Xây dựng hệ thống giám sát lưới điện trực quan hiệu quả

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Xây dựng hệ thống giám sát lưới điện trực quan hiệu quả

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 1 Trường Đại học Điện lực 2 Công ty Điện lực Phú Thọ, Tổng công ty Điện lực miền Bắc Tóm tắt: Trong bài báo này, chúng tôi 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. Kết quả triển khai áp dụng tại Công ty Điện lực Phú Thọ đã chỉ ra tính ổn định và hiệu quả của hệ thống. Từ khóa: Lưới điện, thông số điểm đo, thông số recloser, giám sát thông số lưới điện, cảnh báo thông số lưới điện. 1. GIỚI THIỆU Phạm vi quản lý lưới điện của Tập đoàn Điện lực Việt Nam trải dài từ Bắc vào Nam. Chưa kể đến tính chất phức tạp của lưới điện Việt Nam, với phạm vi như vậy, nếu không sử dụng phương pháp quản lý hiệu quả sẽ không đáp ứng được đòi hỏi đặt ra của thực tế. Với những tiến bộ vượt bậc của công nghệ [1,2] đặc biệt công nghệ thông tin (CNTT), việc ứng dụng CNTT vào quá trình giám sát lưới điện là một việc làm có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong sự phát triển của ngành điện. Lưới điện thông minh mang lại cho cả các công ty điện lực và người tiêu dùng những lợi ích rất to lớn. Sự phát triển của lưới điện thông minh nhìn chung là tương đối khác nhau đối với từng khu vực và từng nước. Trong khi các nước phát triển quan tâm đến việc nâng cao hiệu suất của lưới phân phối, giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính, tích hợp nguồn phát điện từ các nguồn năng lượng tái tạo và nâng cao dịch vụ khách hàng thì các nước đang phát triển lại tập trung chủ yếu vào việc quản lý sản lượng điện trong thời gian cao điểm một cách có hiệu quả, giảm tổn thất điện năng và nợ xấu. Tùy vào mục đích của mình, mỗi nước sẽ có cách tiếp cận và lựa chọn giải pháp công nghệ khác nhau. Mặt khác, bản thân lưới điện thông minh vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu, phát triển, nhiều công nghệ được cho là của lưới điện thông minh vẫn chưa được đưa vào ứng dụng thực tế. Nhìn chung thì lưới điện thông minh gồm tập hợp các nhóm giải pháp công nghệ bao trùm toàn bộ lưới, từ sản xuất, truyền tải đến phân phối và tiêu thụ. Tuy nhiên, các nhóm giải pháp công nghệ này lại chưa đồng bộ, dẫn đến dữ liệu về lưới điện bị phân tán và chưa được khai thác một cách phù hợp, có hệ thống.
758 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Có nhiều hệ thống giám sát của các công ty, các tổ chức, các cá nhân đã được phát triển và áp dụng vào các đơn vị trong ngành điện như: Hệ thống đọc và truyền dữ liệu từ xa công tơ điện tử 3 pha – MRIS, Hệ thống giám sát quản lý vận hành lưới điện cao thế OCCHGC, Hệ thống thu thập số liệu từ xa công tơ tại EVNCPC (MDMS Meter Data Management System), Hệ thống mini SCADA/DMS trong giám sát, điều khiển lưới điện – Tổng công ty Điện lực miền Nam. Các hệ thống trên đa phần được phát triển nhằm khai thác một khía cạnh quản lý trên lưới điện và có một hạn chế quan trọng là việc mở rộng module hay kết nối giữa các phần mềm trên vô cùng khó khăn, giá thành cao, thường xuyên phải trả chi phí lớn cho việc nâng cấp phần mềm. Để khắc phục các hạn chế ở trên, chúng tôi nghiên cứu xây dựng “Hệ thống giám sát lưới điện trực quan”, cho phép thể hiện lưới điện trực quan (lưới điện trên hệ thống giống như lưới thực tế), thu thập thông số lưới điện, giám sát thông số lưới điện trực quan trên bản đồ, đồ thị, cảnh báo trạng thái bất thường của lưới điện. Bài báo này được chia thành bốn phần. Phần thứ nhất, giới thiệu sự cần thiết áp dụng giải pháp công nghệ tích hợp trong thu thập, giám sát lưới điện và một số hệ thống đã được áp dụng tại các đơn vị trong EVN. Phần thứ hai đưa ra mô hình và các yêu cầu của hệ thống. Phần thứ ba trình bày hệ thống giám sát lưới điện trực quan. Cuối cùng, kết luận và hướng nghiên cứu tương lai được đưa ra. 2. MÔ HÌNH VÀ CÁC YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG 2.1. Mô hình thu thập thông số vận hành lưới điện Hình 1: Mô hình thu thập thông số lưới điện
PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 759 Trong hệ thống hiện nay, các thông số lưới điện như dòng điện, điện áp, tần số, góc lệch pha, công suất, Cosφ được đo đếm liên tục theo thời gian thực (hoặc khoảng thời gian do người vận hành thiết lập) thông qua các thiết bị công tơ điện tử, các Recloser, Rơle số, RTU,… thông qua các thiết bị moderm cho phép gửi tín hiệu về máy chủ thông qua mạng Internet. Các tín hiệu này được bảo mật và làm mịn nhằm đáp ứng tốt nhất độ tin cậy dữ liệu khi truyền về máy chủ. Hệ thống được thiết kế cho các loại thiết bị đo xa khác nhau. Trong triển khai hiện nay, có hai loại thiết bị đang được sử dụng: Loại thiết bị thứ nhất do Trường Đại học Điện lực nghiên cứu chế tạo gồm các thiết bị công tơ điện tử 1 pha, 3 pha và modem tích hợp với Recloser để chuyển các thông số về trung tâm. Loại thiết bị thứ hai đang được lắp trên lưới của các công ty điện lực gồm các công tơ điện tử của các hãng như A1700 (ELSTER/ABBUK), ZMD (Landis+Gyr Thụy sỹ), Nexus 1262 (EIG USA), MK6 (EDMI Singapore). Trong đó loại A1700 chiếm tỷ lệ khoảng 80% (lý do sử dụng A1700 là EVN phụ thuộc vào phần mềm đọc công tơ từ xa DataLink và PMU do ABB phát triển). Các thiết bị đo đếm, thu thập thông số này giúp gửi số liệu về lưu trữ tại máy chủ theo thời gian thực: chu kỳ 5 giây với thiết bị công tơ điện tử do Trường Đại học Điện lực chế tạo và với các Recloser; chu kỳ 10 phút với thiết bị công tơ điện tử do công ty điện lực lắp đặt. 2.2. Giám sát, cảnh báo thông số vận hành lưới điện Việc theo dõi các thông số lưới điện theo thời gian thực là thu thập, phân tích, đánh giá số liệu từ thiết bị điện tử thông minh, đưa ra các cảnh báo bất thường trong quá trình vận hành lưới điện (các trường hợp vượt ngưỡng cho phép do công ty điện lực quy định), trên cơ sở đó đưa ra các giải pháp cụ thể trong thời gian ngắn nhất nhằm giảm tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy lưới điện. Các thông số lưới điện được theo dõi liên tục, có phương thức thể hiện phù hợp (biểu đồ thời gian thực, bảng chi tiết thông số lưới); cho phép lưu trữ, thống kê các trạng thái bất thường hay theo dõi quá trình vận hành trong thời gian dài. Các thông số giám sát gắn với đối tượng thực tế đã được quản lý, giúp phân tích, đánh giá và đưa giải pháp phù hợp, nhanh chóng mà không cần phải có mặt tại hiện trường. 2.3. Yêu cầu của giám sát lưới điện trực quan trên hệ thống Trên cơ sở khảo sát và phân tích về hoạt động quản lý vận hành lưới điện, chúng tôi đưa ra các yêu cầu:  Lưới điện phải được số hóa trên hệ thống, cho phép điều chỉnh thường xuyên theo tính chất và trạng thái ngoài thực địa, nhằm đảm bảo tính chính xác nhất đối với dữ liệu giám sát trên hệ thống so với thực tế.
760 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017  Các thông số thu thập phải đảm bảo tính tin cậy trong thu thập.  Cho phép giám sát thông số lưới điện thời gian thực (5 giây hoặc 10 phút) một cách trực quan (trên lưới điện hoặc bằng đồ thị).  Cảnh báo đối với các trạng thái bất thường của lưới điện bằng hình ảnh, âm thanh. Cho phép thiết lập ngưỡng cảnh báo phù hợp với từng điều kiện, từng đối tượng.  Cho phép lưu trữ lịch sử giám sát và lịch sử cảnh báo của các đối tượng lưới điện để điều tra phân tích sự cố.  Lược bỏ các thao tác thủ công tốn nhiều thời gian, công sức và buồn tẻ. Dễ nhập liệu, nhập liệu khắp nơi, nhập liệu trực quan.  Không sử dụng các hạ tầng công nghệ thông tin tốn kém.  Có thể giám sát, cảnh báo thông số vận hành lưới điện khắp nơi thông qua thiết bị di động thông minh. Dựa trên những yêu cầu trên chúng tôi xây dựng các module tương ứng với tính năng của phần mềm: nhập lưới trực quan, đồng bộ 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 các module trên thực hiện các chức năng:  Nhóm thu thập, đồng bộ dữ liệu từ các hệ thống liên quan: Đồng bộ dữ liệu từ hệ thống quản lý vận hành lưới điện trực quan, các hệ thống khác trong ngành điện như CMIS, OMS,…; thu thập số liệu tổn thất từ các thiết bị điện thông minh.  Nhóm giám sát thông số lưới điện trực quan: xem chi tiết thông số các thiết bị đo đếm trên lưới trực quan trên bản đồ lưới điện hay biểu đồ số liệu, bảng biểu theo thời gian thực (5 giây hoặc 10 phút). Lưu trữ lịch sử giám sát thông số lưới điện.  Nhóm cảnh báo thông số lưới điện trực quan: Thiết lập ngưỡng cảnh báo đối với các thông số lưới điện, có tín hiệu cảnh báo (hình ảnh, âm thanh) đối với các trạng thái bất thường của thiết bị trên lưới điện. Lưu trữ lịch sử cảnh báo thông số lưới điện.  Nhóm các chức năng khác [5,6]: nhóm các chức năng quản trị hệ thống, kết xuất thông số vận hành, cảnh báo vận hành; báo cáo thống kê theo yêu cầu của điện lực.  Hạ tầng cho hệ thống: Về mặt phần cứng: cần một máy chủ Internet có cấu hình như sau: Chip: Intel® Xeon E52620 2.0GHz 15MB Cache; HDD: 500 Gb Sata; Ram: 8 Gb; Băng thông: 1000 GB/tháng. Về phần mềm: hệ điều hành Windows 8, với bộ SQL Server 2008, Visual Studio 2010, trình duyệt google chrome hoặc firefox.
PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 761 2.3. Mô hình tổng quát của hệ thống Mô hình hệ thống giám sát lưới điện trực quan được khái quát hóa và thể hiện như sau: Hình 2: Mô hình tổng quát của hệ thống. Mô hình tổng quát của hệ thống quản lý vận hành lưới điện trực quan được chỉ ra như Hình 2. Trong mô hình này có tám module chính: đồng bộ dữ liệu bản 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 thông số trực quan tức thời, lịch sử cảnh báo & giám sát, quản lý điểm đo, quản lý điểm đo chọn lọc và quản trị hệ thống. Mỗi module có một chức năng và được kết nối với nhau tạo thành một hệ thống. Hệ thống hoạt động như sau, đầu tiên, dữ liệu bản đồ số được đồng bộ từ hệ thống quản lý vận hành lưới điện trực quan cùng với các thông tin hỗ trợ từ các hệ thống khác trong ngành điện như CMIS, OMS,… Tiếp đó, các module thu thập số liệu từ các thiết bị điện tử thông minh đồng bộ dữ liệu lưu trữ trên hệ thống. Trên cơ sở các số liệu vận hành lưới điện được thu thập, cung cấp cho module giám sát thông số trực quan theo vị trí, giám sát thông số trực quan tức thời, lịch sử cảnh báo, giám sát; từ đó hệ thống cho phép tính toán, giám sát được số liệu tổn thất trực quan. Các chức năng mở rộng hỗ trợ người dùng trong quá trình giám sát thông số lưới điện như quản lý điểm đo, quản lý điểm đo chọn lọc, thống kê và báo cáo và quản trị hệ thống.
762 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 3. HỆ THỐNG GIÁM SÁT LƯỚI ĐIỆN TRỰC QUAN Hệ thống giám sát lưới điện trực quan đã xây dựng thành công và đã được thử nghiệm và triển khai tại Công ty Điện lực Phú Thọ, Tổng công ty Điện lực miền Bắc. Các cấp quản lý có thể giám sát/vận hành lưới điện trên hệ thống như là đang trên hiện trường. Hình 3: Nhập lưới trực quan. Hình 4: Khai thác lưới điện trực quan
PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 763 Hình 3 là giao diện lưới điện trực quan được đồng bộ từ hệ thống quản lý vận hành lưới điện trực quan. Với lưới điện trực quan được xây dựng, người dùng có thể theo dõi, quản lý và giám sát thông số lưới điện trực quan theo vị trí trong giao diện của Hình 4. Tất cả các thông tin của các đối tượng thực tế đều được thấy trên giao diện với các thông tin hiện trường, vị trí và thông số trực tuyến. Hình 5 cung cấp lịch sử giám sát thông số của các thiết bị lưới điện. Lịch sử thông số cho phép kết xuất ra file Excel phụ vụ công tác phân tích số liệu sau này. a) Bảng lịch sử thông số trực quan đối tượng lưới điện trên giao diện Web b) Bảng lịch sử thông số trực quan đối tượng lưới điện trên 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 TOÀN QUỐC 2017 Hình 6 là giao diện giám sát và cảnh báo thông số vận hành lưới điện trực quan sử dụng biểu đồ. Trong đó 6a là thông số điện đo tức thời do Trường Đại học Điện lực lắp đặt (5 giây cập nhật 1 lần), 6b là thông số điểm đo tức thời của điểm đo đã có trên lưới điện (10 phút cập nhật 1 lần) và 6c là thông số tức thời của Recloser. Các thông số bất thường (so với ngưỡng cảnh báo được người dùng thiết lập) có màu đỏ. Hệ thống cho phép vẽ biểu đồ đối với từng 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) Thông số điểm đo tức thời (điểm đo đã có trên lưới điện)
PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 765 c) Thông số tức thời của Recloser(các recloser đã có trên lưới) Hình 6: Thông số tức thời của các điểm đo Người dùng có thể thiết lập ngưỡng cảnh báo cho phù hợp với từng loại dữ liệu, tính chất của từng đối tượng lưới điện như trong hình 7. Hình 7: Giao diện thiết lập ngưỡng cảnh báo Giám sát được các thông số vận hành tức thời của các đối tượng lưới điện có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng, giúp cho người giám sát vận hành có thể đưa ra ngay được các quyết định đảm bảo cung cấp điện và an toàn lưới điện. Tuy nhiên, có những quyết định quan trọng lại cần những thông số trong một khoảng thời gian dài hơn để đưa ra quyết định. Do đó, chức năng theo dõi lịch sử giám sát, cảnh báo của các thiết bị trên lưới điện theo thời gian là cần thiết. Các thông số vận hành lưới điện, cảnh báo bất thường lưới điện được lưu trữ theo thời gian, được cung cấp cho người dùng theo hình 8. Trong Hình 8, những ngày đánh dấu đỏ là ngày xảy ra bất thường đối với thông số lưới điện.
766 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Hình 8: Giao diện lịch sử giám sát, cảnh báo các thông số vận hành Hình 9 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 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG Hệ thống giám sát điểu khiển lưới điện phân phối trực quan được xây dựng thành công. Hệ thống đáp ứng được các yêu cầu: Xây dựng, cập nhật cải tạo, đầu tư lưới điện trên hệ thống giống như trên lưới điện thực tế; Kết nối và cập nhật tức thời thông số trực tuyến với các thiết bị điện thông minh đồng thời lưu trữ số liệu về dòng điện, điện áp, công suất, tần số của các phụ tải, các 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 năng từ xa theo thời gian thực (dòng điện, điện áp, công suất, tần số…), đồng thời cảnh báo tình trạng bất thường của các thông số vận hành theo quy định hoặc được thiết lập theo yêu cầu vận hành; Trao đổi dữ liệu với các hệ thống đang dùng trong ngành điện như CMIS, FMIS, OMS, MRIS, SCADA, PSS/ADEPT…; Số hóa và khai thác các loại bản đồ hành chính đa dạng và tùy vào điều kiện của từng tỉnh để tạo thành nền tảng hạ tầng địa lý cho hệ thống; Đảm bảo tính an toàn, bảo mật; Hệ thống có tính mở cao, có thể tích hợp thêm các module, tính năng, thiết bị điện thông minh trong tương lai để tạo thành một hệ thống thông minh hiệu quả. Hệ thống đã được thử nghiệm và triển khai tại Công ty Điện lực Phú Thọ, Tổng công ty Điện lực miền Bắc và được đánh giá đáp ứng tốt các yêu cầu đề ra. Trong tương lai, chúng tôi dự định tiếp tục thử nghiệm trên phạm vi lớn hơn và phát triển thêm các module điều khiển và kỳ vọng là hệ thống sẽ được ứng dụng rộng rãi và phục vụ tốt tối ưu chi phí và triển khai thành công lưới điện thông minh trong EVN. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] David Wheatley and Mark Gillings (2002), Spatial Technology and ArchaeologyThe archaeological applications of GIS. [2] TS.Phạm Hữu Đức (2006), Cơ sở dữ liệu và hệ thống thông tin địa lý GIS, NXB Xây dựng. [3] Viện tiêu chuẩn, Tiêu chuẩn nhà nước về ký hiệu bằng hình vẽ trên sơ đồ điện (TCVN 161575 nhóm E). [4] Nghị định số 161CP về việc bảo vệ an toàn lưới điện. [5] Nguyễn Hữu Quỳnh, Đỗ Văn Kiệm (2009), Kết quả nghiên cứu, xây dựng hệ thống thi trắc nghiệm qua mạng Trường Đại học Điện lực, tr 3235, Tạp chí Công nghiệp Việt Nam. [6] http://www.dot.net.vn/Desktop.aspx/Articles/ADONETProgrammingArticles/ 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 thế TP. Đà Nẵng Bằng GIS, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 3 (32).