Giới thiệu hệ thống thu thập dữ liệu từ xa và xây dựng các ứng dụng giúp nâng cao chất lượng quản lý vận hành lưới điện phân phối thành phố Hội An

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ THÁI VIỆT GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU TỪ XA VÀ XÂY DỰNG CÁC ỨNG DỤNG GIÚP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG QUẢN LÝ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ HỘI A

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HÀ THÁI VIỆT

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU TỪ XA

VÀ XÂY DỰNG CÁC ỨNG DỤNG GIÚP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG QUẢN LÝ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN

PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ HỘI AN

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Mã số : 852.02.01

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2019

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS DƯƠNG MINH QUÂN

Phản biện 1: PGS.TS.Lê Kim Hùng

Phản biện 2: TS Vũ Phan Huấn

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

vào ngày 09 tháng 3 năm 2019

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 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, nhu cầu sử dụng điện cho sản xuất, kinh doanh cũng như sinh hoạt đang phát triển với tốc độ rất nhanh, kéo theo đó là sự phát triển về quy mô của hệ thống cung cấp điện nói chung và hệ thống đo đếm nói riêng Do đó để quản lý, vận hành tối ưu hệ thống

đo đếm đồng thời tăng năng suất lao động, giảm nhân công của con người, việc xây dựng một hệ thống đo đếm tự động là hết sức cần thiết

Nhằm mục đích nghiên cứu hệ thống đo đếm hiện tại của lưới điện thành phố Hội An, qua đó xây dựng các ứng dụng giúp nâng cao

chất lượng quản lý vận hành lưới, đề tài luận văn này có tên là: “Giới thiệu hệ thống thu thập dữ liệu từ xa và xây dựng các ứng dụng giúp nâng cao chất lượng quản lý vận hành lưới điện phân phối thành phố Hội An”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu hệ thống thu thập dữ liệu hiện trạng của lưới điện phân phối thành phố Hội An, qua đó xây dựng các công cụ giúp nâng cao chất lượng quản lý số liệu cũng như chất lượng quản lý vận hành lưới điện phân phối thành phố Hội An

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi thực hiện của Luận văn, tác giả nghiên cứu về hệ thống thu thập dữ liệu hiện trạng của thành phố Hội An gồm dữ liệu công tơ, thông số vận hành của các trạm biến áp phụ tải

Xây dựng một số công cụ đơn giản nhằm tối ưu hóa công tác quản lý vận hành lưới điện trên phần mềm Microsoft Excel với dữ liệu lấy từ hệ thống quản lý dữ liệu đo Meter Data Management System

(MDMS) và Rf-Spider

4 Phương pháp nghiên cứu

Tiếp cận hệ thống thu thập dữ liệu hiện trạng tại lưới điện phân phối thành phố Hội An

Sử dụng phần mềm Microsoft Excel và ngôn ngữ lập trình Visual Basics Application (VBA) với dữ liệu lấy từ hệ thống quản lý

dữ liệu đo Meter Data Management System (MDMS) và Rf-Spider để xây dựng các ứng dụng giúp nâng cao chất lượng công tác quản lý vận hành lưới điện

5 Bố cục đề tài

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về lưới điện phân phối thành

phố Hội An

Chương 2: Giới thiệu hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm Meter

Data Management System (MDMS):

Chương 3: Giới thiệu hệ thống thu thập dữ liệu công tơ từ xa

(Rf-Spider):

Chương 4: Xây dựng các công cụ giúp nâng cao chất lượng công

tác quản lý vận hành lưới điện

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

THÀNH PHỐ HỘI AN 1.1 Tổng quan về thành phố Hội An

Thành phố Hội An nằm bên bờ Bắc hạ lưu sông Thu Bồn, được giới hạn bởi tọa độ từ 15o15’26” đến 15o55’15” vĩ độ Bắc và từ

108o17’08” đến 108o23’10” kinh độ Đông; cách quốc lộ 1A khoảng

9 km về phía Đông, cách thành phố Đà Nẵng khoảng 25 km về phía Đông Nam, cách thành phố Tam Kỳ khoảng 50 km về phía Đông Bắc

1.2 Hệ thống lưới điện phân phối thành phố Hội An

1.2.1 Nguồn và lưới điện

Nguồn và lưới điện Hội An nằm trong dự án cải tạo JBIC được hoàn thiện đầu năm 2010 với vốn đầu tư 149 tỷ đồng Được cấp điện

từ trạm 110kV Hội An (E157) qua 7 xuất tuyến 471, 473, 475, 477,

476, 478, 480 Ngoài ra, các vùng ven thành phố Hội An được cấp điện

từ 2 xuất tuyến 472, 480 từ trạm 110kV Điện Nam Điện Ngọc

1.2.2 Phụ tải

Tốc độ tăng trưởng sản lượng điện thương phẩm 13,7% năm Giá bán bình quân : 2.047 đồng /kWh (chưa VAT)

1.3 Đánh giá tình trạng vận hành hiện nay

- Một số phụ tải nằm xa trạm biến áp dẫn đến điện áp không đảm bảo

- Tốc độ tăng trưởng phụ tải quá nhanh dẫn đến tình trạng quá tải đường dây và trạm biến áp

- Một số máy biến áp vận hành non tải dẫn đến lãng phí trong công tác đầu tư đồng thời làm tăng tỷ lệ tổn thất không tải

- Tình trạng mất sản lượng do tác động lên hệ thống công tơ còn

xảy ra nhiều

- Hệ thống tụ bù hạ áp hoạt động chưa hiệu quả dẫn đến các trạm biến áp quá bù và thiếu bù Gây tổn thất điện năng giảm khả năng tải của đường dây và giảm chất lượng điện áp

1.3.1 Chi tiêu tổn thất điện năng

Năm 2016, TTĐN của Điện lực Hội An là 5,3% giảm so với

2015 là 0,5 %

Theo lộ trình giảm TTĐN từ năm 2016, phấn đấu đến năm 2020, TTĐN toàn lưới điện Hội An là dưới 3,71 % Trong đó TTĐN các TBA công cộng khu vực nông thôn là <6% và nội thành là <4% Nhìn chung tổn thất thực hiện có xu hướng giảm tuy nhiên vẫn

có năm thực hiện không đạt so với kế hoạch đề ra

1.3.2 Mức độ tự động hóa lưới điện phân phối khu vực

Mức độ hiện đại hóa lưới điện thành phố Hội An chỉ ở mức trung bình, chỉ hoàn thành cơ bản hệ thống đo đếm, phần lưới điện chỉ thực hiện điều khiển đóng cắt từ xa các Recloser phân đoạn đường dây, Hiện nay tại thành phố Hội An đã triển khai hoàn thành công nghệ đọc chỉ số công tơ điện tử từ xa RF-SPIDER sử dụng công nghệ RF-Mesh

- Hệ thống thu thập dữ liệu từ xa (MDMS) đã được đưa vào vận hành trong thời gian dài, một số ứng dụng đã được xây dựng để nâng cao chất lượng công tác quản lý vận hành

- Hệ thống thu thập chỉ số công tơ từ xa RF-Spider mới được đưa vào vận hành nên các ứng dụng dựa trên cơ sở dữ liệu của hệ thống chưa được phát triển nhiều

1.4 Kết luận

Thành phố Hội An là thành phố trọng điểm phát triển dịch vụ du lịch, kéo theo sự phát triển của rất nhiều loại hình dịch

vụ khác Chính vì thế nhu cầu phát triển phụ tải sử dụng điện của thành phố là rất lớn, ngoài ra chất lượng cung cấp điện cũng phải được cải thiện để đảm bảo cho hoạt động sản xuất kinh doanh đạt hiệu quả cao nhất

Mặc dù lưới điện phân phối của thành phố Hội An đã được đầu tư nâng cấp rất nhiều tuy nhiên vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm, đặc biệt là với tốc độ tăng trưởng phụ tải nhanh như hiện nay Do đó việc cải tiến công tác quản lý vận hành là hết sức cần thiết, không những giúp nâng cao chất lượng cung cấp điện mà còn giảm bớt sức lao động của con người

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG QUẢN LÝ DỮ LIỆU ĐO ĐẾM METER DATA MANAGEMENT SYSTEM (MDMS) 2.1 Giới thiệu chung

MDMS: Là hệ thống chương trình gồm các 3 module chính MDMSComms: Module thực hiện kết nối để thu thập dữ liệu trực tiếp theo thời gian thực đến từng công tơ (Elster, LandisGyr, EDMI, ) bằng các đường truyền khác nhau như: ADSL, cáp quang, GSM, GPRS, EDGE, 3G Network

MDMSAnalyze: Module thực hiện chức năng phân tích số liệu

mà module MDMSComms thu thập về để đưa vào CSDL lưu trữ MDMS: Module quản lý và khai thác số liệu đo đếm, bao gồm các tính năng chính sau đây:

Xem các thông số vận hành như công suất, phản kháng, dòng,

áp, cosphi theo thời gian thực Thông tin chỉ số chốt tháng

Khai báo điểm đo và lập yêu cầu để lấy số liệu của điểm đo Kết nối với hệ thống CMIS2 để đưa chỉ số vào tính hóa đơn

2.2 Nội dung

2.2.1 Giao diện chính

Sau khi đăng nhập thành công, sẽ vào giao diện chính chương trình MDMS như sau:

a Công suất theo thời gian 30’

Sau khi chọn điểm đo bên danh sách điểm đo ở cửa sổ chính của chương trình, Click chuột phải để hiển thị menu ngữ cảnh, chọn mục

" công suất theo thời gian 30’"

b Sản lượng theo thời gian 30’

Sau khi chọn điểm đo bên danh sách điểm đo ở cửa sổ chính của chương trình, Click chuột phải để hiển thị menu ngữ cảnh,chọn mục

"sản lượng theo thời gian"

c Số liệu, biểu đồ dòng, áp, Cosφ,…

Sau khi chọn điểm đo bên danh sách điểm đo ở cửa sổ chính của chương trình, Click chuột phải để hiển thị menu ngữ cảnh, chọn mục xem "số liệu- Biểu đồ dòng, Áp, Cosφ"

d Chỉ số theo thời gian

Sau khi chọn điểm đo bên danh sách điểm đo ở cửa sổ chính của chương trình, Click chuột phải để hiển thị menu ngữ cảnh,chọn mục

"chỉ số theo thời gian"

g Thống kê mất điện trong tháng

Tổng hợp số lần mất điện của điểm đo trong tháng và tính trung bình sản lượng điện mất do mất điện

h Sự kiện cảnh báo điểm đo

Tương tự trong chức năng Hệ thống \ Cảnh báo công tơ

i Sự kiện cảnh báo danh sách điểm đo:

Tương tự trong chức năng Hệ thống \ Cảnh báo công tơ

k Xuất dữ liệu ra excel

Xuất dữ liệu hiện tại ở giao diện chính ra excel file

2.2.2 Các chức năng chính của chương trình

Khai báo danh mục điểm đo

* Khai báo quan hệ đơn vị nhận - điểm đo:

Chức năng này cho phép định nghĩa đơn vị nhận và thêm các điểm đo vào đơn vị nhận để thực hiện báo cáo tổng hợp phụ tải, sản lượng theo đơn vị nhận

* Lập yêu cầu:

* Thống kê điểm đo có kết nối:

* Kết nối CMIS in hóa đơn:

* Cảnh báo:

b Báo cáo

* Tổng hợp phụ tải theo ngày

* Báo cáo số liệu vận hành

* Sản lượng theo ngày

* Tổng hợp điện năng giao nhận

* Hệ số K đồ thị phụ tải

* Thống kê người dùng truy cập chương trình

* Thống kê lượng khách hàng có kết nối CMIS

c Giám sát

* Giám sát các điểm đo được chọn

* Chọn điểm đo cần giám sát

* Xem biểu đồ dòng điện, điệp áp các điểm đo có xuất hiện cảnh báo:

2.2.3 Đánh giá hoạt động của chương trình

a Hiệu quả đạt được

Tận dụng các ưu thế của hạ tầng mạng viễn thông di động, hệ thống MDMS đã thu thập dữ liệu trực tiếp theo thời gian thực từ các loại công tơ điện tử hiện đang hoạt động trên lưới điện Việt Nam, và người sử dụng hệ thống có thể dễ dàng truy cập các dữ liệu của công

tơ trực tuyến 24/24 tại bất cứ nơi nào,… Đồng thời, hệ thống cũng đáp ứng được nhu cầu quản lý, điều hành hệ thống điện, tăng năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất và kinh doanh điện năng, nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng của EVN

b Ưu điểm và nhược điểm của chương trình

* Ưu điểm:

- Có khả năng lấy đầy đủ các thông số trên công tơ từ xa

- Giao diện dễ sử dụng, lắp đặt dễ dàng

- Tích hợp các chức năng cảnh báo, thống kê, lập báo cáo

- Dễ dàng mở rộng, có khả năng tương thích và liên kết với các chương trình ứng dụng khác của ngành Điện

- Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp

* Nhược điểm:

- Hoạt động phụ thuộc hoàn toàn vào sóng viễn thông

- Thao tác lấy thông số được thực hiện cho từng công tơ

2.4 Kết luận

Sự ra đời của hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm đã mang lại nhiều hiệu quả thiết thực cho ngành Điện, giúp nâng cao chất lượng quản lý vận hành và giảm bớt sức lao động của con người Tuy nhiên hệ thống cho thấy nhiều nhược điểm khi quy mô lưới

điện tăng quá nhanh và quá trình sử dụng cho khối lượng quản

lý lớn đòi hỏi nhiều công sức và thời gian Cần thiết phải có một công cụ giúp tự động thao tác trên hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm để giảm nhân công, thời gian cũng như tăng độ chính xác

so với việc thực hiện thủ công trên chương trình như hiện nay

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU CÔNG TƠ

tơ có tích hợp công nghệ Rf-Mesh phát sóng RF trong một khu vực kế cận mà không cần đầu tư bất kỳ đường truyền nào khác, nhân viên ghi chữ số không cần phải đến hiện trường

Với những ưu điểm vượt trội và chi phí đầu tư thấp, hệ thống RF-SPIDER là một sự kết hợp hoàn hảo giữa công nghệ không dây theo kiểu mắt lưới các thiết bị đo đếm điện năng nhằm tạo nên một hệ thống thu thập dữ liệu công tơ điện tử từ xa với quy mô lớn và độ tin cậy cao

minh bạch trong công tác kinh doanh điện năng – điều mà ngành Điện đang hướng tới

3.1.3 Tính năng nổi bật

- Tính năng ổn định: Hệ thống có khả năng tự thích nghi, nghĩa

là có khả năng tự xây dựng lại và hoạt động như bình thường ngay cả khi một vài nút mạng bị hỏng

- Tính linh hoạt: Các nút mạng trung tâm có thể được đặt ở bất

kỳ đâu trong phạm vi thông tin liên lạc của các thiết bị khác trong hệ thống Khả năng tự cấu hình, tự động phát hiện sự cố tại một node bất

kỳ trong mạng Khả năng tự định tuyến, tìm lại đường dẫn mới khi có một node mạng bất khả xảy ra sự cố, đảm bảo việc thu thập số liệu không bị gián đoạn Linh hoạt trong quá trình cấu hình hệ thống trực tiếp từ xa Dễ dàng lắp đặt, sử dụng, bảo trì, bảo dưỡng

- Khả năng mở rộng: Một mạng lưới có thể được cải thiện bằng cách thêm nhiều thiết bị hơn - mở rộng khoảng cách, nâng cao chất lượng liên kết và độ tin cậy chung

3.1.4 Lợi ích kinh tế

Hệ thống RF-SPIDER có chi phí đầu tư thấp, dễ dàng lắp đặt,

sử dụng và bảo trì, bảo dưỡng nhưng lại bảo đảm độ chính xác cao khi vận hành, linh hoạt trong quá trình cấu hình hệ thống trực tiếp

từ xa

Việc ứng dụng hệ thống RF-SPIDER còn đem lại hiệu quả về nhân công rất lớn

3.1.5 Các chức năng

a Giao tiếp với DCU, công tơ

- Đối với DCU: Cho phép khởi động lại, xem và lập trình lại các thông số và firmware cho một nhóm DCU, đồng bộ thời gian

- Cho phép đồng bộ thời gian của công tơ nhiều biểu giá và DCU với đồng hồ tham chiếu thông qua máy chủ thời gian

- Trao đổi dữ liệu với DCU và công tơ theo cơ chế riêng

- Thân thiện, dễ sử dụng, dưới dạng đồ họa

- Có chức năng quản lý người dùng, nhóm người dùng; phân quyền cho người dùng và nhóm người dùng có ghi nhận sự phân quyền, thay đổi phân quyền

3.2 Các thành phần trong hệ thống

3.2.1 Mạng lưới RF-Mesh

a DCU (Data Collection Unit)

Là thiết bị chính của hệ thống nhằm thu thập chỉ số từ xa cho tất

cả các công tơ có trang bị giao tiếp RF trong một trạm biến áp

b Router

Là thiết bị định tuyến tạo nhằm quản lý, thu thập số liệu của một

số lượng công tơ nhất định

c Công tơ tích hợp công nghệ RF-Mesh (trong luận văn gọi tắt

là công tơ RF-Mesh)

Là sản phẩm đo đếm điện năng có tích hợp khối thu phát sóng

vô tuyến (RF), bên cạnh những chức năng đo đếm của Công tơ điện tử thông thường, công tơ còn có khả năng tự tìm đường nhờ giải thuật định tuyến thông minh, tự học và hình thành nên mạng lưới RF-Mesh

để chuyển thông tin của tất cả công tơ trong phạm vi phủ sóng của nó

về đến bộ thu thập tập trung DCU

d Module RF-EXT

Là thiết bị gắn ngoài dựa trên việc đo đếm xung kiểm định của công tơ không hỗ trợ RF và thu phát dữ liệu qua sóng vô tuyến RF (408.925 MHz) đến thiết bị cầm tay HHU hoặc các thiết bị của hệ thống RF SPIDER

e Module cho Elster, Landis Gyr

Là thiết bị gắn ngoài dựa trên việc giao tiếp với công tơ Elster hoặc Landis Gyr qua cổng truyền thông nối tiếp, thu thập và lưu trữ giá trị thanh ghi, thu phát dữ liệu qua sóng vô tuyến RF

3.2.2 HES Server

Mỗi một Công ty điện lực có 1 HES Server để vận hành chương trình thu thập chỉ số theo nguyên tắc:

- DCU kết nối với HES Server qua giao thức TCP/IP

- HES Server lấy thông tin khách hàng từ Application Server để thực hiện khám phá, thu thập các chỉ số và thông số vận hành của công

tơ khách hàng

- HES Server thực hiện đọc chỉ số và thông số vận hành chuyển

về Application Server để phân tích và lưu trữ vào Database Server

a Application Server

Các ứng dụng triển khai trên Application Server bao gồm: Web RF-SPIDER, RF-SPIDER GIS, cung cấp webservice cho hệ thống khai thác số liệu

b Database Server

Dùng để lưu trữ dữ liệu mà hệ thống HES Server khám phá thu thập được dựa trên thông tin khách hàng được đồng bộ hằng ngày từ