Nghiên cứu về việc xây dựng hệ thống giám sát diện rộng cho hệ thống điện Việt Nam - Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp. Hồ Chí Minh

CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT DIỆN RỘNG TRÊN THẾ GIỚI 3.1.[r]

NGHIÊN C

Ứ

U V

Ề

VI

Ệ

C XÂY D

Ự

NG H

Ệ

TH

Ố

NG

GIÁM SÁT DI

Ệ

N R

Ộ

NG CHO H

Ệ

TH

Ố

NG

Đ

I

Ệ

N VI

Ệ

T 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 công 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 1 TÍNH THỜI SỰ CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Thực tế trình vận hành HTĐở Việt Nam giới cho thấy, chế độ vận hành HTĐđược tính tốn phân tích kỹ lưỡng 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 mô lớn giới kểđến:

 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 toàn nước Italy với tổng công suất tải 27 GW [2]

 Sự cố rã lưới ngày 31 tháng 07 năm 2012 Ấn Độ [3] Ước tính khoảng 600 triệu người bịảnh 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;

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 chỉ thấp điện áp ngày trước khơng đáng kể,

vì người vận hành không cảm nhận mức độ nguy hiểm của 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

 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 cốđể 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 đểđánh giá trạng thái làm việc HTĐ thời gian thực

2 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 thông tin cập nhật xác tình trạng lưới điện [4] Trong năm gần đây, cơng 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 hịa

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 độổn 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, trình lưu trữ liệu, hồn tồn 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 có thểđạt 100 ns)

Hình 3: Phương thức đấu nối PMU trạm điện

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) Sơđồ đấu nối thiết bị PMU thể Hình Đầu vào PMU tín hiệu gửi đến từ biến dịng điện biến điện áp đặt ngăn lộ trạm đường dây

Dựa tảng công nghệđo đồng góc pha PMU, hệ hệ thống giám sát lưới điện phát triển mạnh mẽ Sơđồ 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 tơđồng bộđược thu thập (gom) thiết bị PDC, từđó 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)

Lưu trữ liệu (Storage/History)

Là hệ thống có khả lưu trữđược 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 trình khai thác phân tích sau vận hành post real-time), cơng 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 cơng ty OSIsoft Mỹ phát triển, hồn tồn đáp ứng u cầu

Theo tính tốn 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, 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 q trình khởi động đen khơi phục hệ thống điện

 Bảo vệ chống đồng diện rộng

3 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 sự cố ngày 14/8/2003 [1], người ta thấy công nghệđồng 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 cơng nghệđồng 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 Mỹở khu vực khác nhau

Trong báo cáo vào năm 2008 NERC’s Real-Time Tools Best Practices Task