Bài viết trình bày kết quả của việc nghiên cứu, xây dựng hệ thống giám sát lưới điện trực quan với hai pha: thu thập thông số trực tuyến và giám sát lưới điện trực quan. Hệ thống cho phép kết nối đến các thiết bị đo đếm thông minh trên lưới điện, thu thập thông số, phân tích, giám sát, cảnh báo hoạt động lưới điện một cách trực quan.
PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 757 XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT LƯỚI ĐIỆN TRỰC QUAN HIỆU QUẢ Nguyễn Hữu Quỳnh1, Nguyễn Quang Lâm2, Phương Văn Cảnh1 Trường Đại học Điện lực Công ty Điện lực Phú Thọ, Tổng cơng ty Điện lực miền Bắc Tóm tắt: Trong báo này, chúng tơi trình bày kết việc nghiên cứu, xây dựng hệ thống giám sát lưới điện trực quan với hai pha: thu thập thông số trực tuyến giám sát lưới điện trực quan Hệ thống cho phép kết nối đến thiết bị đo đếm thông minh lưới điện, thu thập thông số, phân tích, giám sát, cảnh báo hoạt động lưới điện cách trực quan Kết triển khai áp dụng Công ty Điện lực Phú Thọ tính ổn định hiệu hệ thống Từ khóa: Lưới điện, thơng số điểm đo, thơng số recloser, giám sát thông số lưới điện, cảnh báo thông số lưới điện GIỚI THIỆU Phạm vi quản lý lưới điện Tập đoàn Điện lực Việt Nam trải dài từ Bắc vào Nam Chưa kể đến tính chất phức tạp lưới điện Việt Nam, với phạm vi vậy, không sử dụng phương pháp quản lý hiệu khơng đáp ứng địi hỏi đặt thực tế Với tiến vượt bậc công nghệ [1,2] đặc biệt công nghệ thông tin (CNTT), việc ứng dụng CNTT vào trình giám sát lưới điện việc làm có ý nghĩa vơ quan trọng phát triển ngành điện Lưới điện thông minh mang lại cho công ty điện lực người tiêu dùng lợi ích to lớn Sự phát triển lưới điện thông minh nhìn chung tương đối khác khu vực nước Trong nước phát triển quan tâm đến việc nâng cao hiệu suất lưới phân phối, giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính, tích hợp nguồn phát điện từ nguồn lượng tái tạo nâng cao dịch vụ khách hàng nước phát triển lại tập trung chủ yếu vào việc quản lý sản lượng điện thời gian cao điểm cách có hiệu quả, giảm tổn thất điện nợ xấu Tùy vào mục đích mình, nước có cách tiếp cận lựa chọn giải pháp công nghệ khác Mặt khác, thân lưới điện thông minh tiếp tục nghiên cứu, phát triển, nhiều công nghệ cho lưới điện thông minh chưa đưa vào ứng dụng thực tế Nhìn chung lưới điện thơng minh gồm tập hợp nhóm giải pháp cơng nghệ bao trùm tồn lưới, từ sản xuất, truyền tải đến phân phối tiêu thụ Tuy nhiên, nhóm giải pháp cơng nghệ lại chưa đồng bộ, dẫn đến liệu lưới điện bị phân tán chưa khai thác cách phù hợp, có hệ thống 758 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Có nhiều hệ thống giám sát công ty, tổ chức, cá nhân phát triển áp dụng vào đơn vị ngành điện như: Hệ thống đọc truyền liệu từ xa công tơ điện tử pha – MRIS, Hệ thống giám sát quản lý vận hành lưới điện cao OCCHGC, Hệ thống thu thập số liệu từ xa công tơ EVNCPC (MDMS Meter Data Management System), Hệ thống mini SCADA/DMS giám sát, điều khiển lưới điện – Tổng công ty Điện lực miền Nam Các hệ thống đa phần phát triển nhằm khai thác khía cạnh quản lý lưới điện có hạn chế quan trọng việc mở rộng module hay kết nối phần mềm vơ khó khăn, giá thành cao, thường xuyên phải trả chi phí lớn cho việc nâng cấp phần mềm Để khắc phục hạn chế trên, nghiên cứu xây dựng “Hệ thống giám sát lưới điện trực quan”, cho phép thể lưới điện trực quan (lưới điện hệ thống giống lưới thực tế), thu thập thông số lưới điện, giám sát thông số lưới điện trực quan đồ, đồ thị, cảnh báo trạng thái bất thường lưới điện Bài báo chia thành bốn phần Phần thứ nhất, giới thiệu cần thiết áp dụng giải pháp cơng nghệ tích hợp thu thập, giám sát lưới điện số hệ thống áp dụng đơn vị EVN Phần thứ hai đưa mơ hình u cầu hệ thống Phần thứ ba trình bày hệ thống giám sát lưới điện trực quan Cuối cùng, kết luận hướng nghiên cứu tương lai đưa MÔ HÌNH VÀ CÁC U CẦU CỦA HỆ THỐNG 2.1 Mơ hình thu thập thơng số vận hành lưới điện Hình 1: Mơ hình thu thập thơng số lưới điện PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 759 Trong hệ thống nay, thơng số lưới điện dịng điện, điện áp, tần số, góc lệch pha, cơng suất, Cosφ đo đếm liên tục theo thời gian thực (hoặc khoảng thời gian người vận hành thiết lập) thông qua thiết bị công tơ điện tử, Recloser, Rơle số, RTU,… thông qua thiết bị moderm cho phép gửi tín hiệu máy chủ thơng qua mạng Internet Các tín hiệu bảo mật làm mịn nhằm đáp ứng tốt độ tin cậy liệu truyền máy chủ Hệ thống thiết kế cho loại thiết bị đo xa khác Trong triển khai nay, có hai loại thiết bị sử dụng: Loại thiết bị thứ Trường Đại học Điện lực nghiên cứu chế tạo gồm thiết bị công tơ điện tử pha, pha modem tích hợp với Recloser để chuyển thơng số trung tâm Loại thiết bị thứ hai lắp lưới công ty điện lực gồm công tơ điện tử hãng A1700 (ELSTER/ABBUK), ZMD (Landis+Gyr Thụy sỹ), Nexus 1262 (EIG USA), MK6 (EDMI Singapore) Trong loại A1700 chiếm tỷ lệ khoảng 80% (lý sử dụng A1700 EVN phụ thuộc vào phần mềm đọc công tơ từ xa DataLink PMU ABB phát triển) Các thiết bị đo đếm, thu thập thông số giúp gửi số liệu lưu trữ máy chủ theo thời gian thực: chu kỳ giây với thiết bị công tơ điện tử Trường Đại học Điện lực chế tạo với Recloser; chu kỳ 10 phút với thiết bị công tơ điện tử công ty điện lực lắp đặt 2.2 Giám sát, cảnh báo thông số vận hành lưới điện Việc theo dõi thông số lưới điện theo thời gian thực thu thập, phân tích, đánh giá số liệu từ thiết bị điện tử thông minh, đưa cảnh báo bất thường trình vận hành lưới điện (các trường hợp vượt ngưỡng cho phép công ty điện lực quy định), sở đưa giải pháp cụ thể thời gian ngắn nhằm giảm tổn thất điện nâng cao độ tin cậy lưới điện Các thông số lưới điện theo dõi liên tục, có phương thức thể phù hợp (biểu đồ thời gian thực, bảng chi tiết thông số lưới); cho phép lưu trữ, thống kê trạng thái bất thường hay theo dõi q trình vận hành thời gian dài Các thơng số giám sát gắn với đối tượng thực tế quản lý, giúp phân tích, đánh giá đưa giải pháp phù hợp, nhanh chóng mà khơng cần phải có mặt trường 2.3 Yêu cầu giám sát lưới điện trực quan hệ thống Trên sở khảo sát phân tích hoạt động quản lý vận hành lưới điện, đưa yêu cầu: Lưới điện phải số hóa hệ thống, cho phép điều chỉnh thường xuyên theo tính chất trạng thái thực địa, nhằm đảm bảo tính xác liệu giám sát hệ thống so với thực tế 760 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Các thông số thu thập phải đảm bảo tính tin cậy thu thập Cho phép giám sát thông số lưới điện thời gian thực (5 giây 10 phút) cách trực quan (trên lưới điện đồ thị) Cảnh báo trạng thái bất thường lưới điện hình ảnh, âm Cho phép thiết lập ngưỡng cảnh báo phù hợp với điều kiện, đối tượng Cho phép lưu trữ lịch sử giám sát lịch sử cảnh báo đối tượng lưới điện để điều tra phân tích cố Lược bỏ thao tác thủ công tốn nhiều thời gian, công sức buồn tẻ Dễ nhập liệu, nhập liệu khắp nơi, nhập liệu trực quan Không sử dụng hạ tầng cơng nghệ thơng tin tốn Có thể giám sát, cảnh báo thông số vận hành lưới điện khắp nơi thông qua thiết bị di động thông minh Dựa yêu cầu xây dựng module tương ứng với tính phần mềm: nhập lưới trực quan, đồng số liệu lưới điện, giám sát/cảnh báo thông số lưới điện, lịch sử giám sát/ cảnh báo thông số lưới điện, quản trị hệ thống Dựa vào module thực chức năng: Nhóm thu thập, đồng liệu từ hệ thống liên quan: Đồng liệu từ hệ thống quản lý vận hành lưới điện trực quan, hệ thống khác ngành điện CMIS, OMS,…; thu thập số liệu tổn thất từ thiết bị điện thơng minh Nhóm giám sát thơng số lưới điện trực quan: xem chi tiết thông số thiết bị đo đếm lưới trực quan đồ lưới điện hay biểu đồ số liệu, bảng biểu theo thời gian thực (5 giây 10 phút) Lưu trữ lịch sử giám sát thơng số lưới điện Nhóm cảnh báo thông số lưới điện trực quan: Thiết lập ngưỡng cảnh báo thơng số lưới điện, có tín hiệu cảnh báo (hình ảnh, âm thanh) trạng thái bất thường thiết bị lưới điện Lưu trữ lịch sử cảnh báo thông số lưới điện Nhóm chức khác [5,6]: nhóm chức quản trị hệ thống, kết xuất thông số vận hành, cảnh báo vận hành; báo cáo thống kê theo yêu cầu điện lực Hạ tầng cho hệ thống: Về mặt phần cứng: cần máy chủ Internet có cấu sau: Chip: Intel® Xeon E52620 2.0GHz 15MB Cache; HDD: 500 Gb Sata; Ram: Gb; Băng thông: 1000 GB/tháng Về phần mềm: hệ điều hành Windows 8, với SQL Server 2008, Visual Studio 2010, trình duyệt google chrome firefox PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 761 2.3 Mơ hình tổng qt hệ thống Mơ hình hệ thống giám sát lưới điện trực quan khái quát hóa thể sau: Hình 2: Mơ hình tổng qt hệ thống Mơ hình tổng quát hệ thống quản lý vận hành lưới điện trực quan Hình Trong mơ hình có tám module chính: đồng liệu đồ số từ hệ thống quản lý vận hành lưới điện trực quan, thu thập số liệu tổn thất, giám sát thông số trực quan theo vị trí, giám sát thơng số trực quan tức thời, lịch sử cảnh báo & giám sát, quản lý điểm đo, quản lý điểm đo chọn lọc quản trị hệ thống Mỗi module có chức kết nối với tạo thành hệ thống Hệ thống hoạt động sau, đầu tiên, liệu đồ số đồng từ hệ thống quản lý vận hành lưới điện trực quan với thông tin hỗ trợ từ hệ thống khác ngành điện CMIS, OMS,… Tiếp đó, module thu thập số liệu từ thiết bị điện tử thông minh đồng liệu lưu trữ hệ thống Trên sở số liệu vận hành lưới điện thu thập, cung cấp cho module giám sát thông số trực quan theo vị trí, giám sát thơng số trực quan tức thời, lịch sử cảnh báo, giám sát; từ hệ thống cho phép tính tốn, giám sát số liệu tổn thất trực quan Các chức mở rộng hỗ trợ người dùng q trình giám sát thơng số lưới điện quản lý điểm đo, quản lý điểm đo chọn lọc, thống kê báo cáo quản trị hệ thống 762 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 HỆ THỐNG GIÁM SÁT LƯỚI ĐIỆN TRỰC QUAN Hệ thống giám sát lưới điện trực quan xây dựng thành công thử nghiệm triển khai Công ty Điện lực Phú Thọ, Tổng công ty Điện lực miền Bắc Các cấp quản lý giám sát/vận hành lưới điện hệ thống trường Hình 3: Nhập lưới trực quan Hình 4: Khai thác lưới điện trực quan PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 763 Hình giao diện lưới điện trực quan đồng từ hệ thống quản lý vận hành lưới điện trực quan Với lưới điện trực quan xây dựng, người dùng theo dõi, quản lý giám sát thông số lưới điện trực quan theo vị trí giao diện Hình Tất thông tin đối tượng thực tế thấy giao diện với thông tin trường, vị trí thơng số trực tuyến Hình cung cấp lịch sử giám sát thơng số thiết bị lưới điện Lịch sử thông số cho phép kết xuất file Excel phụ vụ công tác phân tích số liệu sau a) Bảng lịch sử thông số trực quan đối tượng lưới điện giao diện Web b) Bảng lịch sử thông số trực quan đối tượng lưới điện giao diện Excel Hình 5: Bảng lịch sử thông số trực quan đối tượng lưới điện 764 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Hình giao diện giám sát cảnh báo thông số vận hành lưới điện trực quan sử dụng biểu đồ Trong 6a thông số điện đo tức thời Trường Đại học Điện lực lắp đặt (5 giây cập nhật lần), 6b thông số điểm đo tức thời điểm đo có lưới điện (10 phút cập nhật lần) 6c thông số tức thời Recloser Các thông số bất thường (so với ngưỡng cảnh báo người dùng thiết lập) có màu đỏ Hệ thống cho phép vẽ biểu đồ loại thông số vận hành lưới điện a) Thông số điểm đo tức thời (điểm đo trên lưới do trường Đại học Điện lực lắp đặt) b) Thơng số điểm đo tức thời (điểm đo đã có trên lưới điện) PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 765 c) Thơng số tức thời của Recloser(các recloser đã có trên lưới) Hình 6: Thơng số tức thời của các điểm đo Người dùng thiết lập ngưỡng cảnh báo cho phù hợp với loại liệu, tính chất đối tượng lưới điện hình Hình 7: Giao diện thiết lập ngưỡng cảnh báo Giám sát thơng số vận hành tức thời đối tượng lưới điện có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, giúp cho người giám sát vận hành đưa định đảm bảo cung cấp điện an tồn lưới điện Tuy nhiên, có định quan trọng lại cần thông số khoảng thời gian dài để đưa định Do đó, chức theo dõi lịch sử giám sát, cảnh báo thiết bị lưới điện theo thời gian cần thiết Các thông số vận hành lưới điện, cảnh báo bất thường lưới điện lưu trữ theo thời gian, cung cấp cho người dùng theo hình Trong Hình 8, ngày đánh dấu đỏ ngày xảy bất thường thông số lưới điện 766 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Hình 8: Giao diện lịch sử giám sát, cảnh báo thông số vận hành Hình cung cấp giao diện giám sát tổn thất lưới điện trực quan Hình 9: Giao diện giám sát tổn thất trực quan PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 767 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG Hệ thống giám sát điểu khiển lưới điện phân phối trực quan xây dựng thành công Hệ thống đáp ứng yêu cầu: Xây dựng, cập nhật cải tạo, đầu tư lưới điện hệ thống giống lưới điện thực tế; Kết nối cập nhật tức thời thông số trực tuyến với thiết bị điện thông minh đồng thời lưu trữ số liệu dòng điện, điện áp, công suất, tần số phụ tải, xuất tuyến đầu nguồn trạm 110 kV theo thời gian để phục vụ công tác giám sát vận hành, quản lý điều hành; Giám sát chất lượng điện từ xa theo thời gian thực (dịng điện, điện áp, cơng suất, tần số…), đồng thời cảnh báo tình trạng bất thường thông số vận hành theo quy định thiết lập theo yêu cầu vận hành; Trao đổi liệu với hệ thống dùng ngành điện CMIS, FMIS, OMS, MRIS, SCADA, PSS/ADEPT…; Số hóa khai thác loại đồ hành đa dạng tùy vào điều kiện tỉnh để tạo thành tảng hạ tầng địa lý cho hệ thống; Đảm bảo tính an tồn, bảo mật; Hệ thống có tính mở cao, tích hợp thêm module, tính năng, thiết bị điện thơng minh tương lai để tạo thành hệ thống thông minh hiệu Hệ thống thử nghiệm triển khai Công ty Điện lực Phú Thọ, Tổng công ty Điện lực miền Bắc đánh giá đáp ứng tốt yêu cầu đề Trong tương lai, dự định tiếp tục thử nghiệm phạm vi lớn phát triển thêm module điều khiển kỳ vọng hệ thống ứng dụng rộng rãi phục vụ tốt tối ưu chi phí triển khai thành cơng lưới điện thơng minh EVN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] David Wheatley and Mark Gillings (2002), Spatial Technology and ArchaeologyThe archaeological applications of GIS [2] TS.Phạm Hữu Đức (2006), Cơ sở liệu hệ thống thông tin địa lý GIS, NXB Xây dựng [3] Viện tiêu chuẩn, Tiêu chuẩn nhà nước ký hiệu hình vẽ sơ đồ điện (TCVN 161575 nhóm E) [4] Nghị định số 161CP việc bảo vệ an toàn lưới điện [5] Nguyễn Hữu Quỳnh, Đỗ Văn Kiệm (2009), Kết nghiên cứu, xây dựng hệ thống thi trắc nghiệm qua mạng Trường Đại học Điện lực, tr 3235, Tạp chí Cơng nghiệp Việt Nam [6] http://www.dot.net.vn/Desktop.aspx/Articles/ADONETProgrammingArticles/ Tan_cong_kieu_SQL_Injection_va_cac_phong_chong_trong_ASPNET/ [7] Trần Vinh Tịnh & Dương Minh Quân (2009), Nghiên cứu quản lý mạng lưới điện trung TP Đà Nẵng Bằng GIS, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số (32) ... cứu xây dựng ? ?Hệ thống giám sát lưới điện trực quan? ??, cho phép thể lưới điện trực quan (lưới điện hệ thống giống lưới thực tế), thu thập thông số lưới điện, giám sát thông số lưới điện trực quan. .. lưới điện hệ thống trường Hình 3: Nhập lưới trực quan Hình 4: Khai thác lưới điện trực quan PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 763 Hình giao diện lưới điện trực quan đồng từ hệ thống quản lý vận hành lưới điện. .. LƯỚI ĐIỆN TRỰC QUAN Hệ thống giám sát lưới điện trực quan xây dựng thành công thử nghiệm triển khai Công ty Điện lực Phú Thọ, Tổng công ty Điện lực miền Bắc Các cấp quản lý giám sát/ vận hành lưới