(Luận văn thạc sĩ) ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu scada vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kv tại công ty điện lực bến tre

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRÀNG ANH TUẤN ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU SCADA VÀO QUẢN LÝ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22kV TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC BẾN TRE NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 SKC006087 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRÀNG ANH TUẤN ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU SCADA VÀO QUẢN LÝ VẬN HÀNH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22kV TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC BẾN TRE NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2019 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: TRÀNG ANH TUẤN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12 – 10 – 1977 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Thành phố Bến Tre, Tỉnh Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 526C, Khu phố 1, Phƣờng Phú Khƣơng, Thành phố Bến Tre, Tỉnh Bến Tre E-mail: trangtuanevn77@gmail.com SĐT: 0913.427879 AI QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học phổ thơng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ năm 1993 đến 1996 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng THPT Nguyễn Đình Chiểu, Thị xã Bến Tre, Tỉnh Bến Tre Đại học: Hệ đào tạo: Khơng quy Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện - Điện tử (Viễn thơng) III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 03/2005 đến đến i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu riêng dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Lê Chí Kiên, tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn đƣợc cám ơn thơng tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Tp.Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng năm 2019 Học viên (Ký tên ghi rõ họ tên) TRÀNG ANH TUẤN ii LỜI CẢM ƠN Qua trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn, em kính gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến:  PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN thầy/cơ tận tình dạy, tạo điều kiện động viên em suốt q trình thực  Q thầy, giáo tham gia công tác giảng dạy, hƣớng dẫn em thành viên lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Điện 20182019 (A) tồn khố học  Quý thầy, cô giáo giảng dạy khoa Điện - Điện Tử, Phòng Đào tạo – phận sau đại học Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh giúp đỡ em thực thời gian học tập nghiên cứu trƣờng  Kính gửi lời cảm tạ tới Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho học viên trƣờng đƣợc học tập nghiên cứu Kính chúc Quý thầy, cô giáo thật nhiều sức khỏe Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng năm 2019 Học viên thực TRÀNG ANH TUẤN iii TÓM TẮT Luận văn “Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV Công ty Điện lực Bến Tre” hoàn thành nội dung nghiên cứu ứng dụng nhƣ sau:  Nghiên cứu ảnh hƣởng tụ điện đến lƣới điện phân phối, ƣớc lƣợng điện áp nút tụ điện, đề xuất cấu hình hệ thống SCADA hệ thống RTU lƣới điện phân phối  Nghiên cứu ứng dụng hệ thống SCADA lƣới điện phân phối  Nghiên cứu áp dụng hệ thống MIMIC vào quản lý vận hành lƣới điện phân phối 22kV Công ty Điện lực Bến Tre - Giá trị thực tiễn luận văn thể việc triển khai áp dụng hệ thống SCADA vào quản lý vận hành lƣới điện phân phối 22kV Công ty Điện lực Bến Tre Sử dụng hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu vào lƣới điện phân phối 22 kV nhằm mở phƣơng thức vận hành tiên tiến, nâng cao hiệu vận hành, giảm số nhân viên vận hành, nâng cao chất lƣợng điện năng, giảm tổn thất điện lƣới phân phối độ tin cậy cung cấp điện - Phát triển lƣới điện thông minh xu tất yếu giới có Việt Nam, tính vƣợt trội nhƣ đảm bảo an tồn quản lý vận hành điện năng, tăng suất lao động, giảm nhu cầu đầu tƣ vào phát triển nguồn lƣới điện Đồng thời giúp khai thác hợp lý nguồn tài nguyên lƣợng, góp phần bảo vệ môi trƣờng phát triển kinh tế xã hội bền vững Học viên thực TRÀNG ANH TUẤN iv ABSTRACT Dissertation "Application control systems to monitor and collect data to manage and operate SCADA distribution grid at 22 kV Electric Power Company of Ben Tre" has completed the research content and applications as follows:  Study the impact of the capacitor to the power distribution grid, estimated between nodes voltage capacitors, recommended system configuration and system SCADA RTU on the distribution grid  Research applications SCADA systems on the distribution grid  Research and application of systems to manage and operate MIMIC distribution grid at 22 kV Electric Power Company of Ben Tre - Practical value of the thesis presented in the application deployment management SCADA system to operate the distribution grid at 22 kV Electric Power Company of Ben Tre Use control system to monitor and collect data on the electricity distribution network of 22 kV is to usher in a mode of operation advanced new, improve operational efficiency, reduce the number of operational staff, improve power quality power,reduce power losses in the distribution network and reliability of power supply - Development of the smart grid is an inevitable trend of the world, including Vietnam, by the remarkable features like safety in the management and operation of electric power, increase productivity, reduce demand investment in resource development and power grid Also helps to rationally exploit energy resources, thus contributing to environmental protection and economic development in a sustainable society Author Trang Anh Tuan v MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao luận văn LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC BẢNG xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xii LỜI NÓI ĐẦU Chƣơng TỒNG QUAN 1.1 Khái quát SCADA 1.1.1 Tổng quan SCADA 1.1.2 Chức vai trò SCADA 1.1.3 Nguyên lý hoạt động SCADA 1.1.3.1 Cơ chế thu thập liệu 1.1.3.2 Xử lý liệu 1.1.3.3 Nguyên lý hoạt động 1.2 Sự phân cấp quản lý hệ thống SCADA 1.2.1 Cấp chấp hành 1.2.2 Cấp điều khiển 1.2.3 Cấp điều khiển giám sát 10 1.3 Các yêu cầu chung hệ thống SCADA 10 1.3.1 Chức giám sát 10 1.3.2 Chức điều khiển 10 vi  Phần mềm nầy dễ dàng phát triển thêm nhiều nút giám sát mà không cần thay đổi cấu trúc chƣơng trình - Phần mềm cổng VCom ảo, tính phụ hệ thống Phần mềm cho phép dùng phần mềm Recloser (cài đặt máy tính server) để truy cập vào Recloser thông qua đƣờng truyền mạng cáp quang tủ RTU có sẵn Hiện tại, Cơng ty đƣa vào sử dụng 64 nút thiết bị truy cập, cài đặt thông số Recloser từ xa mà không cần đến trƣờng vị trí recloser thao tác * Ƣu điểm giải pháp: - Hệ thống dễ dàng phát triển thêm nhiều nút giám sát, không cần thay đổi cấu trúc chƣơng trình - Hệ thống dễ dàng phát triển nâng cấp từ đƣờng truyền ADSL lên mạng cáp quang - Hệ thống sử dụng phần mềm giám sát, nên nâng cấp phần mềm để tạo nhiều công cụ phục vụ cho công tác vận hành lƣới điện - Hệ thống truyền số liệu Real “thực” trực tiếp từ Recloser nên số liệu xác - Hệ thống có khả giao tiếp đƣợc với thiết bị khác nhƣ điện kế điện tử, tủ điều khiển LBS, tủ điều khiển tụ bù, máy đo chất lƣợng điện * Giám sát online số thiết bị điện tử thông minh: - Mục đích sử dụng hệ thống:  Bảng MIMIC (Modified Intergration Microprocessor Intergration Communication) hỗ trợ giám sát trạng thái tổng thể tình trạng vận hành lƣới điện quản lý hoạt động thiết bị  Phần mềm hỗ trợ lƣu, truy xuất, cập nhật, tổng kết, báo cáo tình trạng lƣới cách nhanh chóng  Thu thập liệu truyền tự động Trung tâm từ thiết bị điện tử thông minh lƣới nhƣ: Recloser, LBS, điện kế điện tử, … 51  Hệ thống báo động âm cấp Hỗ trợ thông tin việc pha nhƣ xác định tƣơng đối địa điểm có cố  Hỗ trợ theo dõi trạng thái hoạt động lƣới điện lúc nơi thiết bị điện thoại di động, Iphone, Ipad, máy vi tính xách tay, - Tín hiệu lƣới thu thập: Do yêu cầu thu thập số liệu 15kV-35kV, nên thiết kế trích tín hiệu từ chuẩn 101 (RS-232) chuẩn 104 (RSJ-485, RJ45) các thiết bị điện tử thông minh lƣới bao gồm : + Recloser (Tủ Outdoor) + Điện kế điện tử (Tùy theo loại yêu cầu nhận tín hiệu ĐKĐT) + Máy cắt (Tùy loại xem có chuẩn liệu ngõ có nhận biết đƣợc hay khơng) + LBS, DS có TU, TI tín hiệu nhận đƣợc dịng, áp trạng thái hoạt động đóng mở nút 3.3.3 Các thành phần hệ thống - Hệ thống phần cứng đặt Trung tâm bao gồm: + Hệ thống bảng điện trực quan mơ tả tồn sơ đồ lƣới điện cập nhật đƣợc - Bảng MIMIC (Modified Intergration Microprocessor Intergration Communication) + Đƣờng truyền IP Tĩnh (Internet Protocol): + Server thu nhận số liệu + Máy tính để quản lý truy xuất liệu cho bảng MIMIC + Hai hệ thống Loa báo động cấp + Máy in báo cáo cố, hệ thống điện backup dự phòng, chống sét mạng, server backup dự phịng, … 52 Hình 3.14: Mơ hình hệ thống truyền tín hiệu từ thiết điện hệ thống trung tâm Cơng ty Điện lực Bến Tre Hình 3.15: Sơ đồ tổng quan hệ thống Công ty Điện lực Bến Tre 53 Hình 3.16: Sơ đồ lƣới điện đƣợc thể bảng điện MIMIC Phƣơng án đề xuất tối ƣu: Từ năm 2013 Công ty Điện lực Bến Tre sử dụng giải pháp bảng điện MIMIC để giám sát lƣới điện tháng 02/2019 Công ty Điện lực Bến Tre sử dụng giải pháp hình HMI để giám sát trạng thái tổng thể tình trạng vận hành lƣới điện quản lý hoạt động thiết bị Hình 3.17: Sơ đồ lƣới điện đƣợc thể hình HMI 54  Các bƣớc thao tác đóng/cắt từ xa Phần mềm Recloser_ACQ website: Giám sát điều khiển từ xa thiết bị Recloser website Truy cập vào địa website: :port/MIMIC/ khai báo username pasword Hình 3.18: Phần mềm Recloser_ACQ website thao tác đóng/cắt từ xa Chọn Điện lực thực Hình 3.19: Chọn Điện lực thực phần mềm Recloser_ACQ 55 Kiểm tra thông số thiết bị Hình 3.20: Kiểm tra thơng số thiết bị phần mềm Recloser_ACQ Thao tác đóng – mở tụ điện bù website từ cấp Điện lực Hình 3.21: Thao tác đóng – mở tụ điện bù website từ cấp Điện lực phần mềm Recloser_ACQ 56 Nhập mật để gửi lệnh đóng đến thiết bị điện (tụ bù) Hình 3.22: Nhập mật để gửi lệnh đóng đến thiết bị điện (tụ bù) phần mềm Recloser_ACQ  Hiệu mang lại hệ thống GSKTDL Online – MIMIC: Hiện nay, hệ thống MIMIC Công ty Điện lực Bến Tre vận hành ổn định 67 nút thiết bị RTU (gồm 19 Recloser, 02 LBS, 40 điều khiển tụ bù 06 điện kế điện tử) thu thập thông số liệu cho bảng điện MIMIC Hệ thống MIMIC sử dụng mạng truyền dẫn cáp quang nội Công ty Điện lực Bến Tre Đánh giá hiệu khai thác, áp dụng hệ thống thu thập liệu cho bảng điện MIMIC quản lý vận hành (QLVH) lƣới điện nhƣ sau: - Công tác điều tra cố: + Điều độ viên xác định đƣợc khu vực điện, thiết bị tác động tức xảy cố (còi báo) + Điều độ viên truy cập đƣợc thông tin nhật ký vận hành Recloser xác định đƣợc nguyên nhân cố Do việc thơng tin cố đƣợc xác + Giám sát đƣợc suất cố nguyên nhân cố Điện lực + Giảm thời gian xác định, điều tra xử lý cố 01 giờ, giảm thời gian điện, tăng điện thƣơng phẩm, tăng độ tin cậy cung cấp điện - Công tác theo dõi thông số vận hành lƣới điện, quản lý thiết bị: + Tăng suất lao động công tác QLVH lƣới điện, quản lý thiết bị (không cần cử nhân viên đến trƣờng truy cập, download thông số, ghi nhận trạng thái vận hành thiết bị, cài đặt, thay đổi thông số vận hành) 57 + Công tác điều hành lƣới điện đƣợc thực linh hoạt, có đầy đủ thơng tin, cập nhật online, đảm bảo tính xác + Giám sát đƣợc tất trạng thái, yêu cầu vận hành lƣới điện (theo dõi phụ tải, cân pha, theo dõi CSPK (Q), giám sát điều hòa phụ tải, giám sát cố, giám sát trạng thái hoạt động thiết bị, cài đặt, thay đổi thông số từ xa) + Lƣới điện vận hành tối ƣu, giảm tổn thất điện - Công tác giám sát, theo dõi công tác đơn vị: + Nâng cao suất lao động + Giảm thời gian điện cố, tăng điện thƣơng phẩm, đảm bảo cung cấp điện ổn định, tăng độ tin cậy + Đảm bảo công tác lƣới điện phƣơng thức, lịch đăng ký, đảm bảo an toàn QLVH lƣới điện - Thao tác đóng/cắt thiết bị, điều hịa phụ tải: + Theo dõi số liệu phụ tải online phục vụ công tác điều hịa phụ tải + Thao tác đóng /cắt từ xa điện tụ bù nâng cao hệ số cosφ, cải thiện chất lƣợng điện áp đáp ứng việc thay đổi công suất theo phƣơng án điều hịa phụ tải Hiệu việc đóng cắt từ xa tụ bù Khu công nghiệp Giao Long An Hiệp làm giảm đƣợc tổn thất điện (TTĐN) năm 2014 2015 khoảng 1.534.000 kWh (với số tiền khoảng gần tỷ đồng) + Cơng tác điều hịa phụ tải thực đáp ứng theo thay đổi công suất, + Giảm nhân tham gia thao tác, tăng suất lao động 58 Bảng 3.1: Số liệu so sánh tỉ lệ giảm TTĐN lƣới trung năm 2013 đến 2018  Các giải pháp thực tế để nâng cao khả vận hành hệ thống: - Giải pháp 1: Khi thao tác từ xa làm để đảm bảo thiết bị hoạt động theo yêu cầu Có cách để xác định: + Cách 1: Dựa vào thay đổi thơng số sau: dịng điện (Ia, Ib,Ic), cơng suất phản kháng Q, cosφ, đầu phát tuyến mà có tác động, thơng số xem trực tuyến chƣơng trình đọc thơng số vận hành trạm 110kV (phần mềm AppMeter) nhƣ hình 3.23 phịng trực ban vận hành 59 Hình 3.23: Chƣơng trình đọc thơng số vận hành trạm 110kV + Cách 2: Dựa vào thay đổi thông số sau: dịng điện (Ia, Ib,Ic), cơng suất phản kháng Q, thiết bị Recloser, điện kế điện tử đầu phát tuyến mà có tác động, thông số xem trực tuyến phần mềm Recloser_ACQ nhƣ hình 3.24 phịng trực ban vận hành Hình 3.24: Giao diện phần mềm Recloser_ACQ đóng cắt từ xa 60 - Giải pháp 2: Phần mềm có khả mở rộng thêm tính nhƣ sau: Lắp đặt thêm thiết bị camera vị trí đặt thiết bị lƣới điện phân phối để giám sát online tình trạng vận hành thiết bị 61 Chƣơng KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Qua 06 tháng thực luận văn Tìm hiểu ứng dụng SCADA hệ thống điện, SCADA hệ thống quản lý điều độ hiệu hệ thống điện Việt Nam nói riêng giới nói chung Việc ứng dụng SCADA hệ thống điện mang lại hiệu vô to lớn mặt kinh tế thời gian SCADA hệ thống đảm bảo việc quản lý giám sát, điều khiển vận hành an toàn cho hệ thống điện Hệ thống điều khiển giám sát thu thập số liệu SCADA ngày gần gũi kỹ sƣ, kỹ thuật viên sinh viên ngành Hệ thống điện việc trang bị chúng cho hệ thống điện cần thiết Các hãng giới chế tạo, lắp đặt nhiều mơ hình SCADA khác hệ thống điện, nhà máy điện, lƣới hạ thế, công ty, để quản lý vận hành sơ đồ lƣới nhƣ thiết bị kỹ thuật số ngày đƣợc sử dụng nhiều Chính lẽ xu hƣớng nƣớc ta mở rộng ứng dụng SCADA hệ thống quản lý hệ thống điện Việt Nam Luận văn này, cịn nhiều hạn chế q trình nghiên cứu thực hiện, giúp tự đánh giá hiểu kỹ kiến thức chuyên mơn Đó kết sau nhiều năm học tập hƣớng dẫn tận tình thầy Lê Chí Kiên, tơi thành thật cảm ơn 4.2 Hƣớng phát triển - Trong bối cảnh đơn vị Điện lực tích cực đầu tƣ nghiên cứu cơng nghệ nhằm phát triển lƣới điện thông minh, Công ty Điện lực Bến Tre nhân rộng mô hình điều khiển lƣới điện từ xa, tập trung đầu tƣ nguồn lực vào phát triển lƣới điện thông minh theo hƣớng đại, áp dụng công nghệ tự 62 động hóa vào tất khâu từ quản lý, đến phân phối lƣới điện coi động lực giúp đơn vị phát triển nhanh, bền vững - Mở rộng, triển khai thêm nhiều nút thiết bị (LBS, tụ điện bù, điện kế điện tử, …) điều khiển đóng/cắt từ xa - Kết nối hệ thống MIMIC tƣơng thích với hệ thống thơng tin đồ địa dƣ hệ thống điện (GIS), Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVNSPC) triển khai phát triển Hệ thống quản lý lƣới điện phân phối (DMS), … - Đo đếm chất lƣợng điện từ xa (thơng qua RTU) truyền Phịng Điều Độ Cơng ty - Làm mơ hình cho Cơng ty Điện lực bạn thực 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Hịa, Đặng Tiến Trung (2010), Hệ thống thơng tin hệ thống điện, Nhà xuất Bách Khoa – Hà Nội [2] Phạm Văn Hòa, Đặng Tiến Trung, Lê Anh Tuấn (2010), Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA hệ thống điện, Nhà xuất Bách Khoa – Hà Nội [3] Trƣơng Đình Châu (2006), Hệ thống thu thập liệu điều khiển giám sát Bộ môn Điều khiển tự động, Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh [4] Bentley System (2006), Incorporated "The Fundamentals of SCADA" [5] ABB, User Manuai Remote Terminal Unil RTU 211 [6] AREVA, Protection-Automation & Control Integrated System, October 2004 [7] Bailey D., Practical SCADA for Industry Elsevier 2003 [8] Darol Woodward, Protocol and atchilectures for Power Delivery Automation, Proceeding of the lst Annual Westem Power Delivery Automation [9] IEC Standard 61850 [10] International Power Generation, May 2003 [11] Ahmed MM, Soo WL Customized (SCADA) system for low voltage distribution automation system Trans Distrib Conf Expos 2009:1–4 [12] Omid Homaee, Alireza Zakariazadeh, Shahram Jadid Real-time voltage control algorithm with switched capacitors in smart distribution system in presence of renewable generations Electrical Power and Energy Systems 54 (2014) 187-197 64 ... TÓM TẮT Luận văn ? ?Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA vào quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV Công ty Điện lực Bến Tre? ?? hoàn thành nội dung nghiên cứu ứng dụng nhƣ sau:... áp dụng hệ thống MIMIC vào quản lý vận hành lƣới điện phân phối 22kV Công ty Điện lực Bến Tre - Giá trị thực tiễn luận văn thể việc triển khai áp dụng hệ thống SCADA vào quản lý vận hành lƣới điện. .. lƣới điện phân phối 22kV Công ty Điện lực Bến Tre Sử dụng hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu vào lƣới điện phân phối 22 kV nhằm mở phƣơng thức vận hành tiên tiến, nâng cao hiệu vận hành,