Nghiên cứu về việc xây dựng hệ thống giám sát diện rộng cho hệ thống điện Việt Nam

Bài viết nghiên cứu những hệ thống bảo vệ diện rộng đã có trên thế giới, phân tích những điều kiện kỹ thuật của Hệ thống điện Việt Nam. Từ đó đề xuất ra hệ thống giám sát diện rộng cho Hệ thống điện Việt Nam dựa trên điều kiện hiện có của hệ thống điện Việt Nam, đề xuất những nghiên cứu trong thời gian tới để có thể xây dựng được hệ thống.

122 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 NGHIÊN CỨU VỀ VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT DIỆN RỘNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Nguyễn Quang Việt Phó Trưởng Ban KHCN & MT - EVN Tóm tắt – Đối với hệ thống điện giới, việc bảo vệ hệ thống khỏi cố điện diện rộng tốn khó cần có nghiên cứu đầu tư lớn Bài báo cáo trình bày tổng quan cần thiết Hệ thống bảo vệ diện rộng hệ thống điện, đưa giải pháp cơng nghệ dựa thiết bị PMU Tiếp đó, báo nghiên cứu hệ thống bảo vệ diện rộng có giới, phân tích điều kiện kỹ thuật Hệ thống điện Việt Nam Từ đề xuất hệ thống giám sát diện rộng cho Hệ thống điện Việt Nam dựa điều kiện có hệ thống điện Việt Nam, đề xuất nghiên cứu thời gian tới để xây dựng hệ thống TÍNH THỜI SỰ CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Thực tế trình vận hành HTĐ Việt Nam giới cho thấy, chế độ vận hành HTĐ tính tốn phân tích kỹ lưỡng q trình lập quy hoạch, báo cáo khả thi, thiết kế kỹ thuật; lập kế hoạch xây dựng cho phương thức vận hành hệ thống, cố diện rộng gây thiệt hại lớn Trong năm gần đây, cố diện rộng quy mơ lớn giới kể đến:  Sự cố rã lưới khu vực Đông Bắc nước Mỹ, ngày 14 tháng năm 2003 [1] Sự cố làm số khu vực bị điện thời gian lên tới 72 h  Sự cố rã lưới Italy ngày 29 tháng năm 2003 Do hệ thống sa thải phụ tải không hoạt động hiệu quả, dẫn đến sụp đổ điện tồn nước Italy với tổng cơng suất tải 27 GW [2]  Sự cố rã lưới ngày 31 tháng 07 năm 2012 Ấn Độ [3] Ước tính khoảng 600 triệu người bị ảnh hưởng cố Ở Việt Nam cố điện diện rộng gần diễn gây điện lan tràn thời gian kéo dài, điển hình như:  Ngày 26/4/2013 cố nhảy mạch ĐZ 500 kV Hà Tĩnh - Đà Nẵng 1000 MW, gây liên kết hệ thống Bắc - Nam;  Ngày 22/05/2013, cố đường dây Di Linh - Tân Định dẫn đến điện diện rộng tồn tỉnh phía Nam BÁO CÁO CHUNG | 123 Hình 1: Diễn biến điện áp nút quan trọng trước ngày diễn cố 14-8-2003 Bắc Mỹ [1] Vào ngày 14-8, điện áp nút quan sát thời điểm trước xảy rã lưới thấp điện áp ngày trước khơng đáng kể, người vận hành khơng cảm nhận mức độ nguy hiểm tình trạng làm việc hệ thống Cho đến nay, chế cố diện rộng hiểu biết tương đối rõ ràng Về bản, cố diện rộng xuất phát từ tình trạng làm việc nặng tải hệ thống, kèm theo cố phần tử quan trọng dẫn đến ổn định thơng số vận hành Kéo theo đó, rơ le bảo vệ tác động hàng loạt, dẫn đến điện diện rộng rã lưới Mặc dù chế cố hiểu rõ, việc ngăn ngừa chúng trở thành toán phức tạp Các phân tích cố hệ thống điện năm qua giới nhận diện khó khăn việc vận hành hệ thống đại sau:  Mức độ phức tạp toán vận hành hệ thống điện ngày tăng kích thước hệ thống điện khơng ngừng thay đổi tăng trưởng, đặc biệt nước phát triển Việt Nam: Độ tin cậy toàn hệ thống phụ thuộc chặt chẽ vào độ tin cậy làm việc phối hợp nhiều phần tử hệ thống, từ khâu phát điện, truyền tải, tiêu thụ, hệ thống điều khiển bảo vệ Sẽ khó để xem xét hết kịch cố xảy đến hệ thống điện lớn, số lượng kịch lớn, địi hỏi khối lượng tính tốn lớn, hệ thống sở liệu HTĐ ln xác cập nhật  Việc chuyển chế vận hành HTĐ từ chế độc quyền sang chế phát điện cạnh tranh mua điện cạnh tranh tạo thay đổi lớn công tác vận hành Do chiến lược chào giá người tham gia thị trường điện, mức huy động công suất nhà máy chế độ vận hành có nhiều biến động trước 124 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017  Sự có mặt ngày nhiều nguồn lượng tái tạo tạo nên khó khăn kỹ thuật cho việc vận hành lưới Mặc dù nguồn lượng sạch, lượng tái tạo có đặc điểm bất định, gây khó khăn cho cơng tác quy hoạch ngắn hạn dài hạn lưới Các nguồn lượng đặt vấn đề kỹ thuật phối hợp vận hành bảo vệ  Do thơng số hệ thống có nhiều biến động, người vận hành hệ thống đối mặt với tốn vận hành khó khăn phức tạp Tuy nhiên họ khơng có đủ thơng tin, cơng cụ phân tích cần thiết, nội dung huấn luyện xử lý cố để tăng cường khả xử lý tình huống, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện Hiện trạng thực tế nêu dẫn đến nhu cầu cấp thiết cần “tăng cường khả quan sát đánh giá nhanh trạng thái làm việc HTĐ thời gian thực, từ đưa cảnh báo, định điều chỉnh điều khiển phù hợp nhằm giải trừ nguy xảy cố lớn HTĐ” Để thực yêu cầu trên, cần có hệ thống đo lường giám sát hệ thống điện diện rộng, kết hợp với cơng cụ tính tốn phù hợp để đánh giá trạng thái làm việc HTĐ thời gian thực GIẢI PHÁP VỀ CÔNG NGHỆ - THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG ĐỒNG BỘ GÓC PHA PMU VÀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT DIỆN RỘNG Một nguyên nhân dẫn đến cố rã lưới hệ thống đo lường giám sát không cung cấp đầy đủ thơng tin cập nhật xác tình trạng lưới điện [4] Trong năm gần đây, công nghệ đo lường đồng góc pha (synchrophasor measurement) ngày hoàn thiện phát triển, hứa hẹn đem lại bước tiến việc giám sát đánh giá trạng thái hệ thống Thành phần hệ thống đo lường góc pha thiết bị đo góc pha đồng (PMU Phasor Measurement Unit) Hình 2: Biên độ góc pha tín hiệu điều hòa Nguyên lý thiết bị PMU minh họa Hình Các thiết bị PMU sử dụng thời gian chuẩn dựa đồng hồ vệ tinh, qua cho phép tín hiệu vị trí khác hệ thống đo mốc thời gian Độ xác mốc thời gian đạt tới s, qua cho phép so sánh góc pha điểm khác hệ thống điện Việc xác định góc pha tương đối nút hệ thống mang lại nhiều ứng dụng cho phân tích hệ thống điện BÁO CÁO CHUNG | 125 thời gian thực Độ chênh lệch góc pha nút đặc trưng cho trào lưu công suất truyền tải chúng thông tin quan trọng cho phép đánh giá mức độ ổn định hệ thống điện Bên cạnh đó, tín hiệu thu thập từ PMU (khoảng 30 - 60 mẫu/s) có thời gian cập nhật nhanh nhiều so với tín hiệu SCADA (1 mẫu/2 – s) Bên cạnh đó, đồng hồ GPS cịn đồng thời gian với máy tính, với hệ thống ghi âm, hệ thống tổng đài để đảm bảo thời gian điều hành lưới điện, thao tác đóng cắt, q trình lưu trữ liệu, hoàn toàn thống xác Các đồng hồ GPS cho phép đồng thời gian với cấp xác lên tới nano giây (ví dụ sản phẩm hãng SEL: SEL-2401, SEL-2404, SEL-2407 cấp xác đạt 100 ns) Hình 3: Phương thức đấu nối PMU trạm điện Hình 4: Sơ đồ chung hệ thống giám sát diện rộng dựa tảng thiết bị PMU 126 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Tín hiệu đo lường cấp cho PMU dòng điện, điện áp điểm nút quan trọng hệ thống (các nhà máy điện, trạm biến áp quan trọng) Sơ đồ đấu nối thiết bị PMU thể Hình Đầu vào PMU tín hiệu gửi đến từ biến dòng điện biến điện áp đặt ngăn lộ trạm đường dây Dựa tảng cơng nghệ đo đồng góc pha PMU, hệ hệ thống giám sát lưới điện phát triển mạnh mẽ Sơ đồ cấu trúc hệ thống giám sát diện rộng (WAMS - Wide Area Monitoring System) minh họa Hình Các tín hiệu đo lường đồng từ PMU gửi đến trung tâm điều độ thông qua kênh thông tin liên lạc Dữ liệu véc tơ đồng thu thập (gom) thiết bị PDC, từ tạo liệu đầu vào cho phần mềm ứng dụng giám sát hệ thống diện rộng Bộ tập trung liệu pha (PDC – Phasor Data Concentrator) PDC ứng dụng phần mềm chạy máy tính (PC, Laptop Server,…), thường đặt trung tâm điều khiển trạm, nhà máy khu vực Bộ PDC có khả năng:  Nhận đồng liệu đo từ nhiều PMU;  Xử lý gửi liệu tới ứng dụng phần mềm hệ thống điện;  Trao đổi liệu với PDC khác nhiều khu vực khác nhau;  Lưu trữ liệu nhiều định dạng sở liệu khác (như PI, SQL, CSV, );  Hỗ trợ hầu hết giao thức tiêu chuẩn (như IEEE 1344, IEEE C37.118) giao thức thông dụng (như 61850‐9‐5, SEL Fast Messaging, Gateway Transport; ODBC,…) tầng thông tin liên lạc (Communication) Cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc thành phần quan trọng hệ thống điện nói chung Đối với hệ thống WAMS, thông tin liên lạc sử dụng để kết nối truyền liệu PMU với PDC, PDCvới thành phần khác hệ thống giám sát WAMS (bao gồm ứng dụng người dùng) Mạng truyền tin phổ biến hệ thống WAMS mạng diện rộng chuyên dụng (WAN - Wide Area Network) hệ thống truyền liệu đáp ứng yêu cầu mộ hệ thống WAMS như: khả truyền liệu đồng pha, tính sẵn sàng bảo mật hệ thống,… Hiện phương thức kết nối PMU với PDC thường hay sử dụng kết nối thơng qua Modem/Serial sử dụng mạng LAN/Ethernet (với giao thức tiêu chuẩn TCP/IP UDP) để kết nối Kết nối PDC với PDC với ứng dụng khác thường hay sử dụng kết nối thông qua Internet, VPN, Intranet, GPRS/3G,… BÁO CÁO CHUNG | 127 Lưu trữ liệu (Storage/History) Là hệ thống có khả lưu trữ đa dạng nhiều loại liệu: liệu đồng pha đo từ PMU, liệu tính tốn từ phần mềm ứng dụng, liệu đo từ hệ thống CADA,… Việc lưu trữ liệu quan trọng, sở cho q trình khai thác phân tích sau vận hành post real-time), công tác phân tích sau cố Hệ thống sở liệu tích hợp PDC đứng độc lập Ngày có nhiều hệ sở liệu đáp ứng cho mơ hình WAMS như: hệ sở liệu PI, SQL Server, Oracle,… Có thể nói, lưu trữ liệu yêu cầu cấp thiết quản lý vận hành hệ thống điện Đặc biệt liệu đồng pha có chu kỳ lấy mẫu cao (từ 30 đến 120 mẫu/giây), lượng liệu đo từ PMU tạo lớn tích lũy dần theo thời gian trung tâm điều khiển cần phải có hệ sở liệu có khả lưu trữ tồn lượng liệu khổng lồ phải đảm bảo tính bảo mật khả truy xuất liệu phải linh hoạt Hiện nay, hệ sở liệu PI công ty OSIsoft Mỹ phát triển, hồn tồn đáp ứng u cầu Theo tính toán chuyên gia giới khối lượng liệu đo từ PMU: với hệ thống lắp đặt 42 PMU, PMU đo khoảng 19 tín hiệu, chu kỳ lấy mẫu 30 mẫu/giây, tạo khoảng 19 GB liệu/1 ngày Ứng dụng (Application/HMI) Tùy thuộc vào yêu cầu, mục đích khả nước, triển khai nhiều ứng dụng hệ thống WAMS từ liệu đồng pha (Synchrophasor Data) đo Tất giải pháp công nghệ kĩ thuật hệ thống bảo vệ diện rộng hầu hết tập trung nghiên cứu, phát triển nhằm đưa ứng dụng liên quan tới việc đánh giá nhanh trạng thái hệ thống, ngồi cịn nhiều mục đích khác liệt kê [5]–[8]:  Tăng cường khả quan sát đánh giá trạng thái HTĐ  Cho phép phát đánh giá dao động công suất hệ thống điện  Cho phép đánh giá ổn định tần số hệ thống  Cho phép đánh giá nhanh ổn định điện áp cảnh báo sớm nguy sụp đổ điện áp  Ứng dụng để xây dựng cập nhật mơ hình thiết bị hệ thống  Ứng dụng để xây dựng đáp ứng tần số hệ thống  Hỗ trợ xây dựng trình tự kiện xác định điểm cố  Hỗ trợ quản lý tắc nghẽn  Trợ giúp trình khởi động đen khôi phục hệ thống điện  Bảo vệ chống đồng diện rộng  Điều khiển ổn định dao động công suất 128 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT DIỆN RỘNG TRÊN THẾ GIỚI 3.1 Các hệ thống giám sát diện rộng nước Hiện nay, có nhiều quốc gia giới đầu tư cho việc phát triển hệ thống bảo vệ diện rộng Tổng hợp báo cáo cho thấy sau: Hệ thống WAMS Bắc Mỹ: Sau cố ngày 14/8/2003 [1], người ta thấy công nghệ đồng pha quan trọng cho việc phân tích thời gian thực phân tích sau cố Cơng nghệ đồng pha làm cho người vận hành nhận biết trạng thái tồn hệ thống có biện pháp ngăn ngừa cố Từ sau cố lớn đó, có nhiều mối quan tâm nỗ lực để phát triển công nghệ đồng pha miền Đơng sau lan sang miền Nam cuối dẫn đến việc thành lập tổ chức chuyên nghiên cứu phát triển công nghệ đồng pha Bắc Mỹ (viết tắt NASPI) Đến đầu năm 2010, có khoảng 250 PMU triển khai lắp đặt toàn Bắc Mỹ Đến tháng 3/2013, số lượng PMU lắp Bắc Mỹ 826 cho cấp điện áp 230 kV 500 kV Hình 5: Số lượng PMU triển khai toàn nước Mỹ khu vực khác Trong báo cáo vào năm 2008 NERC’s Real-Time Tools Best Practices Task Force (RTBPTF), tổ chức yêu cầu phải có số lượng tối thiểu công cụ thời gian thực để đảm bảo việc vận hành hệ thống tin cậy Dựa vào nghiên cứu phân tích, RTBPTF đề nghị để đảm bảo vận hành hệ thống tin cậy bắt buộc phải có cơng cụ thời gian thực sau: hệ thống đo từ xa, công cụ cảnh báo, xử lý cấu BÁO CÁO CHUNG | 129 hình lưới, đánh giá trạng thái cơng cụ phân tích cố ngẫu nhiên Thêm vào phải có tiêu chuẩn hướng dẫn cho việc nâng cao khả quan sát trạng thái vận hành như: mô trào lưu công suất, lập kế hoạch vận hành thận trọng, nhận thức khả sa thải phụ tải, giám sát thiết bị công nghệ hiển thị [9] Hiện với số lượng lớn PMU lắp đặt vùng Bắc Mỹ, người ta tìm cách tận dụng hết chức hệ thống PMU Các ứng dụng phát triển triển khai Bắc Mỹ liệt kê Bảng [10]: Bảng Thống kê ứng dụng giám sát điều khiển diện rộng Bắc Mỹ Các ứng dụng WAM Western Giám sát dao động x Giám sát điện áp x Mid Calorina PJM American West x x x Giám sát ổn định điện áp Xử lý kiện cảnh báo x x x x Điều khiển điện áp x Điều khiển ổn WAC điện áp x Điều khiển trình tách đảo Phân tích sau cố Offline x x Phân tích hệ thống bảo vệ Hiệu chỉnh mơ hình hệ thống New York x x x x x x x x x x Triển khai PMU Trung Quốc: Công nghệ đo đồng pha Trung Quốc quan tâm kể từ năm 1990 Viện Nghiên cứu Năng lượng Trung Quốc (CEPRI) giới thiệu thiết bị ADX3000 sản xuất Đài Loan cho Trung Quốc từ năm 1996 1998 Đến năm 2002, Trung Quốc tự sản xuất PMU Tháng 4-2005 Trung tâm điều độ Trung Quốc đưa tiêu chuẩn ổn định trạng thái cho PMU Đến nay, Trung Quốc lắp đặt khoảng 2500 PMU hầu hết trạm có cấp điện áp 750 kV, 500 kV, 330 kV, 250 kV nhà máy điện có cơng suất 100 MW 130 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Với việc đầu tư phát triển công nghệ Synchrophasor từ sớm, Trung Quốc phát triển khai thác nhiều ứng dụng từ công nghệ để phục vụ cho việc vận hành hệ thống an tồn tin cậy Hình 6: Các ứng dụng WAMS triển khai Trung Quốc Triển khai PMU Ấn Độ: Công nghệ đồng pha cấp độ liên bang lần giới thiệu Ấn Độ vào năm 2010 thơng qua dự án thí điểm miền Bắc Ấn Độ [11] Trong dự án này, số lượng PMU dự kiến lắp đặt 26 PDC, thực theo ba giai đoạn Sau hai giai đoạn dự án, PMU PDC lắp đặt sử dụng miền Bắc Ấn Độ, PMU PDC cài đặt miền Tây Ấn Độ PMU, PDC cài đặt miền Nam Ấn Độ sử dụng với mục đích nghiên cứu Cho đến tháng 12/2013, số lượng PMU lắp đặt Ấn Độ 60 lắp đặt cấp điện áp 400 kV trở lên Dựa vào kết đạt dự án thí điểm, Ấn Độ triển khai phát triển ứng dụng sử dụng chức PMU để phục vụ vận hành hệ thống điện nước Theo ước tính Unified Real Time Dynamic State Measurement Scheme (URTDSM Scheme) thực tổ chức POWERGRID cần phải triển khai khoảng 1700 PMU toàn lãnh thổ Ấn Độ để nâng cao khả giám sát người vận hành Thông qua kết đạt dự án thí điểm Synchrophasor miền Bắc Ấn Độ, Ấn Độ triển khai lắp đặt PMU nước phát triển ứng dụng để khai thác chức PMU Các ứng dụng triển khai miền Ấn Độ bao gồm:  Các ứng dụng thời gian thực: Hiển thị trạng thái, giám sát điện áp ổn định điện áp, giám sát dao động công suất  Các ứng dụng off-line: Phân tích sau cố, hiệu chỉnh mơ hình hệ thống BÁO CÁO CHUNG | 131 Hình 7: Cấu trúc tổng thể hệ thống WAMS Ấn Độ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Khảo sát trạng hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam bước quan trọng việc nghiên cứu áp dụng công nghệ đồng pha vào hệ thống điện Trên sở đánh giá tình hình phát triển hạ tầng HTĐ, đưa kết hoạch cụ thể việc xem xét lập kế hoạch triển khai hệ thống WAMS HTĐ Việt Nam có 138 nhà máy điện (trong 92 nhà máy có cơng suất lớn 30 MW; 46 nhà máy có cơng suất nhỏ 30 MW) Tổng số trạm biến áp 686, có 19 trạm biến áp 500 kV (trải dài theo chiều từ Bắc vào Nam bao gồm: Sơn La, Hịa Bình, Nho Quan, Quang Ninh, Hiệp Hịa, Thường Tín, Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Dốc Sỏi, Đăk Nông, Cầu Bông, Pleiku, Sông Mây, Di Linh, Tân Định, Phú Lâm, Nhà Bè, Phú Mỹ Ơ Mơn); 79 trạm biến áp 220 kV; 588 trạm biến áp 110 kV Trong năm gần đây, mức truyền tải công suất HTĐ 500 kV Bắc – Nam theo xu hướng chủ yếu theo chiều từ miền Bắc, miền Trung vào miền Nam Miền Nam nhận điện từ HTĐ 500 kV lớn Các đường dây 500 kV Nho Quan - Hà Tĩnh - Đà Nẵng, Pleiku - Di Linh - Tân Định, Đăk Nông - Phú Lâm thường xuyên phải truyền tải công suất cao Các máy biến áp 500 kV Phú Lâm, Tân Định, Ô Môn thường xuyên mang tải cao đầy tải Đây nguyên nhân tiềm ẩn gây cố hệ thống Vì thế, công tác giám sát vận hành hệ thống truyền tải 220 – 500 kV gặp khó khăn năm trước nhiều Theo số liệu vận hành, năm 2013 xảy 69 cố HTĐ 500 kV, 230 cố HTĐ 220 kV Đặc biệt cố rã lưới HTĐ miền Nam ngày 22/05/2013 cố điện đường dây 500 kV Di Linh – Tân Định gây ngừng cố toàn 15 nhà máy với 43 tổ máy (với tổng công suất 7300 MW) HTĐ miền Nam, dẫn tới HTĐ miền Nam điện gần toàn Sự cố ngày 22/5 cố lớn, diễn biến cố 132 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 phức tạp lượng thông tin thu thập cố lớn cơng tác phân tích cố gặp nhiều khó khăn, nhiều thời gian cơng sức để thu thập thơng tin phân tích đánh giá xác định nguyên nhân cố Nhìn chung, hệ thống điện (HTĐ) giới Việt Nam phải đối mặt với vấn đề lớn là: tăng lên nhanh lưới, nguồn phụ tải; cố HTĐ xảy nhiều (nhất cố gây điện diện rộng), công tác quản lý vận hành ngày gặp khó khăn Trước tình hình đó, cần phải nhanh chóng xây dựng hệ thống có khả giám sát cảnh báo sớm cố hệ thống điện nhằm đảm bảo cung cấp điện an tồn tin cậy, góp phần hỗ trợ tích cực đơn vị vận hành hệ thống điện Thiết bị đo liệu đồng pha (PMU) thành phần quan trọng hệ thống giám sát diện rộng (WAMS) có áp dụng công nghệ Synchrophasor Ngày số hãng sản xuất lớn SEL, SIEMENS, ABB, AREVA,… tích hợp sẵn cơng nghệ Synchrophasor thiết bị bảo vệ ghi cố Theo số liệu thống kê có Việt Nam, hầu hết trạm 500 kV, 220 kV 110 kV sử dụng thiết bị rơle bảo vệ hãng Trong số đó, nhiều trạm có thiết bị bảo vệ tích hợp sẵn tính PMU Với số liệu khảo sát ban đầu, HTĐ 500 kV có 9/18 trạm 500 kV trang bị rơle bảo vệ có chức PMU, HTĐ 500 kV miền Nam số trạm có PMU lên tới 6/7 trạm Tương lai trạm 500 kV Thạnh Mỹ Mỹ Tho sử dụng rơle có tích hợp sẵn PMU nâng tổng số trạm 500 kV có PMU lên tới 11 trạm Hầu hết trạm có PMU sử dụng rơle hãng SEL Vấn đề quan trọng chưa khai thác sử dụng đến tính đó, tiền đề thuận lợi ban đầu cho việc triển khai xây dựng hệ thống WAMS Việt Nam Việc áp dụng công nghệ synchrophasor giám sát diện rộng (WAMS) ngày trở nên quan trọng có vai trị tích cực cơng tác vận hành hệ thống điện Hiện tại, Việt Nam có nhiều yếu tố thuận lợi làm tiền đề ban đầu cho việc triển khai hệ thống WAMS:  Cùng với việc đẩy nhanh q trình phát triển lưới điện thơng minh làm cho sở hạ tầng ngành điện (trong có hạ tầng thơng tin liên lạc) ngày hồn thiện Việc giúp giảm chi phí xây dựng hệ thống WAMS;  Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu truyền thống (SCADA) EVN nâng cấp mở rộng Hệ thống phần hỗ trợ quan trọng cho hệ thống WAMS; Song song với hạ tầng truyền thông SCADA truyền thống, Tập đoàn Điện lực Việt Nam phát triển hệ thống ghi cố có kết hợp thiết bị PMU Hệ thống hoàn thiện làm tăng khả giám sát hệ thống điện, ghi nhận biến động, cố lưới BÁO CÁO CHUNG | 133 Việc triển khai dự án đầu tư thiết bị ghi cố hạ tầng sở truyền thông công nghệ thông tin giúp cho EVN bước cải thiện khả quan sát hệ thống, nâng cao chất lượng vận hành HTĐ Các hạng mục mặt thiết bị phần cứng dự án gồm có:  Thiết bị đo đồng góc pha số trạm 500 kV 220 kV  Thiết bị ghi cố số trạm 500 220 kV  Máy tính quản trị số liệu, lưu trữ thiết bị gom tín hiệu PMU (PDC – Phasor Data Concentrator) Hệ thống truyền tin theo chuẩn IEEE C37.118 Một số ứng dụng cung cấp kèm theo với hệ thống phần cứng nói bao gồm:  Kiểm tra số liệu đo lường từ PMU  Đồng thời gian thiết bị PMU  Hiển thị số liệu PMU khứ, hiển thị xu (trend),…  Phát kiện: Điện áp cao/thấp, tần số cao/thấp, mức độ biến thiên tần số, góc lệch pha hai PMU cao, phát dao động tín hiệu PMU liên quan đến tượng dao động công suất  Cung cấp giao diện lập trình (API – Application Programming Interface) cho người sử dụng truy xuất liệu phát triển ứng dụng riêng Về mặt hạ tầng phần cứng, dự án tạo nên tảng phần cứng giám sát thiết bị phù hợp với yêu cầu hệ thống giám sát diện rộng (như Hình 8) Tuy nhiên, phạm vi dự án dừng lại mức đầu tư trang thiết bị sở hạ tầng cho hệ thống giám sát diện rộng Các tính hệ thống giám sát diện rộng dừng lại mức giám sát giá trị đo lường, tốc độ biến thiên tín hiệu PMU Việc nghiên cứu áp dụng giải thuật tính tốn đại dựa sở giám sát diện rộng nhằm đánh giá mức độ an toàn hệ thống chưa thực MÔ PHỎNG THỜI GIAN THỰC - XU HƯỚNG HIỆN NAY CỦA CÁC NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ SMART GRID Trong trình lập phương thức vận hành cho hệ thống điện, cơng việc nghiên cứu q trình động học hệ thống, tương tác hệ thống bảo vệ rơ le chế độ bình thường, chế độ cố phần tử tiến hành Trước đây, nghiên cứu thực phần mềm tính tốn off-line, PSS/E, PLSF, Digsilent, TSAT Đây phần mềm chuyên nghiệp, có khả mơ hình hóa cao, thư viện mơ hình thiết bị phong phú Đồng thời, độ tin cậy kết mô kiểm chứng Tuy nhiên, với chất phần mềm mô off-line, kết mô chưa trực tiếp trợ giúp người vận hành thời gian thực công tác đào tạo vận hành hệ thống xử lý cố Các phần mềm 134 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 thể nhiều hạn chế tiến hành nghiên cứu multi-domain Một số ví dụ nghiên cứu gồm có:  Mơ hệ thống điện phần hệ thống mô tả hệ q trình q độ điện cơ, với bước tính điển hình 10 ms, phần khác với mơ hình điện từ chi tiết, với bước tính đến vài chục s Đây toán nghiên cứu cần thiết xét đến ảnh hưởng thiết bị điện tử công suất đến hệ thống đường dây tải điện chiều, dạng lượng điện gió, điện mặt trời,  Mơ hệ thống điện kết nối với rơ le bảo vệ Kết mơ xuất trực tiếp tín hiệu analog, tín hiệu Sampled Value (theo chuẩn IEC 61850-9-2) để nghiên cứu đáp ứng rơ le  Mô tương tác người điều độ miền, ảnh hưởng hệ thống truyền thông công nghệ thông tin đến công tác điều độ  Trong năm gần đây, phát triển khoa học máy tính dẫn đến đời thiết bị mô thời gian thực Các thiết bị cho phép mơ q trình q độ hệ thống điện với thời gian mô tương ứng với thời gian thực Mặt khác, kết mơ kết xuất nhiều dạng khác nhau, phục vụ cho nghiên cứu rơ le bảo vệ truyền thông:  Xuất trực tiếp kết mô rơ le bảo vệ để kiểm tra đáp ứng rơ le (hardware in the loop)  Xuất kết mơ (điện áp, góc pha, trào lưu công suất) dạng thông tin truyền thông công nghiệp (DNP3.0, chuẩn truyền tin IEEE C37.118 thiết bị PMU, OPC server) Trên sở thông tin này, hệ thống giả lập SCADA EMS hệ thống điện xây dựng Từ đó, tạo mơ đào tạo điều độ viên, đồng thời tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng quy trình điều độ, hệ thống truyền thông công nghệ thông tin đến công tác vận hành lưới thời gian thực (operator in the loop)  Nhận tín hiệu điều khiển theo chuẩn truyền tin có hệ thống điện (IEC 60870-5-101/104) Với cơng cụ này, xây dựng giả lập vòng điều khiển diện rộng hệ thống điện, hệ thống tự động điều chỉnh công suất tổ máy (AGC), sơ đồ bảo vệ diện rộng khác Với lợi nêu trên, phần cứng mô thời gian thực, tích hợp với thiết bị vật lý thực triển khai nhiều phòng nghiên cứu trường ĐH cơng ty điện lực giới Các mơ hình phịng thí nghiệm nghiên cứu cho phép mơ thời gian thực có can thiệp rơ le bảo vệ thực (hardware in the loop) người điều độ (operator in the loop) Đây cách tiếp cận hiệu để huấn luyện, đào tạo điều độ viên kỹ thuật viên hệ thống điện BÁO CÁO CHUNG | 135 ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG GIÁM SÁT DIỆN RỘNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Trên sở đánh giá tình hình nghiên cứu nước, nghiên cứu liên quan kết việc xây dựng hạ tầng phần cứng hệ thống phần mềm cho hệ thống WAMS, thấy việc phát triển hệ thống giám sát diện rộng cho lưới điện truyền tải Việt Nam yêu cầu cấp thiết, nhằm tăng cường độ tin cậy, ổn định cho hệ thống điện Tuy nhiên, để thực nhiệm vụ này, yếu tố sau cần giải hiệu quả: Tính hiệu chương trình giám sát/cảnh báo cố diện rộng phụ thuộc nhiều vào yếu tố đặc trưng hệ thống điện: cấu trúc hệ thống, cấu nguồn điện, kịch vận hành Vì vậy, để hệ thống WAMS hoạt động hiệu quả, cần có nghiên cứu riêng ứng dụng WAMS cho hệ thống điện Việt Nam Với việc tự chủ phát triển phần mềm giám sát cảnh báo phù hợp với điều kiện Việt Nam, phần mềm nói phát triển, nâng cấp phù hợp với phát triển hệ thống điện Việc làm giảm đáng kể chi phí mua phần mềm giám sát nước Để nghiên cứu phát triển phần mềm ứng dụng cảnh báo diện rộng cho HTĐ Việt Nam, cần có sở liệu đầy đủ hệ thống điện Việt Nam, kịch vận hành, tình cố xảy phương án xử lý Trong công tác quy hoạch, lập phương thức vận hành ngắn hạn EVN, toán nêu giải Tuy nhiên, với mục tiêu xây dựng sở liệu lớn phục vụ cho việc cảnh báo thời gian thực, cách tiếp cận để thực cơng việc tính tốn, số lượng kịch cần xét lớn nhiều Cơ sở liệu chế độ vận hành, khả xảy cố diện rộng phương án xử lý thực hiệu người vận hành lưới làm chủ nắm công cụ giám sát phân tích hệ thống tảng giám sát diện rộng Vì vậy, kịch vận hành xử lý cố cần phải mô đầy đủ xác thiết bị mơ thời gian thực Thiết bị mô thời gian thực làm công tác đào tạo điều độ viên, kỹ thuật viên trở nên hiệu Thiết bị cho phép giả lập tình xử lý cố lớn mà tiến hành thử nghiệm thực tế Trên sở vấn đề đặt nêu trên, Hệ thống giám sát diện rộng thực với mục tiêu sau: Thiết kế, xây dựng hệ thống giám sát diện rộng cho hệ thống điện Việt Nam Hệ thống có khả đưa cảnh báo sớm cố gây tan rã hệ thống điện Hệ thống cịn có khả đưa hỗ trợ định cho người điều độ nhằm đưa hệ thống trở trạng thái làm việc an toàn Xây dựng sở liệu hệ thống điện Việt Nam tương lai đáp ứng cho mục tiêu xây dựng hệ thống giám sát diện rộng Xây dựng mơ hình quy trình đào tạo nâng cao lực cho người nghiên cứu, điều độ viên kỹ thuật viên trình vận hành hệ thống điện 136 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Để xây dựng hệ thống trên, nghiên cứu chia thành bước sau:  Bước 1: Nghiên cứu phịng thí nghiệm Chuẩn bị số liệu hệ thống điện Việt Nam, tiến hành phân tích mơ xây dựng sở liệu cố nguy hiểm, quy trình xử lý cố Các quy trình sở liệu tích hợp hệ thống phần mềm phần cứng mô thời gian thực  Bước 2: Kiểm nghiệm với số liệu thực tế Giai đoạn tiến hành thử nghiệm giải thuật phần mềm xây dựng giai đoạn với số liệu thực tế thu thập lưới điện Việt Nam Hình 8: Sơ đồ tổng quan mơ hình mơ nghiên cứu hệ thống bảo vệ diện rộng Quá trình nghiên cứu mô giải thuật giám sát diện rộng dựa mơ hình thí nghiệm minh họa Hình Các nghiên cứu dựa thiết bị mơ hệ thống điện với tốc độ cao, có khả mô đáp ứng hệ thống điện Việt Nam thời gian thực (1) Tín hiệu đầu mô thời gian thực gửi đến máy chủ WAMS thông qua hai hệ thống: Tín hiệu véc tơ điện áp dịng điện (PMU), theo chuẩn IEEE C37.118 tín hiệu số mơ tín hiệu nhị phân/analog hệ thống SCADA truyền thống Máy chủ WAMS server (3) có nhiệm vụ thu thập số liệu cấp cho máy tính ứng dụng tín hiệu tương thích với chuẩn truyền thơng sử dụng trung tâm điều độ hệ thống điện BÁO CÁO CHUNG | 137 Các máy chủ ứng dụng (4) thực mô ứng dụng khác nhau, bao gồm: giám sát cảnh báo, trợ giúp định điều khiển, tạo giao diện phục vụ công tác đào tạo điều độ viên Trong giai đoạn dự án, tín hiệu thực hệ thống SCADA/EMS Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia (5) sử dụng để kiểm nghiệm phần ứng dụng (4) Lõi mô thời gian thực Hình 9: Cấu hình mơ hình nghiên cứu dựa thiết bị mô thời gian thực Sản phẩm nghiên cứu: Hệ thống bảo vệ diện rộng bao gồm mơ đun mơ phịng thí nghiệm, cơng cụ hiển thị phân tích liệu cho mục đích giám sát diện rộng mô đun thu thập số liệu thực tế Cấu trúc tổng thể hệ thống bảo vệ diện rộng minh họa hình 10 Trên hình 10, thiết bị triển khai thực tế (mô đun 2) bao gồm thu thập số liệu trạm biến áp, hệ thống máy tính hệ thống phần mềm hiển thị, truyền số liệu Mô đun số thiết bị quy trình thí nghiệm nghiên cứu giải thuật bảo vệ diện rộng, quy trình đào tạo cho kỹ thuật viên Mơ đun số máy tính trang bị phần mềm giám sát cảnh báo diện rộng Các mô đun đặt trung tâm điều độ HTĐ phòng lab nghiên cứu đào tạo Các phần mềm thu thập hiển thị kết liệu Máy tính chủ trung tâm điều độ Bộ thu thập liệu trạm trung tâm điều độ (PDC) Bộ ghi cố tích hợp PMU trạm Giao diện tạo kịch cố Giao diện điều độ HTĐ Phần mềm đánh giá ổn định, cảnh báo sớm Phần mềm hỗ trợ định vận hành Mô đun truyền thông IEC 60870, IEC61850, OPC, IEEE C37.118 PHẦN CỨNG MÔ PHỎNG THỜI GIAN THỰC Giao diện điều khiển trạm biến áp Giao diện điều khiển nhà máy điện Cơ sở liệu cố diện rộng Quy trình ghép nối thử nghiệm với thiết bị vật lý Quy trình phát triển cập nhật mơ hình mơ Thư viện mơ hình rơ le bảo vệ Thư viện mơ hình thiết bị điều khiển Hình 10: Cấu trúc hệ thống bảo vệ diện rộng 1) Các thiết bị phần mềm EVN trang bị trạm; 2) Thiết bị phần mềm EVN trang bị trung tâm điều độ; 3) Bộ mô thời gian thực; 4) Các cơng cụ phần mềm phân tích, đánh giá cảnh bảo; 5) Phần mềm, quy trình khai thác thử nghiệm giải thuật giám sát diện rộng 138 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 BÁO CÁO CHUNG | 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] NERC, “Technical Analysis of the August 14, 2003, Blackout: What Happened, Why, and What Did We Learn?,” Jul 2003 [2] UCTE, “FINAL REPORT of the Investigation Committee on the 28 September 2003 Blackout in Italy,” 2003 [3] N Load et al., “Selected Information about the July 31 Blackout in India Affecting the Northern and Eastern Regions,” pp 1–14, 2012 [4] IEEE, “Blackout Experiences and Lessons, Best Practices for System Dynamic Performance, and the Role of New Technologies,” 2007 [5] I Kamwa, J Beland, G Trudel, R Grondin, C Lafond, and D McNabb, “Wide-area monitoring and control at Hydro-Quebec: past, present and future,” in IEEE PES general meeting, 2006 [6] Y V Makarov et al., “PMU-based wide-area security assessment: Concept, method, and implementation,” IEEE Trans Smart Grid, vol 3, no 3, pp 1325–1332, 2012 [7] M A M Ariff and B C Pal, “Adaptive Protection and Control in the Power System for WideArea Blackout Prevention,” IEEE Trans Power Deliv., vol 31, no 4, pp 1815–1825, 2016 [8] H Chen, J Mo, and U Kothapa, “Development of an On-line SynchroPhasor Wide Area Dynamics Monitoring Platform,” pp 1–11 [9] E Litvinov, X Luo, M Lelic, Y Hu, B Avramovic, and D Novosel, “Developing Technology Road Maps: A Case Study for Synchophasor Deployment,” IEEE Power Energy Mag., vol 12, no 2, pp 97–106, Mar 2014 [10] “Real time Application of Synchophasors for improving Reliability,” 2010 [11] S Mukhopadhyay, “Indian experience of smart grid applications in transmission and distribution system,” in Power India International Conference (PIICON), 2014 6th IEEE, 2014, pp 1–6 [12] ABB, “Wide Area Monitoring Systems - Portfolio, applications and experiences.” [Online] Available: https://library.e.abb.com/public/94fab39c67b4ac00c125784f00293520/1KHL501042 PSGuard WAMS Overview 2012-04.pdf [13] SIEMENS, “SIGUARD Dynamic Security Analysis.” [Online] Available: http://w3.siemens.com/smartgrid/global/en/products-systems-solutions/control-centersolutions/Siguard/Pages/SIGUARD-DSA.aspx [14] M Glavic, T Van Cutsem, S Member, T Van Cutsem, and A T System, “Wide-Area Detection of Voltage Instability From Synchronized Phasor Measurements Part II: Simulation Results,” IEEE Trans Power Syst., vol 24, no 3, pp 1408–1416, Aug 2009 [15] S M Abdelkader and D J Morrow, “Online Tracking of Thévenin Equivalent Parameters Using PMU Measurements,” vol 27, no 2, pp 975–983, 2012 140 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 [16] J Yang, W Li, T Chen, W Xu, and M Wu, “Online estimation and application of power grid impedance matrices based on synchronised phasor measurements,” IET Gener Transm Distrib., vol 4, no 9, p 1052, 2010 [17] J M Lim, S Member, and C L Demarco, “SVD-Based Voltage Stability Assessment From Phasor Measurement Unit Data,” vol 31, no 4, pp 2557–2565, 2016 [18] G Huang and L Zhao, “Measurement based voltage stability monitoring of power system,” Power Eng Res Center, Univ Wisconsin, Madison, WI, 2001 [19] L Warland and A T Holen, “Estimation of Distance to Voltage Collapse : Testing an Algorithm Based on Local Measurements,” vol 2, no June, pp 24–28, 2002 [20] “Estimation of Electromechanical Modes in Power Systems using Synchronized Phasor Measurements and Applications for Control of Inter -Area Oscillations,” 2013 [21] I Genc and V Vittal, “Computation of transient stability related security regions and generation rescheduling based on decision trees,” IEEE PES Gen Meet., pp 1–6, Jul 2010 [22] C Liu et al., “A Systematic Approach for Dynamic Security Assessment and the Corresponding Preventive Control Scheme Based on Decision Trees,” Power Syst IEEE Trans., vol 29, no 2, pp 717–730, 2014 [23] S M Rovnyak, C W Taylor, and Y Sheng, “Decision trees using apparent resistance to detect impending loss of synchronism,” IEEE Trans Power Deliv., vol 15, no 4, pp 1157– 1162, 2000 [24] B Leonardi, S Member, and V Ajjarapu, “Investigation of Various Generator Reactive Power Reserve (GRPR) Definitions for Online Voltage Stability/Security Assessment,” 2008 [25] K Morison, X Wang, a Moshref, and a Edris, “Identification of voltage control areas and reactive power reserve; An advancement in on-line voltage security assessment,” 2008 IEEE Power Energy Soc Gen Meet - Convers Deliv Electr Energy 21st Century, pp 1–7, Jul 2008 [26] Y H Choi, S Seo, S Kang, and B Lee, “Justi fi cation of Effective Reactive Power Reserves With Respect to a Particular Bus Using Linear Sensitivity,” vol 26, no 4, pp 2118–2124, 2011 [27] Y Wang et al., “Voltage Stability Monitoring Based on the Concept of Coupled Single-Port Circuit,” IEEE Trans Power Syst., vol 26, no 4, pp 2154–2163, 2011 [28] I Genc, R Diao, and V Vittal, “Decision Tree-Based Preventive and Corrective Control Applications for Dynamic Security Enhancement in Power Systems,” IEEE Trans Power Syst., vol 25, no 3, pp 1611–1619, 2010 [29] “Innovative Tools for Electrical System Security within Large Areas - iTesla.” [Online] Available: http://www.itesla-project.eu/ [Accessed: 20-Jun-2017]  ... thuật viên hệ thống điện BÁO CÁO CHUNG | 135 ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG GIÁM SÁT DIỆN RỘNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Trên sở đánh giá tình hình nghiên cứu nước, nghiên cứu liên quan kết việc xây dựng hạ... việc an toàn Xây dựng sở liệu hệ thống điện Việt Nam tương lai đáp ứng cho mục tiêu xây dựng hệ thống giám sát diện rộng Xây dựng mơ hình quy trình đào tạo nâng cao lực cho người nghiên cứu, điều... cứng hệ thống phần mềm cho hệ thống WAMS, thấy việc phát triển hệ thống giám sát diện rộng cho lưới điện truyền tải Việt Nam yêu cầu cấp thiết, nhằm tăng cường độ tin cậy, ổn định cho hệ thống điện