Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh cho công ty điện lực quảng bình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI XUÂN THƯ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THƠNG MINH CHO CƠNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG BÌNH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐINH THÀNH VIỆT Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Luận văn hình thành phát triển từ số liệu thực có trích dẫn nguồn rõ ràng, phương án giải vấn đề dựa quan điểm cá nhân tôi, hướng dẫn PGS TS Đinh Thành Việt Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Người cam đoan Bùi Xuân Thư TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THƠNG MINH CHO CƠNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG BÌNH Học viên: Bùi Xuân Thư Mã số:85202021 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Khóa: 34 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Hiện cơng nghệ lưới điện thơng minh áp dụng nhiều nước giới, Việt Nam bắt đầu lộ trình nhiên chưa triển khai sâu rộng Công nghệ lưới điện thông minh lớn, đa dạng ứng dụng cho vận hành lưới điện Luận văn tác giả tập trung nghiên cứu công nghệ tự động cô lập cố phục hồi lưới điện thông minh ứng dụng thực tế vào trạng LĐPP Công ty Điện lực Quảng Bình Tác giả lựa chọn mạch vịng điển hình để đưa vào nghiên cứu, đánh giá đưa giải pháp công nghệ phù hợp hơn, đảm bảo vận hành mạch vòng cách tin cậy, đồng thời giúp cho việc xử lý cô lập cố nhanh so với việc trước cải tạo Các kết đạt qua việc áp dụng tự động hóa điển hình cho xuất tuyến 472-E2 473E2 tham khảo để áp dụng cho xuất tuyến tương tự lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình Từ khóa – Lưới thơng minh, bảo vệ tự phục hồi RESEARCH APPLICATION SMART GIRD TECHNOLOGY FOR QUANG BINH POWER COMPANY Abstract - Currently smart grid technology has been applied in many countries around the world, in Vietnam also started the route but has not been deployed extensively The technology of smart grid is very large, diverse applications for grid operation This thesis focuses on automatic technology to isolate the incident and restore the smart grid and practical application into the current status of distribution grid of Quang Binh Power Company The author selects a typical circuit to be included in the study, evaluates and provides a more suitable technology solution, ensures reliable loop operation, and helps to handle and isolate the problem faster than before the renovation The results achieved through the typical automation application for the 472-E2 and 473-E2 exits may be referenced for similar alignment on the distribution grid in Quang Binh Key words – Smart Grid; Self-Healing Protection MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục đích mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN HIỆN TẠI CỦA CƠNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG BÌNH .4 1.1 Tổng quan lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình 1.1.1 Tổng quan tỉnh Quảng Bình 1.1.2 Hệ thống lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình 1.1.3 Đánh giá trạng lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình 10 1.2 Đánh giá công nghệ vận hành lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình 10 KẾT LUẬN CHƯƠNG 13 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH 14 2.1 Khái niệm lưới điện thông minh 14 2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu công nghệ lưới điện thông minh 15 2.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ lưới điện thơng minh 18 2.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ lưới điện thơng minh giới 18 2.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ lưới điện thông minh Việt Nam Công ty điện lực .24 KẾT LUẬN CHƯƠNG 29 CHƯƠNG TỰ ĐỘNG HĨA PHÁT HIỆN CƠ LẬP SỰ CỐ VÀ PHỤC HỒI LƯỚI ĐIỆN, ỨNG DỤNG CHO CƠNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG BÌNH 30 3.1 Tổng quan tự động hóa phát cô lập cố phục hồi lưới điện 30 3.1.1 Các cố hệ thống phân phối 30 3.1.2 Các phận cách ly phục hồi cố 31 3.1.3 Xác định vị trí cố, cách ly phục hồi 35 3.2 Giải pháp tự động hóa phát lập cố lưới điện thông minh .38 3.2.1 Giới thiệu giải pháp 38 3.2.2 Hoạt động hệ thống 39 3.2.3 Bảo vệ tự phục hồi với IED PMU 40 3.2.4 Giải pháp truyền thông thông minh cho bảo vệ tự động lưới thông minh 43 3.3 Ứng dụng giải pháp tự động hóa phát cô lập cố lưới điện thông minh cho Cơng ty Điện lực Quảng Bình 45 3.3.1 Quy trình giải pháp công nghệ SCADA trung tâm điều khiển hệ thống điện Quảng Bình (Điều độ) 45 3.3.1.1 Phối hợp thiết bị tự đóng lại (recloser) tự động cô lập cố phục hồi 45 3.3.1.2 Những nguyên tắc 45 3.3.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật 46 3.3.1.4 Các quy tắc tự động hóa 50 3.3.1.5 Minh họa quy trình xử lý tự động hóa mạch vịng .53 3.3.2 Áp dụng công nghệ tự động cô lập cố phục hồi cho XT 472-E2 473E2 55 3.3.2.1 Đặc điểm trạng 55 3.3.2.2 Giải pháp TĐH cô lập khôi phục xuất tuyến 472-E2 473-E2 56 3.3.2.3 Chế độ vận hành TĐH xuất tuyến 472-E2 473-E2 sau cải tạo 56 3.3.2.4 Giải pháp phát điểm cố để khắc phục 59 3.4 Mô PSCAD 60 3.4.1 Giai đoạn 60 3.4.2 Giai đoạn thứ hai 60 3.4.3 Giai đoạn thứ ba .61 3.5 Kết thí nghiệm mơ bảo vệ tự động phục hồi 61 3.5.1 Khi cố F1 62 3.5.2 Khi cố F2 64 KẾT LUẬN CHƯƠNG 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .67 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT HTĐ: Hệ thống điện LĐPP: Lưới điện phân phối IED: Thiết bị điện tử thông minh PMU: Các đơn vị đo lường phasor RTU: Thiết bị đầu cuối tín hiệu từ xa RMU Bộ thiết bị tích hợp thiết bị đầu cuối MC: Máy cắt TBA: Trạm biến áp MBA: Máy biến áp BU: Máy biến điện áp BI: Máy biến dịng điện TĐH: Tự động hóa TĐL: Tự đóng lại BVRL: Bảo vệ rơ le BV: Bảo vệ NM: Ngắn mạch REC: Máy cắt tự đóng lại LBS: Dao cắt có tải DCL: Dao cách ly FCO: Cầu chì tự rơi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 1.1 Tên bảng Sản lượng điện theo thành phần phụ tải tỉnh Quảng Bình Trang 1.2 Tình hình vận hành TBA 110KV tỉnh Quảng Bình 1.3 Khối lượng đường dây lưới điện phân phối 1.4 Khối lượng trạm biến áp phụ tải 3.1 Các quy tắc tự động hòa mạch vòng FR 51 3.2 Các quy tắc tự động hòa mạch vòng MR 51 3.3 Các quy tắc tự động hòa mạch vòng TR 52 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 Tên hình Trang Mơ hình vận hành lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình Mơ hình vận hành hệ thống MDMS Mơ hình vận hành hệ thống Spider Các lớp hệ thống điện thông minh Cơ cấu Lưới điện thông minh Mô tả thiết kế hệ thống Smart Grid Luồng lượng thông tin Smart Grid Tổng quan mô hình lưới điện thơng minh Lộ trình phát triển Lưới điện thơng minh EVNCPC Đường ITE Cấu hình RMU điển hình Một phần RMU tự động 11 11 12 14 16 17 17 23 28 31 32 32 Hoạt động recloser cố thoáng qua cố trì Cấu tạo nguyên lý Recloser 33 Một đường dây phân phối điển hình với recloser cầu chì Một recloser treo cột RTU Một lưới phân phối điển hình Lưới phân phối tự động hóa phần Tự động hóa hồn tồn lưới phân phối Sơ đồ khối mạng bảo vệ tự phục hồi Cảm biến lắp đặt đường dây khơng Q trình loại trừ cố lưới điện Sơ đồ hệ thống điện áp dụng cảm biến cho hệ thống phân phối điển hình Lỗi xảy hai điểm cảm biến tối ưu lưới Trước xảy cố Sau xảy cố Giao tiếp không dây cảm biến trạm điều khiển để giám sát mạng lưới điện Sơ đồ nguồn cung cấp tự động hóa mạch vịng Quy trình tự động phục hồi hệ thống LĐPP Hệ thống tự động hóa mạch vịng qua hệ thống SCADA Sự cố recloser TR Mra2 nguồn TBA2 34 34 35 36 36 37 39 39 40 41 42 43 43 44 45 47 53 53 Số Tên hình hiệu 3.23 Trạng thái sau TR đóng lặp lại không thành công 3.24 Sơ đồ xuất tuyến 472-E2 473-E2 trạng 3.25 Sơ đồ xuất tuyến 472-E2 473-E2 sau cải tạo 3.26 Chế độ vận hành cố điểm ngắn mạch F1, F2, F3, F4 3.27 Sơ đồ TĐH cố F1 3.28 Sơ đồ mạng cách ly cố F2 3.29 Thiết bị cảnh báo cố từ xa SRFI EMEC sản xuất 3.30 Nguyên lý làm việc thiết bị cảnh báo cố từ xa SRFI Cách thức truyền nhận tín hiệu từ cảm biến đến điều 3.31 khiển 3.32 Sơ đồ lưới điện phân phối áp dụng PSCAD để mô Kết hệ thống bảo vệ tự phục hồi hiển thị tín hiệu điện 3.33 áp mẫu cố F1 Tổng quan trình tự lập phục hồi mơ 3.34 phần mềm PSCAD cố F1 Tín hiệu điện áp ba pha hiển thị chuỗi trình tự lập 3.35 phục hồi cố F1 Kết hệ thống bảo vệ tự phục hồi hiển thị tín hiệu điện 3.36 áp mẫu cố F2 Tổng quan q trình tự lập phục hồi mơ 3.37 phần mềm PSCAD cố F2 Tín hiệu điện áp ba pha hiển thị chuỗi q trình tự lập 3.38 phục hồi cố F2 Trang 54 55 56 57 57 58 59 59 60 62 62 63 64 64 65 65 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Như biết, điện dạng lượng đặc biệt quan trọng phát triển kinh tế xã hội chúng ta, việc sử dụng điện trở thành nhu cầu thiết yếu đời sống người Trong năm qua phát triển bùng nổ công nghệ thông tin tác động lớn đến mặt xã hội, để bắt kịp xu thời đại việc ứng dụng cơng nghệ vào vận hành lưới điện cần thiết Như vấn đề đặt cần phải nhìn nhận tầm quan trọng việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ để qua quan tâm xây dựng lưới điện thơng minh ngày hoàn thiện đáp ứng ngày cao chất lượng dịch vụ cung cấp điện Lưới điện thơng minh (cịn gọi mạng thơng minh) dạng lưới điện mà mục tiêu đặt tiên đoán phản ứng cách thông minh với cách ứng xử hành động tất đơn vị kết nối điện với lưới điện, bao gồm đơn vị cung cấp điện, hộ tiêu thụ điện đơn vị đồng thời cung cấp tiêu thụ điện, nhằm cung cấp cách hiệu dịch vụ điện tin cậy, kinh tế bền vững Lưới điện thông minh trở thành chiến lược phát triển điện lực trọng yếu nhiều quốc gia Tại Việt Nam, tháng 9/2012, Phó Thủ tướng Hồng Trung Hải đạo thành lập Đề án phát triển lưới điện thơng minh Thực tế nước ta thành lập chuẩn bị cho lưới điện thông minh từ năm 2003 cách nâng cấp lưới điện với sản phẩm công nghệ cao nước Tuy nhiên, ngành điện Việt Nam cần bước thận trọng vững chắc, đặc biệt sách pháp luật, lưới điện thơng minh hồn chỉnh khơng phải đạt nháy mắt Từ 10 năm nay, giải pháp công nghệ tiên tiến sử dụng ngày nhiều lưới điện, tạo bước chuyển mới, đóng góp phần quan trọng hàng đầu việc nâng cao độ tin cậy lưới điện, nhiên phải đẩy mạnh việc áp dụng công nghệ cho lưới điện, cần phải tiêu chuẩn hóa, linh hoạt hóa, hồn thiện nâng cấp lưới điện Trong lưới điện phân phối nay, Công ty điện lực phần lớn trang bị nhiều loại thiết bị đại, tích hợp nhiều chức đặc biệt ứng dụng công nghệ thông minh công tơ điện tử, thiết bị đóng cắt từ xa Tuy nhiên trước mắt thiết bị phần lớn khai thác đến chức mà chưa khai thác triệt để tính ứng dụng kèm Bên cạnh phụ thuộc tài chế nên chưa quan tâm trọng 66 Đánh giá: Trong trường hợp cố F1, không áp dụng công nghệ lưới điện thông minh để cô lập phục hồi cố phải đến 15 phút để nhân viên quản lý vận hành đến thao tác đóng LBS 148 Lương Yến cấp điện cho khu vực không bị cố Khi áp dụng cơng nghệ lưới thơng minh tồn q trình diễn gần giây Như vậy, việc áp dụng công nghệ mang lại hiệu thiết thực việc giảm thiều thời gian điện khu vực không bị ảnh hưởng cố đồng thời giúp cho việc kiểm tra xử lý cố nhanh chóng KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua nghiên cứu công nghệ lưới điện thông minh cho việc tự động hóa lấp cố khơi phục, ứng dụng vào thực tế trạng XT 472-E2 473E2 để đưa vào nghiên cứu, đánh giá đưa giải pháp công nghệ giúp cho việc xử lý cô lập cố nhanh so với việc trước cải tạo Việc tận dụng thiết bị, đường dây lưới cũ đảm bảo tính kỹ thuật giúp giảm nhiều chi phí để xây dựng tự động hóa xuất tuyến Ứng dụng công nghệ PSCAD để mô mơ hình cải tạo TĐH cho xuất tuyến trên, kết việc cô lập cố khôi phục nhanh, hạn chế tối đa thời gian điện Kết sở để tiến hành giải pháp cụ thể việc tự động cô lập cố khôi phục cho lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nhằm nâng cao khả tự động hóa lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình, đề tài tập trung vào nghiên cứu công nghệ lưới điện thông minh để ứng dụng vào thực tế cơng nghệ tự động hóa lập cố khơi phục nhằm mục đích nâng cao độ tin cậy cung cấp điện giảm đến mức thấp khu vực điện Qua kết mô tả chế độ cố lưới điện cho thấy việc triển khai áp dụng công nghệ tự động hóa lưới điện phân phối việc lập nhanh điểm cố cung cấp điện an toàn cho vùng khơng bị cố cách nhanh chóng Kết mơ tự động hóa mạch lập cố khôi phục cho xuất tuyến 472-E2 473-E2 cho thấy tính hiệu việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, điều cho phép nghiên cứu tiếp tục để ứng dụng cho tồn lưới trung Quảng Bình Đây đề tài thực tế, với mong muốn đưa giải pháp đảm bảo cấp điện an toàn liên tục cho khách hàng sử dụng điện, hạn chế tối đa thời gian phát xử lý cố Hệ thống bảo vệ tự cô lập cố phục hồi bao gồm định vị vị trí cố, lập, phục hồi cấp điện sau cố giúp cho việc sửa chữa hệ thống đáp ứng cho nhu cầu chất lượng cấp điện Vì việc áp dụng tự động hóa giải pháp cần quan tâm đầu tư phát triển Khả áp dụng vào thực tế: Đề ứng dụng triển khai để áp dụng thực tế có tính khả thi cao với lý sau: - Giảm thiểu thời gian phát xử lý cố, hạn chế thời gian khu vực điện cố - Tận dụng sở hạ tầng lưới phân phối trạng (không thay đổi kết cấu lưới điện), chi phí lắp đặt bổ sung thêm thiết bị phân đoạn (chủ yếu reclose) phí khơng cao Một số hạn chế: - Để tăng độ tin cậy, giảm thiểu khu vực bị điện mà không làm tăng thời gian tác động bảo vệ đầu nguồn cần phải lắp thêm thiết bị phân đoạn xuất tuyến có cấu trúc mạch vịng 68 - Việc thiết bị phải đóng cắt nhiều lần để loại bỏ cố khả ảnh hưởng đến chất lượng điện khách hàng, đặc biệt khách hàng phụ tải công nghiệp - Chi phí đầu tư cao việc mua sắm thay vật tư thiết bị đồng cho hệ thống tự động hóa giai đoạn đầu Kiến nghị: Tơi xin phép có số nội dung kiến nghị góp phần vào việc áp dụng giải pháp tự động hóa sau: - Công ty Điện lực xem xét định hướng giải pháp tự động hóa từ khâu mua sắm vật tư, thiết bị để lắp đặt lưới điện cơng trình đầu tư Tránh trường hợp phải thay thiết bị đóng cắt có triển khai tự động hóa, gây lãng phí - Nên đầu tư thiết bị cảnh báo cố tự xa SRFI để giảm thiểu thời gian tìm điểm cố Do khả tiếp cận với tài liệu khoa học cịn hạn chế, tác giả mong nhận góp ý tận tình thầy giáo Hội đồng chấm luận văn khoá 69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Bộ Công Thương, 2012 Đề án phát triển lưới điện thông minh Việt Nam Hà Nội [2] Tổng Công ty điện lực miền Trung, 2013 Quyết định 1795/QĐ-EVNCPC ngày 24/4/2013 phê duyệt Lộ trình phát triển Lưới điện thông minh [3] PGS Lê Văn Doanh – Ks Nguyễn Thị Nguyệt Số 128 (7/2011), Tạp chí tự động hóa ngày - Automation.net.vn [4] Nguồn tài liệu: http://www.cpc.vn/; http://vi.wikipedia.org/; http://nangluongvietnam.vn/; http://automation.net.vn/) Tài liệu tiếng Anh [5] A John Wiley & Sons, Ltd., Publication; SMART GRID TECHNOLOGY AND APPLICATIONS, 2012 John Wiley & Sons, Ltd [6] Gellings, C.W (2009) The Smart Grid: Enabling Energy Efficiency and Demand Response, The Fairmont Press, Lilburn [7] Galvin, R., Yeager, K and Stuller, J (2009) Perfect Power: How the Microgrid Revolution Will Unleash Cleaner, Greener, More Abundant Energy, McGraw-Hill, New York [8] The Integrated Energyand Communication Systems Architecture, 2004,http://www.epriintelligrid.com/intelligrid/docs/IECSA_VolumeI.pdf (accessed on August 2011) [9] XCel Energy Smart Grid: A White Paper, March 2007, http://smartgridcity xcelenergy.com/media/pdf/SmartGridWhitePaper.pdf (accessed on August 2011) [10] Southern California Edison Smart Grid Strategy and Roadmap, 2007, http://asset.sce.com/Documents/Environment%20%20Smart%20Grid/100712_SCE _SmartGridStrategyandRoadmap.pdf (accessed on August 2011) [11] Dugan,R., Santoso,S., McGranaghan, M.andBeaty, H (2002) Electric Power Systems Quality, McGraw-Hill, New York [12] Vilathgamuwa, D.M., Wijekoon, H.M and Choi, S.S (2006) A novel 70 technique to compensate voltage sags in multiline distribution system: the interline dynamic voltage restorer IEEE Transactions on Industrial Electronics, 53(5), 1603–1611 [13] Northcote-Green, J and Wilson, R (2007) Control and Automation of Electrical Power Distribution Systems, CRC Press, New York [14] Stewart, S (2004) Distribution Switchgear, IEE Power Engineering Series 46 [15] D Argual and Q Zeng, Introduction to Wireless and Mobile Systems Stamford, CT: Brooks/Cole, 2003 71 ... Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lưới điện thơng minh cho Cơng ty Điện lực Quảng Bình Mục đích mục tiêu nghiên cứu Đề tài đặt mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu sau: - Nghiên cứu công nghệ lưới điện thông. .. lưới điện Cơng ty Điện lực Quảng Bình Chương Công nghệ lưới điện thông minh Chương Tự động hóa phát lập cố phục hồi lưới điện, ứng dụng cho Công ty Điện lực Quảng Bình Luận văn thạc sĩ thân nghiên. .. thông minh 18 2.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ lưới điện thông minh giới 18 2.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh Việt Nam Công ty điện