Điều khiển có giám sát dùng logic mờ ứng dụng điều khiển mô hình robot scara dùng DSP TMS320C50

Một phần quan trọng không thể thiếu của luận văn chính là phần cơ sở dữ liệu toàn bộ lưới điện phân phối của Điện lực Thủ Đức, bản đồ số tham chiếu nền và các chương trình ứng dụng.. Một

NGUYỄN ĐỨC PHÚ

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS QUẢN LÝ, VẬN HÀNH VÀ TÍNH TOÁN BÙ CÔNG

Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện

Mã ngành: 2.06.07

LUËN V¡N TH¹C SÜ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Hồ Văn Hiến

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN

THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2004

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Nguyễn Đức Phú Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 29/03/1976 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện Mã số: 0511090

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ GIS quản lý, vận hành và tính tính toán bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nhiệm vụ: Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) vào việc quản lý, vận hành lưới điện phân phối Từ đó, dựa trên lý thuyết bù công suất phản kháng tính toán bù cho một số đường dây phân phối đặc trưng

- Nội dung: Phần mềm nghiên cứu, sử dụng để quản lý và vận hành lưới điện phân phối trong luận văn là phần mềm MapInfo Lưới điện thực tế để thu thập và xây dựng cơ sỡ dữ liệu là lưới điện phân phối tại Điện lực Thủ Đức

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bảo vệ đề cương):

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ (Ngày bảo vệ luận án tốt nghiệp):

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến sĩ Hồ Văn Hiến

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày tháng năm 200

Văn Hiến – Giảng viên Trường Đại Học Bách Khoa đã hướng dẫn cặn kẽ và tận tình chỉ bảo tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Tiếp đến, cho tôi được trân trọng gửi lời cám ơn đến Ban Giám Đốc Điện Lực Thủ Đức đã hết sức quan tâm, động viên tinh thần và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp

Tôi cũng xin được gửi lời cám ơn đến lãnh đạo Phòng Kỹ Thuật, Phòng Kinh Doanh và các anh chị CB-CNV đã nhiệt tình cung cấp tài liệu, số liệu và giúp đỡ tôi hoàn tất luận văn này Đặc biệt, tôi cũng xin trân trọng cám ơn anh Nguyễn Phạm Trí Dũng – Phó Phòng Kỹ Thuật – Điện Lực Bình Phú – là người thầy đầu tiên hướng dẫn tôi tiếp cận với công nghệ GIS

Cho tôi được gửi lời cám ơn sâu sắc nhất cha mẹ và gia đình lúc nào cũng là chỗ dựa vững chắc, nguồn động viên lớn lao của tôi trên con đường học vấn

Xin chúc sức khỏe thầy hướng dẫn và toàn thể quý thầy cô Bộ môn Hệ Thống Điện – Trường Đại Học Bách Khoa

hành và tính toán bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối”

được thực hiện từ tháng 8 năm 2003 đến tháng 2 năm 2004 Tuy nhiên, việc thu thập số liệu và tiếp cận công nghệ GIS đã được chuẩn bị trước đó trong một thời gian dài

Luận văn dày 140 trang kể cả phụ lục, gồm 5 chương chính đề cập đến các vấn đề liên quan đến công nghệ GIS và ứng dụng của nó vào thực tiễn để quản lý, vận hành lưới điện một cách có hiệu quả Một nội dung khác đề cập đến trong luận văn này là tính toán bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối, xây dựng mô hình, công thức toán học và chạy chương trình trên máy tính

Việc quản lý được lưới điện bằng GIS sẽ cung cấp được các thông số chính xác cho việc tính toán bù công suất phản kháng Ngược lại, từ kết quả tính được sau khi nghiên cứu, phân tích (có thể so sánh đối chiếu với những cách tính khác), chúng ta hoàn toàn có thể chủ động đầu tư, lắp đặt các tụ bù với dung lượng phù hợp và quản lý chúng trên máy tính

Một phần quan trọng không thể thiếu của luận văn chính là phần cơ sở dữ liệu toàn bộ lưới điện phân phối của Điện lực Thủ Đức, bản đồ số tham chiếu nền và các chương trình ứng dụng

Rất mong nhận được sự đóng góp và trao đổi kinh nghiệm của các bạn quan tâm về lĩnh vực này để bổ sung, khắc phục những thiếu sót không tránh khỏi trong quá trình thực hiện luận văn này

hành và tính toán bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối”

được thực hiện từ tháng 8 năm 2003 đến tháng 2 năm 2004 Tuy nhiên, việc thu thập số liệu và tiếp cận công nghệ GIS đã được chuẩn bị trước đó trong một thời gian dài

Luận văn dày 140 trang kể cả phụ lục, gồm 5 chương chính đề cập đến các vấn đề liên quan đến công nghệ GIS và ứng dụng của nó vào thực tiễn để quản lý, vận hành lưới điện một cách có hiệu quả Một nội dung khác đề cập đến trong luận văn này là tính toán bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối, xây dựng mô hình, công thức toán học và chạy chương trình trên máy tính

Việc quản lý được lưới điện bằng GIS sẽ cung cấp được các thông số chính xác cho việc tính toán bù công suất phản kháng Ngược lại, từ kết quả tính được sau khi nghiên cứu, phân tích (có thể so sánh đối chiếu với những cách tính khác), chúng ta hoàn toàn có thể chủ động đầu tư, lắp đặt các tụ bù với dung lượng phù hợp và quản lý chúng trên máy tính

Một phần quan trọng không thể thiếu của luận văn chính là phần cơ sở dữ liệu toàn bộ lưới điện phân phối của Điện lực Thủ Đức, bản đồ số tham chiếu nền và các chương trình ứng dụng

Rất mong nhận được sự đóng góp và trao đổi kinh nghiệm của các bạn quan tâm về lĩnh vực này để bổ sung, khắc phục những thiếu sót không tránh khỏi trong quá trình thực hiện luận văn này

thông tin trên thế giới thì việc áp dụng những thành tựu của ngành khoa học này vào các lĩnh vực khác đang rất được quan tâm Đặc biệt, sự phát triển kỳ diệu của Công nghệ thông tin trong những thập kỷ cuối cùng của thế kỷ

20 đã đặt nền móng cho sự ra đời và phát triển nhanh chóng của hệ thống thông tin địa lý (Geogaphic infomation System – GIS) Ưu điểm của hệ thống thông tin địa lý là khả năng lưu trữ, thống nhất, phân tích, mô hình hóa và mô tả được nhiều loại dữ liệu, đặc biệt là khả năng phân tích và liên kết dữ liệu thuộc tính với dữ liệu không gian

Đối với ngành điện nói chung và hệ thống lưới điện phân phối nói riêng thì việc mô phỏng trên máy tính để quản lý tải sản và vận hành lưới điện là hướng phát triển mới phù hợp với xu thế chung Từ đó, có thể đưa đến việc giải quyết tốt các bài toán kinh tế về kế hoạch đầu tư phát triển theo từng giai đoạn cũng như giảm tổn thất kỹ thuật trên đường dây phân phối để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu một phần mềm quản lý hệ thống thông tin địa lý, từ đó xây dựng cơ sỡ dữ liệu phù hợp để quản lý, vận hành lưới điện phân phối trên máy tính Ở đây, phần mềm đề cập trong luận văn là phần mềm MapInfo hiện đang phổ biến tại Việt Nam, lưới điện được sử dụng để điều tra, thu thập số liệu, xây dựng cơ sở trên máy tính là lưới điện phân phối thực tế tại Điện lực Thủ Đức

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu: đưa ra một cách nhìn mới về việc mô phỏng lưới điện – cách nhìn trực quan sinh động trên nền địa dư thực tế Dựa trên một số chương trình con có thể phân tích, tổng hợp, báo cáo một số vấn đề liên quan đến lưới điện phân phối theo yêu cầu thực tế Đây cũng là cơ sở tham khảo để vận hành lưới điện và lập các kế hoạch phát triển lâu dài trong các giai đoạn kế tiếp

I TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TÁC QUẢN LÝ LƯỚI ĐIỆN:

I.1 Vấn đề đặt ra là tại sao chúng ta lại sử dụng GIS và GIS là gì?

Chúng ta cần sử dụng hệ thống tin tin địa lý là bởi các lý do sau:

1 Thông tin ngày càng nhiều, phức tạp và đang dạng

2 Nhu cầu quản lý thông tin có hiệu quả

3 Xử lý thông tin nhanh

4 Ra quyết định nhanh và đúng

Vậy hệ thống GIS là gì? Đơn giản ta có thể định nghĩa: GIS là một

hệ thống được thiết kế để thu nhận, lưu trữ, cập nhật, xử lý, phân tích và hiển thị tất cả các dạng thông tin địa lý

Theo các nhà nghiên cứu trên thế giới thông thường một hệ thống GIS gồm:

- Phần cứng (Hardware): Chi phí đầu tư chiếm 10%, Tuổi thọ 5 năm

- Phần mềm (Software): Chi phí đầu tư chiếm 10%, Tuổi thọ 10 năm

- Dữ liệu (Data): Chi phí đầu tư chiếm 80%, Tuổi thọ 50 năm (nếu được cập nhật)

I.2 Các chức năng và ứng dụng của GIS:

2.1 Chức năng của GIS: Nhập dữ liệu, quản lý dữ liệu, hiển thị dữ liệu

2.2 Lợi ích của GIS:

- Hỗ trợ ra quyết định

- Chất lượng dữ liệu tốt hơn

- Dữ liệu cập nhật dễ dàng

- Hợp tác tốt hơn giữa quản lý và điều hành

- Thông tin tốt hơn giữa các bộ phận

- Sản phẩm và dịch vụ hiệu quả hơn

- Cung cấp thông tin đường dây

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

- Thể hiện các thông tin các thiết bị điện liên quan

b Vận hành lưới điện:

- Quản lý hàng lang an toàn lưới điện

- Quản lý khách hàng

- Khắc phục nhanh sự cố mất điện

- Tính toán tổn thất điện năng

- Dự báo nhu cầu sử dụng

- Thường xuyên bố trí được điểm dừng hợp lý

- Vận hành tốt các tụ bù cố định và ứng động

- Theo dõi cập nhật chính xác các thông số và thao tác theo thời gian

- 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

A Vai trò, đặc điểm chung của lưới điện phân phối:

1 Tổng quát:

Lưới điện phân phối là lưới điện có cấp điện áp Ud ≤ 35kV do các Công Ty Điện Lực và các Điện Lực khu vực trực thuộc quản lý Lưới điện phân phối có nhiệm vụ phân phối điện cho một địa phương (một thành phố, quận, huyện, ) có bán kính cấp điện nhỏ, dưới 50 km

2 Đặc điểm chung của lưới điện phân phối:

Lưới phân phối có một số đặc điểm chung như sau:

1 Chế độ vận hành bình thường của lưới phân phối là vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện hiện nay lưới phân phối đã có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở, các tuyến dây liên thông với nhau để tuyến dây này có thể cấp điện cho tuyến dây kia trong khả năng tải cho phép khi tuyến dây bị mất nguồn

2 Trong mạch vòng các phát tuyến trung thế được liên kết với nhau bằng dao cách ly, hoặc thiết bị nối mạch vòng (Ring Main Unit) Các thiết bị này vận hành ở vị trí mở, trong trường hợp cần sửa chữa hoặc sự cố đường dây thì việc cung cấp điện không bị gián đoạn lâu dài nhờ vào việc chuyển đổi nguồn cung cấp bằng thao tác đóng dao cách ly phân đoạn hay tự động chuyển nguồn nhờ các thiết bị nối mạch vòng

3 Phụ tải của lưới phân phối đa dạng và phức tạp, nhất là đối với các phụ tải sinh hoạt và dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp đa phần trong cùng một hộ phụ tải

Kết quả của các nghiên cứu và thống kê từ thực tế vận hành đã đưa đến kết luận nên vận hành lưới phân phối theo dạng hình tia bởi các lý do sau: - Vận hành đơn giản hơn; - Trình tự phục hồi lại kết cấu lưới sau sự cố dễ dàng hơn; - Ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ

biến áp, trên đường dây tải điện và mọi nơi có từ trường Yêu cầu công suất phản kháng chỉ có thể giảm đến tối thiểu chứ không thể triệt tiêu được vì nó cần thiết để tạo ra từ trường, yếu tố trung gian cần thiết trong quá trình chuyển hóa điện năng

Sự tiêu thụ công suất phản kháng trên lưới điện phân phối có thể được chia một cách gần đúng như sau:

- Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60 đến 65%

- Máy biến áp tiêu thụ khoảng 22 đến 25%

- Đưởng dây tải điện và các phụ tải khác khoảng 10%

Như vậy động cơ không đồng bộ và máy biến áp là hai loại máy điện tiêu thụ nhiều công suất phản kháng nhất Việc tạo ra công suất phản kháng cung cấp cho phụ tải không nhất thiết phải lấy từ nguồn mà có thể cung cấp trực tiếp cho phụ tải từ tụ bù và máy bù đồng bộ

* Các ích lợi khi lắp đặt tụ bù:

+ Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ cực đại của hệ thống điện, do đó giảm được dự trữ công suất tác dụng (hoặc tăng độ tin cậy) của HTĐ

+ Giảm nhẹ tải cho các máy biến áp trung gian và các đường trục trung áp do giảm chuyển tải công suất phản kháng và hiệu quả là thời gian cải tạo nâng dung lượng, tăng tiết diện của dây dẫn được kéo dài hơn

+ Giảm tổn thất điện năng

+ Cải thiện chất lượng điện áp cung cấp cho các phụ tải

+ Cải thiện hệ số công suất

+ Cân bằng tải

* Các ích lợi trong việc quản lý công suất phản kháng:

Việc áp dụng chính sách điều phối công suất phản kháng để tăng cường các hoạt động của hệ thống điện có lợi nhiều cho các Cty Điện lực

2 Cải thiện đường cong phân bố điện áp: đường cong điện áp tổng thể được cải thiện bằng cách làm phẳng ra

3 Điều khiển điện áp tốt hơn: có thể điều khiển điện áp tốt hơn trên

cơ sở toàn bộ hệ thống Do vậy hiện nay người ta điều khiển điện áp chung toàn lưới hơn là điều khiển cục bộ Để đạt được mục tiêu này cần phải đầu tư vào thiết bị thông tin đo lường

4 An toàn hệ thống được tăng cường: an toàn của hệ thống được tăng cường nhờ vào việc sử dụng tốt hơn nguồn công suất phản kháng

5 Khả năng trao đổi qua lại được tăng cường: giảm truyền tải công suất phản kháng cho phép nâng cao khả năng tải công suất tác dụng trên đường dây

6 Hoạt động của hệ thống được tăng cường

C Hướng nghiên cứu của đề tài và vấn đề cần tập trung giải quyết:

Hiện nay, các tài liệu đề cập về bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối khi đưa ra mô hình đường dây để tính toán đều xây dựng lý thuyết dựa trên mô hình tải phân bố đều và tập trung Dựa trên nền tảng này, đề tài đi sâu, phát triển thêm các công thức cụ thể để tính toán bù công suất phản kháng cho một mô hình phân đoạn tiêu biểu, tính toán giảm tổn thất điện năng, giảm tổn thất công suất và tiết kiệm chi phí Lập trình trên máy tính để tính bù cho từng phân đoạn của lưới phân phối Số liệu nhập vào là số liệu thực tế của lưới điện do phần quản lý vận hành lưới điện bằng phần mềm Mapinfo cung cấp

Do đó, một nhiệm vụ nữa cần phải đặt ra cho đề tài là phải ứng dụng được GIS vào việc quản lý VHLĐ bao gồm: đề ra cách xây dựng cơ sở dữ liệu chuẩn phục vụ cho việc quản lý vận hành lưới phân phối trên máy tính, lập trình một số chương trình con để quản lý vận hành, tính toán cung cấp

số liệu cho phần tính bù và hiển thị lại kết quả tính được trên MapInfo

MapInfo là phần mềm công cụ để xây dựng bản đồ trên máy tính kèm với các chức năng phân tích địa lý

Phần mềm MapInfo do công ty MapInfo Corporation của Mỹ xây dựng, công ty ra đời từ 1986 và được biết đến chính thức từ 1994 Phần mềm MapInfo có giao diện khá thân thiện, dễ sử dụng nên tương đối phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt Nam (theo kết quả một khảo sát thống kê cho biết có 80% sử dụng phần mềm này trong nghiên cứu và ứng dụng)

Để cài đặt phần mềm MapInfo 5.5, ta cần một máy tính với cấu hình tối thiểu là PC 486 vơiù 8 MB RAM, chạy trên nền Window 95, Window 98, Window 2000 và Window NT Sử dụng với màn hình VGA 256 màu với độ phân giải càng cao càng tốt

III TỔ CHỨC THÔNG TIN TRONG TẬP TIN:

Thông tin MapInfo quản lý và khai thác là thông tin địa lý, tức là

thông tin có phần thuộc tính và phần không gian

1 Cấu trúc dữ liệu

Phần thông tin không gian có cấu trúc không gian theo mô hình

vector – spaghetti

Phần thuộc tính của thông tin trong MapInfo được lưu dưới dạng bảng

với các cột và hàng theo kiểu mô hình quan hệ

2 Về tổ chức

Thông tin trong MapInfo tổ chức theo từng table Mỗi table là một

tập hợp các tập tin về dữ liệu không gian, thuộc tính và mối liên kết giữa chúng do hệthống tạo ra

Mỗi table thường được tổ chức theo các tập tin sau: (table) tab,

(table) dat, (table).map, (table).id, (table) ind

ảnh của các đối tượng khác nhau Mỗi layer thường chỉ thể hiện một khía cạnh nội dung của bản đồ truyền thống, là một tập hợp các đối tượng bản đồ thuần nhất, thể hiện và quản lý các đối tượng địa lý trong không gian theo một chủ đề cụ thể Với việc chồng các layer này lên nhau, ta sẽ có được một bản đồ đầy đủ như bản đồ truyền thống, nhưng lại rất tiện lợi trong việc khai thác sau này

Như vậy, layer chính là hình ảnh cụ thể về dữ liệu không gian của một table

V MENU VÀ CÁC THANH CÔNG CỤ

MapInfo giao diện với người sử dụng qua menu và thanh công cụ

1 Menu:

File, Edit, Tools, Objects, Query, Table, Options, Window, Help,

Browse, Map, Graph

Các menu Map, Browse, Graph chỉ xuất hiện khi cửa sổ Map, Browse, Graph đang được kích hoạt

2 Các thanh công cụ

MapInfo cung cấp 4 thanh công cụ chính: Tools (Thanh chứa các công cụ tạo thêm từ MapBasic), Drawing (thanh chứa công cụ vẽ),

Standard (thanh công cụ chuẩn), Main (thanh công cụ chính)

VI GIỚI THIỆU VỀ TABLE

trong MapInfo Như vậy, một table có thể có nhiều nhất là một layer (nếu

table chỉ có phần dữ liệu thuộc tính thì nó không có layer tương ứng)

Trong MapInfo, bản đồ được tạo ra từ các lớp (layer) Các layer thể hiện một cách độc lập với nhau và tạo thành bản đồ Sự phối hợp khác nhau giữa các layer tạo ra các bản đồ khác nhau Một layer có thể có mặt đồng thời ở nhiều bộ bản đồ khác nhau

Ví dụ: Bản đồ lưới điện trung thế thông thường gồm các layer chứa các đối tượng “Trạm”, “trụ”, “đường dây”, “thiết bị đóng cắt”, “tụ bù”

Bản đồ được mở ra bằng cách đặt lần lượt các layer vào cùng một khung cửa sổ Khi các layer đã được đặt trong một bộ bản đồ, có nhiều động tác người sử dụng sẽ thao tác trên bản đồ và tác động lên các layer như một khối thống nhất

VIII XÂY DỰNG CÁC ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN

Thao tác chọn (select) là một trong các thao tác cơ bản nhất khi làm việc với các đối tượng trong MapInfo Việc chọn một hay nhiều đối tượng

có ý nghĩa là chỉ ra đối tượng và đặt đối tượng ấy trong trạng thái chờ để thực hiện các lệnh tiếp theo

Vẽ đối tượng từ số liệu đo đạc thực tế

Trích dữ liệu từ các layer khác

Số hóa bản đồ

IX XÂY DỰNG DỮ LIỆU THUỘC TÍNH ĐI KÈM VỚI ĐỐI TƯỢNG

KHÔNG GIAN

X MỘT SỐ BÀI TOÁN TRUY VẤN VÀ PHÂN TÍCH

Truy vấn là lựa chọn các đối tượng theo một điều kiện cho trước Ngoài ra, còn có thể dùng SQL Select để có thể truy vấn trên nhiều table khác nhau

- Thu thập bản đồ nền địa dư quận Thủ Đức thuộc địa bàn Điện Lực Thủ Đức quản lý Gồm khoảng 240 bản đồ A2 tỷ lệ 1/2000

- Scan các bản đồ thành file hình ảnh *.tif Lưu trữ lại tọa độ của mỗi bản đồ theo đúng hệ tọa độ quốc gia

- Dùng phần mềm Photoshop xử lý, hiệu chỉnh lại các file bản đồ Tuy nhiên, đây mới chỉ là các file hình ảnh, MapInfo chưa nhận dạng để sử dụng làm bản đồ tham chiếu nền được

- Sử dụng phần mềm DolVector của Công Ty Dolsoft Việt Nam để số hóa các bản đồ trên, đăng ký tọa độ cho các bản đồ để có thể ráp nối thành một bản đồ số lớn toàn khu vực mà MapInfo có thể nhận dạng Đây là phần mềm có bản quyền phải mua và khi sử dụng phải có khóa cứng

II XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ QUẢN LÝ LƯỚI TRUNG THẾ:

- Trong lưới điện trung thế yếu tố quan trọng nhất là phải quản lý được tất cả các trạm biến thế: khách hàng, thuê bao, công cộng thuộc địa bàn Điện lực quản lý Do đó, ta phải xây dựng lớp (layer) trạm biến thế

(Tram.tab) có cấu trúc tương tự tập tin tram.dbf của CTy Điện lực quản lý

để có thể liên kết, truy cập những thông tin liên quan

- Tiếp đó, ta xây dựng lớp đường dây trung thế (Line.tab) để quản lý

lưới trung thế theo từng phát tuyến của các trạm trung gian 66KV/15KV) Cấu trúc lớp line gồm: Mã đường dây, tên đường dây, loại dây dẫn, chiều dài, số pha, trạng thái mang điện, công suất đặt, mã vận hành,

(110 Lớp thiết bị đóng cắt (Tbdc.tab): quản lý các thiết bị đóng cắt trên

lưới (DS, LTD, Recloser, FCO, LBFCO, )

- Lớp trụ trung thế (Tru.tab): xác định vị trí các trụ trung thế theo

đúng thực tế, phân loại trụ

- Lớp tụ bù trung thế (TubuTT.tab): quản lý vị trí các tụ bù trung thế

trên lưới Đây là lớp ta rất quan tâm đến trong luận văn này để ứng dụng tính toán bài toán bù công suất phản kháng để giảm tổn thất kỹ thuật

1 Giới thiệu sơ lược về lưới điện do Điện lực Thủ Đức quản lý:

Điện lực Thủ Đức nhận điện từ 3 trạm trung gian:

+ Trạm Thủ Đức công suất: 2 x 63 MVA, điện áp: 110/15kV + Trạm Thủ Đức Bắc công suất: 2 x 63 MVA, điện áp: 110/15kV + Trạm Bình Triệu công suất: 1 x 63 MVA, điện áp: 110/15kV (Xem phụ lục sơ đồ nguyên lý các trạm trung gian này)

Với tổng chiều dài các phát tuyến 15kV là: 260,127km trong đó chiều dài lưới nổi: 221,947km; chiều dài cáp ngầm: 38,180km Tổng cộng gần 900 trạm biến thế vừa công cộng vừa khách hàng (Phụ lục đính kèm)

2 Tổ chức điều tra, cập nhật dữ liệu vào máy tính:

- Photo bản đồ địa dư và cung cấp bảng biểu điều tra để đội QLLĐ điều tra thực tế vẽ lên bản đồ và điền các thông tin cần thiết vào bảng biểu (Phụ lục đính kèm)

- Sau khi có phản hồi từ Đội QLLĐ, ta sẽ vẽ từng lớp: Trụ, Trạm, Line, Thiết bị đóng cắt, Tụ bù trung thế, lên máy tính Việc cập nhật đòi hỏi phải tuân thủ theo một số nguyên tắc bắt buộc để có thể chạy các chương trình quản lý, vận hành (Phụ lục đính kèm)

IV VIẾT CÁC CHƯƠNG TRÌNH QUẢN LÝ, VẬN HÀNH THEO TÌNH HÌNH THỰC TẾ CỦA ĐIỆN LỰC:

Với cơ sở dữ liệu đã có ta có thể viết một số chương trình ứng dụng bằng ngôn ngữ Map Basic 4.0:

tượng đó có thể là: Trạm biến áp, DS, LTD, Recloser, FCO, trụ trung thế,

2 Phạm vi hoạt động của một thiết bị đóng cắt: cho biết số lượng trạm biến thế do thiết bị này (DS, LTD, Recloser, FCO, .) quản lý, khi cắt điện sẽ giảm bao nhiêu công suất đặt và chiều dài đường trục cũng như nhánh rẽ từ thiết bị đóng cắt đến phụ tải

3 Thống kê phân loại số lượng máy biến thế từng tuyến dây hay từng nhánh rẽ

4 Vận hành hệ thống điện, giả lập trạng thái hoạt động hiện hữu của các tuyến trung thế, có thể thao tác chuyển tải, cắt điện các tuyến dây thể hiện trên máy tính trước khi thao tác thực tế Đối với các tuyến dây liên thông đang vận hành có điện khi đóng các thiết bị phân đoạn sẽ báo lỗi không cho thao tác

(ở đây là lưới phân phối, phụ tải và thiết bị bù) Như trên đã nói, chúng ta sẽ nghiên cứu lý thuyết bù nhằm để đạt ba mục tiêu: điều chỉnh hệ số công suất, củng cố sự điều áp, cân bằng phụ tải Trong đó, điều chỉnh hệ số công suất là quan trọng nhất

1 Hệ số công suất:

Có thể mô tả một pha có tổng dẫn YL = GL + BL được cung cấp từ điện áp U Dòng tải là IL, ta có:

IL = U(GL + j.BL) = U.GL + j.U.BL = IR + j.IX Công suất biểu kiến S:

S = U.I*

L

S = U.(U.GL - j.U.BL) = U2.GL - j.U2.BL = PL + jQL

Công suất biểu kiến có một thành phần thực PL (tức là công suất có ích để chuyển đổi thành nhiệt, công cơ học, ánh sáng hoặc các dạng năng lượng khác) và một thành phần QL (công suất phản kháng không chuyển được thành các dạng năng lượng có ích, nhưng sự hiện diện của nó là một nhu cầu cần thiết của tải)

Ở đây cosϕL là hệ số công suất:

2 Điều chỉnh hệ số công suất:

Nguyên tắc điều chỉnh hệ số công suất là bù công suất phản kháng, tức là cung cấp tại chỗ bằng cách nối song song tải với một thiết bị bù có tổng dẫn phản kháng đơn thuần bằng –jBL

Dòng điện được cung cấp bởi hệ thống tổ hợp tải và thiết bị bù là:

IS = IL + Iγ = U(GL – jBL) – U(jBL) = U.GL = IR

Với Iγ = U.Yγ = -jU.BL

2 L

L L

L L L

cos1Ssin

.S

Q

tg.P

Q

ϕ

−

=ϕ

=

ϕ

=

γ

Minh họa việc hiệu chỉnh hệ số công suất

Hệ số công suất được cải thiện:

2 c l

2 1

1 1

) Q Q ( P

P cos

− +

=

II LỢI ÍCH CỦA VIỆC LẮP ĐẶT TỤ BÙ

Như ở chương trước đã phân tích, tụ điện có nhiều ưu điểm hơn so với máy bù đồng bộ Do vậy, ngày nay ở lưới điên phân phối người ta thường dùng tụ điện để bù công suất phản kháng

1 Sử dụng tụ điện:

Nói chung tụ điện có thể sử dụng ở tất cả các cấp điện áp Một bộ tụ riêng rẽ có thể thêm vào bằng cách mắc song song để đạt được dung lượng kVAr cần thiết và có thể mắc nối tiếp để đạt điện áp kV

Theo số liệu thống kê thu thập được, khoảng 60% tụ điện lắp đặt cho các xuất tuyến, 30% tại thanh cái các trạm và 10% còn lại cho HT truyền tải Việc sử dụng tụ điện ở HT thứ cấp rất hiếm vì lợi ích kinh tế nhỏ

2 Các kiểu lắp đặt tụ điện:

Nói chung, các tụ điện được lắp đặt trên các phát tuyến là các bộ tụ được đặt trên cột, đóng cắt bằng cầu dao, cầu chì cho nhóm hoặc nối cứng Việc dùng cầu chì hạn chế cỡ tụ được sử dụng Do vậy, dung lượng tối đa được dùng ở cấp 15kV là 1800kVAr và 3000kVAr ở cấp điện áp cao hơn

70 0, tuyến xuất đỉnh kháng phản

suất công của kVAr

) định cố tụ cắt đóng tụ (

3 Các kiểu điều khiển dùng cho tụ điện đóng cắt:

Quá trình đóng cắt các tụ điện có thể thực hiện bằng cách điều khiển bằng tay hay tự động bằng cách sử dụng một số kiểu điều khiển thông minh Điều khiển bằng tay (tại vị trí

lắp đặt hay điều khiển từ xa) có thể

áp dụng cho các trạm biến áp phân

phối Các loại điều khiển thông

minh có thể được sử dụng trong

điều khiển tự động bao gồm: đóng

cắt theo thời gian, điện áp, dòng

điện, điện áp – thời gian, điện áp –

dòng điện, nhiệt độ Các loại điều

khiển đóng cắt theo thời gian là loại

ít tốn kém nhất, một số tổ hợp của

các loại điều khiển này cũng được

dùng để phân bố gần đúng biểu đồ

công suất phản kháng như minh

họa

4 Các kiểu đấu nối bộ tụ điện ba pha:

1 Kiểu hệ thống: Thí dụ như hệ thống nối đất hay cách điện

2 Các yêu cầu về dây chảy

3 Vị trí lắp đặt bộ tụ điện

4 Các quan tâm về nhiễu

Tụ đấu Y sẽ được sử dụng nếu có một hay các điều kiện sau đây:

1 Các dòng điện hài bậc cao trong trung tính máy biến áp của trạm được loại bỏ

2 Các nhiễu điện thoại có thể giảm được tối thiểu

3 Việc lắp đặt bộ tụ điện có thể được thực hiện với các thiết bị đóng cắt bằng hai thiết bị đơn pha hơn là với các thiết bị đóng cắt bằng ba thiết

bị đơn pha

Thông thường các bộ tụ điện nối Yo chỉ được sử dụng trên các hệ thống sơ cấp ba pha bốn dây Ngoài ra nếu một bộ tụ điện nối Yo được sử dụng trên hệ thống ba pha ba dây không nối đất (nối Δ hay Y), nó cung cấp nguồn dòng đất có thể gây nhiễu cho các rơle cảm ứng dòng rò

5 Các lợi ích kinh tế của việc lắp đặt tụ bù:

Lợi ích kinh tế đạt được do việc lắp đặt tụ điện tóm tắt như sau:

1 Giảm công suất phát

2 Giảm công suất tải

3 Giảm dung lượng các trạm biến áp phân phối

4 Các lợi ích phụ trên hệ thống lưới phân phối:

a Giảm tốt thất điện năng (tổn thất đồng);

b Giảm độ sụt áp và hệ quả là cải thiện việc điều chỉnh đ.áp;

c Giảm công suất trên xuất tuyến và các phần tử liên quan;

d Trì hoãn hoặc giảm bớt chi phí tài chính cho việc cải tạo;

e Thu nhập tăng lên do việc cải thiện điện áp

I TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRÊN MỘT ĐOẠN CỦA PHÁT TUYẾN PHÂN PHỐI:

Dòng điện tại vị trí x vào một thời điểm: i = i1 – (i1 – i2)x Tổn thất công suất vi cấp trên đoạn dx của phát tuyến do thành phần dòng điện phản kháng tạo ra: d(ΔP) = 3.[ i1 – (i1 – i2)x]2 R.dx

Tổn thất công suất toàn đoạn đường dây vào một thời điểm của đồ thị phụ tải: ΔP=∫d.ΔP=3∫[i −(i −i )x] R.dx=(i12 + 1i2 +i22).R

1

0

2 2 1

Tổn thất công suất lúc phụ tải cực đại do thành phần dòng điện phản kháng tạo ra: ΔPmax =(I12+I1.I2+I22).R

II TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRÊN ĐƯỜNG DÂY KHI CÓ TỤ BÙ:

Xét một đoạn

đường dây ab có phụ

tải phân bố đều và phụ

tải tập trung, để giảm

tổn thất công suất và

điện năng đặt tụ bù tại

vị trí cách đầu a một

khoảng cách x1 như

trong hình sau:

Tổn thất công suất toàn đoạn đường dây:

0

2 2

x)ii(i'P

ΔP’= (i12 + i1i2 + i22)R + 3x1[(x1 – 2).i1.Ic – x1.i2.Ic + Ic2].R Suy ra lượng tổn thất công suất sau khi bù:

Giảm ΔP = ΔP – ΔP’= 3x1[(2 – x1).i1.Ic + x1.i2.Ic - Ic2].R

Nếu gọi x là vị trí đặt tụ bù (thay vì là x1) thì biểu thức giảm tổn thất được viết lại: Giảm ΔP = ΔP – ΔP’= 3x[(2 – x).i1.Ic + x.i2.Ic - Ic2].R

III GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG KHI ĐẶT TỤ BÙ:

Giảm tổn thất điện năng trong thời gian T (chẳng hạn 1 năm) cho bởi tích phân: Giảm ΔA = x ( x ICTi dt xICTi dt ICTdt R

0

2 0

2 0

1

23

Giảm ΔA = 3x.[(2 – x)IC.k’pt.I1.T + x.IC I2.k’pt T – IC2.T].R

Trong đo,ù k’pt là hệ số phụ tải phản kháng

I1, I2 là dòng điện phản kháng cực đại

Có thể viết: Giảm ΔA = 3RI12.c.x[(2-x)k’pt + x.λ.k’pt – c].T

1

I

ItảiphụKVARTong

bùtụKVAR

dòng

cuốiởkhángphản

dòng

QQ

Q

cuối ở trung tập phụ bố

phân tải phụ

cuối ở trung tập tải phụ

=

=

+

=λ

12

(

pt

Suy ra vị trí đặt tụ tối ưu xopt:

pt opt

k

x

')1(2

1−λ − −λ

Tương tự, công suất tối ưu của tụ bù (hay hệ số bù c) tìm được như sau:

pt opt k

2'

)1(2

'32

1

1

λλ

k

k x

IV GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CÓ XÉT CHI PHÍ ĐẶT TỤ BÙ:

Xét một đoạn đường dây có đặt một vị trí tụ bù Tổng tiền tiết kiệm được sau khi đặt tụ bù (chẳng hạn trong một năm):

∑$ = tiền tiết kiệm do giảm tổn thất điện năng trong một năm

+ tiết kiệm chi phí vận hành trong một năm của nguồn phát để bù vào tổn thất công suất tính theo % tiền đầu tư nguồn phát

- chi phí vận hành hàng năm của tụ bù tính theo % tiền đầu tư = 3RI12.c.x[(2-x)k’pt + x.λ.k’pt – c].T.K1

−α

2x.x2x.c

3P

+

−α

=

1 i

pt

' i pt

' i

i 2 x k x k 2i 1.cTx

.c

3A

− α

' pt i

' pt i

i ( x ) k x k i c T k P x

c K

2 c x 2 x x 2i 1.c P K C QK

n – số tụ bù đặt tại n vị trí

k’pt – hệ số phụ tải phản kháng

CT – hệ số bù tổng, CT = nc

c – hệ số bù ở một vị trí tụ bù

Ktt – hệ số tổn thất

ΔPQ – tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng

= α

(12)

T – thời gian đóng tụ (8760 giờ /năm)

Vị trí đặt tụ bù tối ưu đối với bất kỳ bộ tụ nào có được bằng cách giải

Lặp lại các bước a, b, c cho đến khi đạt Σ$ max

Có thể vẽ đồ thị Σ$ = f(CT) với n vị trí bù

Trong bước b nếu có xi >1 thì cho xi =1, nếu có nhiều xi được cho bằng 1 (đặt ở cuối đoạn đường dây) thì xác định lại vị trí đặt tụ bù thực tế

Toàn bộ công việc trên được thực hiện bằng chương trình

- Cấp điện áp: Uđm

- Công suất kháng tập trung ở cuối kể cả đã trừ đi công suất của tụ bù phía sau nếu có (Qtt)

- Công suất của tụ bù của tất cả các đoạn phía sau: Qbù phía sau

- Công suất phản kháng tải phân bố: Qpb

- Công suất tác dụng tải tập trung: Ptt

- Công suất tác dụng tải phân bố: Ppb

- Hệ số phụ tải: k’pt

- Các chi phí: K1, K2, K3

- Thời gian đóng tụ: 8760 giờ

- Số vị trí đặt tụ bù dự kiến: n

a Hệ số bù tổng CT

b Tổng công suất tụ bù: Qbù = CT Qtổng

c Số vị trí bù dự kiến n

d Kết luận có m vị trí

e Vị trí đặt tụ bù x1, x2, …,xm

f Công suất bù ở 1 vị trí:

m

Q

1 bù =

g Phần trăm giảm tổn thất điện năng so với tổn thất điện năng ban đầu:

%P

P

PP

PA

_Giảm

%A

_

Giảm

%

, Q P

Q ,

Q

Q bù có sau phía bù

trước A với

=Ι

Δ

h Phần trăm tổn thất điện năng so với điện năng cung cấp cho phụ tải:

%A

AGiảmA

kPP

kPPAgiảm

%

+

Δ+ΔΔ

i Phần trăm tổn thất điện năng ban đầu khi chưa có đoạn nào được tính bù:

%k

)PP(

k)PP(A

%

pt pb tt

tt , Q P đầu

ban A với so bù

Δ+Δ

=

k Phần trăm giảm tổn thất công suất so với tổn thất công suất ban đầu:

%.P

P

PP

PP

giảm

%P

giảm

%

, Q P

Q ,

Q Q

bù có sau phía

bù trước P với

P

PP

*P

giảm

%P

giảm

%

pb tt

, Q P bù trước P với so P

với so bù

+

Δ+ΔΔ

PPP

giảm

%

pb tt

, Q P P

với so bù có

+

Δ+Δ

=

n Phần trăm tổn thất công suất sau khi bù:

Pø với so bù có Pø

với so bù chưa P

với so bù có % P %giảm PP

giảm

o Điện năng giảm tổn thất:

3 bù trước

l g theo

bù trước A với

100

A

*A

giảm

%A

− Δ

ΔΔ

=Δ

444

444

1

108760100

− φ

Δ

= %giảm A sovới Atrướcbù* PP PQ, ktt* * (MWh)

p Tiết kiệm do giảm tổn thất điện năng:

10 K

*A

giảmΔ trong−o (*103 đổi ra thành KWh)

q Điện năng giảm tổn thất:

100

P

*P

giảm

%P

l k theo

bù trước P với so

ΔΔ

=Δ

−

Δ4 4 4

444

1

tt Q P

bù trước P với

100

Pgiảm

r Tiết kiệm do giảm tổn thất công suất:

Tiết kiệm 2 = giảmΔP trong−q*K2

s Chi phí tụ bù:

Chi phí tụ = Qbù trong−b*K3

t Tổng tiết kiệm hàng năm:

Tổng tiết kiệm = Tiết kiệm 1 + Tiết kiệm 2 – Chi phí tụ

dụng công nghệ GIS quản lý, vận hành và tính toán bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối” chắc chắn không thể nào đáp ứng đầy đủ yêu cầu đặt ra, nhưng cũng đạt được một số vấn đề trọng tâm chính:

+ Đã nghiên cứu và ứng dụng được công nghệ GIS – cụ thể là phần mềm MapInfo – để xây dựng hệ cơ sở dữ liệu quản lý, vận hành lưới điện phân phối

+ Cập nhật lên máy tính tương đối đầy đủ hệ thống lưới điện phân phối thực tế tại Điện lực Thủ Đức theo đúng cách tổ chức cơ sở dữ liệu ban đầu + Bước đầu có một số chương trình con ứng dụng để quản lý, vận hành lưới điện đáp ứng một số nhu cầu thực tế tại Điện lực

+ Kết hợp với kết quả tính toán bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối của từng phát tuyến, có thể áp dụng thực tế tại Điện lực để góp phần làm giảm tổn thất điện năng, nâng cao hiệu quả kinh tế và ổn định chất lượng loại hàng hóa đặc biệt này

Một số vướng mắc còn cần phải được nghiên cứu liên quan đến nội dung luận văn:

- Liên kết được chương trình quản lý, vận hành và kết quả tính toán bù một cách tự động (hiện nay chỉ là bán tự động - hai phần tách hoạt động riêng lẻ) thì mới có thể đưa vào vận hành và quản lý có hiệu quả các loại tụ bù ứng động

- Vấn đề phát sinh cần nghiên cứu giải quyết tiếp là các bộ tụ bù sẽ làm gia tăng sóng hài bậc cao, vấn đề này cần sự hỗ trợ của các chuyên gia đầu ngành

- Vấn đề con người cũng là yếu tố rất quan trọng, cần phải có một lực lượng nhân sự có tinh thần trách nhiệm, ý thức tổ chức kỷ luật cao phối hợp với công cụ, thiết bị hiện đại thì mới đạt được hiệu quả cao nhất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN

KHÁNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI trang 3

I Tổng quan về GIS và khả năng ứng dụng trong công tác quản lý lưới điện trang 5

II Tổng quan về tổng quan về gis và bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối trang 12

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦM MỀM MAPINFO

trang 21

I Giới thiệu chung trang 21

II Cài đặt trang 21 III Tổ chức thông tin trong tập tin trang 21

IV Tổ chức thông tin địa lý theo lớp đối tượng .trang 23

V Menu và các thanh công cụ trang 26

VI Giới thiệu về Table trang 29 VII Bản đồ và lớp trang 34 VIII Xây dựng các đối tượng không gian trang 43

IX Xây dựng dữ liệu thuộc tính đi kèm dữ liệu không gian trang 51

X Một số bài toán truy vấn và phân tích trang 58

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ QUẢN LÝ, VẬN

HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI trang 66

I Xây dựng bản đồ tham chiếu nền trang 66

II Xây dựng cơ sở dữ liệu để quản lý lưới trung thế trang 68 III Điều tra, cập nhật lưới trung thế vào máy tính với cơ sở dữ liệu có sẵn trang 74

IV Chương trình quản lý, vận hành lưới điện theo tình hình thực tế

II Lợi ích của việc lắp đặt tụ bù trang95

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN

ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI trang 110

I Tổn thất công suất trên một đoạn phát tuyến phân phối trang 110

II Tổn thất công suất trên đường dây khi có tụ bù trang 111 III Giảm tổn thất điện năng khi lắp đặt tụ bù trang 112

IV Giảm tổn thất điện năng có xét đến chi phí lắp đặt tụ trang 115

V Tính toán hệ số phụ tải phản kháng trang 118

VI Giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất điện năng, chi phí và tiết kiệm với n vị trí đặt tụ bù trang 122

Áp dụng tính toán thực tế cho một số tuyến dây trang131

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

Ngày nay, với tốc độ phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ thông tin trên thế giới thì việc áp dụng những thành tựu của ngành khoa khọc này vào các lĩnh vực khác đang rất được quan tâm Đặc biệc, sự phát triển kỳ diệu của Công nghệ thông tin trong những thập kỷ cuối cùng của thế kỷ 20 đã đặt nền móng cho sự ra đời và phát triển nhanh chóng của hệ thống thông tin địa lý (Geogaphic infomation System – GIS) Ưu điểm của hệ thống thông tin địa lý là khả năng lưu trữ, thống nhất, phân tích, mô hình hóa và mô tả được nhiều loại dữ liệu, đặc biệt là khả năng phân tích và liên kết dữ liệu thuộc tính với dữ liệu không gian GIS được đánh giá là một công cụ mạnh, đáng tin cậy không những chỉ của các nhà khoa học, mà còn của các nhà quản lý, các nhà lập pháp và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành, các lĩnh vực hoạt động kinh tế, xã hội

Đối với ngành điện nói chung và hệ thống lưới điện phân phối nói riêng thì việc mô phỏng trên máy tính để quản lý tải sản và vận hành lưới điện là hướng phát triển mới phù hợp với xu thế chung Từ đó, có thể đưa đến việc giải quyết tốt các bài toán kinh tế về kế hoạch đầu tư phát triển theo từng giai đoạn cũng như giảm tổn thất kỹ thuật trên đường dây phân phối để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất Nhận thức được vấn đề này, Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh đã đi đầu trong việc đầu tư, triển khai nghiên cứu, tổ chức các lớp học chuyên đề, áp dụng công nghệ GIS tại các Điện lực trực thuộc

Với tư cách là một cán bộ công nhân viên của Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh đồng thời là học viên cao học chuyên ngành Mạng và Hệ thống

điện, tôi mạnh dạn chọn đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu, ứng dụng công

nghệ GIS quản lý, vận hành và tính toán bù công suất phản kháng trên lưới

điện phân phối” nhằm đóng góp một phần nhỏ vào công việc và sự phát triển

chung

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu một phần mềm quản lý hệ thống thông tin địa lý, từ đó xây dựng cơ sỡ dữ liệu phù hợp để quản lý, vận hành lưới điện phân phối trên máy tính Ở đây, phần mềm đề cập trong luận văn là phần mềm MapInfo hiện đang phổ biến tại Việt Nam, lưới điện được sử dụng để điều tra, thu thập số liệu, xây dựng cơ sở trên máy tính là lưới điện phân phối thực tế tại Điện lực Thủ Đức

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu: đưa ra một cách nhìn mới về việc mô phỏng lưới điện – cách nhìn trực quan sinh động trên nền địa dư thực tế Dựa trên một số chương trình con có thể phân tích, tổng hợp, báo cáo một số vấn đề liên quan đến lưới điện phân phối theo yêu cầu thực tế Đây cũng là cơ sở tham khảo để vận hành lưới điện và lập các kế hoạch phát triển lâu dài trong các giai đoạn kế tiếp

Với sự hiểu biết khiêm tốn của mình vì đây là lĩnh vực mới cũng như thời hạn thực hiện luận văn tốt nghiệp chỉ trong một khoảng thời gian cho phép nhất định, chắc chắn nội dung luận văn sẽ chưa đầy đủ và còn nhiều thiếu sót Rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và sự đóng góp của tất cả các bạn quan tâm đến GIS

Chân thành cám ơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

- Trên thế giới, hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System) ra đời vào thập kỷ 70 và ngày càng phát triển mạnh mẽ trên nền tảng của tiến bộ công nghệ máy tính, đồ họa máy tính, phân tích dữ liệu không gian và quản lý dữ liệu Từ những năm 80 trở lại đây, công nghệ GIS đã có những sự phát triển nhảy vọt về chất, trở thành một công cụ hữu hiệu trong công tác quản lý, xử lý dữ liệu bằng phương tiện cao cấp như: hệ chuyên gia, trí tuệ nhân tạo và hướng đối tượng

- GIS khác với các hệ đồ hoạ máy tính đơn thuần, trong khi các hệ đồ họa đơn thuần không quan tâm nhiều đến những thông tin địa lý gắn liền với các đối tượng quản lý – những thuộc tính rất hữu ích trong việc phân tích dữ liệu, thì các thông tin của GIS bắt buộc phải gắn liền với thế giới thực và tự nhiên hóa trong phong cách phân tích dữ liệu của hệ thống Hệ thống thông tin địa lý là một loại thông tin kiểu mới (New Information System) và là một công nghệ máy tính tổng hợp Từ các thông tin bản đồ và thông tin thuộc tính cần lưu trữ (về: quản trị dữ liệu, bản đồ học, trắc địa, viễn thám hay hệ thống điện ) ta có thể dễ dàng tạo

ra các lớp bản đồ và các báo cáo cung cấp một sự nhìn nhận có hệ thống và tổng thể, nhằm thu nhận và quản lý thông tin vị trí có hiệu quả đối với các chuyên ngành khác nhau

- Đối với hệ thống điện của chúng ta, từ trước đến nay khi giải các bài toán trong hệ thống từ mạng truyền tải đến mạng phân phối cũng như quản lý, vận hành hệ thống đa phần đều dựa trên sơ đồ đơn tuyến Với ý tưởng mới là ứng dụng công nghệ GIS vào việc quản lý lưới điện TPHCM, Công Ty Điện Lực TPHCM thực hiện tại một số Điện Lực khu vực Tuy nhiên, do chưa có sự đồng bộ thống nhất trong việc triển khai tại các Điện Lực cũng như cách thu thập xử lý dữ liệu khác nhau nên cho đến nay cũng chưa có sự đánh giá chính xác về hiệu quả công tác này

- Ngoài ra, công tác vận hành lưới điện (VHLĐ) giữ một vai trò hết sức quan trọng bởi vì nó thực hiện một điều mà mọi người mong muốn đó là: Cung cấp điện an toàn và liên tục Thiết bị điện tham gia vào quá trình vận hành lưới

điện hiện nay vốn có đặc điểm là đa dạng về chủng loại, phức tạp về cấu tạo Quá trình vận hành lưới điện nhằm tực hiện những thao tác lặp đi lặp lại nhiều lần nhưng đòi hỏi độ chính xác rất cao vì vận rất cần thiết tự động hóa bằng cách đưa nhiều thiết bị tự động, xử lý thông tin tự động nhằm tăng khả năng truyền đạt và xử lý thông tin Hơn nữa, để thúc đẩy kinh tế phát triển, việc tự động hóa VHLĐ tương xứng với chất lượng điện năng là mong muốn của chúng ta Bằng máy tính và các phần mềm chuyên dùng chúng ta có thể ngăn chặn trước và hạn chế hỏng hóc trong quá trình VHLĐ, VHLĐ an toàn và liên tục Đảm bảo và giữ vững mối liên hệ hữu cơ của chúng trong hệ thống sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng

- Trong phạm vi luận văn này, ta sẽ đi sâu chi tiết vào việc ứng dụng GIS vào việc quản lý, vận hành lưới điện phân phối tại một Điện Lực cụ thể đó là Điện Lực Thủ Đức và thử đề ra một cấu trúc cơ sở dữ liệu hợp lý để vừa có thể quản lý một cách trực quan sinh động vừa có thể khai thác tốt thông tin và liên kết với một số phần mềm khác đi sâu vào việc tính toán tổn thất trên lưới trung thế, từ đó đưa ra phương án giảm tổn thất mà cụ thể là tính toán bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối nhằm nâng cao tính kỹ thuật và hiệu quả kinh tế Hy vọng đề tài sẽ góp một phần nhỏ vào việc quản lý kỹ thuật của Điện Lực Thủ Đức nói riêng và của Công Ty nói chung xu thế chung hiện nay

- Phần mềm chính sử dụng trong luận văn này là GIS-MAPINFO, hiện nay trên thị trường Việt Nam đã xuất hiện Verson 6.0, tuy nhiên để chương trình có thể hoạt động được đối với một máy tính có cấu hình trung bình ta sẽ sử dụng phần mềm MAPINFO 5.5 để nghiên cứu

I TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TÁC QUẢN LÝ LƯỚI ĐIỆN:

I.1 Vấn đề đặt ra là tại sao chúng ta lại sử dụng GIS và GIS là gì?

Thứ nhất, chúng ta cần sử dụng hệ thống tin tin địa lý là bởi các lý do sau:

1 Thông tin ngày càng nhiều, phức tạp và đang dạng: GIS đáp ứng

được nhu cầu về mặt quản lý các thông tin này vì GIS quản lý các thông tin theo từng lớp đặc trưng tùy vào tính chất riêng trên cùng một hệ toạ độ thống nhất

Cụ thể đối với lưới điện phân phối nói riêng khi ta thể hiện trên bản vẽ giấy, tất cả các thông tin về: trạm biến áp, đường dây, thiết bị đóng cắt và tụ điện, đều cùng thể hiện trên một lớp duy nhất Nay nếu thể hiện GIS, việc thể hiện các thông tin này theo từng lớp riêng (layer) là hoàn toàn có thể, khi cần truy xuất hay thể hiện những lớp phần tử nào thì chỉ cần mở các lớp đó ra và vị trí của chúng là hoàn toàn chính xác vì cùng được tham chiếu trên một hệ tọa độ địa lý duy nhất

Điều này thì phần mềm vẽ kỹ thuật AutoCad cũng đã đạt được, nhưng những bản vẽ, sơ đồ vẽ bẵng AutoCad dựa trên hệ tọa độ vuông góc bình thường, còn khi sử dụng các phầm mềm GIS ta có được bản vẽ, sơ đồ của các đối tượng cần quản lý theo địa dư, ví trí địa lý thực tế Điều này tạo ra một cách nhìn mới trực quan sinh động hơn, đây là một ưu điểm vượt trội của GIS

Tuy nhiên, ưu điểm lớn nhất của GIS lại là ở chỗ đối với từng lớp đối tượng cần quản lý GIS cho ta tạo thêm một hệ cơ sở dữ liệu kèm theo (CSDL) để quản lý các đối tượng này như bất kỳ một hệ CSDL nào khác, tạo điều kiện thuận lợi cho việc truy xuất, tính toán

2 Nhu cầu quản lý thông tin có hiệu quả: điều này GIS hoàn toàn có thể

đáp ứng được vì đây chính là mục tiêu và nhiệm vụ của GIS khi xây dựng hệ thống GIS

Cụ thể đối với hệ thống lưới điện, khi áp dụng GIS quản lý các đối tượng theo từng lớp khi cần tính toán, truy xuất những đối tượng nào thì chỉ mở lớp đối tượng đó Với sự phát triển không ngừng, ngày nay GIS trên thể giới đã quản lý đối tượng với hệ thống không gian 3 chiều (3D) thì từng lớp đối tượng được quản

lý, phân định rõ nét Thí dụ: cùng là đường dây nhưng đường dây trên không sẽ có toạ độ khác đường dây ngầm do khác cao độ

Tiến đến nếu có một quy hoạch tổng thể, thì việc phân định không gian quản lý của từng ngành: Điện lực, Bưu điện, Giao thông sẽ rõ ràng khi thiết kế, thi công các hạng mục công trình của mình

3 Xử lý thông tin nhanh: điều này là một ưu điểm chắc chắn Với sự tốc

độ phát triển không ngừng của ngành công nghệ thông tin (CNTT) và các thiết bị phần cứng, việc quản lý và xử lý nhanh thông tin là vấn đề không thể bàn cãi do tât cả các thông tin cần xử lý đã cập nhật và có sẵn trên máy tính

4 Ra quyết định nhanh và đúng: nếu các thông tin đã được cập nhật

chính xác hoàn chỉnh thì GIS sẽ giúp chúng ta ra được những quyết định nhanh và chính xác Điều này rất cần trong quá trình quản lý và vận hành lưới điện

Vậy hệ thống GIS là gì? Đơn giản ta có thể định nghĩa: GIS là một hệ

thống được thiết kế để thu nhận, lưu trữ, cập nhật, xử lý, phân tích và hiển thị tấc cả các dạng thông tin địa lý

Theo các nhà nghiên cứu trên thế giới thông thường một hệ thống GIS gồm:

- Phần cứng (Hardware): Chi phí đầu tư chiếm 10%, Tuổi thọ 5 năm

- Phần mềm (Software): Chi phí đầu tư chiếm 10%, Tuổi thọ 10 năm

- Dữ liệu (Data): Chi phí đầu tư chiếm 80%, Tuổi thọ 50 năm (nếu được cập nhật)

Qua đó, ta thấy được ý nghĩa hết sức quan trọng của việc thu thập và cập nhật dữ liệu trong hệ thống GIS

- Con người (user)

b Phần mềm: bao gồm

- Hệ điều hành

- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (ORACLE, SQL, )

- Phần mềm GIS (ARC/INFO, ArcView, MapInfo, Intergraph, )

- Các phần mềm ứng dụng phục vụ cho công tác quản lý

Hiện nay, phổ biến ở Việt Nam là phần mềm MapInfo, đã có những tài liệu nói về phần mềm này như:

Tổ chức hệ thống thông tin địa lý – Phần mềm MapInfo 4.0

Tác giả: Nguyễn Thế Thận – Trần Công Yến Nhà xuất bản xây dựng – năm 2000

Cơ sở Hệ thống thông tin địa lý GIS (khái niệm, phần mềm và ứng dụng)

Tác giả: Nguyễn Thế Thận Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – năm 1999

Tuy nhiên, những tài liệu này chỉ đề cập đến những vấn đề chung nhất của MapInfo Do đó, luận văn này muốn đi sâu vào việc ứng dụng thực tế MapInfo vào việc quản lý một đối tượng cụ thể đó là: Hệ thống lưới điện phân phối

c Dữ liệu:

- Dữ liệu đồ họa và thuộc tính

- Bảng dữ liệu quan hệ (RDBMS)

- Hình ảnh (tập tin)

- Bản vẽ (DFX, )

- Văn bản (ASCII, )

d Quy trình:

- Nhập dữ liệu

- Cập nhật dữ liệu

- Chia sẻ dữ liệu

e Nhân sự:

- Người quản lý dự án GIS

- Người phân tích hệ thống

- Lập trình viên

- Nhân viên bản đồ

- Đo đạc; xử lý ảnh,

Trong các phần trên, dữ liệu là phần tốn kém nhất và mất nhiều thời gian để xây dựng, Con người là phần quan trọng nhất để dự án thành công, Quy trình và Tổ chức đảm bảo tính thống nhất và liên tục

II.2 Các chức năng và ứng dụng của GIS:

2.1 Chức năng của GIS:

- Nhập dữ liệu:

+ Từ bàn phím (tọa độ, ) + Bản đồ số hóa (digitizer) + Máy quét (scanner) + Trực tiếp từ các tập tin hiện hữu + Dữ liệu viễn thám

- Quản lý dữ liệu:

+ Mô hình dữ liệu không gian: Mô hình Vector (spaghetti, topology, ), Mô hình Raster (grid, Tin, )

+ Mô hình dữ liệu thuộc tính: Database (.BDF, MDB, )

+ Liên kết giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

- Phân tích dữ liệu:

+ Phân tích dữ liệu không gian: Chuyển đổi dạng (format), chuyển đổi hình học, những phép chiếu bản đồ, tổng hợp, ghép biên, soạn thảo đồ họa, làm thưa tọa độ

+ Phân tích dữ liệu thuộc tính: Soạn thảo thuộc tính, truy vấn thuộc tính

+ Phân tích tổng hợp dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính: Truy tìm/ phân loại/ đo lường, các phép tính chồng lớp, các phép tính lân cận (tìm kiếm, nội suy, đường và điểm trong polygon, đo vẽ địa hình, vẽ đường đồng mức), liên kết (đo đạc tiếp giáp, lân cận, mạng lưới, kéo giãn, xem phối cảnh)

- Hiển thị dữ liệu

2.2 Lợi ích của GIS:

So sánh lợi ích của GIS so với bản đồ giấy:

* Bản đồ giấy:

- Lưu trữ và hiển thị dữ liệu đồng thời

- Tỉ lệ và mức độ chi tiết hiển thị trên bản đồ

- Bản chất động của thông tin bị giới hạn

* GIS:

- Lưu trữ và hiển thị thông tin hoàn toàn cách biệt

- Thông tin được hiển thị ở các tỉ lệ khác nhau

- Một loại thông tin được hiển thị dưới nhiều loại bản đồ khác nhau Lợi ích của việc ứng dụng GIS:

- Hỗ trợ ra quyết định

- Chất lượng dữ liệu tốt hơn

- Dữ liệu cập nhật dễ dàng

- Hợp tác tốt hơn giữa quản lý và điều hành

- Thông tin tốt hơn giữa các bộ phận

- Sản phẩm và dịch vụ hiệu quả hơn

- Sự thỏa mãn của khách hàng