Nghiên cứu và đề xuất giải pháp phát triển lưới điện thông minh trên mạng hạ áp dựa trên PLC tại tổng công ty điện lực thành phố hồ chí minh

Hệ thống lưới điện tại TP.Hồ Chí Minh được xây dựngrộng khắp 24 quận, huyện nội và ngoại thành, do đặc điểm địa lý và xã hội, các hộgia đình sống tập trung trong hầu hết ở các quận, huyệ

LỜI CAM ĐOAN ………i

LỜI CẢM ƠN ……… ii

MỤC LỤC ……….iii

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ……… vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU ……… x

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ……… xi

MỞ ĐẦU ……… xiii

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH …1 1.1 Sơ lược cấu trúc hệ thống lưới điện TP.Hồ Chí Minh ……….1

1.1.1 Lưới điện truyền tải và phân phối ……… 1

1.1.2 Phạm vi quản lý, vận hành ……… 2

1.2 Lưới điện hạ áp của TP.Hồ Chí Minh ……….……… 4

1.2.1 Thực trạng ……… 4

1.2.2 Mục đích ……… ……… 5

1.2.3 Nhu cần phát triển trong quản lý, vận hành ……… 5

1.3 Lộ trình xây dựng lưới điện thông minh tại TP.Hồ Chí Minh ……… 7

1.3.1 Cơ sở pháp lý ………7

1.3.2 Mục tiêu của việc xây dựng lưới điện thông minh ……… 8

1.3.3 Các chương trình chính ……… 10

1.3.4 Lộ trình triển khai các thành phần Smart Grid của EVNHCMC … 10

1.4 Kết luận chương……… 19

Chương 2 – LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH (SMART GRID) ……… 22

2.1 Tổng quan về lưới điện thông minh ……… ……… 22

2.1.1 Đặc tính cơ bản của lưới điện thông minh ……… 24

2.1.2 Các yếu tố cơ bản trong mô hình lưới điện thông minh ……… 25

2.2 Kiến trúc tổng thể của hệ thống lưới điện thông minh ……… 26

2.3 Các chức năng cơ bản của lưới điện thông minh ……… 30

2.3.2 Chức năng truyền thông, thôn tin ……… 32

2.4 Tình hình triển khai lưới điện thông minh ……… 33

2.4.1 Tình hình triển khai trên thế giới ……… 33

2.4.2 Tình hình triển khai trong nước ……… 35

2.4.3 Tình hình triển khai tại TP.Hồ Chí Minh ……… 37

2.5 Lưới điện thông minh dựa trên công nghệ tuyền thông trên dây tải điện (PLC) ……… ……… 38

2.6 Một số giải pháp triển khai thí điểm về lưới điện thông minh tại Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh ………… ……… 47

2.6.1 Giải pháp đọc tự động đo đếm đầu nguồn ……… 47

2.6.2 Giải pháp đo đếm ranh giới nội bộ ……….47

2.6.3 Giải pháp đọc tự động từ xa đối với các khách hàng sử dụng công tơ điện tử ……… ……… 48

2.6.4 Giải pháp thử nghiệm hệ thống công tơ điện tử thông minh, đo ghi từ xa của Công ty Shenzhen Clou (phía đối tác Trung Quốc) …………48

2.6.5 Chương trình đọc từ xa bằng công nghệ CDMA 450MHz ………… 50

2.6.6 Chương trình đọc từ xa bằng công nghệ RF+Pre-Payment ……… 50

2.6.7 Chương trình điều khiển tải ………51

2.6.8 Chương trình đọc từ xa bằng đường truyền cáp quang ……… 51

2.7 Kết luận chương……… 52

Chương 3 – ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH TRÊN MẠNG HẠ ÁP DỰA TRÊN PLC ……… 54

3.1 Cơ sở đề xuất nghiên cứu và đề xuất ……… 54

3.2 C ông nghệ truyền thông trên đường dây tải điện - PLC (Power Line Communication) ………55 3.3 Một số hạn chế và biện pháp khắc phục trong việc truyền thông tin

3.5 Đề xuất giải pháp triển khai lưới điện thông minh dựa trên PLC trên

mạng điện hạ áp tại Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh ……… 80

3.6 Kết luận ……… ………82

Chương 4 – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……… 84

4.1 Kết luận ……… 84

4.2 Kiến nghị ………87

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 89

EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam.

EVNHCMC Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh.TP.HCM Thành phố Hồ Chí Minh

AM/FMS Automated Mapping Facilities Management

Hệ thống quản lý tài sản

AMI Advanced Metering Infrastructure

Cơ sở hạ tầng đo đếm tiên tiến

AMR Automatic Meter Reading

Hệ thống đọc tự động chỉ số điện kế

BEMS Building Energy Management System

Hệ thống quản lý năng lượng các cao ốc

CIM Common Information Model

Mô hình thông tin dùng chung

CMIS Customer Management Information System

Hệ thống quản lý thông tin khách hàng

CRM Customer Relationship Management

Quản lý quan hệ khách hàng

DA Distribution Automation

Tự động lưới phân phối

DMS Distribution Management System

Hệ thống quản lý lưới phân phối

DSM Demand Site Management

Quản lý nhu cầu phụ tải

EVs Electric Vehicles

Xe điện

FEMS Factory Energy Management System

HEMS Home Energy Management System.

Hệ thống quản lý năng lượng của căn hộ

HHU Hand-held Unit

Thiết bị cầm tay

MDMS Metering Data Management System

Hệ thống quản lý dữ liêu đo đếm

OMS Outage Management System

Hệ thống quản lý thông tin mất điện

RES Renewable Energy System

Hệ thống các nguồn năng lượng tái tạo

SA Substation Automation

Tự động hóa trạm

SCADA Supervisor Control and Data Acquisition

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

RF Radio Frequency

Tần số vô tuyến

RTU Remote Terminal Unit

Thiết bị đầu cuối

Lưới điện thông minh

ACK Acknowledgment

Sự thừa nhận

ARQ Automatic Repeat Request

Lặp lại yêu cầu tự động

Thích ứng

BLE Battery Life Extension

CAP Channel Access Priority.

Luồng vào ưu tiên

CRC Cyclic Redundancy Check

Kiểm tra sự dư thừa theo chu kỳ

CSMA-CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

Đa truy nhập sóng mang tránh va chạm

CSMA-CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

Đa truy nhập sóng mang phát hiện va chạm

COSEM Companion Specification for Energy Metering

Máy đo năng lượng kỹ thuật đồng bộ

CFS Carrier Frequency System

Hệ thống tần số sóng mang

CW Contention Window

DSN Data Sequence Number

FCS Frame Check Sequence

FFD Full Function Device

GTS Guaranteed Time Slot

ISF Interframe Space

ISMA Inhibit Sense Multiple Access

LIFS Long Interframe Space

LLC Logical Link Control

LQI Link Quality Indication

MCPS-SAP MAC Common Part Sublayer Service Access Point.

MLME MAC Sublayer Management Entity

MLME-SAP MAC Sublayer Management Entity Service Access Point.MPDU MAC Protocol Data Unit

MSDU MAC Service Data Unit

NB Number of Backoff

OSI Open Systems Interconnection

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

PAN Personal Area Network

PAN ID PAN Identifier

PCS Physical Carrier Sense

PLC Power Line Communication

PHY Physical Layer

PIB PAN Information Base

POS Personal Operating Space

QoS Quality of Service

RSC Ripple Carrier Signalling

RFD Reduced-Function Device

SNR Sygnal-to-Noise-Ratio

TMR Tone Map Response

TDMA Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân bố theo thời gian

TrangBảng 3.1: Băng tần sử dụng cho PLC theo tiêu chẩn Châu Âu ……… 57Bảng 3.2: Nội dung các trường của gói tin ……… 70Bảng 3.3: Cấu hình IP cho các thiết bị ……… 71

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát mô tả một hệ thống mạng lưới điện ………3

Hình 1.2: Hiện trạng kết nối SCADA và mức độ đáp ứng tự động hóa trạm ……15

Hình 1.3: Tỷ lệ các cơ cấu đo đếm ……… 16

Hình 1.4: Sơ đồ kết nối mạng MAN của Tổng công ty Điện lực TP.HCM …… 18

Hình 2.1: Cấu trúc tổng thể của lưới điện thông minh ……… 25

Hình 2.2: Mô hình kết nối các thành phần của lưới điện thông minh ………27

Hình 2.3: Cấu trúc một mạng truy nhập PLC ……… 40

Hình 2.4: Cấu trúc mạng PLC trong nhà ……… 41

Hình 2.5: Mạng PLC sử dụng trạm lặp ……… 44

Hình 2.6: Thuê bao PLC kết nối trực tiếp ……… 44

Hình 2.7: Thuê bao PLC kết nối gián tiếp thông qua PLC gateway ……… 45

Hình 2.8: Gaway trong mạng truy nhập PLC ……… 45

Hình 2.9: Clustered Star topology ……… 46

Hình 2.10: Star topology ……… 46

Hình 2.11: Đọc dữ liệu công tơ từ xa bằng công nghệ RF+Pre-Payment ……… 50

Hình 2.12: Điều khiển tải ……… 51

Hình 2.13: Đọc dữ liệu công tơ điện từ xa bằng đường truyền cáp quang ……… 52

Hình 3.1: Truyền thông tin qua đường dây tải điện ……… 56

Hình 3.2: Mô hình PLC triển khai tại Điện lực Pháp theo kiểu Cosem ………… 60

Hình 3.3: Sơ đồ mặt bằng kết nối thiết bị đo đếm tại trạm biến áp Từ Sơn 2 … 61

Hình 3.4: Cấu hình đo lường ……… 62

Hình 3.5: Truyền dữ liệu theo đường lên ……… 64

Hình 3.6: Truyền dữ liệu theo đường xuống ……… 65

Hình 3.7: Quy trình đo thời gian truyền tải ………66

Hình 3.8: Quy trình đo thông lượng truyền tải lên ……… 67

Hình 3.9: Quy trình đo đường xuống ……… 68

Hình 3.12: Trạng thái kết nối “Concentrator” tới “MC” ……… 73Hình 3.13: Đồ thị tốc độ dữ liệu vs Thời gian của một vòng chạy ……… 76Hình 3.14: Tốc độ dữ liệu trung bình mỗi vòng chạy vs Số vòng chạy …………77Hình 3.15: Tốc độ dữ liệu trung bình vs Thời gian trong ngày ……… 78Hình 3.16: Tốc độ dữ liệu trung bình và khoảng cách từ “TD” tới “MC” vs Số

lượng “TD” – Chế độ tải xuống riêng lẻ ……… 79Hình 3.17: Sơ đồ mặt bằng kết nối thiết bị đo đếm đến trạm biến áp ………… 81Hình 3.19: Mô hình đo đếm và thu thập dữ liệu từ xa dùng PLC ……… 82

MỞ ĐẦU

Lưới điện thông minh (Smart Grid) là lưới điện truyền thống được hiện đạihóa trên nền tảng công nghệ thông tin với hệ thống quản lý và cách sử dụng tiêntiến Nhờ đó, giảm chi phí sản xuất truyền tải, nâng cao hiệu suất sử dụng lưới điện

và khai thác các nguồn điện thay thế, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môitrường Ngành điện có thể trực tiếp kết nối với khách hàng một cách chặt chẽ vàcung cấp cho khách hàng các thông tin thời gian thực chuyên sâu hơn, điều mà cảngành công nghiệp còn đang thiếu

Đề tài “Nghiên cứu và đề xuất giải pháp phát triển lưới điện thông minh trênmạng hạ áp dựa trên PLC tại Tổng công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh” được

sự hướng dẫn khoa học của TS Phạm Văn Bình, em đã tiến hành nghiên cứu, tìmhiểu một số mô hình và kết quả triển khai thí điểm thu thập dữ liệu đo lường từ xabằng công nghệ RF, PLC tại một số đơn vị trong, ngoài nước Báo cáo được chialàm 4 chương cụ thể như sau:

- Chương 1 – Tổng quan về lưới điện tại thành phố Hồ Chí Minh: nội dungchính của chương này là tìm hiểu sơ lược về hiện trạng, công tác quản lý, vận hànhđối với mạng hạ áp, mục đích, nhu cầu phát triển trong công tác quản lý, vận hànhmạng hạ áp và lộ trình triển khai lưới điện thông minh tại Tổng công ty Điện lựcTP.HCM

- Chương 2 – Lưới điện thông minh (Smart Grid): nội dung chính củachương này là trình bày mục tiêu, yêu cầu, chức năng, nhiệm vụ của lưới điện thôngminh; tìm hiểu công nghệ truyền thông tin trên đường dây tải điện – PLC (PowerLine Communication);

- Chương 3 – Đề xuất giải pháp phát triển lưới điện thông minh trên mạngđiện hạ áp dựa trên PLC: nội dung chính của chương này là trình bày đề xuất giảipháp ứng dụng công nghệ PLC để thu thập và đo đạc từ xa đối với mạng điện hạ ápcủa TP.Hồ Chí Minh

- Chương 4 – Kết luận và kiến nghị: từ những nội dung tìm hiểu, nghiên cứukết quả triển khai thí điểm và kết hợp với hiện trạng lưới điện của TP.Hồ Chí Minhnhư nêu trên, em đã đề xuất giải pháp phát triển lưới điện thông minh trên mạngđiện hạ áp dựa trên PLC để ứng dụng vào thực tế của lưới điện hạ áp tại TP.Hồ ChíMinh, các giải pháp khắc phục một số nhược điểm của công nghệ PLC và khẳn địnhtính khả thi cao Đồng thời đề xuất hướng phát triển của đề tài đối với việc ứngdụng công nghệ PLC để triển khai lưới điện thông minh cho các cấp điện trung áp

và cao áp

Lưới điện thông minh là một đề tài còn rất mới đối với Việt Nam, trong phạm

vi nghiên cứu của đề tài và khả năng, kinh nghiệm của bản thân mặc dù đã cố gắng,

nổ lực hết minh để thực hiện tốt nhất nhiệm vụ được giao Tuy nhiên, không thểtránh khỏi những thiếu sót, bản thân rất mong nhận được sự giúp đỡ, đóng góp ýkiến quý báu từ Quí Thầy, Cô, bạn bè đồng nghiệp để bản thân hoàn thiện hơn nữatrong quá trình học tập, nghiên cứu và công tác của bản thân trong thời gian tới

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 1.1 Sơ lược về hệ thống lưới điện tại TP.Hồ Chí Minh.

1.1.1 Lưới điện truyền tải và phân phối.

Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh (EVNHCMC) là đơn vị trực thuộcTập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), được giao quản lý hệ thống lưới điện truyềntải cấp điện áp từ 110kV trở xuống và có nhiệm vụ vận hành, cung cấp điện ổnđịnh, an toàn, liên tục cho khách hàng sử dụng điện trên địa bàn thành phố Ngoàinhiệm vụ quản lý vận hành hệ thống điện được Tập đoàn Điện lực Việt Nam giao,với bộ máy quản lý gồm 16 Công ty Điện lực và 07 đơn vị thành viên khác trựcthuộc Tổng công ty, Tổng công ty có nhiệm vụ cung cấp điện cho trên 2 triệu kháchhàng sử dụng điện nằm rộng khắp trên diện tích 2.095km2, sản lượng điện hàng nămcủa thành phố đạt trên 15 tỷ kWh

Để tạo sự chủ động cho các đơn vị phân phối điện năng, Tập đoàn Điện lựcViệt Nam đang phân cấp cho các đơn vị trực thuộc trong đó có Tổng công ty Điệnlực TP.Hồ Chí Minh sẽ tiếp nhận và vận hành một số trạm biến áp, đường dây tảiđiện có cấp điện áp lên đến 220kV và 500kV trong thời gian tới

Rất nhiều các nhà máy điện, đường dây truyền tải và phân phối đã trở nên giàcỗi sau 20-30 năm vận hành và được thiết kế để cung cấp điện trong những thời đạitrước Các công ty điện lực thường có xu hướng giảm thiểu đầu tư vào cơ sở hạ tầngnày và rất khó khăn tìm kiếm các nguồn đầu tư tin cậy để đảm bảo sự phát triển hợp

lý các cơ sở hạ tầng này trong những thập kỷ tiếp theo

Các giải pháp đảm bảo chất lượng điện năng đã được xác định và dựa trên dữliệu thu nhận được từ hệ thống thì các công ty điện lực có thể đưa ra các giải pháphợp lý hơn cho các nguồn phát sóng hài và các nguồn gây ra vấn đề về chất lượngđiện năng trên bình diện là các giải pháp công nghiệp Với các nước đang phát triển

thì giảm được tổn thất phi kỹ thuật trong vận hành hệ thống điện cũng là các mốiquan tâm hàng đầu, các tổn thất phi kỹ thuật bao gồm: trộm cắp điện, hư hỏng hoặcbất thường của thiết bị đo đếm làm phát sinh tranh chấp, chu kỳ thu tiền kéo dài,…

Với khả năng kết nối trực tiếp với thiết bị và trao đổi dữ liệu với các hệ thốngquản lý sẽ đảm bảo cho các công ty điện lực đạt được mục tiêu giảm tổn thất nàyvới ước tính lên đến 30-40% tổng tổn thất trong kinh doanh của ngành Điện

Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh thông qua các Công ty Điện lực trựcthuộc để thực hiện việc phân phối, cung cấp điện cho khách hàng Trong đó, ngànhđiện chịu trách nhiệm quản lý hệ thống lưới điện từ cao áp (110kV), trung áp(15/22kV) và hạ áp (220/380V) đến công tơ điện đặt tại nhà khách hàng, phía saucông tơ điện thuộc trách nhiệm của khách hàng sử dụng điện

Hệ thống mạng điện hạ áp được tính từ phía sau trạm hạ áp đến công tơ điệncủa khách hàng sử dụng điện do ngành điện quản lý, các đường dây và thiết bị tiêuthụ điện phía sau công tơ điện là tài sản của khách hàng Một số thành phần cơ bảnliên quan đến mạng hạ áp gồm: dây dẫn điện, trạm hạ áp, công tơ điện, các thiết bịđóng cắt điện, tụ bù điện áp

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát mô tả một hệ thống lưới điện

Theo số liệu thống kê đối với mạng lưới điện phân phối của TP.Hồ Chí Minhthì tổng số trạm biến áp phân phối trên 37.000 máy các loại tương đương với tổngcông suất trên 8.500 MVA được kết nối với lưới điện 22kV có tổng chiều dài đườngdây dẫn điện là trên 164,5 km và lưới điện 15kV có tổng chiều dài trên 5.400 km

Riêng đối với đường dây dẫn điện hạ áp có tổng chiều dài trên 10.500 km,trong đó số đường dây hạ áp ngầm vào khoảng 1.100 km và chiều dài đường dây hạ

áp kéo nổi là khoảng 9.400 km Tổng số tụ bù trên lưới hạ thế vào khoảng trên18.450 bộ tương đương dung lượng vào khoảng 471.560 kVAr Trong phạm vi đềtài này sẽ chú trọng nhiều hơn đối với mạng điện hạ áp, trong đó đề cập chi tiết đếnviệc truyền dữ liệu, thông tin từ sau trạm hạ áp về đến công tơ điện được lắp đặt tạinhà khách hàng

1.2 Mạng điện hạ áp của TP.Hồ Chí Minh.

1.2.1 Thực trạng.

Mạng điện hạ áp (hay lưới điện hạ áp) được xây dựng theo kết cấu 3 pha 4dây, hoặc 1 pha 2 dây, trung tính nối đất trực tiếp, cấp điện áp 220V/380V Lướiđiện hạ áp hiện nay đang tồn tại nhiều loại dây dẫn khác nhau trên hệ thống lướiđiện như: cáp ngầm (ruột đồng hoặc ruột nhôm), cáp bọc, cáp vặn xoắn ABC, dâytrần và dây lưỡng kim Khu vực thành phố, thị xã chủ yếu dùng cáp bọc, cáp vặnxoắn ABC hoặc cáp ngầm hạ thế

Hệ thống mạng điện hạ áp được tính từ phía sau trạm hạ áp đến công tơ điệncủa khách hàng sử dụng điện do ngành điện quản lý, các đường dây và thiết bị tiêuthụ điện phía sau công tơ điện là tài sản của khách hàng Các thành phần cơ bản liênquan đến mạng hạ áp gồm: dây dẫn điện, trạm hạ áp, công tơ điện, các thiết bị đóngcắt điện, tụ bù điện áp,…

Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những đô thị lớn tập trung số lượng dân

cư với mật động rất đông Hệ thống lưới điện tại TP.Hồ Chí Minh được xây dựngrộng khắp 24 quận, huyện nội và ngoại thành, do đặc điểm địa lý và xã hội, các hộgia đình sống tập trung trong hầu hết ở các quận, huyện nội thành với mật độ kháchhàng tập trung ở mỗi khu vực khác nhau, do đó việc đáp ứng nhu cầu sử dụng điệnnăng của khách hàng cũng được bố trí rất khác nhau, nhưng nhìn chung đều đảmbảo kết cấu cơ bản về lưới điện và đặc biệt là lưới điện hạ áp, điểm khác nhau nổibật nhất là trong việc quản lý, tiếp xúc, thu thập số liệu đo đếm của ngành điện đốivới từng loại khách hàng cũng khác nhau

Về khách hàng sử dụng điện cũng có đặc thù riêng, các vị trí lắp đặt công tơđiện của các khách hàng có tình chất liên kề nhau, chính vì số lượng khách có nétđặc trưng nên thông thường các máy biến áp hạ áp được đặt cách nhau không quá

xa, để đảm bảo khả năng cung ứng điện, thì khoảng cách từ máy biến hạ áp đến nhà

các vùng ngoại thành thành phố thì khoảng cách này có thể xa hơn và đạt chiều dàitối đa vào khoảng 3 km – 5 km chiều dài.

1.2.2 Mục đích.

Như đã đề cập ở trên, với số lượng khách hàng là khá lớn (trên 2 triệu công tơđiện) và với chiều dài lưới điện rộng khắp (trên 10.500 km chiều dài đường dây),nhưng với mục đích chính là phục vụ khách hàng sử dụng điện và đáp ứng yêu cầu

về chất lượng cung cấp điện năng, cũng như tạo sự thuận lợi trong việc quản lý thutiền tiêu thụ điện, thì chất lượng hạ tầng của ngành điện mà cụ thể là chất lượng củamạng hạ áp được quan tâm nhiều nhất trong quá trình cải tiến, nâng cấp

Liên quan đến việc đo đếm, thu thập dữ liệu phục vụ công tác lập hóa đơn thutiền tiêu thụ điện, thì hiện tại trên 90% khách hàng được ghi chỉ số tiêu thụ điện vàthu tiền điện bằng phương pháp thủ công, việc này mất rất nhiều công sức và thờigian của ngành điện, khách hàng và xã hội Phương pháp mà ngành điện TP.Hồ ChíMinh đã và đang áp dụng đó là hàng tháng ngành điện cử nhân viên ghi điện đếntận nhà khách hàng để đọc trực tiếp chỉ số tiêu thụ điện của khách hành trên cáccông tơ điện, sau đó chuyển về trung tâm xử lý dữ liệu, kiểm tra, rà soát và chuyểnsang bộ phận in ấn hóa đơn tiền điện, tiếp sau đó nhân viên ngành điện lại mang hóađơn đã được in ấn đến từng hộ tiêu thụ điện để thu tiền (trực tiếp hoặc thu qua hệthống thu hộ), việc làm này mang tính thủ công và thiếu tính chủ động trong côngtác quản lý điều hành và chưa mang tính khoa học

1.2.3 Nhu cầu phát triển trong quản lý, vận hành.

Với hạ tầng cơ sở như hiện tại đối với mạng hạ áp thì việc kiểm tra đo đạtcác số liệu vận hành của mạng điện từ trạm hạ áp đến công tơ điện của từng hộ tiêuthụ điện cũng gặp nhiều khó khăn, chưa có giải pháp chuẩn đó, ngăn ngừa các sự cốlưới điện có thể xảy ra bất cứ lúc nào, ngành điện chỉ phát hiện mất điện, giảm chấtlượng điện lưới khi có sự cố xảy ra cụ thể trên tuyến đường dây cụ thể nào đó vàviệc khắc phục sự cố cũng trong thế bị động

Như vậy, đối với mạng hạ áp thì chất lượng cung cấp điện, thu thập thông tintrạng thái vận hành và trong việc ghi nhận số liệu đo đếm, tính toán số lượng tiêuthụ điện của khách hàng là một việc cần được quan tâm và cải tiến với các giải phápnhư đo đếm từ xa, trao đổi thông tin qua mạng truyền thông công cộng,… Nhậnthức được điều này, ngành điện nói chung và Tổng công ty Điện lực TP.Hồ ChíMinh nói riêng đã nghiên cứu và triển khai một số giải pháp về lưới điện thôngminh thông qua việc xây dựng và triển khai từng giai đoạn của lộ trìh xây dựng lướiđiện thông minh tại TP.Hồ Chí Minh nhằm mục đích nâng cao chất lượng phục vụkhách hàng sử dụng điện và tăng cường khả năng quản lý khoa học và hiện đại đốivới mạng điện hạ áp mình đang quan lý.

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhất là lĩnh vực thông tin,truyền thông thì việc đáp ứng nhu cầu trong quản lý và cung cấp điện đã đặt ra chocác đơn vị quản lý Nhà nước và ngành điện một thách thức mới đó là nâng cao khảnăng quản lý theo hướng tiến tiến hiện đại, tự động hóa, tin học hóa nhưng kèmtheo yêu cầu tận dụng các cơ sở hạ tầng sẳn có của ngành điện để khai thác mộtcách hiệu quả nguồn lực sẳn có

Một trong những thách thức đó chính là sử dụng đồng bộ đường dây dẫn điện

để tải điện và chuyển tải thông tin quản lý vận hành như thu thập số liệu hệ thốnglưới điện, đo đếm từ xa đối với khách hàng tiêu thụ điện và một yêu cầu khác từphía khách hàng đó là tham gia vào việc trao đổi thông tin hai chiều giữa đơn vị bánđiện và người mua điện một cách minh bạch, hợp lý và thỏa đáng từ nhu cầu và lợiích của các bên tham gia vào thi trường mua bán điện

Khách hàng không những ngày càng tiêu thụ nhiều điện hơn và công suất đỉnhtăng hàng năm (ở Việt Nam vào khoảng 14-15%/năm) mà nhu cầu về chất lượngđiện năng ngày càng cao do những đòi hỏi về chất lượng cuộc sống và việc sử dụngrộng rãi các loại thiết bị điện tử giá rẻ Ngoài ra, việc trao đổi và giám sát được sửdụng điện của chính bản thân khách hàng cũng là một nhu cầu của khách hàng thay

vì chỉ hàng tháng nhận được một hóa đơn tiền điện khô khan

Theo điều tra, khi khách hàng có thể giám sát được việc sử dụng điện củamình thì họ có xu hướng giảm mức tiêu thụ khoảng từ 5% đến 10% Việc trao đổihai chiều giữa các công ty điện lực và khách hàng để tạo điều kiện cho khách hànghiểu rõ hơn về ngành điện và ngược lại là nhu cầu của cả hai bên, nhưng chỉ có cáccông ty điện lực mới có thể triển khai với hệ thống lưới điện thông minh.

Với những nhu cầu và thách thức nêu trên, ngành điện và các ngành khác cóliên quan cần xác định rõ việc xây dựng các phương án, giải pháp, chương trình, kếhoạch,… để từng bước đáp ứng nhu cầu phát triển công nghệ mới vào công tácquản lý, vận hành hệ thống điện và trong cung cấp điện thuộc phạm vi và lĩnh vựcmình đang quản lý

Đối với ngành điện Việt Nam nói chung, Tổng công ty Điện lực TP.Hồ ChíMinh nói riêng thì đây là một trong những nhiệm vụ trọng tâm, quan trọng cần phảiđầu tư và giải quyết kịp thời, hiệu quả để theo kịp xu hướng phát triển của thế giới

và từng bước nâng cao khả năng cung ứng điện cho khách hàng tiêu thụ điện tronghiện tại và tương lai

1.3 Lộ trình xây dựng lưới điện thông minh tại TP.Hồ Chí Minh.

1.3.1 Cơ sở pháp lý.

Nghị quyết số 13-NQ/TW ngày 16/01/2012 của Hội nghị lần thứ 4 Ban Chấphành Trung ương Đảng khóa XI về “Xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng đồng bộnhằm đưa nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp theo định hướng hiện đại vàonăm 2020”, đã nêu lên định hướng phát triển cơ sở hạ tầng cung cấp điện là

“Nghiên cứu áp dụng lưới điện thông minh, công nghệ hiện đại nhằm nâng cao chấtlượng lưới điện phân phối, kết nối, hòa mạng đồng bộ hệ thống điện Việt Nam với

hệ thống điện các nước trong khu vực”

Quyết định số 1670/QĐ-TTg ngày 08/11/2012 của Thủ tướng Chính phủ vềviệc phê duyệt đề án Lưới điện thông minh tại Việt Nam

Quyết định số 1208/QĐ-TTg ngày 21/07/2011 của Thủ tướng Chính phủ vềviệc phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xétđến 2030 (gọi tắt là Quy hoạch điện VII)

Thông tư số 32/2010/TT-BCT ngày 30/07/2011 quy định hệ thống điện phânphối, trong đó quy định các biện pháp điều khiển phụ tải và điện áp bao gồm cácbiện pháp ngừng, giảm cung cấp điện, sa thải phụ tải hoặc điều khiển tăng giảmcông suất của phụ tải điện theo đăng ký tự nguyện của khách hàng sử dụng điệntham gia vào các chương trình quản lý nhu cầu điện để trránh rã lưới hay quá tảitrên lưới điện.

1.3.2 Mục tiêu của việc xây dựng lưới điện thông minh.

Lưới điện thông minh (Smart Grid), trước hết cần phải nhận thức rằng đâykhông phải là một cuộc cách mạng mang tính nhảy vọt từ hạ tầng lưới điện hiện hữu

mà là một “sự tiến hóa” ở đó kỹ thuật và công nghệ chỉ là một trong những chìakhóa dẫn đến sự hình thành Smart Grid Việc đầu tư để có được Smart Grid dĩ nhiênphải dựa trên những động lực nhất định và xác lập những mục tiêu cơ bản về kinh

tế, kỹ thuật, khách hàng cũng như các yếu tố về môi trường, chính phủ

 Các m ục tiêu về mặt kỹ thuật.

Bên cạnh việc được cung cấp điện thì xu hướng tất yếu của khách hành dùngđiện là ngày càng quan tâm nhiều hơn đến độ tin cậy lưới điện (được đánh giá quacác chỉ số RIs) Smart Grid hỗ trợ đơn vị cung cấp điện và khách hàng các công cụ

để quản lý và kiểm soát được tình trạng mất điện cũng như khả năng khôi phục hệthống với thời gian nhanh nhất với khu vực mất điện nhỏ nhất nhằm hạn chế tối đathiệt hại cũng như nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Smart Grid hỗ trợ các phương thức vận hành lưới điện một cách tối ưu và hiệuquả, việc tái cấu trúc lưới điện với điểm dừng hợp lý góp phần giảm tổn thất trênđường dây Ngoài ra, dữ liệu phục vụ tính toán tổn thất hiện nay có độ chính xácchưa cao do còn phụ thuộc nhiều vào các khâu có sự can thiệp của co người Chính

vì vậy, Smart Grid với mức độ tự động hóa cao trong việc thu thập và phân tiéch sốliệu sẽ hỗ trợ đơn vị cung cấp điện có cơ sở để xác định chính xác hơn giá trị về tổnthất trên lưới điện Từ đó có các giải pháp phù hợp để giảm tổn thất trên lưới điện

Từ đó có các giải pháp phù hợp để giảm tổn thất điện năng Hơn nữa, hệ thống AMI

Bên cạnh các yếu tố về độ tin cậy lưới điện thì chất lượng điện năng (đượcđánh giá qua các tiêu chí về tần số, điện áp) cũng là mối quan tâm của khách hàng.Hiện nay, các khách hàng nhất là khách hàng công nghiệp sử dụng các dây chuyềncông nghệ đòi hỏi cao về chất lượng điện năng chưa nhiều, nhưng đối với mục tiêudài hạn thì tiêu chí về chất lượng điện năng rõ ràng cần phải được xem xét một cáchthích đáng.

 Các m ục tiêu về mặt kinh tế.

Smart Grid là công cụ để khuyến khích việc sử dụng điện được thực hiện mộtcách hiệu quả cùng với việc phân khúc khách hàng theo từng nhóm dịch vụ có thểđược xem là một chiến lược trong giai đoạn ngắn hạn để tăng doanh thu bán điện,giảm thiểu các khoản lỗ và dần cải thiện tính ổn định về mặt tài chính của doanhnghiệp Hơn nữa, nếu xét đến mục tiêu dài hạn thì Smart Grid với khả năng thuthập, xử lý thông tin một cách nhanh chóng, kịp thời và minh bạch sẽ là công cụ hỗtrợ đắc lực của thị trường bán lẻ điện cạnh tranh Đây cũng là yếu tố giúp đơn vịcung cấp điện ổn định được vấn đề tài chính

Với Smart Grid thì đơn vị cung cấp điện sẽ có đầy đủ thông tin để thực hiệntốt hơn việ dự báo phụ tải, cũng như công tác quy hoạch Đó là cơ sở để việc đầu tư

cơ sở hạ tầng lưới điện mang lại hiệu quả cao hơn

Trong giai đoạn ngắn và trung hạn, việc đầu tư các công nghệ đắt tiền để đạtđược ền tảng của Smart Grid rõ ràng không thể bù đắp bằng việc cắt giảm nhâncông và chi phí vận hành là do chi phí lao động thấp Tuy nhiên, khi hệ thống SmartGrid bước vào giai đoạn ổng định (dài hạn) thì mục tiêu giảm chi phí vận hành cầnphải được xem xét một cách xác đáng

 Các m ục tiêu liên quan đến khách hàng.

Smart Grid với hệ thống AMI được tích hợp cho phép đơn vị cung cấp điệnhoàn toàn quản lý được toàn bộ thông tin về khách hàng sử dụng điện để phục vụcho các dịch vụ quản lý khác một cách chính xác nhất Bằng cách cung cấp chokhách hàng các thông tin chi tiết về việc sử dụng điện (điện năng tiêu thụ, chi phímua điện…) một cách trực tuyến thông qua hạ tầng truyền tin, khách hàng có nhiều

cơ hội tham giá quản lý và kiểm soát việc sử dụng năng lượng điện của chính họ,đồng thời cũng cung cấp cơ hội tiết kiệm chi phí sử dụng điện cho chính bản thânkhách hàng.

 Các m ục tiêu liên quan đến yếu tố môi trường và chính phủ.

Trong khi các nguồn năng lượng sơ cấp hóa thạch đang dần cạn kiệt thì nhucầu về điện vẫn phát triển ở mức độ cao Do vậy, Smart Grid với tính năng chophép tích hợp các nguồn năng lượng phân tán (năng lượng mới, năng lượng táitạo…) sẽ góp phần bù đắp sự thiếu hụt năng lượng từ các nguồn năng lượng truyềnthống Qua đó, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng Đồng thời, tính năng này củaSmart Grid sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành năng lượng sạch, năng lượng tái tạo

để góp phần đạt mục tiêu chiếm tỷ trọng 1,74% vào năm 2020 của TP.Hồ Chí Minh

1.3.3 Các chương trình chính.

 Chương trình tăng cường hiệu quả vận hành lưới điện: Hoàn thiện hệ thốngđọc dữ liệu tự động tại các Trạm biến áp 110kV; Hệ thống giám sát vận hành lướiđiện 110kV; Trạm biến áp 110kV điều khiển từ xa; Hệ thống SCADA/DMS; Dự ánnghiêng cứu phụ tải và điều khiển phụ tải; Hạ tầng Công nghệ Thông tin và Viễnthông

 Chương trình đào tạo: Kế hoạch đào tạo nâng cao năng lực thực hiện Lướiđiện thông minh; Nghiên cứu, trao đổi, học hỏi kinh nghiệm nước ngoài

 Dự án thử nghiệm: Hạ tầng đo đếm tiến tiến AMI

 Chương trình phổ biến Lưới điện thông minh cho cộng đồng

1.3.4 Lộ trình triển khai các thành phần Smart Grid của EVNHCMC.

Liên quan đến mạng điện hạ áp, Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh đãxây dựng lộ trình triển khai lưới điện thông minh và đang triển khai hạ tầng đo đếmtiên tiến (AMI) với quy mô 60.000 điện kế thông minh Các hạng mục triển khai hệthống AMI gồm:

AMI là hệ thống bao gồm các điện kế thông minh (Smart Meters), hệ thốngquản lý dữ liệu điện kế (MDMS), hạ tầng truyền thông (Communication) và các

trao đổi thông tin 2 chiều giữa các đơn vị cung cấp điện và người tiêu thụ, có nhiệm

vụ đo đếm và phân tích mức độ tiêu thụ điện theo yêu cầu tức thời hoặc theo một kếhoạch được lập trình sẵn Nghĩa là AMI tạo môi trường cho khách hàng được quyềnchủ động trong việc sử dụng dịch vụ cung ứng điện

Đầu tư mới điện kế thông minh (Smart meter) hoặc lắp đặt bổ sung modemcho các điện kế điện tử hiện có để thu thập và truyền dữ liệu từ xa Nhằm đáp ứngnhu cầu về sử dụng điện, nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng ngày càng tốthơn Do đó, việc ứng dụng công nghệ mới công tơ điện tử trong đo đếm điện năng

là xu thế tất yếu của thời đại công nghệ thông tin

Chuyển đổi số đếm từ công tơ cơ truyền thống thành dạng thức dữ liệu số cóthể lưu trữ và tính toán

Tích hợp các thành phần phần cứng cho phép mở rộng bổ xung thêm các chứcnăng mới cho công tơ truyền thống

Chuyển trạng thái vòng quay thành tín hiệu xung điện bằng các cơ cấu như :

bộ ghép quang điện, xung điện từ…

Các thành phần bổ xung gồm có: các chíp xử lý, IC vi điều khiển, mạch ghéptruyền thông, IC nhớ, IC đồng hồ thời gian thực …

Việc điện tử hóa công tơ truyền thống là cách thức tiếp cận nhanh nhất để cósản phẩm ra thị trường

Việc điện tử hóa tạo ra công tơ điện năng mới nhưng nguyên lý đo chính vẫn

là nguyên lý truyền thống, vì thế vấn đề sai số nguyên lý không gặp phải và khôngtạo thành vấn đề đáng quan tâm Cơ chế đo kiểu truyền thống cũng giúp cho sự kếthừa tính tin cậy của công tơ truyền thống đã được khẳng định theo thời gian

Các kỹ thuật và công nghệ bổ xung không quá mới và phức tạp, mặt khác các

kỹ thuật mạch này lại có nhiều sản phẩm đầu vào cạnh tranh, làm tăng cường khảnăng lựa chọn công nghệ và kỹ thuật tối ưu với chi phí giá thành hợp lý Việc điện

tử hóa vẫn đảm bảo các tính năng phát triển cho công tơ mới, yêu cầu:

- Phải có sự gắn kết nghiên cứu giữa công ty chế tạo sản phẩm cơ truyềnthống với đơn vị nghiên cứu phát triển

- Phải nghiên cứu chi phí giá thành của nguyên lý đo lường cơ điện kiểu cũ,

so sánh với giải pháp nguyên lý đo lường khác tiên tiến hơn

Đối với các thiết bị đo lường nói chung và thiết bị công tơ đo lường điện năngnói riêng, việc chuẩn hóa thiết bị là một bước rất quan trọng Chuẩn hóa thiết bị làtiến hành các bước hiệu chỉnh các tham số điều khiển tiến trình đo lường sao chogiá trị kết quả đo có sai số nhỏ nhất với giá trị thực của đối tượng cần đo

Đối với công tơ điện tử sử dụng chip STPM01, việc chuẩn hóa kết quả đo điệnnăng được tiến hành bởi việc điều chỉnh giá trị của các tín hiệu điện áp và dòng điệnđầu vào

Do việc tính toán điện năng được thực hiện bởi các khối DSP theo các thuậttoán xử lý số nên kết quả đầu ra được hiệu chỉnh chỉ bởi việc thay đổi giá trị đầuvào Để hiệu chỉnh giá trị đo hiệu dụng điện áp và dòng điện, chip STPM01 chophép hiệu chỉnh giá trị đo đầu vào trong khoảng +/-12.5% với số mức thay đổi là

256 mức

Về nguyên tắc khi giá trị hiệu dụng chính xác và không có lệch pha giữa dòngđiện va điện áp thì chỉ số năng lượng đầu ra đo được cũng phải chính xác bởi tích sốcủa dòng, áp và thời gian Tuy nhiên do ảnh hưởng của các mạch đầu vào có thểgây ra lệch pha giữa dòng điện và điện áp, và với giới hạn lệch pha không lớn thìthiết bị có thể điều chỉnh bù pha

Việc điều chỉnh bù pha được thực hiện bởi quá trình truyền tham số vào thanhghi bù pha, với số mức là 16 Việc tính giá trị bù và ghi dữ liệu này vào ô nhớ cấuhình có thể được thực hiện tự động và thực hiện theo nhiều bước, nhằm đạt đượcmức sai số đo lường nhỏ nhất

Trong quá trình chuẩn hóa, vai trò của giá trị chuẩn là rất quan trọng Giá trịchuẩn bao gồm : điện áp chuẩn, dòng điện chuẩn và điện năng đo chuẩn Dựa trênviệc so sánh giá trị chuẩn với các giá trị đo của thiết bị, mới có cơ sở so sánh để tínhđược hệ số bù sai mới Việc chuẩn hóa phải được tiến hành theo quy trình và thựchiện một cách tự đồng

- Nghiên cứu lựa chọn công nghệ truyền tin phù hợp (kể cả bộ tập trung dữliệu tương ứng – data concentrator unit).

Bộ tập trung dữ liệu, hệ thống tự động thu thập và quản lý dữ liệu chỉ số điện

kế từ xa đối với các khách hàng sử dụng điện kế điện tử một pha RF, với số lượngđọc thành công khoảng 15 điện kế/concentrator Bộ tập trung dữ liệu dùng để traođổi dữ liệu với các thiết bị khác trong hệ thống bằng công nghệ PLC Bộ tập trungtiếp nhận, xử lý, lưu giữ và truyền dữ liệu về máy tính trung tâm thông qua đườngRS232 hoặc GPRS Mỗi Bộ tập trung quản lý được 250 thiết bị

- Nghiên cứu tự xây dựng hoặc đầu tư trang bị phần mềm quản lý dữ liệu đođếm (MDMS) cùng với hệ thống máy tính chủ

- Nghiên cứu kết nối AMI với các hệ thống ứng dụng khác (theo mô hình kếtnối) thông qua MDMS

Trên thực tế, việc phát triển năng lượng tái tạo là chủ trương mang tính xã hộihóa cao cần khuyến khích sự tham gia của nhiều thành phần kinh tế với mục đíchthúc đẩy sử dụngnăng lượng xanh, bảo vệ môi trường, giải quyết vấn đề việc làm,

an sinh xã hội, phát triển văn minh đô thị

Với đặc thù của thành phố Hồ Chí Minh thì các nguồn năng lượng tái tạo cótiềm năng phát triển là:

- Năng lượng mặt trời (đặc biệt cần quan tâm đến hệ thống pin năng lượng mặttrời trên các tòa cao ốc)

- Năng lượng sinh khối, rác thải

- Năng lượng gió

Đối với khu vực ngoại thành, cần phát triển các dự án năng lượng tái tạo có quy môtập trung và có đấu nối vào lưới điện quốc gia

 Nhóm hạ tầng SCADA/SA/DA.

 Hệ thống SCADA.

Hệ thống SCADA của Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh được đầu tư vàxây dựng trong 2 giai đoạn: Giai đoạn 1 từ năm 1993 đến năm 1998; giai đoạn 2 từnăm 1999 đến nay, bao gồm hệ thống điều khiển trung tâm, hệ thống truyền tin và

hệ thống các RTU/Gateway: (i) hệ thống điều khiển trung tâm hiện hữu không hỗtrợ giao thức theo quy định của Tập đoàn (IEC 60870-5-101), không lưu trữ được

dữ liệu quá khứ, thiếu chức năng DMS, (ii) hệ thống truyền tin hiện hữu là hệ thốngcáp quang mạch vòng, các thiết bị được cấu hình và quản lý từ trung tâm, (iii) hệthống RTU/Gateway thì số lượng trạm 110 KV có kết nối SCADA là 22/39 trạm(chiếm 56% tổng số trạm), số lượng trạm không có kết nối SCADA là 17/39 trạm(chiếm 44% tổng số trạm)

Đối với lưới điện phân phối, số lượng trạm ngắt 15 kV có kết nối SCADA là18/25 trạm (chiếm 72% tổng số trạm) Các thiết bị đóng cắt lưới phân phối nhưRecloser, LBS, RMU chưa được trang bị RTU để kết nối hệ thống SCADA

 Tự động hóa trạm.

Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh đã xây dựng tiêu chí về mặt kỹ thuậtđối với hệ thống tự động hóa trạm và đang từng bước hoàn thiện các tiêu chí trạmkhông người trực Tuy nhiên, về cơ sở pháp lý, hiện nay chưa có quy định về việc

áp dụng trạm biến áp không người trực cấp điện áp 110 kV nên Tổng công ty Điệnlực TP.Hồ Chí Minh chưa thực hiện thí điểm trạm không người trực nào trên địabàn quản lý

Xét các tiêu chí của các trạm không người trực 110 kV cần phải đáp ứng là hệthống nhất thứ, nhị thứ, kết nối SCADA, AMR, hệ thống giám sát bằng Camera, hệthống PCCC tự động thì mức độ sẵn sàng của các trạm 110 kV do Tổng công tyĐiện lực TP.Hồ Chí Minh đang quản lý như sau: (i) các trạm có mức độ sẵn sàngcao là 02/39 trạm (chiếm 5%) gồm ĐaKao, Tân Sơn Nhất, (ii) các trạm có mức dộsẵn sàng khá là 12/39 trạm (chiếm 31%) gồm Tân Bình 2, Bến Thành, HùngVương, Thị Nghè, Intel, Thanh Đa, Gò Vấp 1, Việt Thành 2, Lê Minh Xuân, TânBình 1, Tân Quý, Bình Triệu, (iii) các trạm có mức độ sẵn sàng thấp là 25/39 trạm(chiếm 64%) gồm các trạm còn lại

Đến thời điểm hiện tại, Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh chưa đầu tưcác dự án nào về DA để thực hiện tự động hóa lưới phân phối

Hình 1.2: Hi ện trạng kết nối SCADA và mức độ đáp ứng tự động hóa trạm

Đánh giá chung về hệ thống SCADA/SA/DA hiện hữu của Tổng công ty Điệnlực TP.Hồ Chí Minh: Mức độ chuẩn bị để thực hiện tự động hóa của lưới điện chưacao, việc vận hành lưới điện phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố kinh nghiệm và chủ yếuđược thực hiện bằng tay

 Nhóm hạ tầng AMI.

Trong hoạt động phân phối và kinh doanh điện, bên cạnh cơ sở hạ tầng lướiđiện thì hệ thống đo đếm điện năng là một thành phần quan trọng để xác định sảnlượng điện năng mua bán Tính đến đầu năm 2012, Tổng công ty Điện lực TP.HồChí Minh đã trang bị được khoảng 320.000 điện kế điện tử, chiếm 17% trong tổng

số hơn 1.850.000 điện kế đang được lắp đặt

Năm 2004, Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh đã quyết định lựa chọngiải pháp đọc chỉ số bán tự động bằng công nghệ truyền dữ liệu qua sóng RF thôngqua việc trang bị đồng bộ chủng loại điện kế điện tử có bộ thu phát RF và máy tínhcầm tay (HHU Hand-held Unit) để thu thập số liệu Tính đến đầu năm 2012,EVNHCMC đã lắp đặt được hơn 270.000 điện kế có RF và đã trang bị 300 bộHHU

Thực hiện chương trình nghiên cứu phụ tải giai đoạn 2, Tổng công ty Điện lựcTP.Hồ Chí Minh đã triển khai hệ thống AMR Hệ thống này bao gồm phần mềm lõi

để thu thập, quản lý và phân tích dữ liệu của hãng ITRON và 233 điện kế điện tử

được lắp đặt modem GSM để truyền dữ liệu tự động từ xa trên hạ tầng mạng viễnthông GSM.

Hình 1.3: T ỷ lệ các cơ cấu đo đếm

Trong năm 2011, Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh đã triển khai thíđiểm giải pháp tự động thu thập dữ liệu từ xa qua mạng cáp quang với 550 điểm đotại 35 trạm 110 kV

Thực hiện chỉ đạo của Tập đoàn về việc giao cho Tổng công ty Điện lựcTP.Hồ Chí Minh chủ trì xây dựng các tiêu chí kỹ thuật của hệ thống AMI áp dụngchung trong Tập đoàn, trong tháng 7/2012, Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh

đã tổ chức họp với các Tổng công ty Điện lực bạn để bàn công tác thuê tư vấn thựchiện công tác này, dự kiến sẽ hoàn thành vào cuối năm 2012

 Nhóm dịch vụ quản lý GIS/AM/FM.

Trong mô hình liên kết các thành phân của lưới điện thông minh, Tổng công

ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh nhận thấy GIS là một thành phần quan trọng, là cấunối giữa SCADA/DMS và AMI trong tương lai để phục vụ cho các dịch vụ quản lýnhư quản lý mất điện (OMS), quản lý tài sản (AM/FM)…

Trên cơ sở đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệGIS trong vận hành lưới điện và tính toán độ tin cậy” được nghiệm thu chính thứcvào tháng 2/2011 Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh đã và đang triển khaiviệc thu thập và cập nhật dữ liệu cho toàn bộ lưới điện theo hệ tọa độ VN-2000

Kết quả đạt được đến tháng 7/2012 như sau: (i) Tổng công ty Điện lực TP.HồChí Minh đã trang bị 01 bản ArcGIS Server và 09 bản ArcGIS desktop theo kiếntrúc ArcGIS Server, (ii) dữ liệu về lưới điện cao thế và trung thế của Tổng công tyĐiện lực TP.Hồ Chí Minh đã và đang được cập nhật dữ liệu trên Server chung Đếnnay đã hoàn tất 80% khối lượng cập nhật dữ liệu lưới điện cao và trung thế, (iii)ngoài ra, Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh cũng đang thực hiện thí điểm môhình 3D GIS trên tuyến đường Trần Hưng Đạo bằng phần mềm Bentley MapEnterprise.

AM/FMS hiện hữu được phát triển từ đề tài nghiên cứu khoa học “Chươngtrình quản lý vật tư thiết bị điện” đã được Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minhnghiệm thu vào năm 2010 Hiện tại, chương trình đang quản lý vật tư tiêu hao thiết

bị điện cao và trung thế trong toàn EVNHCMC

 Nhóm dịch vụ quản lý DMS/OMS/CRM.

OMS hiện hữu được phát triển từ đề tài nghiên cứu khoa học “Chương trìnhquản lý mất điện và tính toán độ tin cậy lưới điện” đã được Tổng công ty Điện lựcTP.Hồ Chí Minh nghiệm thu vào tháng 2/2011

Hiện tại, OMS được kết nối với CMIS và CRM để quản lý thông tin mất điện(sự cố và kế hoạch) các phần tử lưới trung thế Hệ thống tiếp nhấn cuộc gọi tạiTrung tâm Chăm sóc Khách hàng và thông tin được cập nhật từ các Công ty Điệnlực trực thuộc là 2 kênh đầu vào chính của OMS Tuy nhiên, đây vẫn còn là hệthống với thông tin mất điện được cập nhật thủ công và chưa mang tính tự động

 Hạ tầng truyền tin.

Có thế nói, hạ tầng truyền tin là một thành phần mang tính tiên quyết đối vớiviệc xây dựng lưới điện thông minh, là thành phần quan trọng của hệ thốngSCADA, DA, SA, AMI, GIS…nhằm đảm bảo vận hành lưới điện và thông tin 2chiều từ đơn vị phân phối đến khách hàng được thông suốt

Năm 2005, Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh đã triển khai hệ thống cápquang nội hạt

Năm 2008, trên hạ tầng cáp quang hiện hữu, Tổng công ty Điện lực TP.HồChí Minh triển khai 02 dự án mạng: (i) hệ thống mạng MAN kết nối các đơn vịtrong toàn Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh với tốc độ đường truyền 10Gbps với mạng lõi là 1 Gbps với mạng nhánh, (ii) hệ thống mạng SCADA kết nốiđến tất cả các trạm 110 kV và trạm ngắt có trang bị SCADA với tốc độ đườngtruyền là 155 Mbps.

Năm 2010, Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh đã hoàn tất kêt nối mạngvòng và backup mạng MAN cho tất cả các đơn vị trong toàn Tổng công ty Điện lựcTP.Hồ Chí Minh Mỗi đơn vị kết nối vào mạng lõi qua 2 đường truyền cáp quangtrên 2 đường địa lý khác nhau

Cuối năm 2011, theo chủ trương của Tập đoàn, Tổng công ty Điện lực TP.HồChí Minh đã bàn giao toàn bộ hệ thống cáp quan nội hạt cho tập đoàn Viettel, kể cả

hệ thống cáp quang phục vụ mạng MAN và SCADA nên đã làm giảm tính ổn định,

an toàn cũng như tính chủ dộng của hệ thống mạng MAN, SCADA cũng như cácứng dụng chạy trên nền đó

Hình 1.4: Sơ đồ kết nối mạng MAN của Tổng công ty Điện lực TP.HCM

 Năng lượng tái tạo.

Hiện nay, Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh đã có công trình điện mặttrời đầu tiên được đầu tư vào năm 2011 với tổng công suât 97,65 kWp tại ấp ThiềngLiềng, xã Thạnh An, huyện Cần Giờ Công trình bao gồm 172 hệ thống pin mặt trờicấp điện sinh hoạt cho các hộ dân riêng lẻ với công suất 525 Wp/hộ và 7 hệ thốngpin mặt trời cấp điện cho các công trình công cộng với công suất của mỗi hệ thống

1.4 Kết luận chương.

Hiện nay ngành điện ở Việt Nam nhìn chung đang cung cấp cho khách hàng

sử dụng điện theo định mức do nguồn điện còn bị giới hạn khả năng cung cấp;khách hàng tham gia vào lưới điện với tư cách người tiêu thụ điện và chi trả chi phícho ngành điện thông qua kết quả đo đếm bằng thiết bị đầu cuối đó là công tơ điện,hiện tại còn tồn tại rất nhiều loại công tơ điện như: công tơ cơ loại 1 pha và 3 pha,công tơ điện tử loại 1 pha và 3 pha

Bên cạnh đó việc tiêu hao năng lượng điện khách quan như: suy hao, tổn thấtđiện năng,… thì ngành điện phải gánh chịu, tình trạng mất điện, thiếu điện vẫn xảy

ra liên tục từ đó dẫn đến những ảnh hưởng rất lớn đến các hoạt động trong đời sốngcủa người người dân và các yếu tố phát triển xã hội khác

Thực trạng hiện nay, khi nói đến mối quan hệ giữa khách hàng – ngành điện

và ngược lại thì chúng ta đang gián tiếp nói đến mạng hạ áp Hiện tại việc trao đổithông tin chỉ dừng lại ở mức trao đổi thông tin một chiều là chính, cụ thể khi ngườidân có như cầu sử dụng điện lưới của ngành điện thì liên hệ trực tiếp với bộ phận

giao dịch khách hàng của các Công ty Điện lực khu vực và được đáp ứng nhu cầunếu thỏa mãn các điều kiện theo quy định hiện hành.

Hàng tháng ngành điện sẽ cử nhân viên ghi điện đến nhà khách hàng (nơi cóđặt công tơ điện) để ghi nhận chỉ số tiêu thụ điện của từng khách hàng trong tháng

đó, việc này về phía khách hàng thiếu đi tính chủ động trong việc cân đối khả năngtiêu thụ điện của mình dẫn đến một số trường hợp sử dụng điện không tiết kiệm, sửdụng điện sai mục đích và lãng phí tài nguyên quốc gia, ảnh hưởng đến nguồn tàichính của gia đình mình do thiếu thông tin chiều ngược lại từ ngành điện đến kháchhàng, đây cũng chính là một trong những hạn chế mà lưới điện thông minh trongtương lai sẽ và phải giải quyết một cách tốt nhất

Trên cơ sở phân tích hiện trạng lưới điện của Tổng công ty Điện lực TP.HồChí Minh như trên thì theo đánh giá mức độ thông minh của hệ thống do Hiệp hộicác nhà sản xuất điện lực quốc gia Mỹ (NEMA) dưới đây thì mức độ thông minhcủa lưới điện của Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh nằm ở Cấp độ 1 (đối vớilưới điện trung áp) và Cấp độ 2 (đối với lưới điền truyền tải) ở Cấp độ 0 (đối vớilưới điện hạ áp)

Cấp độ 0 – Vận hành bằng tay

Cấp độ 1 – Điều khiển tại chỗ

Cấp độ 2 – Tự động hóa ở mức độ cơ bản

Cấp độ 3 – Giám sát hệ thống từ xa

Cấp độ 4 – Kết nối giữa các thiết bị SCADA khác nhau

Cấp độ 5 – Quản lý hệ thống và phát triển kế hoạch

Cấp độ 6 – Điều khiển tích hợp chuỗi trào lưu công suất

Từ thực trạng của hệ thống lưới điện của Tổng công ty Điện lực TP.Hồ ChíMinh, để đáp ứng nhu cầu truyền dẫn thông tin, thu thập số liệu, trao đổi thông tinhai chiều giữa khách hàng sử dụng điện và ngành điện Trước mắt tập trung vàocông tác nghiên cứu, xây dựng lộ trình và các tiêu chuẩn kỹ thuật

Đề xuất và chủ động phối hợp với các cơ quan quản lý nhà nước trong viềcban hành đồng bộ các hành lang pháp lý để hỗ trợ hiệu quả cho lưới điện thôngminh.

Tập trung đào tạo đội ngũ cán bộ khung cho việc triển khải và quản lý các dự

án lưới điện thông minh sau này

Đối với một số công nghệ mới thì cần thiết phải có giai đọa thí điểm, thửnghiệm trước khi triển khai với quy mô lớn

Xây dựng cơ chế tài chính dài hạn nhằm huy động đủ nguồn vốn đầu tư chocác dự án lưới điện thông minh

Xây dựng các chương trình truyền thông để tạo sự đồng thuận và tham gia từphía khách hàng

Từ những mục tiêu chính được đặt ra, cần có những nghiên cứu, tìm hiểu đểthu thập dữ liệu và kết quả thực nghiệm, đề xuất các giải pháp phù hợp với hiệntrạng của hệ thống hạ tầng kỹ thuật của ngành điện và góp phần thiết thực trongviệc phát triển công nghệ hiện đại, tiên tiến, thông minh trong đó cần quan tâm đến

hệ thống mạng hạ áp vì đây chính là môi trường giao tiếp quan trọng nhất giũakhách hàng sử dụng điện và các đơn vị vận hành, khai thác, cung cấp điện

Để giải quyết vấn đề này chúng ta lần lược tìm hiểu ở các phần tiếp theo về

mô hình lưới điện thông minh, các kinh nghiệm đã được một số nước trên thế giớitriển khai, tình hình triển khai của ngành điện lực Việt Nam, trong đó có điện lựcTP.Hồ Chí Minh, kết hợp với những kết quả triển khai thử nghiệm trong thời gianqua và đề xuất giải pháp phát triển lưới điện thông minh cho mạng hạ áp trên địabàn TP.Hồ Chí Minh

Chương 2

LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH (SMART GRID)

2.1 Tổng quan về lưới điện thông minh.

Lưới điện thông minh, mô hình bắt đầu được áp dụng từ năm 2005 tại nhiềunước phát triển, là hệ thống điện có thể tích hợp các hành động thông minh của mọithành phần kết nối vào lưới, từ nhà máy điện, người dùng hoặc những đơn vị thựchiện cả hai vai trò này nhằm nâng cao tính kinh tế, bền vững và đảm bảo cung cấpđiện ổn định

Theo đó, lưới điện truyền thống sẽ được tích hợp với hệ thống công nghệthông tin điều khiển và liên lạc tiên tiến để tạo ra hệ thống cung cấp năng lượng tựđộng hóa cao, tăng cường độ tin cậy, an toàn, hiệu quả cho lưới điện; tích hợp vàkhai thác hiệu quả nguồn năng lượng mới tái tạo và đặc biệt là trao quyền cho kháchhàng được hiểu rõ về cung ứng và tiêu thụ điện qua đó chủ động tham gia vào quátrình mua, bán điện

Bên cạnh việc được cung cấp điện thì xu hướng tất yếu của khách hành dùngđiện là ngày càng quan tâm nhiều hơn đến độ tin cậy lưới điện (được đánh giá quacác chỉ số RIs) Lưới điện thông minh hỗ trợ đơn vị cung cấp điện và khách hàngcác công cụ để quản lý và kiểm soát được tình trạng mất điện cũng như khả năngkhôi phục hệ thống với thời gian nhanh nhất với khu vực mất điện nhỏ nhất nhằmhạn chế tối đa thiệt hại cũng như nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Lưới điện thông minh hỗ trợ các phương thức vận hành lưới điện một cách tối

ưu và hiệu quả, việc tái cấu trúc lưới điện với điểm dừng hợp lý góp phần giảm tổnthất trên đường dây Ngoài ra, dữ liệu phục vụ tính toán tổn thất hiện nay có độchính xác chưa cao do còn phụ thuộc nhiều vào các khâu có sự can thiệp của co

thu thập và phân tích số liệu sẽ hỗ trợ đơn vị cung cấp điện có cơ sở để xác địnhchính xác hơn giá trị về tổn thất trên lưới điện Từ đó có các giải pháp phù hợp đểgiảm tổn thất trên lưới điện Từ đó có các giải pháp phù hợp để giảm tổn thất điệnnăng Hơn nữa, hệ thống AMI sẽ là một trong những giải pháp hữu hiệu để giảm tổnthất phí kỹ thuật.

Lưới điện thông minh trong sử dụng năng lượng hiệu quả triệt để Các mạnglưới thông minh cho phép các hoạt động của toàn bộ hệ thống điện được tự động tối

ưu hóa mọi lúc Ngoài ra, và quan trọng, các mạng lưới thông minh sẽ không dừnglại ở đồng hồ của khách hàng Nó sẽ cung cấp cho khách hàng với giá mới và cáctùy chọn thanh toán và không bao giờ sai lệch thông tin Và khách hàng chủ độngkiểm soát việc sử dụng năng lượng của mình, với việc luôn biết được việc tiêu thụđiện của mình ở mức bao nhiêu, điều này sẽ làm họ tiết kiệm và nhờ vậy tổng nănglượng điện sẽ được phân phối đều đến tất cả các nơi tiêu thụ, các sự cố về cao điểm

sẽ được hạn chế tối đa

Bên cạnh các yếu tố về độ tin cậy lưới điện thì chất lượng điện năng (đượcđánh giá qua các tiêu chí về tần số, điện áp) cũng là mối quan tâm của khách hàng.Hiện nay, các khách hàng nhất là khách hàng công nghiệp sử dụng các dây chuyềncông nghệ đòi hỏi cao về chất lượng điện năng chưa nhiều, nhưng đối với mục tiêudài hạn thì tiêu chí về chất lượng điện năng rõ ràng cần phải được xem xét một cáchthích đáng

Lưới điện thông minh là công cụ để khuyến khích việc sử dụng điện được thựchiện một cách hiệu quả cùng với việc phân khúc khách hàng theo từng nhóm dịch

vụ có thể được xem là một chiến lược trong giai đoạn ngắn hạn để tăng doanh thubán điện, giảm thiểu các khoản lỗ và dần cải thiện tính ổn định về mặt tài chính củadoanh nghiệp Hơn nữa, nếu xét đến mục tiêu dài hạn thì lưới điện thông minh vớikhả năng thu thập, xử lý thông tin một cách nhanh chóng, kịp thời và minh bạch sẽ

là công cụ hỗ trợ đắc lực của thị trường bán lẻ điện cạnh tranh Đây cũng là yếu tốgiúp đơn vị cung cấp điện ổn định được vấn đề tài chính

Với lưới điện thông minh thì đơn vị cung cấp điện sẽ có đầy đủ thông tin đểthực hiện tốt hơn việc dự báo phụ tải, cũng như công tác quy hoạch Đó là cơ sở đểviệc đầu tư cơ sở hạ tầng lưới điện mang lại hiệu quả cao hơn.

Trong giai đoạn ngắn và trung hạn, việc đầu tư các công nghệ đắt tiền để đạtđược nền tảng của lưới điện thông minh rõ ràng không thể bù đắp bằng việc cắtgiảm nhân công và chi phí vận hành là do chi phí lao động thấp Tuy nhiên, khi hệthống lưới điện thông minh bước vào giai đoạn ổng định (dài hạn) thì mục tiêu giảmchi phí vận hành cần phải được xem xét một cách xác đáng

Lưới điện thông minh với hệ thống AMI được tích hợp cho phép đơn vị cungcấp điện hoàn toàn quản lý được toàn bộ thông tin về khách hàng sử dụng điện đểphục vụ cho các dịch vụ quản lý khác một cách chính xác nhất

Bằng cách cung cấp cho khách hàng các thông tin chi tiết về việc sử dụng điện(điện năng tiêu thụ, chi phí mua điện…) một cách trực tuyến thông qua hạ tầngtruyền tin, khách hàng có nhiều cơ hội tham giá quản lý và kiểm soát việc sử dụngnăng lượng điện của chính họ, đồng thời cũng cung cấp cơ hội tiết kiệm chi phí sửdụng điện cho chính bản thân khách hàng

2.1.1 Đặc tính cơ bản của lưới điện thông minh.

Lưới điện thông minh cho phép chuyển dịch phụ tải vào giờ cao điểm, giảmcông suất của các nhà máy nhiệt điện phủ đỉnh và do đó giảm đầu tư và chi phí chosản xuất điện Đối với xã hội, người dân sẽ được phục vụ tốt hơn nhờ thông tin traođổi hai chiều được tạo ra bởi lưới điện thông minh, nguồn năng lượng hóa thạch vànăng lượng tái tạo được sử dụng hiệu qủa và bền vững Một số đặc tính cơ bản củalưới điện thông minh cần quan tâm, cụ thể:

- Khả năng tự động khôi phục cung cấp điện khi có sự cố xảy ra mất điện đốivới khách hàng

- Chống được sự tấn công cố ý đối với hệ thống cả về mặt vật lý và mạng

- Trợ giúp sự phát triển các nguồn điện phân tán (phát điện, dự trữ nănglượng, cắt giảm nhu cầu…).

- Trợ giúp sự phát triển các nguồn năng lượng tái tạo

- Cung cấp khả năng nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấpđiện

- Tối ưu hóa vận hành hệ thống điện để giảm chi phí sản xuất, truyền tải vàphân phối kể cả giảm chi phí đầu tư mới và nâng cấp hệ thống điện

- Công cụ cơ bản của vận hành thị trường điện rộng rãi

2.1.2 Các yếu tố cơ bản trong mô hình lưới điện thông minh.

Hiện nay lưới điện thông minh vẫn còn lạ một khái niệm mở và chưa có mộtđịnh nghĩa nhất quán nào về lưới điện thông minh Hầu hết các định nghĩa về lướiđiện thông minh phụ thuộc vào động lực, cơ sở hạ tầng hiện hữu, mục tiêu đặt racủa từng khu vực hoặc một tổ chức cụ thể Tuy vậy, vẫn có thể hình dung một cáchtổng quát lưới điện thông minh vẫn dựa trên các yếu tố như mô tả ở Hình 2.1

Hình 2.1: C ấu trúc tổng thể của lưới điện thông minh.

Nền tảng của lưới điện thông minh vẫn dựa trên phương thức cung cấp điệntruyền thống đó là năng lượng điện từ các nguồn phát được truyền dẫn trên hệ thốngtruyền tải và phân phối để đến với người tiêu dùng.

Thiết lập hệ thống truyền tin song song với đường truyền công suất điện chophép thông tin hai chiều giữa đơn vị cung cấp điện và người dùng được thực hiệnmột cách thông suốt

Lưới điện thông minh cho phép kết nối và sử dụng các nguồn năng lượng phântán: đó có thể là các nguồn năng lượng tái tạo (năng lượng mắt trời, năng lượng gió,năng lượng sinh khối…) hoạc là các hệ thống tích trữ năng lượng có quy mô lớn (hệthống thủy điện tích năng, hệ thống accun dung lượng lớn…)

Lưới điện thông minh cho phép kết nối các hạ tầng xã hội sử dụng điện như:các trạm sạc cho ôtô điện, phương tiện giao thông công cộng dùng điện…

Lưới điện thông minh giúp cho đơn vị cung cấp điện năng tăng khả năng quản

lý và vận hành toàn bộ lưới điện một cách linh động và tối ưu thông qua các ứngdựng DMS, OMS, AM/FMS, CRM…

Lưới điện thông minh cho phép người dùng tương tác với đơn vị cung cấpđiện và chủ động quản lý việc sử dụng năng lượng của mình thông qua các hệ thốngthông minh nội độ như HEMX, BEMS, FEMS…

2.2 Kiến trúc tổng thể của hệ thống lưới điện thông minh.

Dựa trên kiến trúc tổng quán của lưới điện thông minh, trên phương diện làđơn vị phân phối điện với cơ sở hạ tầng lưới điện hiện hữu cũng như các ứng dụngđang được triển khai, các đơn vị phân phối điện trong đó có ngành điện TP.Hồ ChíMinh đề xuất mô hình lưới điện thông minh với các kết nối được thể hiện như Hình2.1, hoặc mô hình chi tiết các thành phần được thể hiện ở Hình 2.2