Đề xuất giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối tại điện lực Bố Trạch - công ty điện lực Quảng Bình

Mục tiêu nghiên cứu Nhằm tri n khai ng dụng công nghệ tự động h a lưới điện phân phối k t hợp Trung tâm điều khi n và hệ thống C vào lưới điện phân phối huyện Bố Trạch.. Mục tiêu giúp c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ THÀNH BẮC

Phản biện 1: GS.TS LÊ KIM HÙNG

Phản biện 2: TS VŨ H N H N

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng

vào ngày 27 tháng 10 năm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu và Truyền thông Trường Đại học Bách khoa Đại học Đà Nẵng

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa

Đại học Đà Nẵng

M Đ

1 Lý do chọn đề tài

Lưới điện phân phối huyện Bố Trạch có cấu trúc hình tia, nhiều uất tuy n chưa c li n k t mạch v ng, t thi t b phân đoạn n n trong thực t vận hành đ ảnh hư ng rất lớn đ n ch ti u độ tin cậy

c a đ n v Hiện nay trong công tác vận hành đang tồn tại các hạn

ch khi sự cố ảy ra thì máy c t đ u uất tuy n tác động gây mất điện cho số lượng lớn khách hàng, không phân v ng được đi m sự

cố n n thời gian l k o ài, việc phân đoạn phải thực hiện th công Tr n c s thực tiễn đ i hỏi nêu trên tác giả đ chọn đề tài

- làm đề tài nghi n c u

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nhằm tri n khai ng dụng công nghệ tự động h a lưới điện phân phối k t hợp Trung tâm điều khi n và hệ thống C vào lưới điện phân phối huyện Bố Trạch Mục tiêu giúp cô lập nhanh và

ch nh ác đi m sự cố đ cấp điện lại cho các khu vực, phân đoạn góp ph n giảm thi u thời gian và phạm vi mất điện c a khách hàng Nâng cao chất lượng điện năng, giảm t n thất điện năng và vận hành tối ưu hệ thống điện Bố Trạch

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên c u c a đề tài là nghiên c u giải pháp SCADA đ tri n khai áp ụng cho hệ thống lưới điện phân phối c a Điện lực Bố Trạch nhằm cải thiện chất lượng vận hành

- Trung tâm điều khi n Công ty Điện lực uảng Bình

- Lưới điện phân phối khu vực huyện Bố Trạch c điện áp ≤ 35kV

4 hương pháp nghiên cứu

- Thu thập, t ng hợp, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đ n đề tài

- Nghiên c u vấn đề tính toán tự động hóa trong lưới điện phân phối

- Tìm hi u hệ thống SCADA, lý thuy t công nghệ DAS với khả năng ng dụng đ đề uất giải pháp ph hợp với tình hình thực t

hệ thống lưới điện khu vực huyện Bố Trạch -T nh uảng Bình

- Xu th chung phát tri n tự động h a lưới điện phân phối

- Đề xuất giải pháp tự động phân vùng sự cố lưới phân phối DAS phù hợp với lưới điện phân phối huyện Bố Trạch hiện nay

- p ụng tự động h a lưới điện phân phối huyện Bố Trạch đ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và hiệu quả trong công tác quản

l vận hành

6 Cấu trúc của luận văn

Bố cục luận văn ngoài ph n m đ u và k t luận chung, nội dung

c a luận văn được biên ch thành ba chư ng:

Chư ng 1: T ng quan về tự động h a lưới điện phân phối Chư ng 2: Giới thiệu hiện trạng hệ thống SCADA- Công ty Điện lực Quảng Bình

Chư ng 3: Xây ựng mô hình tự động h a lưới điện phân phối điện lực Bố Trạch

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN V T Đ NG H Ư I ĐI N PHÂN PH I 1.1 Giới thiệu chung

hệ thống máy tính ch

ủ S ADA

Hệ thống Máy tính ch đặt tại các Trung tâm Điều độ hệ thống điện Điều độ hệ thống điện Quốc Gia, Điều độ hệ thống điện Miền, Điều độ hệ thống điện lưới phân phối) bao gồm các thi t b như sau:

- Thi t b tiền x lý thông tin CFE (Communication Front End Proccessor);

- Thi t b tập trung Modem;

- Hệ thống thu nhận và phân phối tín hiệu đồng bộ vệ tinh GP (Global Position System)

4 ế ị

Trong trường hợp s dụng thi t b đ u cuối RTU, tại mỗi trạm gồm các thi t b ch nh như sau:

- T thi t b đ u cuối RTU (Remote Terminal Unit), ch a các

đ u vào số, đ u ra số, đ u vào tín hiệu tư ng tự, các c ng giao diện tín hiệu nối ti p đ k t nối đ n các IED;

- T giao diện giám sát SIC (Supervisory Interface Cubicle);

- Các mo em V 24/V 28, V35 đ k t nối các RTU hoặc các Hệ thống tự động h a đ n đường truyền viễn thông;

- Và các thi t b ngoại vi khác

Hệ thống tự động hóa lưới phân phối Distribution automation system (DAS) - là một ph n quan trọng trong lưới điện thông minh DAS là hệ thống tự động ki m soát ch độ làm việc c a lưới điện phân phối nhằm phát hiện ph n t b sự cố tách ra khỏi vận hành đồng thời phục hồi việc cấp điện cho ph n t không b sự cố đảm bảo cung cấp điện liên tục

1.2 M t ố ngu ên t c phối hợp các thi t tự đ ng t ng ưới điện ph n phối

ế ị (Re ose ) o

1 Nguyên tắc phối hợp làm việc

Recloser là thi t b tự điều khi n ng đ c t, đ ng lại tự động một mạch điện xoay chiều với một chu trình m , đ ng lại đ nh trước, cùng với các ch c năng khôi phục, giữ trạng thái đ ng hay

c t hẳn

2 Nguyên lý hoạt động của các Recloser

Đối với các lưới điện mạch vòng hoặc được cấp điện từ nhiều phía s dụng các recloser phân đoạn có th thực hiện tự động hoá mạch vòng, cô lập phân đoạn sự cố và tái cấu trúc mạng điện

3 Nguyên tắc phối hợp đặc tính thời gian các Recloser

Đ đảm bảo tính chọn lọc, khi có sự cố tr n phân đoạn nào ch

c Recloser phân đoạn đ tác động cô lập phân đoạn b sự cố, các Recloser phải phối hợp thời gian và hướng bảo vệ

M s ý k dụ q ắ o vòng

- Đối với Feeder Recloser (FR): Feeder Recloser luôn g n nguồn

cung cấp nhất và không bao giờ cho dòng công suất qua nó theo ướng ngược lại

h C n Mi le recloser được hoạt động theo nguyên t c khác, vì vậy có th cho dòng công suất qua nó theo cả hai hướng

- Đối với Middle recloser (MR) : khi mất nguồn Middle recloser

sẽ chuy n sang nhóm bảo vệ và chuy n ch độ đ ng lặp lại một l n

- Đối với Tie Recloser (TR) : Khi s dụng s đồ tự động hoá

mạch vòng làm ch c năng c a s đồ tự động chuy n tải thì TR phải được cài đặt ch độ “TR phục hồi một ph a”

- Thời gian trễ đ b t đ u tự động hoá mạch vòng (Loop Automation Timeout-LA

Hình 1.1: Cấu trúc giải pháp tự động hóa mạch vòng cho lưới điện

trung thế trên không

2 Tự động hóa mạch vòng lưới ngầm trung thế

Giải pháp này s dụng t mạch v ng RMU như FBX và RM6, được l p mô t sạc, tích hợp các bộ phát hiện và ch th điện áp (VD23 / VPIS), ch báo sự cố, bộ điều khi n từ xa (Remote Control Unit T200) c a Schneider Electric

4 N ậ é ,

Khi s dụng recloser làm thi t b phân đoạn, khi có sự cố trên phân đoạn nào recloser phân đoạn c a phân đoạn đ sẽ nhanh

ch ng tác động cô lập phân đoạn b sự cố Các phân đoạn không b

sự cố được cấp điện từ các phân đoạn khác

1.3 u th phát t i n tự đ ng h ưới điện ph n phối

1.3.1 V sở pháp lý triể k n thông minh

-Tập đoàn Điện lực Việt Nam cũng đ tri n khai đ n các đ n v trực thuộc thông qua các ch đạo, đ nh hướng (cụ th là văn bản số 4725/EVN-KTSX ngày 11/11/2015 c a Tập đoàn Điện lực Việt Nam về việc đ nh hướng phát tri n Trung tâm Điều khi n từ xa và Trạm bi n áp không người trực)

Mụ d

- Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện;

- Giảm t n thất điện năng;

- Lưới điện được nâng cấp đ năng lực đ đáp ng khả năng k t nối nguồn năng lượng tái tạo đặc biệt là pin mặt trời áp mái) và sẵn sàng cho th trường điện trong thời gian s p đ n

2 Mô hình tổ chức TTĐK lưới điện phân phối

- TTĐK c th giám sát, thao tác từ xa các thi t b ;

- Giao Điều độ viên trực ti p thực hiện thao tác xa các thi t b trong TB 110 kV và tr n lưới điện trung áp trong phạm vi một

t nh/thành phố

3 Giải pháp kỹ thuật hạ tầng cơ sở kỹ thuật của các TTĐK

a Mạng viễn thông

Mạng viễn thông phải được xây dựng hướng tới giải pháp mạng

IP hội tụ, các thi t b c a TB như Camera giám sát, điện thoại, thi t b đ u cuối SCADA (RTU/Gateway)

b Thủ tục truyền tin:

- Th tục theo tiêu chuẩn IEC 60870-5-101 áp dụng đ k t nối thi t b đ u cuối (RTU hoặc Gateway đ n TTĐK khi s dụng kênh truyền theo hình th c đi m tới đi m (Point to Point);

- Th tục theo tiêu chuẩn IEC 60870-5-104 áp dụng đ k t nối giữa thi t b đ u cuối (RTU hoặc Gateway và TTĐK hoặc giữa TTĐK và trung tâm điều độ khi s dụng mạng IP làm kênh truyền;

- Th tục theo tiêu chuẩn IEC 60870-6-503 hay còn gọi là TASE.2 hoặc ICCP (Intercontrol Center Communication Protocol)

áp dụng đ k t nối giữa 2 hệ thống SCADA hoặc giữa TTĐK với trung tâm điều độ

1.4 K t luận chương 1

Nội ung chư ng 1 tác giả đ c bản giới thiệu được t ng quan

và nguyên lý làm việc c a hệ thống tự động h a lưới điện phân phối Với các cách phối hợp giữa các thi t b máy c t, recloser, dao

c t có tải LB như trình bày trong chư ng 1 Đặc biệt là khi k t hợp với SCADA, sẽ mang lại nhiều hiệu quả

Tr n c s t nh năng tự động h a lưới điện phân phối có th áp dụng vào thực t , tác giả ti p tục nghiên c u về hệ thống SCADA hiện có tại Công ty Điện lực Quảng Bình và hiện trạng hệ thống lưới điện huyện Bố Trạch chư ng 2

hệ thống c quy mô như sau:

K t nối và điều khi n xa 07 TBA 110kV, 165 thi t b trung th

tr n lưới, 03 trạm bi n áp trung gian

ẩ dụ

a Tiêu chuẩn sản xuất

Ph n mềm và ph n c ng c a hệ thống được sản xuất và phát tri n theo các tiêu chuẩn được s dụng ph bi n rộng rãi trong công nghiệp theo chuẩn ANSI/IEEE, ISO và IEC

b Giao thức truyền thông:

- Giao th c phía Master: IEC60870-5-101 ; IEC60870-5-104 ; DNP3.0 ; ICCP; OPC Client;

- Giao th c phía Slave: IEC60870-5-104; OPC Sever

c Khả năng kết nối : Datapoint: 50.000

d Cấu trúc dữ liệu :Hệ thống dữ liệu được t ch c với cấu

trúc bus dữ liệu dùng chung cho toàn hệ thống tự động hóa từ cấp Trung tâm cho đ n cấp TB 110kV cũng như thi t b phân phối

G

a Hệ thống truyền dẫn quang SDH

S dụng hạ t ng truyền dẫn quang SDH có sẵn c a T ng công ty Điện lực miền Trung đ u tư các dự án trước đây, với các thi t b

SDH tại các TB 110kV và cáp quang OPGW tr n đường dây chống sét 110kV Hệ thống viễn thông hoàn ch nh này đáp ng nhu

c u cấp kênh k t nối từ các TBA 110kV về TTĐK và từ TTĐK k t nối về (A3)

b Truyền thông quang mạng mobile 3G

S dụng d ch vụ 3G c a nhà cung cấp d ch vụ di dộng Vinaphone, dữ liệu truyền nhận giữa 2 đi m đ u cuối thông qua hệ thống mạng c a nhà cung cấp Đ đảm bảo tính bảo mật, thi t lập trên hệ thống d ch vụ mạng riêng ảo VPN MPLS Layer 3 bảo mật theo giao th c IPSec k t nối về mạng lõi c a nhà cung cấp và k t nối đ n TTĐK thông qua k nh leaseline

2.2 Nghiên cứu kh năng tự đ ng hóa củ R c BS và

T ạm t ung gi n

Re ose

Các Recloser hiện đang l p đặt tr n lưới điện Quảng Bình đa

ph n đều hỗ trợ các giao th c k t nối đ n hệ thống C như IEC 60870-5-101/104, DNP3, Modbus ch c n b sung thi t b thông tin 3G đ k t nối về Trung tâm Điều khi n

Tr n c s tận dụng thi t b chính hiện có, áp dụng giải pháp

“Cải tạo Trạm trung gian ki u c thành trạm c giám sát, điều khi n xa k t nối với Trung tâm điều khi n Quảng Bình”

Các thi t b hiện hữu có giao th c truyền thông cũ như Mo bus đều được chuy n đ i giao th c k t nối về TTĐK

4 G kế ế ị

Đ k t nối các thi t b đ ng c t tr n lưới với TTĐK thực hiện thu thập dữ liệu, điều khi n đ ng c t từ xa, s dụng giải pháp truyền thông 3G

Tại mỗi một đi m thi t b như Recloser, LB được l p đặt các

bộ modem 3G, tích hợp SIM c a các nhà mạng như Viettel, Mobifone và Vinafone

Dữ liệu sẽ được truyền về trung tâm điều khi n thông qua mạng GPRS/3G c a các nhà cung cấp d ch vụ mạng truyền thông

2.3 Các đặc đi m củ ưới điện phân phối và ự c n thi t ph i

đ u tư hệ thống tự đ ng h ch Điện lực Bố Trạch

Huyện Bố Trạch là một trong số ít những đ a phư ng c công suất phụ tải xấp x 20 MW nhưng chưa c TB 110kV, hệ thống lưới điện được cung cấp điện qua 03 TB 110 KV: E2 Đồng Hới, E3 Ba Đồn và 110kV B c Đồng Hới Đường dây trải rộng đi qua nhiều đ a hình hi m tr , hành lang ph c tạp nên xác suất xảy ra sự

cố cao và mỗi khi có sự cố gây mất điện trên diện rộng K t cấu lưới điện h u như không có mạch vòng, ít thi t b phân đoạn nên

ch ti u độ tin cậy bao gồm cả sự cố và BTBD rất khó thực hiện

ể

Các ch tiêu SAIDI, SAIFI c a Điện lực Bố trạch vẫn còn rất cao so với yêu c u về lộ trình thực hiện ch ti u ĐTC I I < 400 phút

dụ dụ ể d

RF-Spider

Đáp ng yêu c u hiện đại hoá đo đ m theo lộ trình tri n khai xây dựng lưới điện thông minh, EVNCPC đ đưa vào tri n khai s dụng hệ thống thu thập ch số công t hoàn toàn tự động

3 Ứng dụng của hệ thống quản lý thiết bị trên nền GIS ( Spidergis)

S ế S ADA/DAS

Cùng với sự phát tri n c a nền kinh t , sự phát tri n c a công nghệ yêu c u đặt ra về quy mô và chất lượng cung cấp điện ngày càng cao và ph c tạp C n áp dụng một hệ thống SCADA/ DAS vào hệ thống lưới điện phân phối mà Công ty Điện lực Quảng Bình đang hướng tới đ u tư

2.4 K t luận chương 2

Trong chư ng 2 tác giả đ trình bày về hệ thống C đang tri n khai áp dụng tại Công ty Điện lực Quảng Bình Thực hiện lộ trình c a ngành điện, Công ty Điện lực uảng Bình đang từng bước tri n khai áp ụng, bước đ u đ mang lại những hiệu quả r rệt

ua phân t ch đánh giá c s hạ t ng, cho thấy có th ti p tục đ u

tư phát tri n trong giai đoạn ti p theo đ khai thác t nh năng tự động h a lưới điện phân phối

Nội dung nghiên c u trong chư ng này là c s đ nghiên c u việc có th áp dụng mô hình tự động h a lưới điện phân phối tại Điện lực Bố Trạch trong thời gian tới

CHƯƠNG 3

D NG M H NH T Đ NG H Ư I ĐI N PHÂN

H I ĐI N C B TRẠCH 3.1 Đánh giá hiện trạng và đề xuất phương án

Đặc đi m c a hệ thống lưới điện Bố Trạch hiện các XT chưa c

li n k t mạch v ng n n khi c sự cố ảy ra thì gây mất điện k o ài trong thời gian kh c phục s a chữa mà không c nguồn nào cung cấp (Hình 3.1) Quá trình bảo trì bảo ưỡng hàng năm cũng gây mất điện một ph n phụ tải trong thời gian ài

Hình 3.1: ơ đ các T trung thế hiện tại khu vực ố Trạch

1 Tính toán chỉ số SAIDI, SAIFI cho lưới điện hiện trạng

a Tính toán chỉ số SAIDI, SAIFI sự cố trên chương trình

PSS/ADEPT

b Tính độ tin cậy lưới điện do bảo trì bảo dưỡng (BTBD) lưới điện hiện trạng

2 Đánh giá lưới điện hiện trạng

Căn c vào bảng t nh toán độ tin cậy lưới điện hiện trạng, ta nhận thấy ch ti u I I = 458,97 phút/ năm c n cao h n so với

mục ti u 400 phút, trong đ các uất tuy n 473 Hưng Trạch, XT

471 Hoàn Lão, XT 475 B c Đồng Hới BĐH , XT 479 BĐH c ch

số I I khá cao Trong đ XT 479 BĐH cấp điện cho khu vực

Th trấn Hoàn L o n i tập trung các c quan đ u nghành c a huyện, bệnh viện, trường học, trung tâm văn h a

Vì vậy c n c phư ng án tập trung vào cải tạo li n k t mạch

v ng các uất tuy n này nhằm nâng cao ti u ch độ tin cậy cho toàn lưới điện huyện Bố Trạch

3.1 dụ

Theo ti n độ cuối năm 201 khi TB 110kV Bố Trạch (BT) đưa vào vận hành, b sung th m 06 XT 22kV đ li n lạc phân bố tải cho lưới điện hiện tại Tuy nhi n ự án chưa t nh đ n phư ng án

li n k t các mạch v ng bằng thi t b bảo vệ và phân đoạn Đ khai thác hiệu quả ng ụng t nh năng tự động h a tr n các uất tuy n trung th , tác giả đề uất ti n hành đồng thời một số giải pháp kỹ thuật như sau:

1 iên kết mạch vòng T T 11 k Đ với T 473 TBA 110kV BT

- Hiện tại XT 47 B c ĐH đang li n k t mạch v ng với XT 473

TB TG Hoàn L o Bình thường MC 473 ch độ c t, trường hợp

sự cố hoặc chuy n lưới công tác XT 47 cấp điện cho XT 471 TB

TG Hoàn L o qua thanh cái C41 Tuy nhi n khi sự cố TBA 110kV

B c ĐH thì MB T1 4000KV TB TG Hoàn L o ch đ cấp tải

đ n Recloser 48 Đại Trạch;

- Khi TB 110 kV Bố Trạch đưa vào vận hành chuy n XT 47 BĐH k t nối mạch v ng với XT 473 c a TB 110kV Bố Trạch Chuy n L11 Đồng Trạch thuộc XT 474 Hoàn L o về v tr M82;

- Ở ch độ vận hành bình thường MC 474 TB TG Hoàn L o và L82 v tr c t, XT 47 B c ĐH cấp điện qua REC 48 Đại Trạch

đ n L82, XT 473 TB 110kV Bố Trạch cấp điện qua REC 484 Phú