĐÀM THANH SƠN thanhson6688@gmail.com Chuyên ngành Kỹ thuật điện Giảng viên hƣớng dẫn: TS Lê Việt Tiến Chữ ký GVHD Bộ môn: Viện: Hệ thống điện Điện HÀ NỘI, 11/2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Đàm Thanh Sơn Đề tài luận văn: “Nghiên cứu áp dụng chức lƣới điện thông minh vào trạm biến áp 22/0,4kV Dịch Vọng 22 thuộc lƣới điện phân phối quận Cầu Giấy” Chuyên ngành: Kỹ thuật điện – Hệ thống điện Mã số SV: CB160524 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 31/10/2019 với nội dung sau: - Làm rõ khái niệm lưới điện thông minh; - Bổ sung trích dẫn; - Bổ sung hoàn thiện mục tiêu nghiên cứu cụ thể luận văn, chỉnh sửa phần kết luận kiến nghị cho phù hợp với mục tiêu nghiên cứu này; - Nhập nội dung chương vào chương bố cục lại chương, mục; - Chỉnh sữa số lỗi tả luận văn Ngày tháng năm 2019 Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn TS Lê Việt Tiến Đàm Thanh Sơn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Đặng Quốc Thống Tóm tắt nội dung Luận văn Ngồi phần mở đầu, ết luận iến nghị, Luận văn cấu tr c với ba chương nội dung ch nh sau: Chƣơng 1: Những vấn đề chung lưới điện thơng minh Trong chương đưa nhìn tổng quan lưới điện thông minh (SG Smart Gird) giới, đồng thời trình bày trạng áp dụng SG Việt Nam Chƣơng 2: Phân tích xây dựng cấu tr c lưới điện thông minh cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 Phân tích xây dựng tiêu ch để lưới điện phân phối đạt chuẩn lưới điện thơng minh Trình bày trạng Trạm biến áp Dịch Vọng 22, lựa chọn tiêu chí, xây dựng cấu trúc lưới điện thông minh cho TBA Dịch Vọng 22 Chƣơng 3: Nghiên cứu, xây dựng giải pháp sử dụng truyền thông dùng lưới điện phân phối thông minh, áp dụng cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 Nghiên cứu cấu trúc truyền thông lưới điện thông minh, phân tích nghiên cứu lựa chọn giải pháp truyền thông lưới điện thông minh áp dụng chọ TBA Dịch Vọng 22, bao gồm giải pháp truyền thông TBA giải pháp truyền thông từ TBA Công ty Điện lực Cầu Giấy Xây dựng đề xuất cấu hình thiết bị cấu trúc lưới điện thông minh cho TBA Dịch Vọng 22, giới thiệu thiết bị chức thiết bị Sinh viên thực Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Tác giả xin cảm ơn thầy giáo TS Lê Việt Tiến thầy cô khoa, viện Điện, viện Đào tạo sau đại học, bạn học viên khóa học gi p đỡ tác giả suốt trình học tập trình thực đề tài này! Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tác giả, hồn thành hướng dẫn TS Lê Việt Tiến Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo đ ng quy định Tác giả xin chịu trách nhiệm trước pháp luật đạo đức khoa học lời cam đoan MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tên đề tài cần thiết đề tài Mục tiêu nội dung đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH 1.1 Khái quát chung 1.2 Tổng quan chung SG giới Việt Nam 1.2.1 Giới thiệu lưới điện thông minh 1.2.2 Lưới điện thông minh giới 1.2.3 Lưới điện thông minh Việt Nam 11 CHƢƠNG XÂY DỰNG CẤU TRÚC LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH CHO TRẠM BIẾN ÁP DỊCH VỌNG 22 13 2.1 Các tiêu ch để lưới điện phân phối đạt chuẩn lưới điện thông minh 13 2.1.1 Hiện trạng chung Trạm biến áp lưới phân phối 13 2.1.2 Tiêu chí hệ thống điện phân phối hạ thông minh 14 2.1.3 Các tiêu ch để TBA phân phối hạ đạt chuẩn thông minh 15 2.2 Hiện trạng trạm biến áp Dịch Vọng 22 16 2.3 Phân tích xây dựng cấu tr c lưới điện thông minh cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 17 2.3.1 Lựa chọn tiêu chí cho TBA Dịch vọng 22 đạt chuẩn thông minh 17 2.3.2 Cấu tr c lưới điện thông minh TBA Dịch Vọng 22 18 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG GIẢI PHÁP SỬ DỤNG TRUYỀN THÔNG DÙNG TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÔNG MINH, ÁP DỤNG CHO TRẠM BIẾN ÁP DỊCH VỌNG 22 21 3.1 Nghiên cứu cấu trúc truyền thông lưới điện thông minh, áp dụng cho trạm Dịch Vọng 22 21 3.1.1 Phân tích cấu trúc, thành phần lưới điện thông minh 21 3.1.2 Các công nghệ truyền thơng sử dụng lưới thơng minh 25 3.1.3 Các giao thức truyền thông hệ thống điện 28 3.1.4 Tiêu chuẩn thông tin truyền thông lưới thông minh 33 3.1.5 Nghiên cứu sơ đồ cấu trúc mạng truyền thông cho lưới điện Trạm biến áp Dịch Vọng 22 36 3.2 Nghiên cứu công nghệ truyền thông cáp hữu tuyến PLC, áp dụng cho trạm Dịch Vọng 22 40 3.2.1 Khái niệm truyền tin cáp hữu tuyến 40 3.2.2 Một số đặc điềm truyền tin cáp hữu tuyến – cáp hữu tuyến 40 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền tin cáp hữu tuyến loại CPL 306 (CEGELEC) 42 3.2.4 Cấu tr c công nghệ truyền tin cáp hữu tuyến 44 3.2.5 Giải pháp truyền thông cáp hữu tuyến cho trạm Dịch Vọng 22 47 3.3 Cấu hình hệ thống truyền thơng lưới điện trạm Dịch Vọng 22 48 3.3.1 T nh thiết bị điều khiển hệ thống 48 3.3.2 Giao thức truyền thông ProfiBus DP 48 3.3.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống truyền tin dùng cho lưới điện trạm Dịch Vọng 22 49 3.3.4 Các hàm điều khiển hệ thống truyền thông trạm Dịch Vọng 22 51 3.4 Yêu cầu Hệ thống SCADA điều khiển qua internet cho lưới điện thông minh trạm Dịch Vọng 22 57 3.4.1 Tổng quát chung 57 3.4.2 Hệ thống truyền thông phần mềm kết nối điều khiển qua Internet 57 3.4.3 Các yêu cầu thiết bị, tín hiệu kết nối Smart Grid với bên qua Internet 61 3.4.4 Khả giao tiếp hệ thống điện thông minh với bên qua Internet 65 3.5 Đề xuất cấu hình thiết bị cấu tr c lưới điện thông minh cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 67 3.5.1 Giới thiệu chung 67 3.5.2 Tổng hợp danh mục đề xuất thiết bị 67 3.5.3 Đặc điểm chức thiết bị 70 3.5.4 Đề xuất thiết kế tủ điện 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 Kết luận 77 Kiến nghị 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc chung Hệ thống điện Hình 1.2 Các lĩnh vực Hệ thống điện Hình 1.3 Cấu tr c đơn giản lưới điện thông minh Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý điện trạm biến áp Dịch Vọng 22 16 Hình 2.2 Cấu tr c lưới thông minh trạm biến áp Dịch Vọng 22 20 Hình 3.1 Mơ hình kiến tr c lưới phân phối thơng minh 22 Hình 3.2 Hệ thống pin mặt trời Toshiba (2010) – Advanced Photovoltaic System 23 Hình 3.3 Hệ thống lượng tái tạo dùng lưới điện phân phối thông minh theo chuẩn IEC 23 Hình 3.4 Điều khiển lưới điện phân phối thông minh 24 Hình 3.5 Mơ hình tham chiếu OSI 29 Hình 3.6 So sánh OSI TCP/IP 32 Hình 3.7 Phương pháp Master/Slave 33 Hình 3.8 Các tiêu chuẩn thơng tin liên lạc sử dụng trạm 35 Hình 3.9 Các chuẩn truyền thơng 36 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý TBA Dịch Vọng 22 37 Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc liên kết mạng truyền thông 38 Hình 3.12 Sơ đồ cấu trúc truyền thơng lưới điện trạm Dịch Vọng 22 39 Hình 3.13 Tổng quan thông số kỹ thuật tiêu chuẩn UNB–, NB– BB– PLC 42 Hình 3.14 Nguyên lý truyền tin cáp hữu tuyến 42 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống thơng tin cáp hữu tuyến 43 Hình 3.16 Sơ đồ thiết bị ghép nối 45 Hình 3.17 Kiểu ghép nối pha–đất pha–pha 45 Hình 3.18 Ghép nối liền mạch 46 Hình 3.19 Biều đồ trạng thái thiết bị slave lệnh điều khiển tương ứng 49 Hình 3.20 Chuỗi thơng điệp trao đổi Master Slave 53 Hình 3.21 Cấu trúc hệ thống SCADA cho lưới điện phân phối thơng minh 57 Hình 3.22 Phương thức kết nối qua Internet–DP dụng lưới trạm Dịch Vọng 22 60 Hình 3.23 Bốn lớp trừu tượng hệ thống lưới điện thơng minh 62 Hình 3.24 Cấu trúc hệ thống IoTs 63 Hình 3.25 Cấu hình phân cấp HTĐ thông minh với kết nối Internet 65 Hình 3.26 Mơ hình đơn giản hệ thống xem xét 66 Hình 3.27 Công tơ điện tử PAC3200 70 Hình 3.28 Mơ đun mở rộng chuyển đổi sang Ethernet PROFINET 71 Hình 3.29 SIMATIC DP, Kết nối IM 153–1, cho ET 200M 72 Hình 3.30 SIMATIC S7–300, CPU 313C–2 DP 73 Hình 3.31 Tủ điều khiển trung tâm 74 Hình 3.32 Tủ thiết bị động lực 74 Hình 3.33 Tủ điểu khiển TBA 74 Hình 3.34 Sơ đồ nguyên lý chuyển tải pha 75 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 So sánh công nghệ truyền thơng dùng LĐTM 27 Bảng 3.2 Các hàm điều khiển Master Slave Profibus DP 52 Bảng 3.3 Chú thích Bit header thông điệp 52 Bảng 3.4 Danh mục thiết bị vật tư cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 67 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT HTĐ TBA MBA LĐTM SCADA SG EMS DMS DAS AMR PLC DEG PV IEDs I&C RTU OSI TCP/IP PLC AMR IoTs Hệ thống điện Trạm biến áp Máy biến áp Lưới điện thông minh (Supervisory Control And Data Acquisition) – Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (Smart Grid) – Lưới điện thông minh (Energy Management System) – Hệ thống quản lý lượng (Distribution Management System) – Hệ thống quản lý lưới điện phân phối (Distribution Automatic System) – Hệ thống phân phối tự động (Auto Meter Reading) – Đọc công tơ tự động (Programmable Logic Controller) – Thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) (Distributed Energy Generation) – Sản xuất lượng phân tán (Photovoltaics) – Quang điện (Intelligent Electronic Devices) – Thiết bị điện tử thông minh (Instrumentation and Control) – Đo lường điều khiển (Remote Terminal Unit) – Thiết bị đầu cuối điều khiển từ xa (Open System Interconnection) – Mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống mở (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) – Bộ giao thức truyền thông liên mạng (chồng giao thức) (Power Line Communications or Power Line Carrier) – Truyền thông qua đường dây điện (Automatic Meter Reading) – Tự động đọc công tơ từ xa (Internet of Things) – Mạng lưới vạn vật kết nối Internet 3.4.4 Khả giao tiếp hệ thống điện thơng minh với bên ngồi qua Internet Hình 3.25 thể mơ hình mạng HTĐ thông minh với thiết bị IoTs kết nối với bên ngồi qua Internet Lưới điện ln chia thành ba lớp mạng kiến trúc: lớp mở rộng nhận thức, lớp mạng lớp ứng dụng Hình 3.25 Cấu hình phân cấp HTĐ thơng minh với kết nối Internet Ta xem xét mơ hình kết nối HTĐ thơng minh với bên ngồi qua Internet (Hình 3.26) với thành phần sau: Máy tính trung tâm (máy chủ hệ thống phân phối điện) sử dụng để giám sát liên tục toàn nhu cầu phân phối điện, đề giao tiếp, kết nối với tải từ xa thực ứng dụng phần mềm quản lý lượng Máy t nh kết nối với ch nh đồng hồ kỹ thuật số từ phía với Internet ADSL từ phía bên Internet ADSL, phần xương sống mơ hình Đây phần kết nối quan trọng mơ hình với hàng chục nghìn thuê bao hu dân cư thương mại khu vực Đơn vị điều khiển nhúng (Embedded Control Unit–ECU) lắp đặt ph a người dùng cuối Bộ phận kết nối với đồng hồ kỹ thuật số, modem Internet kiểm soát thiết bị A/C Hình 3.26 minh họa hệ thống đề xuất, khách hàng với thiết bị A/C kết nối với điều khiển trung tâm qua mạng Internet Hệ thống bao gồm máy chủ trung tâm điều khiển từ xa phân phối (khách hàng), thiết bị có giao tiếp trực tiếp với thơng qua Internet Giao thức TCP/IP chọn ứng dụng rộng rãi đơn giản việc truyền liệu kiểm soát mã hóa Máy chủ thuộc sở hữu nhà phân phối điện có địa IP cố định, điều sử dụng tất thiết bị điều khiển từ xa việc gửi liệu đến máy chủ nhận mã kiểm sốt từ 65 Hình 3.26 Mơ hình đơn giản hệ thống xem xét Tại ph a hách hàng, đơn vị điều khiển nh ng (ECU) liên kết với đồng hồ kỹ thuật số thông qua mơi trường giao điện Một tích hợp giao diện mạng Ethernet sử dụng đề kết nối ECU với modem Internet khách hàng Các rơ le sử dụng để khách hàng kiểm soát tải Máy chủ nhà phân phối điện gửi yêu cầu tín hiệu tới ECU mức tiêu thụ điện gần đạt đến giới hạn mà nhà phân phối quy định từ trước Đề đảm bảo tính liên tục thông tin liên lạc, thiết bị điều khiển tử xa truy nhập tới máy chủ trung tâm nhiều lần ngày, việc phân quyền giám sát, điều khiển thực việc cung cấp tài khoản mật cấp độ tương ứng Điều cần thiết để đảm bảo thiết bị điều khiển từ xa sẵn sàng cho việc thông tin liệu để cung cấp địa IP chúng nhiều giữ cố định mà đơi hi thay đồi Khi áp dụng vào lưới Dịch Vọng 22, máy chủ đặt trạm điều khiển trung tâm Cầu Giấy Ta tạo địa IP tĩnh tương ứng để truy nhập vào HTĐ thông minh dạng trang web http Các máy trạm khách hàng truy nhập vào HTĐ thông minh Dịch Vọng từ đâu thơng qua Internet Ngược lại, cịn quan trọng hơn, cán nhân viên điện lực truy cập tác động điều khiển trạm trung tâm từ đâu thông qua mạng Internet Quyền truy cập xử lý thông tin với đối tượng phân quyền cụ thể qua tính chất tài khoản cấp Các thiết bị kết nối HTĐ thơng minh với bên ngồi qua Internet (Internet of Things – IoTs) coi cách mạng thứ ba công nghệ kỹ thuật số sau máy tính Internet Hiện nay, với nhu cầu nguồn lượng dồi bền vững, HTĐ phải địi hỏi u cầu tự động hóa trí thức Điều 66 giải cách tích hợp sâu IoTs vào lưới điện thơng minh 3.5 Đề xuất cấu hình thiết bị cấu trúc lƣới điện thông minh cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 3.5.1 Giới thiệu chung Việc lựa chọn thiết bị phải đạt yêu cầu sau: - Các thiết bị lựa chọn mang t nh đồng bộ, dễ dàng cho việc kết nối; Các thiết bị lựa chọn sử dụng mơi trường cơng nghiệp, có khả chống nhiễu có độ an tồn, ổn định cao; Có khả hệ thống mở, cho phép lập trình thuật tốn điều khiển cách dễ dàng; Thuận tiện, thân thiện dễ dàng cho đơn vị sử dụng; Có giá thành hợp lý, cạnh tranh, thích hợp cho đề tài 3.5.2 Tổng hợp danh mục đề xuất thiết bị Dựa phân tích Chương trạng TBA Dịch Vọng 22, đề tài đưa đề xuất thiết bị vật liệu áp dụng cho TBA Dịch Vọng 22 để thực cải tạo trạm Bảng 3.4: Bảng 3.4 Danh mục thiết bị vật tư cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 TT I I.1 Thiết bị Màn hình LCD 22” Máy in Laser A4 Card ết nối máy t nh với mạng Profibus DP Bộ UPS VA, Online I.2 Tủ điều khiển trung tâm Tủ điện điều hiển nguồn Xuất xứ SL Bộ ASIA Chiếc ASIA Bộ ASIA Chiếc Siemens Bộ ASIA Chiếc VN Chiếc Siemens Chiếc Siemens Chiếc Emic Chiếc LG Chiếc LG Phòng điều khiển Máy t nh đồng DELL + Chuột + Bàn ph m ĐVT CÔNG TY ĐL CẦU GIẤY Mã hiệu Công tơ điện tử loại PAC3200, hình LCD Card ết nối cho phep PAC ết nối mạng Profibus DP 6GK1562–3AA00 7KM2112– 0BA00–3AA0 7KM9300– 0AB00–0AQA Biến dịng điện BI 250/5 Áptơmát pha 250 A cho hai nguồn lưới Động đóng cắt cho Áptơmát 250A TS250N 3P MOP2 FTU250 67 TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Thiết bị Tiếp điểm phụ+báo lỗi cho Áptômát 250A Áptômát pha 32 A cho nguồn Diesel Động đóng cắt cho Áptômát 32A Tiếp điểm phụ+báo lỗi cho Áptômát 32A Áptômát cho pin mặt trời 20A, pha Contactor, cuộn h t 230VAC,4kW Khoá liên động h cho Contactor Dây liên động h cho Contactor Bộ PLC S7–300, CPU313– 2DP t ch hợp sẵn cổng Profibus DP có sẵn 16DI/16DO Thẻ nhớ 128 B Bộ nguồn 24VDC/5A, điện áp cấp: 230VAC Thanh gài thiết bị cho PLC Mô đun, 480mm Cầu đấu cho Mô đun vào loại 40 chân 22 II TỦ PHÂN TÁN TBA Tủ điện trời cho TBA Cơng tơ điện tử loại PAC3200, hình LCD Card ết nối cho phép PAC3200 ết nối tới mạng Profibus DP Biến dòng điện BI 1600/5 Biến dòng điện BI 400/5 Áptômát pha 1600A phụ iện cho phép đóng cắt từ xa, dịng cắt 70 A ĐVT Xuất xứ SL Chiếc LG TD100N FTU1003P Chiếc LG MOP2 Chiếc LG Chiếc LG ABN53c 20A Chiếc LG MC–9b Chiếc LG Chiếc LG Chiếc LG 6ES7313–6CG04– 0AB0 Chiếc Siemens 6ES7953–8LG30– 0AQA0 6ES7307–1EA01– 0AA0 6ES7390–1AE80– 0AA0 6ES7392–1AM00– 0AA0 Chiếc Siemens Chiếc Siemens Chiếc Siemens Chiếc Siemens Bộ ASIA Bộ Idec 16 Gói VN Chiếc VN 7KM2112– 0BA00–3AA0 Chiếc Siemens 7KM9300– 0AB00–0AQA Chiếc Siemens Chiếc Emic Chiếc Emic 12 Bộ Schneider Bộ UPS kVA, online Rơ le trung gian 4ND0/4NC, cuộn h t 24VDC Vật tư đấu tủ 21 Mã hiệu 68 TT 10 11 12 13 14 15 Thiết bị Mã hiệu Áptômát pha 400A, có sẵn động cắt, cho phép đóng cắt từ xa, dòng cắt 50 A Contactor W, cuộn h t 230VAC cho điều hiển tụ bù Tụ bù VAr, pha Bộ nguồn 24VDC/5A, điện áp cấp 239 VAC Thanh già thiết bị cho PLC Mô đun, 480mm Cầu đấu cho Mô đun vào ra, loại 40 chân Mô đun quản lý phân tán ET200M Mô đun đầu vào số SM321, 32DI/24VDC Mô đun đầu số SM322– 32DO/24VDC 6ES7307–1EA01– 0AA0 6ES7390–1AE80– 0AA0 6ES7392–1AM00– 0AA0 6ES7153–1AA03– 0XB0 6ES7321–1BL00– 0AA0 6ES7322–1BL00– 0AA0 ĐVT Xuất xứ SL Bộ Schneider Chiếc LG 12 Chiếc Aene 12 Bộ Siemens Chiếc Siemens Chiếc Siemens Chiếc Siemens Chiếc Siemens Chiếc Siemens 16 Bộ UPS VA, online Bộ ASIA 17 Rơ le trung gian 4N0/4NC, cuộn h t 24 VDC Bộ Idec 32 18 Thanh đồng Kg ASIA 75 19 Vật tư đấu tủ Gói VN Chiếc VN 7KM9300– 0BA00–3AA0 Chiếc Siemens 7KM9300– 0AB00–0AQA Chiếc Siemens III TỦ PHỤ TẢI ĐƢỜNG DÂY Tủ điện ngồi trời Cơng tơ điện tử loại PAC3200, hình LCD Card ết nối cho phép PAC3200 ết nối tới mạng Profibus DP Biến dòng điện BI 100/5 Chiếc Emic Triac loại 100A Chiếc Carlo Chiếc LG Chiếc LG Chiếc LG Bộ Schneider Contactor 100, cuộn h t 230VAC Khóa liên động h cho Contactor Dây liên động h cho Contactor Áptômát pha 160A phụ iện cho cho đóng cắt từ xa, dịng cắt 50 A 69 Thiết bị Mã hiệu ĐVT Xuất xứ SL 6ES7307–1EA01– 0AA0 6ES7390–1AE80– 0AA0 6ES7392–1AJ00– 0AA0 6ES7392–1AM00– 0AA0 6ES7153–1AA03– 0XB0 6ES7321–1BL00– 0AA0 6ES77321– 1BL00–0AA0 Bộ Siemens Chiếc Siemens Chiếc Siemens Chiếc Siemens Chiếc Siemens Chiếc Siemens Chiếc Siemens Bộ Gói ASIA VN 2 Bộ Idec 32 20 21 Bộ nguồn 24VDC/5A, điện áp cấp 239 VAC Thanh già thiết bị cho PLC Mô đun, 480mm Cầu đấu cho Mô đun vào ra, loại 20 chân Cầu đấu cho Mô đun đầu vào loại 40 chân Mô đun quản lý phân tán ET200M Mô đun đầu vào số SM321, 32DI/24VDC Mô đun đầu số SM322– 32DO/24VDC Bộ UPS VA, online Vật tư đấu tủ Rơ le trung gian 4N0/4NC, cuộn h t 24 VDC Cáp động lực 2x25 mm2 Dây điều hiển 10x1 mm2 Mét Mét VN VN 24 120 IV PHẦN MẠNG PROFIBUS TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Rắc cắm cho Profibus DP 6ES7972–BA12– 0XA0 Chiếc Siemens 15 Cáp Profibus DP 6XV183– 0EH10 Mét Siemens 600 Bộ lặp cho mạng Profibus DP 6ES7972–0AA02– 0XA0 Bộ Siemens 3.5.3 Đặc điểm chức thiết bị 3.5.3.1 Cơng tơ điện tử PAC3200 SENTRON PAC3200 thiết bị đo lường lượng để hiển thị tất thơng số hệ thống có liên quan hệ thống phân phối điện hạ Thiết bị có khả đo pha, hai pha ba pha sử dụng hệ thống hai dây, ba dây, bốn dây, TN, TT IT Hình 3.27 Cơng tơ điện tử PAC3200 70 Nhờ thiết kế nhỏ gọn với ch thước 96x96 mm, nên thay lý tưởng cho tất thiết bị báo analog thông thường Nhờ dải điện áp đo lớn, SENTRON PAC3200 với dải nguồn điện lớn kết nối trực tiếp HTĐ hạ có điện áp hệ thống đến 690 V (tối đa 600 V UL) Điện áp cao đo cách sử dụng máy biến điện áp Để đo dịng điện, sử dụng máy biến dòng x/1 A x/5 A Màn hình LCD hiển thị lớn đọc số liệu từ xa SENTRON PAC3200 có đèn điều chỉnh theo nấc sáng để đọc tối ưu điều kiện ánh sáng Sự kết hợp bốn phím chức với hình văn đa ngơn ngữ giúp người dùng thao tác dễ dàng Người vận hành có kinh nghiệm sử dụng điều hướng trực tiếp để lựa chọn nhanh menu hiển thị mong muốn SENTRON PAC3200 có loạt chức giám sát, chẩn đốn dịch vụ hữu ích, đếm lượng hữu công lượng vô công hai mức, đếm đa đếm làm việc để theo dõi thời gian chạy tải kết nối Giao diện Ethernet tích hợp mơ đun giao diện có sẵn tùy chọn sử dụng để liên lạc Ngoài ra, SENTRON PAC3200 có đầu vào kỹ thuật số đầu kỹ thuật số đa chức Các thơng số đặt trực tiếp thiết bị thông qua giao diện truyền thơng Bảo vệ mật tích hợp thông qua mặt trước thiết bị để bảo vệ chống truy cập trái phép Các vị trí lắp đặt: 01 tổng hạ A1; 04 Áptômát nhánh A1.1, A1.2, A1.3, A1.4; 04 rẽ nhánh bốn phụ tải đường dây chọn; 02 Công ty Điện lực Cầu Giấy Đề tài lựa chọn truyền thông Profibus DP sử dụng thiết bị điều khiển PLC S7–300 hãng SIEMENS, để đồng chọn công tơ điện tử PAC3200 hãng Siemens 3.5.3.2 Card kết nối PAC3200 với mạng Profibus DP Để thuận lợi cho việc truyền tải tín hiệu thơng qua mạng truyền thơng Profibus DP, Siemens thiết kế sẵn thiết bị ngoại vi, cho phép PAC3200 làm việc cách hiệu với chuẩn truyền thông công nghiệp Profibus DP (ở sử dụng RS485) Hình 3.28 Mơ đun mở rộng chuyển đổi sang Ethernet PROFINET 71 3.5.3.3 Áptơmát đóng cắt điều khiển từ xa Các vị trí: Thay 01 Aptomát tổng ba pha A1–loại 1600A, 04 Áptômát nhánh ba pha loại 400A A1.1, A1.2, A1.3, A1.4; Bổ sung 04 Áptômát rẽ nhánh ba pha loại 160A, 01 Áptơmát ba pha loại 250A điều khiển đóng cắt nguồn lưới cấp điện cho Công ty, 01 Áptômát 32A phục vụ điều khiển nguồn Diesel, 01 Áptômát 20A phục vụ điều khiển nguồn pin mặt trời Các Áptômát lắp mơ tơ đóng cắt hệ thống điều khiển để đóng cắt chúng từ xa từ trung tâm điều khiển Các Áptơmát cịn trang bị tiếp điểm báo trạng thái đóng cắt, tiếp điểm báo lỗi để báo PLC để hiển thị hình giao diện điều khiển 3.5.3.4 Các mơ đun quản lý phân tán Trong trường cự ly từ 100 mét trở lên, mạng truyền thông profibus yêu cầu cần phải có lặp cho mạng Do đó, việc gom thiết bị trường gần lại với nhau, sau đó, thơng qua thiết bị quản lý trung gian, có vai trị lặp tín hiệu cho mạng giải pháp cần thiết Đề tài chọn mô đun quản lý phân tán ET200 hãng Siemens Hình 3.29 SIMATIC DP, Kết nối IM 153–1, cho ET 200M SIMATIC ET 200M mô đun trạm I/O cho tủ điều khiển với ứng dụng kênh mật độ cao cho SIMATIC S7–300 Hệ thống ET 200M sử dụng cho ứng dụng tiêu chuẩn hơng an tồn Trong gia đình ET 200, ET 200M dịng hệ thống I/O phân tán cho ứng dụng điều khiển q trình với SIMATIC PCS Nó cung cấp loạt mô đun I/O thiết kế S7–300, bao gồm chức điều khiển trình đặc biệt 3.5.3.5 Thiết bị giám sát trung tâm điều khiển Việc giám sát điều khiển thực thông qua vi xử lý PLC S7– 300 CPU 313C–2DPcủa hãng Siemens SIMATIC S7–300, CPU 313C–2 DP CPU nhỏ gọn với MPI, 16DI/16DO, đếm tốc độ cao (30 kHz), giao diện tích hợp DP, Bộ nguồn tích hợp 24 VDC, nhớ làm việc 128 KB, Kết nối phía trước (1x40–cực) yêu cầu thẻ nhớ Micro 72 Hình 3.30 SIMATIC S7–300, CPU 313C–2 DP Thiết bị PLC nhận tín hiệu đo lường thơng qua mạng Profibus cầu đấu nối cho thiết bị vào Bộ vi xử lý trung tâm dự phịng nóng nguồn điện dự phịng UPS, nhằm đảm bảo cho vận hành liên tục hệ thống, hệ thống lưới điện bên ngồi điện tạm thời q trình chuyển mạch Giữa vi xử lý PLC máy t nh điều khiển trung tâm, kết nối với thông qua card truyền thông 3.5.4 Đề xuất thiết kế tủ điện 3.5.4.1 Phòng điều khiển: Phòng điều khiển đặt Công ty Điện lực Cầu Giấy bao gồm thiết bị: 01bộ máy t nh, 04 mô đun nguồn, 01 mô đun PLC S7–300 CPU 313C–2DP, 03 mô đun ET200M, 01 mô đun vào (in) số 16 DI, 02 mô đun vào (in) số 32 DI, 01 mô đun (out) số 8DO, 02 mô đun số (out) 16 DO, 10 mô đun PAC3200 Nối mạng: Các thiết bị hệ thống kế nối với PLC thông qua mạng Profibus DP PLC nối với máy tính thơng qua mạng MPI 3.5.4.2 Tủ điều khiển trung tâm: Tủ điều khiển trung tâm để điều khiển thay đổi nguồn cấp cho Công ty Điện lực Cầu Giấy (nguồn lưới từ TBA Dịch Vọng 22, nguồn lưới từ TBA Cầu Giấy 8, máy phát diesel, pin mặt trời), xem Hình 3.31 Thiết bị: Máy biến dịng 250/5A, Bộ giám sát điện PAC3200, Áptômát 250A thiết bị phụ trợ để điều khiển đóng cắt từ xa, Card kết nối cho phép PAC kết nối mạng Profibus DP, rơ le trung gian (xem Bảng 3.4 phần Tủ điều khiển trung tâm) 3.5.4.3 Các tủ trạm biến áp Dịch Vọng 22: Các tủ TBA Dịch Vọng 22, mà thiết bị thể Bảng 3.4 (phần Tủ phân tán trạm biến áp) Các thiết bị bao gồm thiết bị động lực thiết bị điều khiển Ch ng bố trí hai tủ: Tủ điện động lực Tủ điện điều khiển phân tán Tủ điện động lực có 03 ngăn: 73 Hai ngăn ph a trên: ngăn bên trái đặt Áptômát tổng A1 loại pha – 1600A, ngăn lại bên phải đặt đồng hồ đo vôn mét, ampe mét, giám sát điện PAC3200 lắp công tơ dùng; Ngăn ph a dưới: đặt 04 Áptômát nhánh A1.1, A1.2, A1.3, A1.4 loại pha–400A với góp cáp động lực Tủ thiết bị điện chế tạo trọn bộ, lắp đặt tháo toàn tủ cũ áp tủ vào, xem Hình 3.32) Tủ điều khiển, bao gồm: Card kết nối cho phép PAC3200 kếtnối tới mạng Profibus DP, Bộ nguồn 24VDC/5A, điện áp cấp 239 VAC, Thanh giá thiết bị cho PLC mô đun, Cầu đấu cho mô đun vào ra, loại 40 chân, mô đun quản lý phân tán ET200M, mô đun đầu vào số SM321–32DI/24VDC, mô đun đầu vào số SM321–32DI/24VDC, mô đun đầu vào số SM321–32DI/24VDC, mô đun đầu số SM322–32DO/24VDC, Bộ UPS VA, online, Rơ le trung gian 4NO/4NC, cuộn hút 24 VDC, Contactor kW, cuộn h t 230VAC cho điều khiển tụ bù Hình 3.31 Tủ điều khiển trung tâm Hình 3.32 Tủ thiết bị động lực Hình 3.33 Tủ điểu khiển TBA Bộ tụ bù gồm 12x5kVAR = 60 kVAR (tụ ba pha kVAR) có 12 nấc bù, nấc 5kVAR Các tụ bù đặt ph a đáy tủ điều khiển TBA (Hình 3.33) 3.5.4.4 Các tủ phụ tải đường dây Thiết bị cho phụ tải đường dây bao gồm: 01 Áptômát rẽ nhánh 160A, 01 chuyển phụ tải pha thiết bị phụ trợ điều khiển Có 04 tủ phụ tải đường dây thuộc hai xuất tuyến sau Áptômát 1.2, đặt cột 4, cột 5, cột 7, cột Bộ chuyển phụ tải pha bao gồm 02 tiếp điểm, 02 Triac loại 100A thiết bị phụ trợ khác Hình 3.34 giới thiệu sơ đồ nguyên lý chuyển tải pha, 02 lộ 02 lộ Các chuyển phụ tải pha phục vụ cho cân đối giá trị dịng pha đầu Áptơmát A1.2 74 Hình 3.34 Sơ đồ nguyên lý chuyển tải pha Thao tác chuyển phụ tải pha sau (v dụ chuyển từ A sang B): - Bước 1: Đóng Triac pha A; Bước 2: Sau 5s mở tiếp điểm pha A nhờ Contactor, phụ tải pha A cấp điện qua Triac pha A; Bước 3: Mở Triac pha A, đóng Triac pha B (chiếm khoảng 10ms), phụ tải cấp điện từ pha B qua Triac pha B; Bước 4: Sau 5s đóng tiếp điểm pha B nhờ Contactor, mở Triac pha B, phụ tải cấp điện từ pha B qua tiếp điểm 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Các vấn đề nghiên cứu đề tài: • Những vấn đề chung lưới điện thông minh, trạng áp dụng lưới điện thông minh giới Việt Nam; • Phân tích xây dựng cấu tr c lưới điện thơng minh Việt Nam nói chung đề xuất cấu trúc cho trạm biến áp Dịch Vọng 22; • Nghiên cứu, xây dựng giải pháp sử dụng truyền thông dùng lưới điện phân phối thông minh, áp dụng cho trạm biến áp Dịch Vọng 22; Nghiên cứu cấu trúc truyền thông lưới điện thơng minh, cơng nghệ truyền thơng áp dụng lưới thông minh, giao thức truyền thông tiêu chuẩn truyền thông nay, đề xuất áp dụng cấu trúc mạng truyền thông trạm biến áp Dịch Vọng 22; - Nghiên cứu công nghệ truyền thông cáp hữu tuyến PLC hay cịn gọi truyền thơng đường dây điện sử dụng lưới truyền tải, phân t ch ưu nhược điểm áp dụng lưới phân phối hạn chế Đề xuất sử dụng truyền thông hữu tuyến cáp Profibus DP cự ly gần, cải tạo nâng cấp lên thành truyền thông cáp quang cự ly tương đối xa - Nghiên cứu cấu hình, nguyên lý hoạt động, hàm điều khiển mạng truyền thông Profibus DP cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 - Mở rộng nghiên cứu yêu cầu hệ thống SCADA yêu cầu điều khiển trạm biến áp Dịch Vọng 22 thông qua mạng truyền thông Profibus DP thông qua mạng Internet (IoTs); - Đề xuất, xây dựng cấu hình thiết bị ch nh để cải tạo trạm biến áp Dịch Vọng 22 theo hướng thông minh Như định nghĩa cách tổng quát nhất, lưới điện thông minh lưới điện bao gồm hai hệ thống là: Hệ thống điện thông thường Hệ thống thông tin, truyền thông, đo lường Chính vậy, việc thực đề tài nghiên cứu cấu trúc truyền thông cho lưới điện phân phối thông minh, xây dựng hệ thống truyền thông cho lưới điện phân phối khu vực tập trung nghiên cứu phần quan trọng trình xây dựng trạm phân phối thơng cải tạo trạm phân phối cổ điển trước trở thành trạm phân phối thông minh Bước đầu nghiên cứu áp dụng chức lưới điện thông minh cho trạm biến áp 22/0,4kV - Kiến nghị Nguồn lượng ch nh mà loài người sử dụng Điện Khơng có điện, khơng thể phát triển công nghệ hay khoa học Mặc dù vậy, có nhiều vấn đề liên quan tới hiệu sử dụng lưới điện gây thất khan điện tương lai Các nguồn lượng tái tạo đòi hỏi phải ứng dụng cách thức hiệu tối ưu Bởi thế, để khai thác 77 sử dụng lưới điện cách hiệu hơn, cần phải phát triển lưới điện thông minh tồn giới Lưới điện thơng minh chìa khóa giúp vận hành lưới điện hiệu quả, tiết kiệm chi ph cho người sử dụng giúp công ty khai thác điện quản lý phân phối điện ch nh xác phù hợp 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] "European SMART GRID Technology Platform – Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networ s of the future, EUROPEAN COMMISSION, Community research," 2006 [2] "Đề án : Lộ trình phát triển lưới điện thơng minh (SMART GRID) Việt Nam, Bộ Công Thương – Cục Điều Tiết Điện Lực," 03/2012 [3] "The Smart Grid – An Introduction, Department of Energy (DOE) – America" [4] "Energy Independence and Security Act of 2007, Department of Energy (DOE) – America," 2007 [5] "IEC Smart Grid Standardization Roadmap, SMB Smart Grid Strategic Group (SG3), Edition 1.0," 06/2010 [6] "APPENDIX A PG&E’s Smart Grid Deployment Plan, CALIFORNIA PUBLIC UTILITIES COMMISSION," 06/2011 [7] "Smart Grid projects in Europe: Lessons learned and current developments" [8] "Implementation of Accelerated Power Development and Reforms Programme (APDRP)" [9] "Cooperation of research and development activities in Smart Grid project Institute of Energy Technology, Aalborg University" [10] "U.S Department of Energy- Office of Electricity Delivery and Energy Reliability, Demand Dispatch-Intelligent Demand for a More Efficient Grid," 10/08/2011 [11] "Development of a Distributed intelligent Load Controller, project Higligt No20, Dispower," 2005 [12] "Control of Distributed Generation System - Part II: Load Sharing Control, IEEE TRANSACTION ON POWER ELECTRONICS, VOL 19,N0 6," 11/2004 [13] "Autocorrelation-Driven Load Control in Distributed Systems, IEEE" [14] "Optimal Residential Load Control with Price Prediction in Real-Time Electricity Princing Environments, IEEE," 2009 [15] "Direct Load Control in Distribution Networks- Applicatiopn for Air Conditioners, Tran Quoc Tuan, IDEA,Key speaker- Session 5-REEC," 2009 [16] "Smart grid power system control in distributed generation environment, Pertti Jarventausta, Sami Repo, Antti Rautiainen, Jarmo Partanen" [17] "Smart Grid - The furture Distribution Network, MohaMED a El-Sharkawi, 79 Departmen et Electrical Engineering, University of Washington," 2008 [18] "Residential Load Control Control: Distributed Scheduling and Convergence With Lost AMIMessages, Nikolaos Gatsis, Georgion B Gianmakis, IEEE TRANSACTION ON SMART GRID, VOL 3, N0," 2012 [19] "Improving short-term load forcast accuracy by utilizing smart metering, Perti VALTONEN, Semuli HONKAPURO, jarmo PARTANEN- CRED workshop - Lyon," 06/2010 [20] "Intelligent distributed load control, Fredrik Wemstems and Christian Johansson- The 11th International Symposium on District Heating and Cooling, Reykjavik, ICELAND," 02/2008 80 ... trúc lưới điện thơng minh cho TBA Dịch Vọng 22 Chƣơng 3: Nghiên cứu, xây dựng giải pháp sử dụng truyền thông dùng lưới điện phân phối thông minh, áp dụng cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 Nghiên cứu. .. TBA Dịch Vọng 22 Chƣơng 3: Nghiên cứu, xây dựng giải pháp sử dụng truyền thông dùng lưới điện phân phối thông minh, áp dụng cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 Nghiên cứu cấu trúc truyền thông lưới điện. .. trúc lưới thơng minh trạm biến áp Dịch Vọng 22 20 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG GIẢI PHÁP SỬ DỤNG TRUYỀN THÔNG DÙNG TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÔNG MINH, ÁP DỤNG CHO TRẠM BIẾN ÁP DỊCH VỌNG 22 3.1 Nghiên