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