Bài viết trình bày kỹ thuật tự động hóa lưới điện kết hợp với hệ thống quản lý lưới phân phối, trên nền tảng hệ thống giám sát và điều khiển để thực hiện các ứng dụng như đánh giá tình trạng, định vị, cô lập sự cố và phục hồi cấp điện qua các ứng dụng cụ thể trên địa bàn của lưới điện phân phối TP HCM.
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 475 TỰ ĐỘNG TÁI LẬP ĐIỆN TRONG NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG LƯỚI PHÂN PHỐI Nguyễn Hữu Phúc1, Nguyễn Hoàng Hải Nguyễn Trọng Tài2 Trường ĐH Bách khoa, Đại học Quốc gia TP HCM Công ty TNHH TM Mỹ Phương, Hội Điện lực miền Nam (SE EA) Tóm tắt: Xu chung giới Việt Nam phát triển lưới điện thông minh lưới điện hữu với mục tiêu nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện, khuyến khích sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Với tốc độ phát triển ngày cao lưới điện Việt Nam nói chung lưới điện TP HCM nói riêng, kèm theo yêu cầu chất lượng điện ngày tăng, với qui định nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện ngày khắt khe hơn, yêu cầu cấp bách việc vận hành lưới điện phân phối cung cấp điện đến khách hàng bị ảnh hưởng thời gian điện ngắn có cố Để đáp ứng yêu cầu trên, Tổng công ty Điện lực TPHCM triển khai giải pháp điển đầu tư xây dựng cải tạo lưới điện, triển khai giải pháp tự động hóa xây dựng lưới điện thông minh, ứng dụng công nghệ thi công, sửa chữa điện nóng (hotline) đường dây mang điện, Trong bối cảnh đó, giải pháp trọng tâm phát triển lưới điện phân phối thơng minh có khả tự động tái lập điện cách hiệu nhanh việc cung cấp điện sau cố, giảm thiểu số lần đóng cắt bảo đảm việc vận hành lưới định mức kỹ thuật Bài báo trình bày kỹ thuật tự động hóa lưới điện kết hợp với hệ thống quản lý lưới phân phối, tảng hệ thống giám sát điều khiển để thực ứng dụng đánh giá tình trạng, định vị, lập cố phục hồi cấp điện qua ứng dụng cụ thể địa bàn lưới điện phân phối TP HCM Các đánh giá ban đầu cho thấy hiệu to lớn mang lại việc nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện từ việc áp dụng kỹ thuật tiên tiến việc cấp điện cho khách hàng GIỚI THIỆU Hiện Tổng công ty Điện lực nước tích cực lộ trình phát triển lưới điện thông minh (LĐTM), với mục tiêu tự động hóa hệ thống điện giai đoạn 2016 – 2020 Trong bước trên, trọng tâm xây dựng sở hạ tầng công nghệ thông tin, viễn thông tăng cường hệ thống giám sát, điều khiển tự động cho hệ thống lưới điện, hệ thống đo đếm từ xa, nâng độ tin cậy lưới điện, khả dự báo nhu cầu phụ tải lập kế hoạch cung cấp điện, khách hàng chủ động quản lý thông tin chi tiết sử dụng điện [1] Theo [2, 3], mục tiêu LĐTM bao gồm: i/.độ tin cậy cao việc cấp điện với chất lượng cam kết, ii/ độ bảo mật cao trước hành vi cơng mạng, iii/ tính kinh tế cao với giá điện hợp lí, iv/ tính hiệu khả kiểm soát tổn thất điện khâu truyền tải, phân phối, v/ tính thân thiện với mơi trường, vi/ độ an tồn cao cơng chúng nhân viên làm 476 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 việc lưới điện Để thực mục tiêu LĐTM cần phải bảo đảm chức năng: i/ làm việc với nguồn phát điện phân tán (gió, mặt trời,…), ii/ quản lí nhu cầu phụ tải (Demand Side ManagementDSM) với việc khách hàng định nhu cầu tùy theo giá bán điện, iii/ khả tự phục hồi (selfhealing, self restoration) nâng cao độ tin cậy cấp điện, iv/ khả đảm bảo cấp điện trước cố gây tự nhiên hay người, v/ tối ưu hóa việc quản lý vận hành với tổn thất điện giảm thiểu Trong chức kể trên, chức tự động hóa lưới phân phối với chức giám sát, điều khiển truyền thơng tin, với khả tự động hóa việc tái lập điện có cố xảy hệ thống, chức quan trọng thiếu trình phát triển LĐTM KỸ THUẬT TỰ ĐỘNG HÓA VỚI CHỨC NĂNG TỰ PHỤC HỒI CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI LĐTM với đặc điểm có độ tin cậy cao, khả tự phục hồi, hiệu vận hành, tương thích với nguồn phát phân tán tương tác với khách hàng xu mà lưới điện mong muốn phát triển đến Do lưới điện phân phối tuyến đầu, làm việc trực tiếp với khách hàng, nên cố hay biến động lưới ảnh hưởng đến chất lượng độ tin cậy cấp điện Khả tự phục hồi chức quan trọng xây dựng lộ trình hướng đến LĐTM cung cấp điện cách tin cậy chất lượng Chức tự phục hồi lưới điện phân phối thực dựa kỹ thuật tự động hóa lưới điện (Distribution Automation DA), với thiết bị đóng cắt bảo vệ thông minh (Intelligent Electronic Device IED), hạn chế tối đa khu vực bị ảnh hưởng giảm thiểu số khách hàng bị ngừng cấp điện cố lưới Việc thực cách lập cố, mau chóng chuyển tải khách hàng qua nguồn điện dự phòng thời gian cố tồn lưới điện Nguồn điện dự phòng xuất tuyến khác, từ nguồn điện tích trữ phân tán (Distributed Energy Storage DES) [4] Trong trình tự phục hồi, cần đảm bảo sơ đồ có đủ độ linh hoạt để lưới điện với thiết bị lưới tiếp tục làm việc giới hạn thông số kỹ thuật, điều kiện tải thay đổi với cấu trúc lưới điện thay đổi Khi đó, việc cần giới hạn tối đa khu vực bị điện cố, sau trọng đến chất lượng điện áp cung cấp Các chức kỹ thuật tự động hóa lưới điện DA bao gồm việc giám sát lưới điện theo thời gian thực, điều khiển vận hành tự động thiết bị đóng cắt xuất tuyến cho tối ưu hóa việc vận hành, kéo dài tuổi thọ thiết bị lưới, từ đó, làm tăng độ tin cậy cấp điện [5] Điều mang lại hiệu trong: i/ cải thiện chất lượng điện qua việc điều khiển từ xa điện áp, hệ số công suất (VAR/Volt Control), ii/ định vị, cô lập cố tái lập cấp điện (Fault Location, Isolation and Service RestorationFLISR), iii/ tái cấu trúc lưới điện nhằm giảm thiểu tổn thất, iv/ giảm chi phí vận hành, bảo dưỡng, iv/ mang lại hài lòng cho khách hàng, v/ giảm thiểu thiệt hại doanh thu bán điện cho công ty điện lực giới hạn tối đa phạm vi khu vực khách hàng bị điện PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 477 giảm thời gian tái lập lưới điện Cấu trúc hệ thống tự động hóa lưới phân phối (Distribution Automation System DAS) theo kiểu tập trung, liệu thu thập, xử lí, điều khiển từ phần mềm trung tâm điều hành SCADA, kết hợp với hệ thống quản lý lưới phân phối (Distribution Management System DMS), hay kiểu phân tán với việc xử lí, phân tích thực xuất tuyến hay cấp thiết bị [3] Ngoài ra, sơ đồ điều khiển lai, kết hợp việc điều khiển tập trung điều khiển phân tán, điều khiển chỗ với việc sử dụng kỹ thuật điều khiển đa tác nhân (multiagent based control) [2] ý [2,3,4] cho thấy việc quản lí cố thơng qua hệ thống DAS mau chóng phát xác vị trí cố, lập cố sau tái lập việc cấp điện cách cấu trúc lại lưới điện, giảm thấp thời gian điện khách hàng Khi có cố xảy lưới phân phối không trang bị hệ thống DAS/ FLISR, thiết bị bảo vệ xuất tuyến phân đoạn cắt ngưng cấp điện xuất tuyến phân đoạn, ảnh hưởng lớn đến toàn hộ tiêu thụ điện xuất tuyến phân đoạn Dễ thấy q trình xử lí cố đến 4 giờ, với công đoạn với thời gian cộng dồn lại với trình tự thực tế: khách hàng báo cho công ty điện lực cố, công ty điện lực cử nhân viên kiểm tra xử lý, nhân viên phải dị tìm vị trí xảy cố tuyến dây, thao tác cô lập đoạn bị cố tay thiết bị đóng cắt chỗ, tái lập cấp điện cho phân đoạn không bị cố xử lý cố Với lưới điện trang bị hệ thống DAS/ FLISR, thời gian FLISR xử lý cố rút ngắn xuống nhiều lần, vòng 01 [2,3] thực tế vịng 15 20 phút, với thao tác đóng cắt thực tự động từ xa qua thiết bị giám sát, bảo vệ, điều khiển truyền thông Tuy vậy, thời gian tùy thuộc nhiều vào yếu tố khác số thiết bị đóng cắt lưới, số lần thao tác đóng cắt MẠCH VỊNG PHÂN ĐOẠN VÀ FLISR Các sơ đồ mạch vòng phân đoạn sử dụng rộng rải kỹ thuật tự phục hồi việc cấp điện FLISR Mục đích việc phân đoạn mạch vịng tăng cường độ tin cậy trì nguồn điện liên tục cho số khách hàng nhiều [5,6,7] Đặc điểm phân đoạn mạch vịng có nguồn điện khác cung cấp tự động cho phần khu vực cố mạch điện, nên thường áp dụng cho khu vực phụ tải quan trọng Trong sơ đồ mạch vòng, hai mạch phân phối liên lạc với recloser thường mở kèm thiết bị điều khiển liên lạc, để trường hợp điện mạch điện phụ tải chuyển tải sang mạch khác Ngoài ra, để giới hạn số khách hàng bị điện, đường dây mạch điện có đặt recloser thường đóng có trang bị thiết bị điều khiển để phân đoạn, hay recloser thiết bị phân đoạn, lắp đặt đường dây phía mạch cho sơ đồ phân đoạn mạch vịng với recloser (Hình 1) Trong sơ đồ này, mạch phân phối chia làm hai phần có phụ tải qua recloser thường đóng Mỗi mạch đấu nối điểm liên lạc recloser liên lạc thường mở Các recloser cài đặt để 478 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 cách ly, phân đoạn đoạn mạch bị cố chuyển phân đoạn không bị cố sang mạch điện cấp điện từ nguồn khác Hình 1: Sơ đồ mạch vịng với recloser Trên Hình 1, RE1, RE2, RE4 RE5 recloser thường đóng, RE3 recloser thường mở Kết hợp với hệ thống phần mềm SCADA/DMS trung tâm điều khiển, liệu từ trạm thiết bị lưới thu thập, cập nhật giám sát liên tục phần mềm SCADA điều khiển trung tâm (thông qua giao thức IEC608705101, IEC608705104) Khi cố xảy ra, phần mềm SCADA/DMS trung tâm bắt đầu phân tích liệu thu thập tự động gửi lệnh cô lập phân đoạn bị cố Sau đó, phần mềm SCADA/DMS trung tâm tiếp tục tính tốn dựa liệu tức thời liệu lịch sử để tự động chuyển mạch khôi phục cung cấp điện cho khu vực điện vùng cố Cách thức vận hành địi hỏi đường truyền thơng chiều tin cậy, bảo mật cao, hệ thống FLISR cần băng thông lớn hệ thống lớn với nhiều thiết bị điện tử thông minh IED lắp đặt, ứng dụng điều khiển Volt/VAR tối ưu hóa cấu trúc lưới điện làm việc hiệu kiến trúc điều khiển kiểu tập trung [6,8] ÁP DỤNGDAS/FLISR TRONG TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Trong Phần báo trình bày việc áp dụng kỹ thuật DAS/FLISR dự án tự động hóa cặp xuất tuyến Điện lực Tân Thuận Tổng công ty Điện lực TP HCM 4.1 Hệ thống SCADA/DMS Phòng Điều độ Trung tâm Điều độ hệ thống điện TP HCM Cuối năm 2014, Trung tâm Điều độ hệ thống điện TP HCM – Tổng công ty Điện lực TP HCM sử dụng phần mềm SCADA Survalent (tích hợp SCADA/DMS/OMS tảng phần mềm) [8] với khả mở rộng việc xây dựng hệ thống SCADA trung tâm (Hình 2, Hình 3) Hệ thống SCADA theo cấu trúc dự phòng cấp (Dual Server) ứng dụng để giám sát, điều khiển, vận hành trạm 110 kV, PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 479 trạm ngắt trung thế, thiết bị đóng cắt Recloser lưới trung thuộc Tổng công ty Điện lực TP HCM Các số liệu thiết bị tính đến cuối tháng 6/2015 hệ thống SCADA Survalent trung tâm quản lí, với giao thức sử dụng IEC608705101, IEC608705104 giải pháp truyền thông sử dụng hệ thống cáp quang nội Điện lực để giám sát điều khiển từ xa trạm biến áp 3G cho Recloser lưới trung thế, sau: số phát tuyến: 1000, số máy biến áp: 106, số đường truyền thông: 74, số data points: 100000, số trạm 220 kV (giám sát/quản lý): 2/4, số trạm 110/22 kV: 53, số trạm ngắt: 21, số recloser: 400, số RTU: 54, số gateway: 20 Hình 2: Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA Hình 3: Sơ đồ vận hành tổng quát lưới điện TP HCM Phần mềm SCADA Survalent trung tâm nghiệm thu đưa hệ thống vào sử dụng từ tháng 03/2015, vận hành 50 trạm 110 kV Phần mềm hệ thống SCADA trung tâm, với đầy đủ tính SCADA cho quản lý vận hành hệ thống thu thập liệu, giám sát điều khiển, đo lường, xuất liệu báo cáo…, sở quan trọng để Tổng công ty triển khai việc giám sát lưới điện, điều khiển xa trạm biến áp tiến tới 480 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 triển khai trạm khơng người trực Hiện tại, Trung tâm Điều độ hệ thống điện TP HCM tiếp tục triển khai việc giám sát, thao tác từ xa thiết bị trạm 110 kV xây dựng, trạm ngắt trung thiết bị đóng cắt Recloser lưới trung thông qua phần mềm SCADA trung tâm 4.2 Dự án tự động hóa lưới phân phối Điện lực Tân Thuận Một dự án thử nghiệm hệ thống DAS Survalent SCADA/DMS thực lần cho cặp xuất tuyến lưới điện phân phối Điện lực Tân Thuận (trực thuộc Tổng công ty Điện lực TP HCM) với mạch vòng gồm reclosers NOVA27i Cooper, tủ điều khiển F6, sử dụng giao thức IEC608705101/104 làm nhiệm vụ kết mạch vòng tủ điều khiển FXD Cooper giao thức IEC608705101/104 làm nhiệm vụ phân đoạn Các thử nghiệm tự động hóa thực thành cơng thiết bị Recloser Cooper thực tế cung cấp dự án Cơng ty Thí nghiệm điện TP HCM (Hình 4) thực với kịch khác cho cố xảy nhánh từ RE1 đến RE3, cho nhánh từ RE5 đến RE3 để đảm bảo mơ hình DAS chạy kịch sau lắp đặt lưới điện thực tế Trong phần Phụ lục theo sau trình bày kịch thử nghiệm theo yêu cầu Điện Lực Tân Thuận cho nhánh từ RE1 đến RE3 Bảng Các bảng trạng thái (tiêu biểu) ghi nhận sau cố giả lập (Bảng 2) sau chức tự động hóa phần mềm SCADA/DMS/DAS vận hành (Bảng 3) Trong Phụ lục trình bày bảng trạng thái ứng với kịch cố xảy nhánh từ RE1 đến RE3 tương tự cho nhánh từ RE5 đến RE3 Từ kết bảng trạng thái chức tự động hóa DAS phần mềm SCADA/DMS vận hành cho thấy trình tự phục hồi cấp điện thực hạn chế mức thấp tình trạng điện mạch vòng Đặc biệt, hệ thống cịn có khả xử lý trường hợp phối hợp bảo vệ sai Recloser (các trường hợp bật vượt cấp) mà đảm bảo vận hành xác cho q trình lập cố tái lập cung cấp điện (xem đường dẫn cho video clip [9] thực mô trình chạy tự động hóa hệ thống có cố xảy cho phân đoạn từ RE1 đến RE2 từ RE2 đến RE3, tượng bật vượt cấp RE1 cố xảy cho phân đoạn từ RE2 đến RE3) Chức vận hành tự động hóa lưới điện DAS đánh giá phù hợp với tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật Tổng công ty Điện lực TP HCM Sau thử nghiệm thành cơng Cơng ty Thí nghiệm điện TPHCM (Hình 4), kịch FLISR lập trình hệ thống SCADA/DAS đưa vào vận hành thực tế lưới điện Tân Thuận, với sơ đồ địa lý GIS Hình 5, hình HMI vận hành (tiêu biểu) Recloser Phạm Hữu Lầu Hình Quá trình vận hành lưới điện Tân Thuận đến cho thấy hệ thống làm việc cách tự động xác có cố xảy mạch vịng, kịp thời lập vùng cố, tái lập điện nhanh chóng hiệu cho khách hàng PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 481 Hình 4: Thử nghiệm với Reclosers làm việc mạch vịng với hệ thống SCADA/ DMS/ DAS Hình 5: Sơ đồ GIS xuất tuyến ĐL Tân Thuận Hình 6: Vận hành Recloser SCADA/ DAS Việc sử dụng hệ thống SCADA/DAS với tính năng mở rộng, hỗ trợ giao thức IEC 608705101, 608705104 cho phép kết nối không hạn chế IED từ nhà chế tạo khác nhau, ứng dụng FLISR người sử dụng tự lập trình chương trình kịch giúp cải thiện đáng kể tiêu độ tin cậy SAIDI, SAIFI việc nâng cao chất lượng điện cung cấp cho khách hàng, nâng cao tiêu kinh doanh bán điện cho ngành điện phận nỗ lực chung Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVN, Tổng công ty Điện lực TP HCM EVNHCM lộ trình xây dựng LĐTM 482 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 KẾT LUẬN Việc áp dụng hệ thống tự động hóa DAS kết hợp với SCADA/DMS lưới điện phân phối xu nỗ lực nâng cao chất lượng điện cung cấp cho khách hàng nằm lộ trình phát triển LĐTM EVN công ty điện lực Với việc thiết bị thông minh IED thuộc nhiều nhà cung cấp khác xuất lưới điện ngày nhiều, hệ thống phần mềm SCADA/DMS/DAS xây dựng cần có khả vận hành ổn định, tin cậy, khả tương thích, mở rộng linh hoạt làm việc với giao thức truyền thông khác nhau, chấp nhận không hạn chế chủng loại IED đưa vào vận hành, cho phép thay đổi cấu trúc lưới cho phát triển mở rộng tương lai lưới điện Bài báo trình bày đặc điểm chủ yếu hệ thống SCADA/DMS/DAS với ứng dụng FLISR, thơng qua dự án tự động hóa cụ thể vận hành lưới điện điện lực, cho thấy hiệu kỹ thuật, quản lí DAS tự động hóa xuất tuyến, góp phần nâng cao chất lượng điện Các kết tích cực có từ việc áp dụng hệ thống SCADA/DMS/DAS xây dựng chứng tỏ hồn tồn có khả mở rộng mơ hình cho lưới điện phân phối khác tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Các tài liệu từ trang web EVN: http://www.evn.com.vn/d6/news/Luoidienthongminh682318.aspx [2] Mini S Thomas, John D McDonald, Power System SCADA and Smart Grids, Ed 2015 CRC Press Taylor& Francis Group, LLC International Standard Book Number 13: 9781482226751 [3] IEEE & Smart Grid 2015; http://smartgrid.ieee.org/ieeesmartgrid [4] J M Solanki, S Khushalani, N N Schulz, A MultiAgent Solution to Distribution Systems Restoration, IEEE Transactions on Power Systems, vol 22, pp 10261034, 2007 [5] T Bensley, C Grommesh, P Stenborg, Implementing New Configurable SelfHealing Smart Grid Technology with an Existing Distribution Management System (DMS), Cooper Power Systems, June 2011 [6] S Heidari, M FotuhiFiruzabad, S Kazemi, Power Distribution Network Expansion Planning Considering Distribution Automation, IEEE Transactions on Power Systems, vol 30, pp 12611269, 2015 [7] E Coster and W Kerstens (March 2014), SelfHealing Networks Come to the Netherlands; T&D World Magazine; http://tdworld.com/distribution/selfhealingnetworkscomenetherlands?page=2 [8] Các tài liệu kỹ thuật SCADA/ DMS/ DAS/ OMS/ FLISR từ Survalent Technology; https://www.survalent.com/ [9] https://drive.google.com/drive/folders/0BxlBxl8f3rtXWmQyRTZrUXBFQWc ... thu bán điện cho công ty điện lực giới hạn tối đa phạm vi khu vực khách hàng bị điện PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 477 giảm thời gian tái lập lưới điện Cấu trúc hệ thống tự động hóa lưới phân phối (Distribution... xu mà lưới điện mong muốn phát triển đến Do lưới điện phân phối tuyến đầu, làm việc trực tiếp với khách hàng, nên cố hay biến động lưới ảnh hưởng đến chất lượng độ tin cậy cấp điện Khả tự phục... trọng xây dựng lộ trình hướng đến LĐTM cung cấp điện cách tin cậy chất lượng Chức tự phục hồi lưới điện phân phối thực dựa kỹ thuật tự động hóa lưới điện (Distribution Automation DA), với thiết