Ứng dụng phần mềm SCADA DMS để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện tỉnh quảng nam TT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN ĐÌNH ĐIỆP ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SCADA/DMS ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN TỈNH QUẢNG NAM Chuyên ngành : Kỹ thuật điện TÓM TẮT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN ĐÌNH ĐIỆP

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SCADA/DMS

ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH

HỆ THỐNG ĐIỆN TỈNH QUẢNG NAM

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2022

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU HIẾU

Phản biện 1: TS Nguyễn Hồng Việt Phương

Phản biện 2: TS Thạch Lễ Khiêm

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành Kỹ thuật Điện họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 19 tháng 02 năm 2022

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Đề án phát triển lưới điện thông minh (Smart Grid) tại Việt Nam theo quyết định 1670/QĐ-TTg ngày 08 tháng 11 năm 2012 với mục tiêu tổng quát là Phát triển lưới điện thông minh với công nghệ hiện đại nhằm nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện; góp phần trong công tác quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển nguồn và lưới điện; tăng cường khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo vệ môi trường

và phát triển kinh tế - xã hội bền vững [3] Để đáp ứng mục tiêu trên, một trong những giải pháp được đưa ra trong lộ trình Phát triển lưới điện thông minh là triển khai hoàn chỉnh hệ thống SCADA/DMS tại các đơn vị

Hệ thống SCADA/DMS là công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý, vận hành cũng như phân tích, đánh giá lưới điện phân phối (LĐPP) Được đưa vào vận hành năm 2018, hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện lực Quảng Nam đã góp phần nâng cao năng lực vận hành lưới điện tại Công ty Việc giám sát các thông

số lưới điện theo thời gian thực (trạng thái thiết bị, dòng điện, điện

áp v.v.) cũng như điều khiển thao tác thiết bị từ xa giúp cho Điều độ viên đánh giá được tình hình và linh hoạt trong việc thay đổi kết cấu lưới phù hợp với tình hình Tuy nhiên, việc ứng dụng hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện lực Quảng Nam chỉ mới tập trung vào việc giám sát, thao tác các thiết bị trên lưới điện mà chưa khai thác hết tính năng DMS vào việc phân tích và tự động hóa lưới điện

Để khai thác tính năng DMS của hệ thống, tìm hiểu hệ thống SCADA/DMS là rất quan trọng, đặc biệt tập trung vào các

chức năng DMS để tính toán, phân tích lưới điện để nâng cao năng lực quản lý vận hành, xây dựng cấu trúc lưới điện hợp lý, nâng cao ĐTTCCĐ cho lưới điện Công ty Điện lực Quảng Nam

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống SCADA/DMS - Công ty Điện lực Quảng Nam

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là ứng dụng các chức năng của hệ thống SCADA/DMS để tính toán và phân tích lưới điện tỉnh Quảng Nam

3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu:

- Nắm vững việc ứng dụng phần mềm SCADA/DMS và các module hỗ trợ để tính toán, phân tích và nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện tỉnh Quảng Nam

Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Tìm hiểu về cấu trúc hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện Quảng Nam

- Nhận xét đánh giá về phần mềm SCADA/DMS và xây dựng CSDL cho lưới điện tỉnh Quảng Nam

- Tính toán phân tích lưới điện tỉnh Quảng Nam

4 Đặt tên đề tài:

Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nêu trên đề tài được đặt tên:

‘Ứng dụng phần mềm SCADA/DMS để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện tỉnh Quảng Nam’

Chương 2: Giới thiệu phần mềm SCADA/DMS và tìm hiểu các chức năng chính của DMS

Chương 3: Ứng dụng phần mềm SCADA/DMS để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện tỉnh Quảng Nam

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ ĐÁNH GIÁ VỀ HỆ THỐNG SCADA/DMS TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG NAM 1.1 Tổng quan về hệ thống scada/dms tại công ty điện lực Quảng Nam

Hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện lực Quảng Nam (QNaPC) được Tổng công ty đầu tư và nghiệm thu chính thức đưa vào vận hành 5/2018 Hệ thống được triển khai trên phạm vi toàn địa bàn tỉnh Quảng Nam, sử dụng công nghệ phần mềm SCADA/DMS của hãng ABB Oy - Phần Lan (nay là Hitachi ABB) Đến nay, hệ thống đã kết nối toàn bộ các trạm biến áp, các thiết bị thuộc quyền quản lý, vận hành và điều khiển với khối lượng bao gồm:

+Trung tâm điều khiển đặt tại Phòng Điều độ - Công ty Điện lực Quảng Nam - thành phố Tam Kỳ - tỉnh Quảng Nam;

+Số lượng datapoint: 52.000 point;

+Kết nối SCADA và vận hành hành 13 TBA 110kV KNT với

85 xuất tuyến và 19 MBA, 02 trạm 220kV với 08 xuất tuyến và 09 TTG 35kV với 20 xuất tuyến;

+Kết nối 271 TBPĐ gồm: 127 Recloser, 134 LBS và 10 tủ RMU;

+Kết nối với 07 NMTĐ

Với mô hình cấu trúc hệ thống SCADA/DMS tại TTĐK Quảng Nam như sau:

Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống SCADA/DMS tại OCC Quảng Nam

1.1.1 Phương thức truyền thông

- Phương thức truyền thông hữu tuyến: phương thức này được

sử dụng cho các trạm 220kV, 110KV

- Phương thức truyền thông vô tuyến: Phương thức này được

sử dụng cho các điểm nút Recloser, LBS và các các trạm trung gian

35 kV trên lưới điện (hệ thống mạng 3G/4G)

1.1.2 Giao thức truyền thông

- Giao thức truyền thông từ các thiết bị đầu cuối (RTU) đến hệ thống SCADA được sử dụng là IEC 60870-5-104 (IEC 104)

- Tại các TBA, giao thức DNP3 hoặc Modbus RTU Master

- Các recloser thế hệ mới (ADVC2 – Schneider, NOJA), LBS (FTU-P200) cũng đã hỗ trợ đồng thời hai giao thức truyền thông IEC101/104

1.1.3 Thiết bị đầu cuối từ xa – RTU (Remote Terminal Unit)

- Tại các trạm TG 35/22kV, hệ thống SCADA sử dụng RTU loại RTU560CMU04 của ABB kết hợp với các card mở rộng (Binary Input, Binary Output)

1.1.4 Thiết bị chính tại Phòng điều khiển trung tâm

1.1.6 Chức năng chính của hệ thống Trung tâm điều khiển:

*Điều khiển:

*Giám sát và thu thập dữ liệu trạng thái, cảnh báo

*Giám sát và thu thập dữ liệu đo lường từ rơle, BCU:

*Giám sát hình ảnh, bảo vệ, chống cháy nổ

1.2 Đánh giá việc khai thác hệ thống SCADA/DMS tại Công ty Điện Lực Quảng Nam

Hệ thống SCADA/DMS tại QNaPC có cấu trúc linh hoạt, có tính dự phòng cao, hoạt động ổn định Các phần mềm của hệ thống khá thân thiện, tuỳ biến và có tính mở cao, dễ dàng kết nối mở rộng với các hệ thống điều khiển được cung cấp từ các nhà sản xuất khác

1.3 Kết luận chương

Trong chương này, tác giả đã tìm hiểu, nghiên cứu cấu trúc của hệ thống SCADA/DMS thực tế tại Công ty Điện lực Quảng Nam Qua nghiên cứu thấy được một số ưu nhược điểm của hệ thống SCADA/DMS

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SCADA/DMS VÀ TÌM HIỂU CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA DMS 2.1 Phần mềm SCADA

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisiton) là hệ

thống Giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu Một hệ thống có chức năng thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các thiết bị

Phần mềm SCADA có một số chức năng chính như sau:

- Chức năng điều khiển quá trình (Proccess controlling)

- Đo lường (Mesuarement)

- Chức năng tô màu thanh cái ( Busbar coloring)

- Chức năng hiển thị danh sách sự kiện (Event list):

- Hiển thị danh sách cảnh báo (Alarm Display):

- Danh sách khoá (Blocking List)

- Chức năng giám sát hệ thống (System Self Supervision)

Màn hình tổng quan của giao diện HMI

Mỗi màn hình vận hành hiển thị các cửa sổ HMI độc lập nhau Với 02 máy tính thao tác hệ thống SCADA, nhân viên vận hành có thể theo dõi và thao tác trên 04 màn hình hiển thị giao diện HMI

Thu thập dữ liệu và giám sát

Màn hình thể hiện sơ đồ 1 sợi của trạm 110kV và một số thông tin cơ bản của từng ngăn lộ, bao gồm trạng thái thiết bị, các tín hiệu cảnh báo (nếu có) và các tín hiệu đo lường

2.2 Phần mềm DMS

DMS là hệ thống quản lý LĐPP trên nền bản đồ địa lý Phần mềm mở rộng khả năng quản lý vận hành cho hệ thống SCADA bằng hệ thống thông tin địa lý của lưới điện DMS dựa vào dữ liệu

về thông tin địa lý (geographical data) và cấu trúc lưới điện (topology) và các module chức năng để tính toán các bài toán về lưới

điện DMS có thể sử dụng với hệ thống SCADA, với hệ thống SCADA khác thông qua giao diện OPC Data hoặc có thể sử dụng độc lập

2.2.1 Giao diện vận hành

2.2.2 Các chức năng chính

Chức năng cảnh báo (Alarming):

Chức năng quản lý cấu trúc lưới điện (Network topology managerment):

Chức năng phân tích lưới điện và tính toán bảo vệ (Network and protection analysis):

Dự báo và ước lượng phụ tải:

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SCADA/DMS ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN TỈNH

QUẢNG NAM 3.1 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CHO PHẦN MỀM DMS

Dữ liệu lưới điện trên nền bản đồ địa lý được đưa vào cơ sở dữ liệu của DMS600 qua 2 dạng dxf-file hoặc Shapefile Dữ liệu dạng Shapefile (shp-file) được lấy từ phần mềm Arcgis của hãng Esri

A 1 Hình 3.1: Dữ liệu từ ArcGIS

SCADA

Dữ liệu GIS

DMS

Sơ đồ 1 sợi tại TBA

Dữ liệu lưới điện GIS

Cập nhật sơ đồ

1 sợi TBA

Cập nhật dữ liệu lưới điện GIS

3.2 PHÁT TRIỂN MODULE LIÊN KẾT DỮ LIỆU ĐỂ CUNG CẤP SỐ LIỆU PHỤ TẢI CHO PHẦN MỀM DMS600 TỪ DSPM/CMIS

Mục đích: chia sẻ CSDL của chương trình đo xa DSPM, RF-Spider

và CMIS, cung cấp số liệu phụ tải cho phần mềm DMS600 của ABB nhằm giảm thời gian cập nhật thủ công dữ liệu

Module thực hiện các nhiệm vụ sau:

+Đọc dữ liệu tất cả các TBA phụ tải hiện có trong CSDL của phần mềm DMS và ghi dữ liệu vào công cụ (dữ liệu đọc được có

cả mã điểm đo DSPM)

+Căn cứ vào mã điểm đo DSPM, công cụ đọc dữ liệu từ DSPM tương ứng với từng trạm phụ tải và ghi dữ liệu vào công cụ (có thể chọn khoảng thời gian đọc dữ liệu)

+Kiểm soát, phân tích dữ liệu đọc từ DSPM, cảnh báo đối với các TBA chưa lắp đo xa DSPM (không lấy được dữ liệu tải) và

tự tính toán tạm số liệu tải (căn cứ S đm của trạm)

3.3 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU LƯỚI ĐIỆN THỰC TẾ VÀO DMS

Sau khi tìm hiểu về cách thức xây dựng CSDL, ta tiến hành

xây dựng dữ liệu lưới điện tại đơn vị Việc xây dựng thực hiện qua các bước như sau:

- Biên tập lưới điện từ chương trình GIS của PC Quảng Nam được biên tập lại cho phù hợp với yêu cầu dữ liệu của DMS

A 3 Hình 3.7: Lưới điện trên ArcGIS sau khi đã biên tập Figure 1

Cập nhật dữ liệu vào chương trình

Dữ liệu sau khi biên tập được import vào chương trình thông qua công cụ Network Import Tool Network Import Tool (NIT) là công cụ được phát triển với mục đích sử dụng các nguồn dữ liệu đầu vào như database SQL, dữ liệu lưới điện GIS để cập nhật trực tiếp vào chương trình mà không thông qua công cụ Network Editor có nhiều hạn chế trong việc biên tập dữ liệu và không phù hợp với việc

sử dụng dữ liệu GIS của PC Quảng Nam

Giao diện Network Import Tool như hình 3.12 Để cài đặt thông số cho công cụ Network Import Tool, ta dùng file XML để mô

tả các thông số cấu hình

Hình 3.11: Công cụ Network Import Tool

- Sau khi kiểm tra và đảm bảo dữ liệu đủ điều kiện cập nhật, NIT sẽ tiến hành cập nhật lưới điện vào chương trình, cập nhật vào

cơ sở dữ liệu SQL

Lưới điện sau khi cập nhật:

Kết quả xây dựng và cập nhật dữ liệu lưới điện vào chương trình DMS600 như hình sau:

A 4 Hình 3.12: Lưới điện sau cập nhật vào DMS600 WS

3.4 ỨNG DỤNG CÁC CHỨC NĂNG DMS PHỤC VỤ TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG NAM

Ở phần này, ta tiến hành thực hiện một số chức năng của DMS600, đánh giá lưới điện sau khi phân tích và đề xuất các biện pháp nâng cao hiệu quả vận hành LĐPP

3.4.1 Quản lý cấu trúc lưới điện

Chức năng quản lý cấu trúc lưới điện dùng để phân biệt các xuất tuyến với nhau, thể hiện nguồn cấp cho đường dây trên lưới điện Việc phân định xuất tuyến, dựa vào trạng thái của thiết bị đóng cắt và việc tô màu lưới điện sẽ được thực hiện

Ngoài ra, việc tô màu các xuất tuyến đặc biệt như mạch vòng, xác định hướng nguồn cấp cũng được thể hiện Việc tìm hướng xuất tuyến từ tải đến nguồn được miêu tả như hình 3.17 Khi chọn TBA KDCAnSon, khi chạy chức năng Trace Upstream Đường đi từ TBA KDCAnSon đến đầu nguồn giúp cho nhân viên vận hành dễ dàng tìm kiếm trên màn hình

Để tùy chỉnh và phù hợp với người sử dung DMS cho phép cài đặt màu, độ dày của ĐZ, và các trạng thái thiết bị

A 5 Hình 3.16: Tô màu lưới điện các xuất tuyến

Việc thực hiện mọi thao tác theo PTT hoặc lệnh của NVVH đều được thực hiện trên DMS sẽ giúp cho NVVH tránh sai sót, nhầm lẫn khi thao tác ngoài thực tế hiện trường Một số thao tác cơ bản như: đóng cắt thiết bị, đặt tiếp đất di động, treo biển cấm, ghi chú

các vị trí nhóm công tác đều được thực hiện trên DMS600

3.4.2 Tính toán và phân tích lưới điện

Tính toán trào lưu công suất theo thời gian thực: Dựa vào đồ thị

phụ tải và công suất thu thập được từ SCADA, DMS tính toán trào lưu công suất tại thời điểm hiện tại Kết quả tính toán ứng với mỗi xuất tuyến được hiển thị bằng cửa sổ khi ta click chọn vào vị trí xuất tuyến đó Kết quả tính toán bao gồm: U, I, P, Q Ứng với mỗi xuất tuyến

Sau khi tính toán ta tính được tại thời điểm 09h ngày 18/8/2020 Công suất tại các xuất tuyến như sau:

Bảng 3.8: Kết quả tính toán công suất các xuất tuyến TBA 110kV

E157

Mức mang tải các xuất tuyến được hiển thị theo màu và phân loại theo mức % so với dòng tải định mức Các xuất tuyến trạm E15 được hiển thị như hình dưới

A 6 Hình 3.19: Hiển thị mức mang tải các xuất tuyến

Tổn thất điện áp các xuất tuyến được hiển thị theo màu và phân loại theo mức % so với điện áp đầu nguồn Các xuất tuyến trạm E15 được hiển thị như hình 3.21

Tính toán ngắn mạch và phân tích bảo vệ Rơ-le

Kết quả tính toán ngắn mạch trong lưới điện hình tia bao gồm dòng sự cố 3 pha, dòng sự cố 2 pha và dòng sự cố 1 pha Kết quả tính toán tại mỗi vị trí được hiển thị trong của sổ khi ta click chọn vào đoạn đường dây cần xem như hình 3.18 ở trên

Để thực hiện chức năng tính toán, ta tiến hành cấu hình các tham số liên qua đến việc tính toán ngắn mạch bao gồm tổng trở ngắn mạch, thông số MBA nguồn v.v

Cấu hình tham số ngắn mạch của TBA E150 (ở đây là tham số ngắn mạch tại TC 110kV E150):

Các thông số trên do A3 tính toán và QNaPC làm văn bản xin cung cấp hằng năm

Kết quả tính toán như sau:

So sánh với kết quả trên chương trình PSS/Adept:

=> Dòng ngắn mạch 3 pha: kết quả gần chuẩn xác

=> Dòng ngắn mạch 2 pha và 1 pha: còn lệch

3.4.3 Quản lý sự cố

Khi xảy ra sự cố, chức năng Fault Managerment sẽ hoạt động

để định vị sự cố từ đó đề ra các bước cô lập vùng sự cố, khôi phục lại điện và thống kê báo cáo mất điện Trên đây là ví dụ trong trường hợp sự cố làm nhảy 471E15:

Khi MC 471 E15 tác động, thông tin sự cố từ Rơ-le được gửi

về, căn cứ vào dòng ngắn mạch và bộ định vị sự cố, dựa trên thông tin thu thập chương trình đề xuất ra một số vị trí có khả năng xảy ra

sự cố Chương trình đề xuất các thao tác cô lập sự cố như hình 3.23

Thống kê báo cáo mất điện Như hình 3.23, hiển thị vùng mất điện trên xuất tuyến 471, thời gian mất điện là 1 tiếng Tổng số TBA mất điện là 68 TBA, số lượng khách hàng mất điện là 3520, sản lượng mất điện ước lượng là 4.505kWh

DMS thực hiện định vị sự cố, các khu vực có thiết bị đóng cắt trên xuất tuyến và xác suất xuất hiện như sau: