Ứng dụng gis trong quản lý và vận hành lưới điện hạ thế

Kết quả đạt được của đề tài không chỉ nâng cao khả năng chia sẻ và sử dụng dữ liệu hiệu quả trong trong nội bộ Tổng công ty điện lực, mà còn góp phần góp phần tạo các công cụ hiệu quả tr

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HUY KIÊN

ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH

LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2019

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS LÊ VĂN TRUNG

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA…………

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ VÀ VẬN

HÀNH LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1)Khảo sát, đánh giá hiện trạng quản lý và vận hành lưới điện hạ thế

2)Xây mô hình cơ sở dữ liệu GIS trong quản lý và vận hành

3)Đề xuất giải pháp ứng dụng GIS trên địa bàn quận Gò Vấp

4)Xây dựng công cụ GIS hỗ trợ công tác quản lý và vận hành lưới điện hạ thế

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ………

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ………

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Lê Văn Trung

Tp HCM, ngày … tháng… năm 2019

Lê Văn Trung

TRƯỞNG KHOA …………

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô nhà trường, Quý Lãnh đạo và chuyên viên Tổng công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh, đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập và thực hiện đề tài này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Lê Văn Trung đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo em trong quá trình thực hiện đề tài Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Kỹ Thuật Điện đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong quá trình học tập

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình nghiên cứu, song do khả năng và kinh nghiệm của bản thân có hạn, nên luận văn không tránh khỏi những tồn tại, hạn chế và thiếu sót Vì vậy tôi rất mong được nhận được sự góp ý chân thành của quý thầy cô và đồng nghiệp, nhằm hỗ trợ tôi tiếp tục bổ sung và hoàn thiện luận văn Xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 08 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Huy Kiên Khoa Kỹ Thuật Điện

Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

TÓM TẮT

Tổng công ty Điện lực TP.HCM đang từng bước thực hiện mục tiêu “Hiện đại hóa công tác quản lý và vận hành mạng lưới điện hạ thế” nhằm xây dựng hệ thốngcung cấp điện thông minh phục vụ tốt nhất cho khách hàng

Đề tài được thực hiện nhằm triển khai ứng dụng GIS (Geographical Information System) trên địa bàn quận Gò Vấp để nâng cao năng lực quản lý và vận hành mạng lưới điện hạ thế tại Công ty Điện lực Gò Vấp

Kết quả đạt được của đề tài không chỉ nâng cao khả năng chia sẻ và sử dụng

dữ liệu hiệu quả trong trong nội bộ Tổng công ty điện lực, mà còn góp phần góp phần tạo các công cụ hiệu quả trong tác nghiệp trong vận hành hệ thống điện

Giải pháp được đề xuất đã góp phần chuẩn hóa cơ sở dữ liệu GIS mạng lưới điện hạ thế theo mô hình Geodatabase, để phát triển chương trình ứng dụng GIS kết nối đồng bộ dữ liệu do Công ty Điện lực Gò Vấp quản lý với Trung tâm Chăm sóc Khách hàng Ngoài ra, các công cụ GIS được xây dựng để hỗ trợ tác nghiệp như: truy xuất thông tin khách hàng; tính toán chiều dài cung cấp điện của các trạm biến áp; kiểm soát trực quan các trạm có bán kính lưới điện trên 300m, nhằm hỗ trợ cho công tác giảm tổn thất điện năng trong quản lý lưới điện hạ thế trên địa bàn quận Gò Vấp

Mô hình giải pháp tổng thể ứng dụng GIS trong quản lý và vận hành mạng lưới điện hạ thế,sẽ góp phần phần hình thành quy trình thống nhất và chuẩn dữ liệu

để xây dựng Hệ Quản trị CSDL (DBMS) cho mạng lưới điện thông minh tạiTổng công ty Điện lực TP.HCM

ABSTRACT

Ho Chi Minh City Power Corporation (EVNHCMC) is step by step implementing the goal "Modernizing management and operation of low voltage electricity distribution network " in order to build a smart power supply system that best serves customers

The research was carried out, in order to evaluate the capacity application of GIS (Geographical Information System) in Go Vap district in improving the management and operation of low voltage power network at Go Vap Power Company

The results of this study is not only improve the ability to effectively share and use data within Vietnam Electricity Corporation, but also contributes to creating useful tools in operation of power system

The proposed solutions have contributed to standardizing the GIS database

of low-voltage power networks based on the Geodatabase model, in order to develop software of GIS applications for exchanging synchronous information between Go Vap Power Company with the Center of Customer Care

In addition, GIS tools are built to support operations such as customer information retrieval; calculate the power supply length of substations; visual control of stations with a grid radius of over 300m, to support the reduction of power loss in managing low-voltage power networks in Go Vap district

The general solution model of GIS application in management and operation

of low voltage power network will contribute to establish a unified procedure and data standards, in order to build database management system (DBMS) for the smart electric networks at EVNHCMC

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Văn Trung Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố ở đề tài nghiên cứu nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 08 năm 2019

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Huy Kiên

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1 Giải thích từ ngữ và chữ viết tắt

a) Các chữ viết tắt:

EVNHCMC Tổng Công ty Điện lực TP Hồ Chí Minh

GIS Geographic Information System- Hệ thống thông tin địa lý

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Ứng dụng khoa học công nghệ là một trong những

giải pháp giúp EVNHCMC giảm TTĐN hiệu quả

Hình 3.2 Các đối tƣợng đƣợc quản lý trong Geodatabase 23

Hình 3.4 Giao diện ứng dụng của ArcGIS Schematics

Extension

27

Hình 3.7 Mô hình giải pháp tổng thể cho hệ thống CSDL

GIS

30

Hình 3.9 Dữ liệu lưới điện hạ thế 34

Hình 3.16 Giao diện của Ứng dụng Tính toán và cập nhật mã

lộ, mã trạm theo điện kế tổng

46

Hình 3.18 Kết quả số lượng điện kế, chiều dài quản lý trạm

biến áp

48

Hình 3.22 Sơ đồ trạng thái của chương trình Vận hành lưới

điện

51

Hình 3.24 Sơ đồ trạng thái của chương trình Báo cáo

Hình 4.3 Minh họa cách đo chiều dài cung lưới điện hạ thế 64

Hình 4.4 Các bước thực hiên cách cập nhật lưới điện hạ thế 65

Hình 4.8 Giao diện ứng dụng tính toán chiều dài cung cấp

điện

70

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

TÓM TẮT 3

ABSTRACT 3

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 6

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 3

1.3 Mục tiêu của đề tài 5

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 6

1.5 Nội dung nghiên cứu 6

1.6 Ý nghĩa của đề tài: 6

1.6.1 Ý nghĩa khoa học 6

1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 7

CHƯƠNG II TỔNG QUAN 8

2.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu: 8

2.2 Giới thiệu về hệ thống thông tin địa lý (GIS) 11

2.3 Khả năng ứng dụng GIS trong ngành điện hiện nay 14

2.4 Nhu cầu ứng dụng GIS trong ngành điện 16

2.5 Hiện trạng các giải pháp đang áp dụng 18

2.6 Công nghệ đang áp dụng 19

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG GIS 22

3.1 Giới thiệu về hệ quản trị cơ sở dữ liệu GIS 22

3.2 Tiêu chí lựa chọn giải pháp 24

3.3 Các giải pháp đang áp dụng 25

3.3.1 Tạo sơ đồ 26

3.3.2 Giải pháp ArcGIS Schematics Extension 26

3.3.3 Giải pháp ArcFM 28

3.4 Giải pháp quản lý cơ sở dữ liệu 29

3.5 Xác định giải pháp GIS phù hợp 30

3.6 Xây dựng cơ sở dữ liệu 33

3.6.1 Bản đồ nền 33

3.6.2 Dữ liệu chuyên đề lưới điện truyền tải và phân phối 33

3.7 Chương trình ứng dụng GIS 41

3.7.1 Chương trình cập nhật hình ảnh thuộc tính cho các lớp thông tin 41

3.7.2 Ứng dụng tính toán & cập nhật mã trạm, mã lộ theo điện kế tổng 46 3.7.3 Chương trình Vận hành lưới điện 50

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ 59

LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ 59

4.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 59

4.2 Hiện trạng kỹ thuật và tổ chức sản xuất tại đơn vị 60

4.3 Đề xuất giải pháp ứng dụng GIS: 65

4.3.1 Xây dựng cấu trúc CSDL lưới điện 65

4.3.2 Chuẩn hóa dữ liệu GIS 67

4.3.3 Quy trình thu thập dữ liệu 68

4.3.4 Xây dựng chương trình tính toán bán kính lưới điện hạ thế 70

4.3.5 Đánh giá chương trình đề xuất 77

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

5.1 Kết luận 80

5.2 Kết quả đạt được 81

5.3 Hiệu quả mang lại trong khai thác và vận hành 81

5.4 Kiến nghị 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Tổn thất điện năng (TTĐN) trên hệ thống điện là lượng điện năng tiêu hao cho quá trình truyền tải và phân phối điện từ thanh cái các nhà máy điện qua hệ thống lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối đến các hộ sử dụng điện Theo phân loại, TTĐN gồm hai loại, tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại[1]

TTĐN kỹ thuật là tiêu hao điện năng tất yếu xảy ra trong quá trình truyền tải

và phân phối điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ điện Dòng điện đi qua máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị điện trên hệ thống lưới điện đã làm phát nóng MBA, đường dây và các thiết bị dẫn điện, làm tiêu hao điện năng Đường dây dẫn điện cao áp từ 110 kV trở lên còn có tổn thất vầng quang dòng điện qua cáp ngầm và tụ điện còn tổn thất do điện môi

TTĐN phi kỹ thuật (còn gọi là TTĐN thương mại) xảy ra do tình trạng vi phạm trong sử dụng điện như: Lấy cắp điện dưới nhiều hình thức, do chủ quan của người quản lý khi mất pha, công tơ chết, cháy không xử lý, thay thế kịp thời, bỏ sót hoặc ghi sai chỉ số… dẫn đến điện năng bán cho khách hàng đo được qua hệ thống

đo đếm thấp hơn so với điện năng khách hàng sử dụng [2]

Tổn thất kĩ thuật chỉ có thể giảm đến ngưỡng nhất định Vì vậy, cần tập trung nghiên cứu các giải pháp giảm tổn thất thương mại xuống mức hợp lý, đây là mục tiêu của ngành Điện các nước trên thế giới, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất - kinh doanh, giảm áp lực đầu tư nguồn điện, đồng thời cũng là cơ sở tính đúng, tính đủ giá thành sản xuất điện

Do đó, việc giảm TTĐN đòi hỏi phải thực hiện đồng bộ nhiều giải pháp Trong đó cần rà soát lại năng lực truyền tải của các đường dây, xử lý triệt để tình trạng quá tải, hoàn thiện các sơ đồ đấu nối, bổ sung thiết bị đóng cắt, tăng cường liên kết giữa các TBA 110 kV Từ đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, nâng cao

độ linh hoạt trong vận hành Rà soát, thống kê thiết bị lưới điện chất lượng thấp, tổn thất điện năng cao, có nguy cơ xảy ra sự cố để tăng cường theo dõi và lập kế hoạch

thay thế Ngoài ra, cần phải lưu ý kiểm tra, xử lý triệt để vấn đề xâm phạm hành lang bảo vệ an toàn lưới điện, tiếp địa, các điểm tiếp xúc, cách điện của đường dây, thiết bị không để các mối nối, tiếp xúc không tốt dẫn đến phát nhiệt (trên dây dẫn, cáp, đầu cực thiết bị ) gây sự cố và làm tăng TTĐN Thử nghiệm sử dụng các loại vật tư, thiết bị công nghệ tiên tiến, độ tin cậy cao, tổn thất thấp; Trang bị và thực hiện vệ sinh cách điện hotline (không cắt điện); Hoàn thiện và tăng cường khai thác

hệ thống SCADA ở các cấp điều độ, đẩy nhanh các dự án SCADA lưới điện phân phối

Tổng công ty Điện lực TPHCM (EVNHCMC) là một trong 9 tổng công ty trực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVNHCMC tập trung vào các ứng dụng khoa học - công nghệ như: ứng dụng công nghệ thi công, sửa chữa, bảo trì trên lưới điện đang tải điện (live-line working) để giảm thiểu tối đa trường hợp cắt điện trong thời gian thi công, sửa chữa trên lưới điện; trang bị và sử dụng các thiết bị phục vụ công tác thử nghiệm, chẩn đoán để đánh giá chất lượng vận hành vật tư thiết bị phục vụ công tác sửa chữa, bảo dưỡng nhằm ngăn ngừa sự cố; đẩy mạnh ứng dụng toàn diện công nghệ thông tin thông qua việc xây dựng các phần mềm dùng chung, đặc biệt là ứng dụng trên nền hệ thống thông tin địa lý (GIS) để nâng cao năng lực quản lý lưới điện của đội ngũ kỹ sư, cán bộ ngành điện thành phố [3]

Xác định mục tiêu “Hiện đại hóa các công tác phục vụ khách hàng, hướng tới mục tiêu chất lượng dịch vụ ngày càng hoàn hảo” theo phương châm “Khách hàng là sự tồn tại của chúng ta”, Tổng công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh đã triển khai ứng dụng công nghệ tiên tiến theo xu hướng nâng cao tính chuyên nghiệp, hiện đại, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho khách hàng, như: Quy trình giao dịch một cửa và “giao dịch hộ”; thành lập tổng đài chăm sóc khách hàng 1900545454, triển khai thử nghiệm điện kế trả trước, sử dụng công nghệ đọc điện kế từ xa Đặc biệt từ năm 2015 bắt đầu triển khai ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS- Geographic Information System) trong công tác quản lý lưới điện, hỗ trợ công tác dịch vụ khách hàng

Đặc biệt, GIS còn là một công cụ hữu ích trong việc tích hợp hệ thống cơ sở

dữ liệu gắn kết với bản đồ, nhằm phân tích dữ liệu không gian phục vụ công tác quản lý vận hành lưới điện Ứng dụng GIS sẽ giúp đổi mới, nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý và vận hành hệ thống điện, bắt kịp với xu thế hiện đại hóa ngành Điện để giảm TTĐN

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Để mang đến hiệu quả và lợi ích cao nhất cho khách hàng, EVNHCM đã tập trung ứng dụng khoa học - công nghệ trong mọi hoạt động sản xuất kinh doanh, xây dựng và phát triển lưới điện theo mô hình lưới điện thông minh Thông qua hệ thống tự động hóa lưới điện và tối ưu hóa phương thức vận hành sẽ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng

EVNHCMC là đơn vị tiên phong trong việc áp dụng công nghệ GIS trong giám sát và vận hành tối ưu hệ thống đường dây Hiện nay, các ứng dụng GIS điển hình như: hỗ trợ tìm kiếm các thông tin về tài sản lưới điện (trạm biến thế, đường dây), điện kế khách hàng (vị trí điện kế, mã lộ trình), hỗ trợ công tác vận hành lưới điện; hỗ trợ quy hoạch cấp điện cho các khu vực dân cư mới, đáp ứng được sự phát triển nhanh của các phụ tải, giúp giảm sự cố và giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối Tổng công ty cũng cập nhật, theo dõi và tính toán tổn thất của hơn 641 tuyến dây trung thế và 15.445 khu vực trạm công cộng Qua đó, thực hiện khoanh vùng các khu vực có tổn thất cao, điều tra nguyên nhân và đề xuất các giải pháp phù hợp cho từng khu vực, từng thời điểm để giảm tổn thất điện năng Đến cuối năm

2018, tỉ lệ tổn thất điện năng của các tuyến dây trung thế toàn Tổng công ty còn 1,15%, lưới hạ thế còn 3,57% [2]

Việc ứng dụng các công nghệ mới cũng đã được áp dụng như: Thi công, sửa chữa, bảo trì trên lưới điện đang mang điện (live - line); khai thác hệ thống đo đếm

dữ liệu công tơ từ xa; điều khiển xa cũng giúp EVNHCMC giảm tổn thất hiệu quả

Hình 1.1: Ứng dụng khoa học công nghệ là một trong những giải pháp giúp

EVNHCMC giảm TTĐN hiệu quả Ngoài ra, EVNHCMC cũng đã ứng dụng từ hệ thống đo xa cho hơn 1.300 điểm đo tại các trạm 110/220 kV và hơn 28.000 trạm biến thế phân phối và trên 800.000 khách hàng sau trạm công cộng để theo dõi tình trạng vận hành đường dây, máy biến thế Qua đó, nhằm phát hiện tình trạng non/đầy tải, thấp áp, thiếu/quá bù

để có biện pháp xử lý kịp thời [2]

EVNHCMC cũng sẽ tiếp tục triển khai các đồng bộ các giải pháp, từ đầu tư xây dựng, vận hành lưới điện tối ưu, giải pháp giảm sự cố, giảm thời gian mất điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, ứng dụng hệ thống đo xa; trong đó EVNHCMC đẩy mạnh việc khai thác hiệu quả hơn nữa ứng dụng GIS để quản lý lưới điện thông minh Để không ngừng nâng cao độ tin cậy trong cung ứng điện và giảm tỉ lệ tổn thất điện năng trên lưới điện quản lý, mục tiêu đến năm 2020 hoàn tất kiện toàn kết cấu lưới điện theo tiêu chí:

Đối với lưới trung thế: (1) Tuyến dây trung thế đều có đóng kết mạch vòng

từ 2 MBT 110kV khác nhau; (2) chiều dài trục chính đường dây trung thế ≤ 8km; (3) số khách hàng ≤ 6000 khách hàng; (4) tải vận hành ở chế độ bình thường ≤ 50% tải định mức; (5) thay thế dây trần, dây bọc 3kV bằng dây bọc 24kV;

Đối với lưới hạ thế: (1) Trạm phân phối có chiều dài lộ ra ≤ 300m; (2) số khách hàng ≤ 300 khách hàng; (3) mang tải trong khoảng 40% - 80% (trung bình 60-65%) [4]

Rất nhiều bài toán được đặt ra khi ứng dụng GIS để quản lý lưới điện thông minh Một trong những bài toán đó chính là thống kê, quản lý vật tư thiết bị, tối ưu chiều dài cung cấp lưới điện…Một trong các điều kiện để xác định vận hành tối ưu của các trạm biến áp đang được áp dụng tại EVNHCMC là dựa vào bán kính cung cấp điện nhỏ hơn 300m Việc xác định được chiều dài cung cấp điện của các Trạm biến áp cũng được áp dụng để hỗ trợ công tác tính toán tổn thất, công tác cấy trạm phát triển lưới điện tại đơn vị,…Ngoài ra, EVNHCM đã nghiên cứu và xây dựng lộ trình cũng như kế hoạch triển khai phát triển ứng dụng GIS trong quản lý lưới điện thông minh, nhằm không ngừng nâng cao độ tin cậy trong cung ứng điện và giảm tỉ

lệ tổn thất điện năng lưới điện [3]

Xuất phát từ những lý do trên, đề tài “Ứng dụng GIS trong quản lý và vận

hành lưới điện hạ thế tại quận Gò Vấp, Tp.HCM” được thực hiện nhằm đảm bảo

tính kế thừa dữ liệu GIS, tính toán chiều dài cung cấp điện, nhằm nâng cao độ tin cậy lưới điện…, góp phần nâng cao chất lượng phục vụ khách hàng tại quận Gò Vấp

1.3 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu tổng quát:

Ứng dụng GIS trong quản lý và vận hành lưới điện hạ thế, nhằm hỗ trợ giải pháp tối ưu hóa phương thức vận hành lưới điện thông minh, góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng

Mục tiêu cụ thể

- Đánh giá hiện trạng quản lý và vận hành lưới điện hạ thế;

- Nghiên cứu mô hình cơ sở dữ liệu GIS trong quản lý và vận hành lưới điện

hạ thế tại Tổng công ty Điện lực TP.HCM;

- Đề xuất giải pháp ứng dụng GIS trong quản lý và vận hành lưới điện hạ thế trên địa bàn quận Gò Vấp;

- Xây dựng ứng dụng nhằm hỗ trợ công tác giảm tổn thất lưới điện, cấy trạm phát triển lưới; chia tải lưới điện hạ thế;

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu: giải pháp GIS trong quản lý và vận hành lưới điện

 Phạm vi nghiên cứu: khu vực Quận Gò Vấp, Tp.HCM

1.5 Nội dung nghiên cứu

 Khảo sát hiện trạng vận hành và quản lý lưới điện hạ thế tại Công ty Điện lực

Gò Vấp thuộc Tổng Công ty Điện lực TP Hồ Chí Minh

 Tìm hiểu đánh giá các giải pháp hiện đang sử dụng tại Công ty Điện lực Gò Vấp Đề xuất giải pháp phù hợp hỗ trợ cho công tác giảm tổn thất điện năng ứng dụng hệ thống GIS trong quản lý lưới điện hạ thế

 Phân tích cơ sở dữ liệu lưới điện hạ thế tại Công ty Điện lực Gò Vấp

 Thiết kế, xây dựng chương trình tính toán chiều dài cung cấp điện của lưới điện hạ thế: thiết kế giao diện chương trình, lập trình xây dựng các chức năng hỗ trợ quản lý, thống kê, báo cáo;

 Đánh giá kết quả thử nghiệm và hoàn thiện chương trình

1.6 Ý nghĩa của đề tài:

1.6.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của để tài sẽ góp phần xây dựng cơ sở khoa học trong áp dụng các giải thuật và thuật toán đặc trưng của GIS để xác định chiều dài cung cấp điện xa nhất của trạm biến áp Từ đó.khai thác cơ sở dữ liệu tích hợp GIS với các ứng dụng đang được sử dụng hiện hữu tại Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh để phân tích tính toán chia tải giữa các trạm biến áp (tránh quá tải trạm biến áp) đồng thời giúp phân tích vị trí đặt trạm mới Đây sẽ là nguồn dữ liệu giúp cho Công ty nhận biết được thực trạng vấn đề và có định hướng khắc phục kịp thời các nguy cơ mất an toàn lưới điện có thể xảy ra trên lưới điện hạ thế

Kết quả của đề tài sẽ tạo nền tảng để xây dựng các đề tài, dự án khác nhằm, tìm ra những giải pháp kỹ thuật phù hợp góp phần tối ưu hóa phương thức vận hành lưới điện thông minh trên địa bàn quận Gò Vấp và mở rộng cho toàn thành phố

1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Góp phần tạo các công cụ GIS áp dụng hiệu quả trong tác nghiệp của đội vận hành (để cập nhật và quản lý vận hành lưới điện) Kết nối đồng bộ và với Trung tâm Chăm sóc Khách hàng để thực hiện các tác vụ truy xuất thông tin nhằm tương tác với khách hàng cũng như đưa ra các giải pháp cụ thể để tính toán chiều dài cung cấp điện của các trạm biến áp dựa trên hiện trạng của lưới điện quận Gò Vấp

CHƯƠNG II TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu:

a) Ứng dụng GIS trong ngành điện trên thế giới

Các ứng dụng GIS trong ngành điện hiện nay rất phổ biến trên thế giới, đặc biệt, ứng dụng GIS phục vụ quản lý đô thị, hạ tầng kỹ thuật đã được đầu tư mạnh và bước đầu mang lại nhiều hiệu quả thiết thực như:

- Dự án ứng dụng GIS giám sát sự cố phục vụ cho 7 Công ty Điện lực của bang New York và Bộ Công Ích (Departement of Public Service - DPS), Hoa Kỳ Dự án thực hiện từ năm 1999 đến năm 2001 Dự án này xây dựng hệ thống GIS giám sát sự cố bao gồm: nhận thông tin, xử lý, phân tích và thông báo cho các đơn vị liên quan để giải quyết

sự cố trong thời gian sớm nhất, nhanh nhất

- Ứng dụng GIS trong tính toán phân bố công suất ở Olonade, Nigeria vào năm

2015, nghiên cứu đã áp dụng cho một khu vực có máy biến áp công suất 500kVA được kết nối để cung cấp cho 250 toàn nhà với mức tiêu thu trung bình 2,1kW thông qua 4 nguôn cấp vào Từ đó tính toán công suất cung cấp của các nguồn để tránh tình trạng quá tải

- Dự án Ứng dụng GIS quản lý Hệ thống điện của thành phố Bangkok (Thái Lan)

do ESRI Thailand thực hiện với kinh phí đầu tư giai đoạn 1 khoảng 3 triệu USD Dự án thực hiện từ năm 1996 đến năm 2002, được phân ra thành ba giai đoạn Tổng cộng có 15 chi nhánh điện lực được ứng dụng và phạm vị quản lý 2639,91km2

[5]

b) Ứng dụng GIS trong ngành điện tại Việt Nam

Nhận thấy được hiệu quả khi quản lý cơ sở hạ tầng kỹ thuật trên nền cơ sở dữ liệu (CSDL) gắn với yếu tố “địa lý”, trong những năm gần đây, GIS đã được đưa vào áp dụng trong ngành điện Việt Nam Về tổng thể, GIS giúp các doanh nghiêp điện vận hành hiệu quả hơn, giảm chi phí, nâng cao khả năng ra quyết định, cải thiện dịch vụ khách hàng và tăng cường sự phối hợp giữa các phòng ban và công tác truyền thông Một số ứng dụng tiêu biểu của GIS trong các lĩnh vực: phát điện, truyền tải, quản lý hạ tầng kỹ thuật:

- Ứng dụng quy hoạch lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy điện gió tại Bình Thuận: Dựa trên điều kiện: mục đích sử dụng đất, cơ sở hạ tầng, tốc độ gió…nhóm tác giả đã áp dụng GIS để phân tích lựa chọn địa điểm phù hợp có thể phát triển điện gió

Ứng dụng GIS quản lý mạng lưới truyền tải tại Công ty Truyền tải điện 3: chương trình được lập trình trên cơ sở công nghệ kỹ thuật bản đồ, định vị vệ tinh, trắc địa và xử

lý ảnh của vệ tinh viễn thám có tính đến kết cấu của hệ thống mạng viễn thông tại Việt Nam và cơ sở hạ tầng mạng máy tính tại Công ty Truyền tải điện 3 Ứng dụng phục vụ tốt công tác lập kế hoạch sửa chữa, bảo trì đường dây, định vị điểm sự cố,…

Nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý hệ thống mạng lưới điện khu vực Thành phố Hà Nội, hay GIS trong quản lý hạ tầng kỹ thuật lưới điện Khánh Hòa

- Năm 2014, Tổng công ty Điện lực miền Trung (EVNCPC) nghiên cứu triển khai

dự án “Xây dựng ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý vận hành lưới điện EVNCPC” với nội dung quản lý tài sản, quản lý sơ đồ mặt bằng lưới điện trên GIS theo thời gian, quản lý sơ đồ nguyên lý lưới điện để tính toán các chỉ số MAIFI, SAIDI, SAIFI, quản lý mất điện, tổng thất điện năng, quản lý biểu đồ phụ tải và kết nối với các hệ thống phần

mềm CMIS, FMIS, MDMS, SCADA, ContactCenter… hiện hành

Nhìn chung Các Tổng Công ty Điện lực trên cả nước đã và đang nỗ lực nâng cao hiệu quả kinh doanh, độ tin cậy của lưới điện, giảm tổn thất điện năng và cải thiện dịch

vụ khách hàng Tuy nhiên, phần lớn các công ty điện lực hiện vẫn còn phát triển và áp dụng các phần mềm quản lý bản vẽ AutoCAD / sơ đồ mạng lưới điện và các phần mềm quản lý tài sản, mô hình hóa lưới điện, quản lý khách hàng và các phần mềm phục vụ sản xuất kinh doanh một cách riêng rẽ, chưa có sự kết nối trên một nền tảng thống nhất Có thể quan sát thấy rất nhiều ứng dụng GIS được triển khai tập trung vào quản lý hạ tầng kỹ thuật và quản lý vận hành mạng lưới điện phân phối (trung, hạ thế)

c) Ứng dụng GIS của Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh

- Năm 2011, Tổng công ty Điện lực Thành phố (EVNHCMC) đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học “Xây dựng chương trình quản lý mất điện và tính toán độ tin cậy lưới điện” áp dụng trong toàn Tổng công ty Cơ sở dữ liệu của chương trình liên kết trực tiếp với hệ thống quản lý thông tin khách hàng (CMIS) thông qua khóa nhận diện chung của trạm biến áp phân phối có ở cả hai hệ (ID trạm)

- Tháng 8/2011, Công ty Điện lực Bình Chánh – Tổng công ty đã thí điểm thành lập Tổ GIS trực thuộc Phòng Kỹ thuật – An toàn Tháng 6/2012, nhằm tăng cường các hoạt động trọng tâm cho công tác này theo nhu cầu phát triển GIS, Tổng công ty đã thành lập tổ GIS trực thuộc Ban Kỹ thuật Tháng 8/2012, 15 Công ty Điện lực còn lại và Công

ty Lưới điện Cao thế cùng thành lập tổ GIS trực thuộc Phòng Kỹ thuật – An toàn Đến tháng 10/2013, Ban Kỹ thuật đã kiện toàn kiến trúc cho hệ thống GIS và khởi đầu xây dựng CSDL GIS đến điện kế khách hàng

Nhìn chung, EVNHCMC đã triển khai và hoàn tất việc thu thập, chuyển đổi và cập nhật dữ liệu cho lưới điện hạ thế đến 2 triệu điện kế khách hàng Từng bước tinh chỉnh

dữ liệu lưới điện đến cấp địa chính để đưa vào việc quản lý tài sản lưới điện; Phát triển các ứng dụng GIS/thành phần GIS để đưa ra các giao diện chức năng cho các hệ thống/ứng dụng khác truy cập và sử dụng Ngoài ra, hệ thống GIS của EVNHCMC đã có thể kết nối với hệ thống PMIS, CMIS của Tập đoàn Điện lực Việt Nam và giao tiếp với các Ban, Ngành liên quan trong TP.HCM để chia sẻ và tiếp nhận dữ liệu GIS

Trải qua nhiều năm, việc áp dụng GIS đã giúp Tổng công ty thiết lập một cơ sở dữ liệu tích hợp đáng tin cậy về vị trí của các phần tử lưới điện đến điện kế của khách hàng trên cơ sở tham chiếu bản đồ nền của toàn thành phố Các ứng dụng tích hợp được phát triển trên nền công nghệ ESRI giúp Tổng công ty quản lý hiệu quả lưới điện với các cấp điện áp 220kV, 110kV, 22kV, 15kV và 0,4kV với trên 680km đường dây/cáp truyền tải, 5.900km lưới điện trung thế và 11.300 km lưới điện hạ thế, cung cấp điện cho trên hai triệu khách hàng ở TP.HCM [5]

Tuy nhiên, các yêu cầu dịch vụ về kinh doanh điện: Cấp điện; Thay đổi công suất;

Di dời điện kế cùng địa điểm; Ngừng cấp điện hoặc Cấp điện lại theo yêu cầu,… trên địa

bàn quận Gò Vấp cần được kết nối đồng bộ để góp phần nâng cấp chương trình nhằm

đáp ứng yêu cầu về tốc độ truy xuất và xử lý dữ liệu Các vấn đề cần giải quyết như mô hình Server backup dữ liệu (dữ liệu trên hệ thống này được tự động updated từ hệ thống CMIS chính theo chu kỳ hàng ngày) và chương trình quản lý mất điện tương tác trực tiếp với Server CMIS, cũng như loại bỏ các phần tử là khách hàng riêng lẻ khỏi chương trình

quản lý mất điện,… Ngoài ra, việc khai thác hiệu quả các số liệu của lưới điện hạ thế

trên địa bàn nhằm hỗ trợ trong lập trình thống kê tính toán chiều dài cung cấp lưới điện

hạ thế của từng trạm biếp áp cũng là vấn đề thực tế đang đặt ra

Với khả năng hiển thị trực quan các đối tượng trên bản đồ, chức năng lưu trữ, mô hình hóa và phân tích mạnh, GIS ngày càng khẳng định tầm quan trọng của mình trong các ứng dụng khác nhau Việc ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng hệ thống quản lý lưới điện sẽ đem lại nhiều hiệu quả

2.2 Giới thiệu về hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống thông tin được sử dụng để thu thập, lưu trữ, tìm kiếm, biến đổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục vụ mục đích cụ thể

Sự đa dạng trong các lĩnh vực ứng dụng GIS dẫn đến khả năng hỗ trợ thông tin cho những người ra quyết định trên cơ sở khai thác khả năng truy vấn, thống kê, tổng hợp thông tin liên quan đến GIS Để hình thành Hệ thống cần có các thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, quy trình, tổ chức và người vận hành, nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý (ESRI, 1994)

Trong đó yếu tố con người giữ vai trò quan trọng nhất và dữ liệu GIS phải có tham chiếu tọa độ địa lý và mất nhiều thời gian để xây dựng

Hình 2.1: Mối tương quan giữa các thành phần của một hệ thống GIS

Phần cứng: thiết bị kỹ thuật cần thiết để hệ thống GIS vận hành, bao gồm các

máy tính và các thiết bị ngoại vi hỗ trợ nhập và xuất dữ liệu

Phần mềm: bao gồm năm nhóm công cụ cơ bản: nhập và biên tập dữ liệu; hệ

thống quản lý cơ sở dữ liệu; truy vấn và hiển thị dữ liệu; phân tích và hiển thị dữ liệu

Dữ liệu: GIS có thể lưu nhiều loại dữ liệu với các định dạng khác nhau Từ bản đồ

số, bảng dữ liệu, ảnh chụp, bản vẽ,… Dữ liệu gồm có hai phần: dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu không gian: mô tả vị trí của các đối tượng không gian, có thể là liên tục hoặc rời

rạc Đối tượng rời rạc để mô tả các đối tượng không gian có ranh giới tách biệt rõ ràng ngoài thực tế Đối tượng liên tục để chỉ các đối tượng không gian không có ranh giới tách biệt rõ ràng

Dữ liệu thuộc tính: mô tả đặc tính của đối tượng không gian

Qui trình – Thủ tục: Các qui trình xử lý tác nghiệp được nhà phân tích thiết kế hệ

thống xác lập khi xây dựng hệ thống Trong giai đoạn kiến tạo hệ thống thông tin địa lý,

ít nhất phải xây dựng các qui trình nhập dữ liệu, qui trình lưu trữ, bảo quản dữ liệu, qui trình truy vấn, qui trình trích xuất dữ liệu và qui trình hiển thị dữ liệu

Con người là thành phần quan trọng nhất trong tất cả các thành phần Người làm

việc với một hệ thống GIS được chia làm hai nhóm chính: người sử dụng và chuyên gia GIS

Hình 2.2: Vai trò của con người trong hệ thống GIS

Người sử dụng là những người sử dụng GIS để thực hiện công việc chuyên môn và đưa

ra quyết định hoặc nhóm người sử dụng cơ sở dữ liệu để tìm tài liệu tham khảo

Chuyên gia GIS là người thực sự làm cho hệ thống GIS vận hành, bao gồm: quản lý hệ

thống GIS, quản lý cơ sở dữ liệu, chuyên gia phân tích hệ thống, lập trình viên [6]

Hiện nay, Tổng công ty điện lực đang sử dụng phần mềm ArcGIS, đây là sản phẩm của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường Mỹ (ESRI) Việc áp dụng ArcGIS trong hình thành hệ thống phần mềm hỗ trợ khởi tạo, tổ chức, quản lý, phân tích và phân bố dữ liệu GIS phù hợp với mọi tổ chức từ đơn lẻ đến hệ thống người sử dụng của toàn công ty

Các đặc điểm chính của phần mềm ArcGIS bao gồm: tính dễ sử dụng, hỗ trợ các chức năng chuyên nghiệp, tính mở, khả năng tích hợp phát triển Web, tính thân thiện với người lập trình Phần mềm ArcGIS được cài đặt tại các máy trạm chuyên dụng hỗ trợ người sử dụng quản lý và khai thác dữ liệu GIS

ArcGIS Desktop là bộ phần mềm gồm ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox Nếu

kết hợp ba phần mềm này có thể giải quyết được những tác vụ từ đơn giản đến phức tạp:

- Cho phép tạo lập, hiệu chỉnh bản đồ số, cho phép nhập, hiệu chỉnh dữ liệu;

- Cho phép tìm kiếm chuỗi ký tự trong bảng thông tin thuộc tính, truy vấn sự hiện hữu của các đối tượng trong một lớp cụ thể của bản đồ số dựa theo điều kiện;

- Cho phép lập, hiển thị, in ấn bảng biểu và biểu đồ gắn với các đối tượng trong bản đồ số;

- Cho phép cấp hoặc thay đổi mật mã đăng nhập cho người quản lý và người sử dụng

ArcCatalog: thực hiện truy xuất và quản lý dữ liệu GIS một cách đơn giản Người

sử dụng có thể tìm kiếm dữ liệu cần, xem và hiển thị nội dung dữ liệu bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính một cách nhanh chóng Người sử dụng có thể quản lý dữ liệu không gian được lưu trữ trong các thư mục trên đĩa cứng của máy đơn hoặc trong cơ

sở dữ liệu quan hệ được cài đặt trên mạng Các chức năng của ArcCatalog như sau:

- Quản lý tổ chức lưu trữ dữ liệu GIS: thêm, xóa, sửa một lớp dữ liệu (Coverage), khởi tạo cơ sở dữ liệu địa lý (Geodatabase)

- Quản lý thông tin liên quan đến dữ liệu GIS: các đặc tính đồ họa, thông tin các trường thuộc tính, hệ tọa độ

ArcMap: được sử dụng để hiển thị và truy vấn các bản đồ, tạo các bản sao nguồn

bản đồ, phát triển các ứng dụng trên bản đồ và thực hiện nhiều nhiệm vụ cơ bản khác dựa trên bản đồ ArcMap cung cấp những phép biến đổi tự nhiên và dễ dàng thực hiện từ khung nhìn bản đồ đến hiệu chỉnh các đặc tính địa lý Các chức năng cơ bản của ArcMap bao gồm:

- Hiển thị bản đồ: hiển thị dữ liệu không gian với các công cụ biên tập các biểu tượng thể hiện các đối tượng địa lý bao gồm loại ký hiệu, kích thước, màu sắc,…

- Truy vấn thông tin: từ dữ liệu không gian truy vấn các thông tin thuộc tính và ngược lại truy vấn từ dữ liệu thuộc tính để tìm kiếm vị trí không gian của đối tượng;

- Cập nhật dữ liệu: hỗ trợ các công cụ cho phép thêm mới, xoá hoặc hiệu chỉnh vị trí, hình dạng các thuộc tính trên một lớp dữ liệu (Coverage);

- Biên tập bản đồ: khởi tạo trang in từ khung nhìn hiển thị bản đồ với các công cụ

hỗ trợ biên tập bản đồ;

- Phân tích không gian: hỗ trợ các phép phân tích dữ liệu đơn giản như: nhận dạng

đối tượng (Select By Location), tạo vùng đệm (Buffer), thống nhất đối tượng (Dissolve), phân tích mạng (Network Analyst)

ArcToolBox: cung cấp môi trường để thực hiện các thao tác xử lý dữ liệu GIS

Hỗ trợ các công cụ nhằm thực hiện các nhiệm vụ xử lý và chuyển đổi dữ liệu ArcToolBox bao gồm các nhóm chức năng sau:

- Nhóm công cụ xử lý dữ liệu: Xây dựng các đặc tính không gian cho dữ liệu, cụ

thể: xây dựng Topology, định nghĩa hệ qui chiếu và chuyển đổi giữa các hệ qui chiếu; liên kết giữa các lớp dữ liệu và các bảng thuộc tính từ bên ngoài; thống nhất các đối tượng dữ liệu trên cùng một lớp và trên nhiều lớp dữ liệu;

- Nhóm công cụ phân tích dữ liệu: hỗ trợ các công cụ phân tích dữ liệu không gian

trên một lớp dữ liệu hoặc tích hợp, chồng lớp nhiều lớp dữ liệu; phân tích mặt và thống

kê trên dữ liệu không gian;

- Nhóm công cụ chuyển đổi định dạng dữ liệu: chuyển đổi định dạng dữ liệu của

ArcInfo sang các định dạng dữ liệu của các phân mềm khác như: AutoCAD (*.dxf), ArcView (*.shp, *.shx, *.dbf), MapInfo (*.tab, *.mif), MicroStation (*.dgn), và ngược lại;

- Nhóm công cụ người sử dụng: tích hợp các công cụ do chính người sử dụng tạo ra [6]

2.3 Khả năng ứng dụng GIS trong ngành điện hiện nay

 Quản lý tài sản lưới điện

- Cung cấp thông tin đường dây

- Quản lý tài sản: trụ, máy biến áp, thiết bị đóng cắt và các thiết bị điện khác

- Thể hiện thông tin các thiết bị điện liên quan

 Vận hành lưới điện

- Quản lý hành lang an toàn lưới điện

- Quản lý khách hàng

- Khắc phục nhanh sự cố mất điện

- Tính toán tổn thất điện năng

- Tính toán độ tin cậy của hệ thống điện

- Dự báo nhu cầu sử dụng

 Ý nghĩa của việc ứng dụng GIS

- Tính toán đầy đủ các thông số vận hành trong từng thời điểm cụ thể, đối chiếu với số liệu thực tế để vận hành lưới điện trong chế độ vận hành linh hoạt, an toàn với tổn thất là thấp nhất

- Thường xuyên kiểm tra tính pháp lý của cấu trúc lưới

- Kịp thời loại bỏ các vật tư thiết bị đã xuống cấp, không còn đảm bảo an toàn

- Ngăn ngừa và giảm tối đa sự cố, cũng như các thao tác trên lưới

- Phân tích kinh tế - kỹ thuật mạng lưới điện hiện hữu nhằm đánh giá các chỉ tiêu

và đề ra giải pháp cải tạo, phát triển trong từng bước theo hướng hiện đại hóa, an toàn, cung cấp điện với chất lượng cao và đặc biệt là giảm tổn thất

- Bố trí lắp đặt đúng vị trí, dung lượng và loại tụ bù tại các thời điểm trên lưới phù hợp theo từng giai đoạn và từng chế độ vận hành

2.4 Nhu cầu ứng dụng GIS trong ngành điện

Với khả năng hiển thị trực quan các đối tượng trên bản đồ, chức năng lưu trữ, mô hình hóa thế giới thực và phân tích mạnh GIS ngày càng khẳng định tầm quan trọng của mình trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó có điện lực Việc ứng dụng công nghệ GIS

để xây dựng hệ thống quản lý lưới điện sẽ đem lại hiệu quả cao trong công tác quản lý và vận hành lưới điện, tiết kiệm thời gian, nhân lực và chi phí cho ngành

Hiện nay, có nhiều công ty điện lực đã từng bước áp dụng công nghệ GIS vào công tác quản lý và vận hành lưới điện Tuy nhiên, việc áp dụng này còn mang tính tự phát ở từng khâu, chưa mang tính hệ thống hóa và thống nhất Các công đoạn lưu trữ, trao đổi

và chia sẽ thông tin vẫn còn mang tính thủ công gây tốn thời gian, nhân lực mà hiệu quả chưa cao Trong khi khối lượng công việc quản lý ngày càng tăng, nhu cầu xây dựng một

hệ thống quản lý chặt chẽ, thống nhất bằng cách ứng dụng công nghệ GIS để giảm thiểu thời gian, nhân lực và đem lại hiệu suất cao là một nhu cầu cấp thiết trong ngành điện lực

 Nhu cầu phần mềm ứng dụng

 Tính năng: Phần mềm phục vụ công tác quản lý và vận hành lưới điện hỗ trợ các chức năng tìm kiếm, thống kê, báo cáo, trợ giúp ra quyết định

 Hiện trạng:

- Phần mềm chủ yếu do nhân viên điện lực tự xây dựng

- Về mặt ứng dụng: phần mềm chỉ dừng lại mức độ đáp ứng nhu cầu quản lý thông tin lưới điện ở mức tối thiểu, khó có khả năng phát triển mở rộng

- Hoạt động theo mô hình máy đơn, nên khó khăn trong việc chia sẽ dữ liệu

 Nhu cầu: Tích hợp vào hệ thống GIS, xây dựng hỗ trợ nhiều người sử dụng, xây

dựng có tính hệ thống, đồng bộ và dễ phát triển mở rộng

 Nhu cầu về dữ liệu

 Dữ liệu:

- Dữ liệu nền địa hình: ranh giới, giao thông, thủy hệ, thực vật, dân cư,

- Dữ liệu chuyên đề: đường dây, trạm biến áp, tụ bù, cột điện,

- Các bản vẽ thiết kế, sơ đồ lưới điện, bảng biểu,

 Hiện trạng: Vẫn còn nhiều dữ liệu được lưu trữ trên giấy như: sơ đồ, bảng biểu,

báo cáo thống kê Một số dữ liệu thuộc tính được lưu trữ ở định dạng số ở các tập tin Excel, Access, Word Các dữ liệu không gian lưu trữ ở dạng số chủ yếu ở định dạng Mapinfo, Microstation, CAD Việc lưu trữ này chỉ đáp ứng nhu cầu xem thông tin cho ở bộ phận kỹ thuật mà chưa đáp ứng toàn bộ nhu cầu quản lý, khai thác thông tin trong phạm vi rộng

 Nhu cầu: chuyển đổi dữ liệu ở các định dạng khác nhau về một định dạng thống

nhất, chuyển dữ liệu trên giấy thành dữ liệu dạng số để tích hợp toàn bộ dữ liệu không gian và thuộc tính vào hệ thống GIS

 Nhu cầu qui trình nghiệp vụ

 Nghiệp vụ: thực hiện các yêu cầu báo cáo thống kê theo thời gian, theo sự cố:báo

cáo quản lý kỹ thuật,báo cáo vận hành lưới điện, báo cáo sự cố, theo dõi công tác cắt/đóng điện, thống kê số lượng các sự cố,thống kê số lượng các thiết bị điện,

thống kê khách hàng,…

 Hiện trạng: chưa có phần mềm tích hợp GIS thực hiện tự động và nhanh chóng

theo nhiều điều kiện khác nhau

 Nhu cầu: xây dựng công cụ hỗ trợ công tác thống kê, báo cáo và tích hợp vào hệ

thống GIS

 Nhu cầu quản lý

 Với khối lượng quản lý về các thiết bị và khách hàng ngày càng lớn Nhu cầu xây dựng hệ thống quản lý lưới điện một cách hoàn chỉnh, kết hợp thông tin không gian và thuộc tính của từng đối tượng trên lưới điện là vấn đề cấp thiết Do đó cần một hệ thống đáp ứng nhu cầu quản lý của ngành điện lực, giảm thiểu thời gian thaotác lưu trữ, tăng nhanh thời gian cung cấp thông in, giúp ngành điện phục vụ tốt hơn cho khách hàng, cung cấp đầy đủ các thông tin về tất cả các thiết

vật tư, lập kế hoạch cải tạo nâng cấp, mở rộng hệ thống, trợ giúp lãnh đạo các thông tin cần thiết, kịp thời, nhanh chóng phục vụ ra quyết định [6]

 Xây dựng chương trình GIS hỗ trợ công tác quản lý và vận hành lưới điện với các chức năng và yêu cầu như:

- Hiển thị dữ liệu không gian một cách trực quan như: lưới điện trên bản đồ

- Hỗ trợ cập nhật, chỉnh sửa thông tin không gian và thuộc tính của các đối tượng

- Chức năng tìm kiếm và hiển thị thông tin đối tượng theo yêu cầu,

- Chức năng tổng hợp báo cáo, thống kê theo yêu cầu,

- Chức năng gửi thông báo cho khách hàng,

- Chức năng tính toán nghiệp vụ như: tính tổn thất, đo lường không gian,

- Giao diện thân thiện, đơn giản, dễ sử dụng, cho kết quả nhanh chóng, hiển thị đối tượng không gian trực quan, font chữ hỗ trợ Unicode,

- Chuyển đổi định dạng dữ liệu phù hợp với hệ thống mới,

- Dữ liệu phải được chuyển về hệ quy chiếu VN-2000

2.5 Hiện trạng các giải pháp đang áp dụng

Trong những năm qua, công tác quản lý lưới điện ở nhiều nơi vẫn còn được thực hiện thủ công bằng cách vẽ sơ đồ đường dây trên bản đồ, các số liệu quản lý được lưu trong hồ sơ giấy Thời gian gần đây việc lưu trữ đã chuyển sang định dang số ở các tập tin Excel và Acad Tuy nhiên, do tính biến động liên tục của lưới điện nên việc quản lý hoàn toàn bằng thuộc tính như vậy khó kiểm soát, khó phản ánh đúng thực tế hay đúng với biến động của lưới điện và khách hàng Bên cạnh đó, điện lực còn sử dụng các bản vẽ hoàn công, số liệu trên giấy,… và dùng kinh nghiệm để nhập liệu cho các hệ thống dữ liệu này Điều này có thể đáp ứng nhu cầu quản lý cho lưới điện nhỏ gọn, dễ nhớ và số lượng khách hàng ít Đối với địa bàn quản lý rộng, phức tạp và có số lượng khách hàng lớn như các Công ty điện lực ở TPHCM hiện nay thì chỉ với CSDL thuộc tính như thế sẽ không thỏa mãn và đáp ứng được nhu cầu quản lý, vận hành lưới điện cũng như các mặt quản lý về kinh doanh và viễn thông,… (cụ thể như công tác quản lý tài sản lưới điện,

chương trình tính toán, mô phỏng lưới điện - PSS/ADEPT, các dữ liệu lưới điện báo cáo cho cục điều tiết, chương trình tính toán hiệu suất khu vực trung và hạ thế,…) Các CSDL như thế đã gây ra tình trạng trùng lặp dữ liệu và thao tác không thống nhất, gây ra lỗi khi vận hành [6]

Bên cạnh đó, các nghiên cứu và ứng dụng bản đồ, GIS trong quản lý vận hành lưới điện được triển khai riêng lẻ trên các phần mềm CAD, MapInfo Điện lực Bình Chánh hiện đã tự xây dựng cho mình các module quản lý lưới điện dựa trên nền phần mềm MapInfo với bộ dữ đầy đủ và chi tiết Tuy nhiên các chức năng của phần mềm và bản đồ cũng chỉ đáp ứng một phần công việc quản lý, chưa đáp ứng nhu cầu quản lý toàn diện cho lưới điện, vẫn tồn tại những thách thức không vượt qua được:

- Sử dụng mô hình quản lý trên máy đơn, không phù hợp để triển khai những dự

án GIS lớn Các dữ liệu riêng lẽ không thể kết hợp nhằm chia sẽ với nhau hoặc không thể tái sử dụng

- Chưa xây dựng được hệ thống GIS theo mô hình Client – Server hỗ trợ nhiều người dùng nên không có sự đồng bộ về mặt dữ liệu cũng như tính bảo mật không cao

- Tập trung xây dựng hệ thống bản đồ mà không xây dựng hệ thống sơ đồ trong khi thực tế vận hành lưới điện tại các Công ty Điện lực thì nhân viên quản lý và vận hành lưới điện chủ yếu thao tác trên hệ thống sơ đồ

Nhìn chung, khả năng ứng dụng công nghệ GIS còn khác nhau ở các đơn vị, tuy nhiên, công nghệ GIS không còn là khái niệm xa lạ Các đơn vị trong ngành điện hiện có

hạ tầng mạng và phần cứng tốt, có đội ngũ nhân viên có trình độ và có nguồn dữ liệu nền,

dữ liệu chuyên ngành khá đầy đủ và chi tiết Đây là những tiền đề quan trọng cho việc xây dựng hệ thống GIS quản lý lưới điện

2.6 Công nghệ đang áp dụng

Là đơn vị tiên phong trong việc áp dụng công nghệ GIS, từ năm 2012 EVNHCMC

đã chính thức nghiên cứu và triển khai các ứng dụng GIS với công nghệ khác nhau Hiện nay đang sử dụng công nghệ của ESRI vì những ưu điểm sau:

- Tính an toàn cao

- Hỗ trợ nhiều chức năng và công cụ cho việc quản lý, khai thác và xử lý dữ liệu không gian

- Có thể giao tiếp với nhiều phần mềm GIS thông dụng khác như: MapInfo, Microstation, CAD,…

- Hỗ trợ nhiều định dạng dữ liệu khác nhau: Shapefile, Geodatabse, *.tab, *.dgn,

*.dwg,…

Hình 2.3: Định dạng được hỗ trợ bởi phần mềm ArcGIS Công nghệ của ESRI sử dụng mô hình dữ liệu Geodatabse với những tính năng ưu việt như sau:

- Đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu

- Mô hình hóa, quản lý tốt hơn về mối quan hệ giữa các đối tượng

- Dữ liệu không gian, thuộc tính được lưu trữ tập trung liên tục vào thống nhất

- Hỗ trợ mô hình hệ thống dữ liệu nhiều người dùng (Multiuser Geodatabase), hoặc

hệ thống chạy trên máy đơn (Personal)

- Toàn bộ dữ liệu được tập trung vào một cơ sở dữ liệu

- Thừa kế được các tính năng ưu việt của hệ quản trị cơ sở dữ liệu mà nó sử dụng để lưu trữ dữ liệu, như: SQL Server, Oracle,…

Hình 2.4: (Nguồn ảnh: http://www.esri.com)

ArcGIS

CAD

Coverage Geodatabase Shapefile

Internet Map Service

Để tương thích về công nghệ, các phần mềm được phát triển trong đề tài bao gồm:

- Phần mềm ArcGIS của hãng Esri: phục vụ cho việc biên tập, xử lý, lưu trữ và hiển thị dữ liệu

- Ngôn ngữ lập trình Visual Studio (.Net) để lập trình các module ứng dụng

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG GIS

Ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng một hệ thống quản lý lưới điện cho khu vực đô thị là một công việc phức tạp, đòi hỏi phải đáp ứng tốt các tiêu chuẩn quy định chặt chẽ trong ngành, đáp ứng tốt khối lượng dữ liệu lớn và biến động liên tục Các giải pháp được lựa chọn cũng phải đảm bảo tính bảo mật, có tính mở và thuận lợi trong phát triển

3.1 Giới thiệu về hệ quản trị cơ sở dữ liệu GIS

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS - Database Management System) là hệ thống quản lý, lưu trữ, bảo trì toàn bộ cơ sở dữ liệu, nhằm cung cấp thông tin hửu ích trong việc tạo các công cụ hỗ trợ người dùn hỏi đáp, tra cứu và tác động vào cơ sở dữ liệu

Có rất nhiều hệ quản trị CSDL khác nhau như, nhưng hiện nay cơ sở dữ liệu lưới điện được thiết kế theo cấu trúc mô hình Cơ sở dữ liệu Enterprise Geodatabase Mục đích

sử dụng Enterprise Geodatabase là liên kết dữ liệu thuộc tính và không gian của các cơ sở

dữ liệuchuyên ngành của EVNHCMC Điều này, cho phép hỗ trợ việc xem/phân tích thông tin lưới điện và khách hàng một cách trực quan thông qua công nghệ bản đồ

Nhìn chung, tất cả các hệ quản trị CSDL đều có một đặc điểm chung là sử dụng ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc gọi là “Structured Query Language” (SQL) Các hệ quản trị được biết đến nhiều như: Microsoft Access, SQL server, My SQL, Oracle, PostgreSQL, DB2… Phần lớn các hệ quản trị CSDL đều hoạt động tốt trên nhiều hệ điều hành khác nhau như Linux, Unix và MacOS ngoại trừ SQL Server của Microsoft chỉ chạy trên hệ điều hành Windows

Hình 3.1: Hệ quản trị CSDL GIS

Geodatabase là một mô hình dữ liệu do ESRI đưa ra, được dùng cho việc lưu trữ, truy vấn và xử lý dữ liệu GIS, được quản trị trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu (CSDL) như Oracle/SQL Server,v.v…

Geodatabase là mô hình dữ liệu có ưu điểm nổi bật là cung cấp tính năng lưu trữ

cơ sở dữ không gian và thuộc tính cụ thể, có cấu trúc của đối tượng và các mối quan hệ giữa các thuộc tính giữa các đối tượng với nhau

Hình 3.2: Các đối tượng được quản lý trong Geodatabase Geodatabase trong phần mềm ArcGIS tạo ra một kho dữ liệu trung tâm phục vụ

cho việc lưu trữ và quản lý dữ liệu để dễ dàng truy cập và quản lý

Geodatabase là một kho chứa dữ liệu không gian và thuộc tính trong hệ quản

trị cơ sở dữ liệu (DBMS) với 2 Mô hình: Geodatabase một người dùng (Personal Geodatabase) và Geodatabase nhiều người dùng (Enterprise Geodatabase) Trong đó,

Enterprise Geodatabase cho phép liên kết sử dụng các hệ quản trị cơ sở dữ liệu nhiều người dùng như Oracle, SQL Server, DB2, Postgres để lưu trữ dữ liệu và được quản lý

thông qua ArcSDE

Trong Enterprise Geodatabase gồm:

Feature Dataset là một nhóm các loại đối tượng có chung một hệ quy chiếu và hệ tọa độ Đây là nơi chứa các feature Class, topology Một Feature dataset có thể chứa một hay nhiều Feature class

Feature class là đơn vị chứa các đối tượng không gian của bản đồ và tương đương với một Layer trong ArcMap Mỗi Feature class chỉ chứa một đối tượng (polygon, line, point) và được gắn với một bảng thuộc tính (Attribute table)

Hình 3.3: Cấu trúc mô hình Geodatabase Ngoài ra, Tổng công ty còn xây dựng hệ thống ArcGIS Server là một phần của các hoạt động GIS và chịu trách nhiệm cho việc thiết lập, cấu hình và quản lý của cổng thông tin ArcGIS Server sẽ kết nối với dữ liệu Enterprise Geodatabase thông qua các máy chủ CSDL Oracle Bên cạnh đó giúp người quản trị GIS quản lý dữ liệu hoặc công cụ được xuất bản lên ArcGIS Server dưới dạng các dịch vụ (service);

3.2 Tiêu chí lựa chọn giải pháp

Hệ thống quản lý kỹ thuật của Công ty Điện lực hiện gặp khó khăn trong việc quản lý là do cơ sở dữ liệu lạc hậu, không cập nhật kịp thời với những biến động liên tục trong thực tế Ngành điện đã có nhiều cải tiến giải pháp nhằm tự động hóa công tác quản

lý bằng các hệ thống thông tin quản lý Tuy nhiên, các hệ thống này được phát triển trên nền dữ liệu thuộc tính, dựa chủ yếu vào các mối quan hệ thuộc tính của các đối tượng, nên khó khăn trong trong việc phản ánh sát với thực tế biến động thay đổi liên tục trong quá trình vận hành lưới điện Công nghệ GIS có thể giải quyết khó khăn này với khả năng tương tác và phân tích dữ liệu không gian mạnh mẽ, trình bày dữ liệu một cách trực quan và tường minh

Để tạo các giải pháp ứng dụng GIS phù hợp cần thiết xây dựng các tiêu chí lựa chọn, đánh giá và lựa chọn giải pháp phù hợp với yêu cầu, điều kiện ứng dụng thực tế

 Tiêu chí đặt ra đầu tiên ở đây là giải pháp GIS phổ biến, có sự hỗ trợ tốt từ nhà sản xuất, có cộng đồng sủ dụng và phát triển đông Đáp ứng chuẩn OpenGIS, có khả năng tương thích hoặc có thể chuyển đổi qua lại giữa các nguồn dữ liệu đã có sẳn nhằm tận dụng tối đa các dữ liệu và các phần mềm

 Hỗ trợ Topology: Các bài toán ứng dụng GIS trong ngành sử dụng các phép phân tích không gian nên yêu cầu dữ liệu phải đáp ứng được các luật topology; có công cụ kiểm tra và chỉnh sửa dữ liệu theo các luật này nhằm đảm bảo tính chính xác của dữ liệu

 Hỗ trợ Utitlity Network: Mô hình lưới điện có thể xem như mạng có hướng, do đó, nếu dữ liệu hỗ trợ Utility Network sẽ giải quyết được rất nhiều bài toán thực tế đặt ra

 Hỗ trợ tạo sơ đồ vận hành: Do tính chất phức tạp, vùng bao phủ rộng nên trong vận hành lưới điện tại các Công ty Điện lực thì nhân viên quản lý và vận hành lưới điện thường tiếp cận từ hệ thống sơ đồ Vì vậy, đồng bộ hóa

hệ thống sơ đồ và bản đồ là một tính năng hữu ích đối với người sử dụng

 Hỗ trợ môi trường phát triển: Do yêu cầu đặt ra ngày càng cao, nên đòi hỏi khả năng biến đổi, tùy biến chương trình càng nhiều Giải pháp được chọn phải hỗ trợ các môi trường phát triển mạnh, phô biến như C++, Java, NET…

3.3 Các giải pháp đang áp dụng

Vấn đề phân tích các bài toán phân bố công suất, tính toán ngắn mạch, tính toán tổn thất cũng như quản lý hệ thống điện đang được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực vận

điện một cách tối ưu nhất, kiểm soát được khả năng ngắn mạch, sự cố gây mất điện cũng như tổn thất của lưới điện nói chung và hệ thống điện nói riêng Muốn vậy, cần phải tìm

ra phương án quản lý lưới điện, thiết bị điện và hệ thống điện một cách hiệu quả

3.3.1 Tạo sơ đồ

a Sơ đồ mạch (Sơ đồ Schematic)

Là một cách biểu thị đơn giản cho một đối tượng hoặc một tập hợp các đối tượng nhưng vẫn thể hiện được cấu trúc của các đối tượng Đối tượng được thể hiện là một mạng lưới hay một tập hợp các mạng lưới mạng thông tin nội bộ liên quan đến các mạng thành phần

Là một bản vẽ hay giản đồ đại diện cho các mối quan hệ của các đối tượngđược thể hiện Các mối quan hệ được ký hiệu hóa bằng các nút trên sơ đồ mạch haycòn được gọi

là các kết nối

Người dùng có thể quản lý các mạng vật lý và logic, bao gồm cả xã hội vàmạng lưới kinh tế, và có thể xem và đại diện cho bất kỳ loại mạng như đường dâyđiện, giao thông, giao lộ, mạch máy tính

b Sơ đồ đơn tuyến

Sơ đồ đơn tuyến là sơ đồ mạch thể hiện bố cục không gian giản lược của một mạng lưới phức tạp Sơ đồ đơn tuyến giúp cho người xem có thể tiếp cận thông tin mạng lưới nhanh chóng

Sơ đồ liên kết giữa các đối tượng chỉ bằng một đường đơn, chỉ hướng kết nối giữa 2 đối tượng 1 cách đơn giản nhất

Thuật ngữ sơ đồ đơn tuyến được dùng rất phổ biến trong ngành điện dùng để nói đến sơ đồ mạch

3.3.2 Giải pháp ArcGIS Schematics Extension

Là một ứng dụng mở rộng của ArcGIS Desktop, cho phép người dùng tạo ra, hiển thị, thao tác các sơ đồ từ dữ liệu trong một cơ sở địa lý, nhanh chóng hiểu kiến trúc mạng

và rút ngắn thời gian ra quyết định

Cung cấp một tập hợp các thuật toán để tạo ra các kiểu bố cục và các thuậttoán thể hiện khác nhau Những kiểu thể hiện gồm sơ đồ địa lý (geoschematiclayout) cây thông

minh (smart tree layout), trực giao (orthogonal layout),… Đốivới mỗi thuật toán, người

sử dụng có thể thay đổi các thông số bố trí để có được những dữ liệu dựng hình tốt nhất Cho phép kiểm tra nhanh sự kết nối mạng, cho phép bạn hiểu kết cấu mạng nhanh chóng, và rút ngắn vòng quyết định bằng cách trình bày các hiển thị mạnglưới tổng hợp

và tập trung

Bất kỳ sơ đồ được tạo ra với ArcGIS schematics có thể dễ dàng được phụcvụ trong các phần mềm khác ® ESRI (ArcGIS Server, ArcIMS ®, ArcPad ®,…) cácsơ đồ mạch được lưu trữ như 1 lớp dữ liệu hay 1 shapefile riêng biệt

Hình 3.4: Giao diện ứng dụng của ArcGIS Schematics Extension

Các tính năng cơ bản của ArcGIS Schematics Extension

- Tạo giản đồ tự động (Automatic Diagram Generation): ArcGIS Schematics tự

động tạo các giản đồ địa lý và các hiển thị thuần giản đồ từ dữ liệu mạng có sẵn, do đó giới hạn số phép tính cần để xây dựng kết cấu và duy trì các cập nhật dữ liệu mạng

- Trình bày đa diện (Multirepresentation): ArcGIS Schematics cho phép nhìn một

bộ đối tượng mạng với nhiều hình thức trình bày đồ họa khác nhau: địa lý, địa giản đồ, giản đồ, Nhiều dạng giản đồ, như hiển thị logic và thực tế, nhằm hiểu rõ hơn về cách

mà một mạng lưới sắp xếp và giúp thúc đẩy chu trình quyết định