Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh cho công ty điện lực quảng bình

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH CHO CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG BÌNH Học viên: Bùi Xuân Thư Mã số:85202021 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Khóa: 34 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN. Tóm tắt – Hiện nay công nghệ lưới điện thông minh đã được áp dụng nhiều nước trên thế giới, tại Việt Nam cũng bắt đầu lộ trình tuy nhiên chưa được triển khai sâu rộng. Công nghệ của lưới điện thông minh rất lớn, đa dạng ứng dụng cho vận hành lưới điện. Luận văn này tác giả tập trung nghiên cứu công nghệ tự động cô lập sự cố và phục hồi của lưới điện thông minh và ứng dụng thực tế vào hiện trạng LĐPP của Công ty Điện lực Quảng Bình. Tác giả lựa chọn mạch vòng điển hình để đưa vào nghiên cứu, đánh giá và đưa ra giải pháp công nghệ phù hợp hơn, đảm bảo vận hành mạch vòng một cách tin cậy, đồng thời giúp cho việc xử lý và cô lập sự cố nhanh hơn so với việc trước khi cải tạo. Các kết quả đạt được qua việc áp dụng tự động hóa điển hình cho xuất tuyến 472-E2 và 473E2 có thể được tham khảo để áp dụng cho các xuất tuyến tương tự trên lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình. Từ khóa – Lưới thông minh, bảo vệ tự phục hồi RESEARCH APPLICATION SMART GIRD TECHNOLOGY FOR QUANG BINH POWER COMPANY Abstract - Currently smart grid technology has been applied in many countries around the world, in Vietnam also started the route but has not been deployed extensively. The technology of smart grid is very large, diverse applications for grid operation. This thesis focuses on automatic technology to isolate the incident and restore the smart grid and practical application into the current status of distribution grid of Quang Binh Power Company. The author selects a typical circuit to be included in the study, evaluates and provides a more suitable technology solution, ensures reliable loop operation, and helps to handle and isolate the problem. faster than before the renovation. The results achieved through the typical automation application for the 472-E2 and 473-E2 exits may be referenced for similar alignment on the distribution grid in Quang Binh. Key words – Smart Grid; Self-Healing Protection MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1 2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2 4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn .........................................................................2 5. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................3 6. Cấu trúc luận văn ....................................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN HIỆN TẠI CỦA CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG BÌNH .......................................................................................................4 1.1. Tổng quan về lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình. ...............................................4 1.1.1 Tổng quan về tỉnh Quảng Bình. ..........................................................................4 1.1.2 Hệ thống lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình..................................................6 1.1.3 Đánh giá hiện trạng lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình. ..............................10 1.2. Đánh giá công nghệ vận hành hiện tại của lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình. .......................................................................................................................................10 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ..............................................................................................13 CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH ........................................14 2.1. Khái niệm về lưới điện thông minh. .......................................................................14 2.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ lưới điện thông minh. ..................15 2.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh. ........................18 2.3.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh trên thế giới. ....................................................................................................................................18 2.3.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh ở Việt Nam và tại các Công ty điện lực.........................................................................................24 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ..............................................................................................29 CHƯƠNG 3. TỰ ĐỘNG HÓA PHÁT HIỆN CÔ LẬP SỰ CỐ VÀ PHỤC HỒI LƯỚI ĐIỆN, ỨNG DỤNG CHO CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG BÌNH ...........................30 3.1. Tổng quan về tự động hóa phát hiện cô lập sự cố và phục hồi lưới điện. ..............30 3.1.1 Các sự cố trong hệ thống phân phối. ................................................................30 3.1.2 Các bộ phận của bộ cách ly phục hồi sự cố. .....................................................31 3.1.3. Xác định vị trí sự cố, cách ly và phục hồi........................................................35 3.2. Giải pháp về tự động hóa phát hiện và cô lập sự cố trong lưới điện thông minh. .38 3.2.1. Giới thiệu về giải pháp. ....................................................................................38 3.2.2. Hoạt động hệ thống ..........................................................................................39 3.2.3. Bảo vệ và tự phục hồi với các IED và PMU ...................................................40 3.2.4. Giải pháp truyền thông thông minh cho bảo vệ tự động lưới thông minh ......43 3.3. Ứng dụng các giải pháp về tự động hóa phát hiện và cô lập sự cố trong lưới điện thông minh cho Công ty Điện lực Quảng Bình. ............................................................45 3.3.1. Quy trình giải pháp công nghệ SCADA tại trung tâm điều khiển hệ thống điện Quảng Bình (Điều độ)................................................................................................45 3.3.1.1. Phối hợp giữa các thiết bị tự đóng lại (recloser) trong tự động cô lập sự cố và phục hồi. ............................................................................................................45 3.3.1.2. Những nguyên tắc cơ bản..........................................................................45 3.3.1.3. Các yêu cầu kỹ thuật .................................................................................46 3.3.1.4. Các quy tắc tự động hóa ............................................................................50 3.3.1.5. Minh họa về quy trình xử lý tự động hóa mạch vòng ...............................53 3.3.2. Áp dụng công nghệ tự động cô lập sự cố và phục hồi cho XT 472-E2 và 473E2. ..............................................................................................................................55 3.3.2.1. Đặc điểm hiện trạng ..................................................................................55 3.3.2.2. Giải pháp TĐH cô lập và khôi phục xuất tuyến 472-E2 và 473-E2 .........56 3.3.2.3. Chế độ vận hành TĐH của xuất tuyến 472-E2 và 473-E2 sau cải tạo ......56 3.3.2.4. Giải pháp phát hiện điểm sự cố để khắc phục. ..........................................59 3.4. Mô phỏng trong PSCAD ........................................................................................60 3.4.1. Giai đoạn đầu tiên ............................................................................................60 3.4.2. Giai đoạn thứ hai ..............................................................................................60 3.4.3. Giai đoạn thứ ba ...............................................................................................61 3.5. Kết quả của thí nghiệm mô phỏng bảo vệ tự động phục hồi. ................................61 3.5.1 Khi sự cố tại F1. ................................................................................................62 3.5.2 Khi sự cố tại F2. ................................................................................................64 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ..............................................................................................66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................67 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................69 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT HTĐ: Hệ thống điện LĐPP: Lưới điện phân phối IED: Thiết bị điện tử thông minh PMU: Các đơn vị đo lường phasor RTU: Thiết bị đầu cuối tín hiệu từ xa RMU Bộ thiết bị chính tích hợp thiết bị đầu cuối MC: Máy cắt TBA: Trạm biến áp MBA: Máy biến áp BU: Máy biến điện áp BI: Máy biến dòng điện TĐH: Tự động hóa TĐL: Tự đóng lại BVRL: Bảo vệ rơ le BV: Bảo vệ NM: Ngắn mạch REC: Máy cắt tự đóng lại LBS: Dao cắt có tải DCL: Dao cách ly FCO: Cầu chì tự rơi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 1.1. Tên bảng Sản lượng điện theo các thành phần phụ tải tỉnh Quảng Bình Trang 6 1.2. Tình hình vận hành các TBA 110KV tỉnh Quảng Bình 7 1.3. Khối lượng đường dây lưới điện phân phối 7 1.4. Khối lượng trạm biến áp phụ tải 8 3.1. Các quy tắc tự động hòa mạch vòng đối với FR 51 3.2. Các quy tắc tự động hòa mạch vòng đối với MR 51 3.3. Các quy tắc tự động hòa mạch vòng đối với TR 52 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 Tên hình Trang Mô hình vận hành lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình Mô hình vận hành hệ thống MDMS Mô hình vận hành hệ thống Spider Các lớp của hệ thống điện thông minh. Cơ cấu Lưới điện thông minh. Mô tả thiết kế cơ bản của một hệ thống Smart Grid. Luồng năng lượng và thông tin trong Smart Grid. Tổng quan mô hình lưới điện thông minh Lộ trình phát triển Lưới điện thông minh của EVNCPC Đường ITE Cấu hình RMU điển hình Một phần của RMU tự động 11 11 12 14 16 17 17 23 28 31 32 32 Hoạt động của recloser đối với sự cố thoáng qua và sự cố duy trì Cấu tạo nguyên lý Recloser 33 Một đường dây phân phối điển hình với recloser và cầu chì Một recloser treo cột và RTU Một lưới phân phối điển hình Lưới phân phối được tự động hóa 1 phần Tự động hóa hoàn toàn lưới phân phối Sơ đồ khối mạng bảo vệ tự phục hồi. Cảm biến được lắp đặt tại đường dây trên không. Quá trình loại trừ sự cố trong một lưới điện. Sơ đồ hệ thống điện áp dụng cảm biến cho một hệ thống phân phối điển hình. Lỗi xảy ra giữa hai điểm cảm biến tối ưu trong lưới. Trước khi xảy ra sự cố. Sau khi xảy ra sự cố. Giao tiếp không dây giữa các cảm biến và trạm điều khiển để giám sát mạng lưới điện. Sơ đồ 2 nguồn cung cấp tự động hóa mạch vòng Quy trình tự động phục hồi hệ thống LĐPP Hệ thống tự động hóa mạch vòng qua hệ thống SCADA Sự cố giữa recloser TR và Mra2 của nguồn TBA2 34 34 35 36 36 37 39 39 40 41 42 43 43 44 45 47 53 53 Số Tên hình hiệu 3.23 Trạng thái sau khi TR đóng lặp lại không thành công 3.24 Sơ đồ 2 xuất tuyến 472-E2 và 473-E2 hiện trạng 3.25 Sơ đồ 2 xuất tuyến 472-E2 và 473-E2 sau cải tạo 3.26 Chế độ vận hành sự cố tại các điểm ngắn mạch F1, F2, F3, F4 3.27 Sơ đồ TĐH khi sự cố tại F1 3.28 Sơ đồ mạng khi cách ly sự cố F2 3.29 Thiết bị cảnh báo sự cố từ xa SRFI do EMEC sản xuất. 3.30 Nguyên lý làm việc của thiết bị cảnh báo sự cố từ xa SRFI. Cách thức truyền và nhận tín hiệu từ cảm biến đến bộ điều 3.31 khiển chính. 3.32 Sơ đồ lưới điện phân phối áp dụng trong PSCAD để mô phỏng. Kết quả của hệ thống bảo vệ tự phục hồi hiển thị tín hiệu điện 3.33 áp mẫu khi sự cố tại F1. Tổng quan về các quá trình tự cô lập và phục hồi mô phỏng 3.34 bằng phần mềm PSCAD khi sự cố tại F1. Tín hiệu điện áp ba pha hiển thị chuỗi các quá trình tự cô lập và 3.35 phục hồi khi sự cố tại F1. Kết quả của hệ thống bảo vệ tự phục hồi hiển thị tín hiệu điện 3.36 áp mẫu khi sự cố tại F2. Tổng quan về các quá trình tự cô lập và phục hồi mô phỏng 3.37 bằng phần mềm PSCAD khi sự cố tại F2. Tín hiệu điện áp ba pha hiển thị chuỗi các quá trình tự cô lập và 3.38 phục hồi khi sự cố tại F2. Trang 54 55 56 57 57 58 59 59 60 62 62 63 64 64 65 65 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Như chúng ta đã biết, điện năng là một dạng năng lượng đặc biệt và cực kỳ quan trọng đối với sự phát triển kinh tế xã hội của chúng ta, việc sử dụng điện đã trở thành một nhu cầu thiết yếu trong đời sống của con người. Trong những năm qua sự phát triển bùng nổ của công nghệ thông tin đã tác động rất lớn đến mọi mặt của xã hội, do đó để bắt kịp xu thế của thời đại thì việc ứng dụng các công nghệ mới vào vận hành lưới điện là cần thiết. Như vậy vấn đề đặt ra ở đây là chúng ta cần phải nhìn nhận được tầm quan trọng trong việc nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới để qua đó quan tâm xây dựng lưới điện thông minh càng ngày càng hoàn thiện đáp ứng ngày càng cao chất lượng và dịch vụ cung cấp điện. Lưới điện thông minh (còn gọi là mạng thông minh) là dạng lưới điện mà mục tiêu đặt ra là tiên đoán và phản ứng một cách thông minh với cách ứng xử và hành động của tất cả các đơn vị được kết nối điện với lưới điện, bao gồm các đơn vị cung cấp điện, các hộ tiêu thụ điện và các đơn vị đồng thời cung cấp và tiêu thụ điện, nhằm cung cấp một cách hiệu quả các dịch vụ điện tin cậy, kinh tế và bền vững. Lưới điện thông minh đang trở thành chiến lược phát triển điện lực trọng yếu của nhiều quốc gia. Tại Việt Nam, tháng 9/2012, Phó Thủ tướng Hoàng Trung Hải đã chỉ đạo thành lập Đề án phát triển lưới điện thông minh. Thực tế thì nước ta đã thành lập chuẩn bị cho lưới điện thông minh từ những năm 2003 bằng cách nâng cấp lưới điện với các sản phẩm công nghệ cao trong nước. Tuy nhiên, ngành điện Việt Nam vẫn cần những bước đi thận trọng và vững chắc, đặc biệt về chính sách và pháp luật, bởi một lưới điện thông minh hoàn chỉnh không phải là cái có thể đạt được trong nháy mắt. Từ 10 năm nay, các giải pháp công nghệ tiên tiến sử dụng ngày càng nhiều trong lưới điện, tạo ra một bước chuyển mới, đóng góp phần quan trọng hàng đầu trong việc nâng cao độ tin cậy của lưới điện, tuy nhiên vẫn phải đẩy mạnh hơn nữa về việc áp dụng công nghệ cho lưới điện, cần phải tiêu chuẩn hóa, linh hoạt hóa, hoàn thiện và nâng cấp lưới điện. Trong lưới điện phân phối hiện nay, các Công ty điện lực phần lớn đã được trang bị nhiều loại thiết bị hiện đại, tích hợp nhiều chức năng đặc biệt là các ứng dụng công nghệ thông minh như công tơ điện tử, các thiết bị đóng cắt từ xa... Tuy nhiên trước mắt các thiết bị này phần lớn mới chỉ khai thác đến chức năng chính mà chưa khai thác triệt để các tính năng ứng dụng đi kèm. Bên cạnh đó do phụ thuộc và tài chính cũng như cơ chế nên chưa được quan tâm chú trọng trong 2 việc đầu tư xây dựng lưới điện thông minh. Trước thực trạng đó, tôi thực hiện nghiên cứu để có thể phân tích, đánh giá và ứng dụng các công nghệ thông minh cho lưới điện phân phối. Đây là bước đi ban đầu cho việc nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi công nghệ lưới điện thông minh sau này. Trong luận văn này tôi sẽ tập trung nghiên cứu mô hình cụ thể cho một Công ty điện lực với cấu trúc lưới điện phân phối gần hoàn chỉnh, với nhiều chủng loại thiết bị, nhiều nguồn cung cấp khác nhau kể cả các nguồn năng lượng sạch như năng lượng mặt trời, năng lượng gió... Từ những lý do đã nêu ở trên, đề tài tôi chọn là: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh cho Công ty Điện lực Quảng Bình. 2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu Đề tài đặt ra các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu chính như sau: - Nghiên cứu công nghệ lưới điện thông minh. - Nghiên cứu tự động hóa phát hiện và cô lập sự cố trong lưới điện thông minh. Mục tiêu: Xây dựng được một số giải pháp trong việc ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh áp dụng để triển khai cho Công ty điện lực Quảng Bình đảm bảo vận hành lưới phân phối một cách tối ưu nhất, tận dụng tối đa các chức năng đã được tích hợp trong thiết bị. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đề tài tập trung vào đối tượng nghiên cứu là việc ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh cho lưới điện phân phối. - Phạm vi nghiên cứu: Trong bối cảnh tình hình hiện tại, đề tài giới hạn nghiên cứu vào ứng dụng của lưới điện thông minh về tự động hóa cô lập sự cố và khôi phục cho Công ty Điện lực Quảng Bình. 4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Xây dựng được phương pháp nghiên cứu, ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh cho lưới điện phân phối một cách khả thi. - Ý nghĩa thực tiễn: Giúp cho đơn vị quản lý vận hành lưới điện phân phối một cách tối ưu nhất, tận dụng triệt để các tiện ích, chức năng của thiết bị và công nghệ, hạn chế sự lãng phí không cần thiết đối với các thiết bị đã được đầu tư. Nâng cao hiệu quả sản xuất, kinh doanh của đơn vị, tăng năng suất lao động theo hướng hiện đại hóa và tự động hóa. Đưa ra các phương án tái cấu trúc xây 3 dựng lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình một cách có hiệu theo lộ trình để hoàn thành lưới điện thông minh. 5. Phương pháp nghiên cứu Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương pháp nghiên cứu như sau: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Thu thập và nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến vấn đề ứng dụng lưới điện thông minh cho lưới điện phân phối. - Phương pháp xử lý thông tin: Thu thập và xử lý thông tin cho việc ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh của lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình. 6. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của luận văn được biên chế thành 5 chương và các phụ lục. Bố cục các nội dung chính của luận văn gồm: Chương 1. Tổng quan về lưới điện hiện tại của Công ty Điện lực Quảng Bình. Chương 2. Công nghệ lưới điện thông minh. Chương 3. Tự động hóa phát hiện cô lập sự cố và phục hồi lưới điện, ứng dụng cho Công ty Điện lực Quảng Bình. Luận văn thạc sĩ này do bản thân nghiên cứu qua tài liệu nước ngoài, tài liệu trong nước và các số liệu về lưới điện của Công ty điện lực Quảng Bình dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đinh Thành Việt. Trong quá trình thực hiện, ngoài sự tận tình chỉ bảo của: PGS.TS Đinh Thành Việt tôi còn nhận được nhiều ý kiến đóng góp quý báu của các đồng nghiệp, các thầy, cô giáo bộ môn Hệ thống điện. Luận văn chắc chắn vẫn còn nhiều điểm thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của các nhà khoa học, các quý thầy, cô, các bạn bè, đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN HIỆN TẠI CỦA CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG BÌNH 1.1. Tổng quan về lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình. 1.1.1 Tổng quan về tỉnh Quảng Bình. Tỉnh Quảng Bình nằm ở Bắc Trung Bộ, Việt Nam, với diện tích tự nhiên 8.000 km2, dân số năm 2017 có 882.505 người. - Vị trí địa lý: Toạ độ địa lý ở phần đất liền là: + Điểm cực Bắc: 18005’ 12" vĩ độ Bắc – giáp với Hà Tĩnh + Điểm cực Nam: 17005’ 02" vĩ độ Bắc – giáp Quảng Trị + Điểm cực Đông: 106059’ 37" kinh độ Đông – giáp với Biển Đông + Điểm cực Tây: 105036’ 55" kinh độ Đông – giáp với Lào Tỉnh có bờ biển dài 116,04 km ở phía Đông và có chung biên giới với Lào 201,87 km ở phía Tây, có cảng Hòn La, cảng Hàng không Đồng Hơi, Quốc lộ 1A và đường Hồ Chí Minh, đường sắt Bắc Nam, quốc lộ 12 và tỉnh lộ 20, 16 chạy từ Đông sang Tây qua cửa khẩu Quốc tế Cha Lo và một số cửa khẩu phụ khác nối liền với Nước CHDCND Lào. - Địa hình: Địa hình Quảng Bình hẹp và dốc từ phía Tây sang phía Đông. 85% tổng diện tích tự nhiên là đồi núi. Toàn bộ diện tích được chia thành vùng sinh thái cơ bản: Vùng núi cao, vùng đồi và trung du, vùng đồng bằng, vùng cát ven biển. Tài nguyên đất được chia thành hai hệ chính: Đất phù sa ở vùng đồng bằng và hệ pheralit ở vùng đồi và núi với 15 loại và các nhóm chính như sau: nhóm đất cát, đất phù sa và nhóm đất đỏ vàng. Trong đó nhóm đất đỏ vàng chiếm hơn 80% diện tích tự nhiên, chủ yếu ở địa hình đồi núi phía Tây, đất cát chiếm 5,9% và đất phù sa chiếm 2,8% diện tích. Quảng Bình có hệ thống sông suối khá lớn với mật độ 0,8 - 1,1 km/km2. Có năm sông chính là sông Roòn, sông Gianh, sông Lý Hoà, sông Dinh và sông Nhật Lệ. Có khoảng 160 hồ tự nhiên và nhân tạo với dung tích ước tính 243,3 triệu m3. Quảng Bình nằm trong khu vực đa dạng sinh học Bắc Trường Sơn - nơi có khu hệ thực vật, động vật đa dạng, độc đáo với nhiều nguồn gen quý hiếm. Đặc trưng cho đa dạng sinh học ở Quảng Bình là vùng Karst Phong Nha - Kẻ Bàng. Với diện tích rừng 486.688 ha, trong đó rừng tự nhiên 447.837 ha, rừng 5 trồng 38.851ha, trong đó có 17.397 ha rừng thông, diện tích không có rừng 146.386 ha. Thực vật ở Quảng Bình đa dạng về giống loài: có 138 họ, 401 chi, 640 loài khác nhau. Rừng Quảng Bình có nhiều loại gỗ quý như lim, gụ, mun, huỵnh, thông và nhiều loại mây tre, lâm sản quý khác. Quảng Bình là một trong những tỉnh có trữ lượng gỗ cao trong toàn quốc. Hiện nay trữ lượng gỗ là 31triệu m3. - Khí hậu: Quảng Bình nằm ở vùng nhiệt đới gió mùa và luôn bị tác động bởi khí hậu của phía Bắc và phía Nam và được chia làm hai mùa rõ rệt: + Mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 3 năm sau. Lượng mưa trung bình hàng năm 1.500 - 2.000mm/năm. Thời gian mưa tập trung vào các tháng 9, 10 và 11. + Mùa khô từ tháng 4 đến tháng 8 với nhiệt độ trung bình 24oC - 25oC. Ba tháng có nhiệt độ cao nhất là tháng 6, 7 và 8. - Dân số và lao động: Dân số Quảng Bình năm 2017 có 882.505 người. Phần lớn cư dân địa phương là người Kinh. Dân tộc ít người thuộc hai nhóm chính là Chứt và Bru-Vân Kiều gồm những tộc người chính là: Khùa, Mã Liềng, Rục, Sách, Vân Kiều, Mày, Arem, v.v... sống tập trung ở hai huyện miền núi Tuyên Hoá và Minh Hoá và một số xã miền Tây Bố Trạch, Quảng Ninh, Lệ Thuỷ. Dân cư phân bố không đều, 80,31% sống ở vùng nông thôn và 19,69% sống ở thành thị. - Văn hoá: Quảng Bình là vùng đất văn vật, có di chỉ văn hoá Bàu Tró, các di chỉ thuộc nền văn hoá Hoà Bình và Đông Sơn, nhiều di tích lịch sử như: Quảng Bình Quan, Luỹ Thầy, Rào Sen, Thành Nhà Ngo, thành quách của thời Trịnh - Nguyễn, nhiều địa danh nổi tiếng trong hai cuộc kháng chiến chống xâm lược của dân tộc như Cự Nẫm, Cảnh Dương, Cha Lo, Cổng Trời, Xuân Sơn, Long Đại, đường Hồ Chí Minh v.v... Trong quá trình lịch sử, đã hình thành nhiều làng văn hoá nổi tiếng và được truyền tụng từ đời này sang đời khác như “Bát danh hương”: “Sơn- Hà- Cảnh - Thổ- Văn- Võ- Cổ - Kim”. Nhiều danh nhân tiền bối học rộng, đỗ cao và nổi tiếng xưa và nay trên nhiều lĩnh vực quân sự, văn hoă - xã hội như Dương Văn An, Nguyễn Hữu Cảnh, Nguyễn Hàm Ninh, Hoàng Kế Viêm, Võ Nguyên Giáp... - Cơ cấu kinh tế theo các thành phần phụ tải: Thành phần nông, lâm nghiệp và thuỷ sản chiếm 18,44%; công nghiệp - xây dựng chiếm 23,37; dịch vụ chiếm 55,23%; thuế sản phẩm trừ trợ cấp sản phẩm chiếm 2,96%. Quảng Bình là tỉnh có nền kinh tế nông nghiệp, sản xuất công nghiệp chủ yếu là các phụ tải 6 sản xuất xi măng. Tình hình sử dụng điện của các thành phần phụ tải 7 tháng đầu năm 2018 như bảng 1.1: Bảng Error! No text of specified style in document.1.1: Sản lượng điện theo các thành phần phụ tải tỉnh Quảng Bình T T 1 2 3 Thành phần phụ tải Nông, lâm nghiệp, thuỷ sản Công nghiệp, Xây dựng Thương nghiệp, khách sạn, nhà hàng 4 Quản lý, tiêu dùng 5 Hoạt động khác Tổng cộng 7 tháng 2018 Tỷ Sản lượng trọng (%) Cùng kỳ năm 2017 Tỷ Sản lượng trọng (%) 10.664.274 1,91 9.871.754 290.460.737 52,04 267.470.442 28.841.801 5,17 22.366.283 210.837.013 17.394.580 558.198.405 37,77 3,12 100 196.254.494 15.827.276 511.790.249 1,93 52,26 Tăng trưởng (%) 108,03 108,60 4,37 38,35 3,09 100 128,95 107,43 109,90 109,07 1.1.2 Hệ thống lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình. Lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình được xây dựng, phát triển liên tục qua nhiều năm qua cùng với sự phát triển kinh tế, xã hội, nhu cầu sử dụng điện của khách hàng trên địa bàn. Trong các năm qua, Công ty Điện lực Quảng Bình đã không ngừng cải tạo, đầu tư, xây dựng các tuyến đường dây trung áp để đảm bảo cung cấp điện cho sự phát triển nêu trên. Hiện nay, lưới điện phân phối Quảng Bình được cấp điện qua 8 TBA 110kV và 6 trạm trung gian 35/22kV (có 52 xuất tuyến trung áp) với tổng chiều dài đường dây trung áp là 2.233km, trong đó có 33 xuất tuyến được khép mạch vòng, chiếm tỷ lệ 64,7%, 18 xuất tuyến chưa được khép vòng (trong đó có 6 XT của các trạm 110kV và 12 XT của các trạm trung gian). Tỉnh Quảng Bình được cung cấp điện từ 08 trạm biến áp 110kV với tình hình mang tải các TBA như bảng 1.2. Khối lượng đường dây LĐPP của các Điện lực thuộc Công ty Điện lực Quảng Bình quản lý đến 31/6/2018 như bảng 1.3 và bảng 1.4. 7 Bảng 1.2: Tình hình vận hành các TBA 110KV tỉnh Quảng Bình Công suất Pmax đm (kVA) (kVA) STT Tên trạm biến áp MBA Cấp điện áp 1 Lệ Thủy T2 115/38,5/24 25,000 15,000 Áng Sơn T1 115/38,5/6,6 25,000 13,500 2 T2 115/24/6,6 25,000 14,600 T2 115/24/6,6 25,000 20,200 3 Đồng Hới T1 115/38,5/24 25,000 26,900 4 Bắc Đồng Hới T1 115/24 25,000 18,400 T2 115/38/24 25,000 - 5 Ba Đồn T1 115/38/24 25,000 17,000 Sông Gianh T2 115/38/6,3 25,000 24,100 6 T1 115/38/6,3 25,000 23,500 T2 115/24/6,6 25,000 9,100 7 Văn Hóa T1 115/24/6,6 25,000 16,200 8 Hòn La T2 115/24 25,000 5,000 325,000 203,500 Toàn công ty Bảng 1.1: Khối lượng đường dây lưới điện phân phối STT Đường dây (km) Điện lực 35kV 22kV Cáp ngầm 22kV Tổng 1 Đồng Hới 23.90 317.56 29.43 370.89 2 Quảng Trạch 56.14 338.89 11.99 407.02 3 Quảng Ninh 20.28 225.44 2.43 248.15 4 Bố Trạch 45.77 302.46 4.42 352.65 5 Tuyên Hóa 39.33 169.10 0.25 208.69 6 Lệ Thủy 13.24 416.44 0.95 430.63 7 Minh Hóa 17.46 194.46 3.12 215.05 Toàn công ty 216.12 1964.35 52.60 2233.07 8 Bảng 1.4: Khối lượng trạm biến áp phụ tải STT 1 2 3 4 5 6 7 Điện lực Đồng Hới Quảng Trạch Quảng Ninh Bố Trạch Tuyên Hóa Lệ Thủy Minh Hóa Toàn công ty Trạm biến áp 35(kV) 22(kV) 35/0,4 22/0,4 22/0,2 35 526 7 28 353 5 / 201 5 10 339 2 11 165 0 3 374 8 13 108 8 100 2.066 35 Tổng 568 386 206 351 176 385 129 2.201 - Hiện nay lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình có rất nhiều thiết bị bảo vệ tự động được sử dụng trong lưới phân phối nhằm đảm bảo cho hệ thống điện vận hành an toàn, linh hoạt, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Các thiết bị bảo vệ này có ba chức năng cơ bản sau: đóng cắt không tải, đóng cắt các dòng điện liên tục bình thường, đóng cắt các dòng ngắn mạch. PC Quảng Bình quản lý trên lưới điện có 114 recloser (107 Rec tài sản NĐ, 7 tài sản KH trong đó có 108 recloser đã được kết nối về SCADA), 129 LBS (97 LBS tài sản NĐ, 32 tài sản KH, trong đó có 57 LBS đã được kết nối về SCADA), như vậy trung bình 1.058KH / 1 thiết bị đóng cắt. Trong những năm gần đây, Công ty Điện lực Quảng Bình đã không ngừng đầu tư, áp dụng các công nghệ mới cho lưới điện. Cụ thể: - Hệ thống SCADA : Hệ thống SCADA tỉnh Quảng Bình gồm Trung tâm điều khiển đặt tại Công ty Điện lực Quảng Bình, Trung tâm điều khiển có khả năng kết nối với Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Trung (A3), các TBA 110kV và thiết bị lưới điện trung thế. Hệ thống sử dụng phần mềm Survalent Smart SCADA với giao diện thân thiện và khả năng dự phòng cao, không giới hạn thiết bị RTU, IED, đường truyền thông, tài khoản người dùng kết nối vào hệ thống. Hỗ trợ tất cả các chức năng của ứng dụng SCADA theo nhu cầu của người sử dụng tích hợp trên một nền tảng. Tính đến tháng 6/2018, hệ thống có quy mô như sau: + Kết nối và điều khiển xa 07 TBA 110kV, 165 thiết bị trung thế trên lưới, 03 trạm biến áp trung gian. + Số tín hiệu: 50.000 9 + Cấu trúc phần cứng: * Màn hình hiển thị sơ đồ và các thông số vận hành của hệ thống điện; * Máy tính thu thập và xử lý dữ liệu (Server MAIN/BACKUP). * Máy tính vận hành (Operator Workstation 1&2) * Máy tính kỹ thuật (Engineering Workstation) * Máy tính lưu trữ dữ liệu quá khứ (Historical Server) * Máy tính lưu trữ dữ liệu Camera (Historical Camera) * Thiết bị định vị GPS có chức năng đồng bộ thời gian các thiết bị trong hệ thống SCADA trung tâm; * Các thiết bị hỗ trợ về công nghệ thông tin, truyền thông và thiết bị phụ trợ khác. Hệ thống SCADA tỉnh Quảng Bình được xây dựng đáp ứng tiêu chí có khả năng nâng cấp, bổ sung các chức năng mới một cách dễ dàng mà không làm thay đổi hệ thống các phần mềm đang làm việc. Việc mở rộng sẽ không làm suy giảm tính sẵn sàng, độ tin cậy của hệ thống đang vận hành, thời gian cắt điện phục vụ thi công lắp đặt và thử nghiệm hệ thống sau khi thay đổi mở rộng cũng như không yêu cầu cấu trúc lại phần mềm và phần cứng đang làm việc. Các phần mềm ứng dụng giám sát, điều khiển được thiết kế linh hoạt nhằm khai thác triệt để khả năng của cấu trúc client/server cho việc phân phối thông tin và ứng dụng để đảm bảo việc nâng cấp và mở rộng máy của người dùng là tối thiểu. - Lắp đặt công tơ đo đếm: Thực hiện lắp đặt công tơ điện tử tích hợp chức năng thu thập dữ liệu công tơ tự động từ xa AMR (Automatic Meter Reading) để thay thế công tơ cơ khí cảm ứng. Tính đến 31/8/2018 có 167.945 công tơ điện tử 1 pha, chiếm 66,88 % số lượng công tơ 1 pha và 10.053 công tơ điện tử 3 pha, chiếm 73.16% số công tơ 3 pha, tổng số công tơ điện tử được lắp đặt là 177.998 /264.863 công tơ, chiếm tỷ lệ 67,21 %. Dự kiến đến cuối năm sẽ đạt tỷ lệ 75% và sẽ hoàn thành 100% vào năm 2020. Để đồng bộ với việc triển khai lắp đặt công tơ điện tử cũng như khai thác hết tính năng mới của công nghệ đi kèm, Công ty điện lực Quảng Bình đã triển khai hệ thống thu thập dữ liệu Spider. Đến 31/8/2018, toàn Công ty đã triển khai tại 572 TBA CC với tổng số 113.003 công tơ chiếm 43,13% tổng số công tơ bán điện và 63,48% trên tổng số công tơ điện tử đã lắp đặt. Hiện tại đã hoàn thành lắp đặt hệ thống RF-spider cho địa bàn khu vực thành phố Đồng Hới, khu vực Thị xã Ba Đồn sẽ hoàn thành cuối năm 2018. 10 - Đo xa bằng hệ thống MDMS: hệ thống quản lý dữ liệu công tơ (MDMS - Meter Data Management System) để thu thập thông tin từ công tơ đầu nguồn, ranh giới, các khách hàng lớn, các nhà máy phát. Hiện tại toàn Công ty có số lượng điểm đo xa đang vận hành là 1.684 điểm đo, trong đó: Đầu nguồn: 17 điểm đo; Ranh giới: 8 điểm đo; TBA Công cộng: 886 điểm đo; Khách hàng sau TBA công cộng: 115 điểm đo; Khách hàng trạm CD: 666 điểm đo; Khách hàng bán buôn: 10 điểm đo. Còn lại 179 điểm đo sẽ triển khai lắp đặt trong năm nay. Như vậy toàn Công ty sẽ hoàn thành 100% đo xa cho các điểm đo đầu nguồn, tổng TBA trong năm 2018. 1.1.3 Đánh giá hiện trạng lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình. Lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình đã được đầu tư xây dựng tương đối tốt, đáp ứng cho sự phát triển kinh tế, xã hội trên địa bàn. Bước đầu đã áp dụng nhiều công nghệ mới vào trong lưới điện mặc dù đang còn manh múm, chưa đồng bộ tuy nhiên với cơ sở hạ tầng như vậy thực sự là điểm thuận lợi cho việc nghiên cứu, ứng dụng để xây dựng lưới điện thông minh trong tương lai gần. 1.2. Đánh giá công nghệ vận hành hiện tại của lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình. Hiện nay, lưới điện phân phối Quảng Bình được vận hành bởi Hệ thống SCADA với mô hình như Hình 1.1, trong đó Trung tâm điều khiển đặt tại trụ sở Công ty Điện lực Quảng Bình. Đây là hệ thống điều khiển ứng dụng các công nghệ mới, hiện đại sử dụng phần mềm Survalent Smart SCADA với giao diện thân thiện và khả năng dự phòng cao, không giới hạn thiết bị RTU, IED, đường truyền thông, tài khoản người dùng kết nối vào hệ thống. Ngoài ra hệ thống có khả tích hợp, đồng bộ với các công nghệ đang triển khai đó là hệ thống đo xa MDMS, Spider để thu thập thông tin. - Công nghệ đo đếm: + Đối với các điểm đo đầu nguồn, ranh giới và các điểm đo tổng TBA đang thực hiện bởi công nghệ đo xa MDMS (Meter Data Management System) (như Hình 1.2). + Đối với các khu vực đã triển khai hoàn thành 100% công tơ điện tử thực hiện bởi công nghệ Spider (như Hình 1.3). 11 Hình 1.1: Mô hình vận hành lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình Hình 1.2: Mô hình vận hành hệ thống MDMS 12 Hình 1.3: Mô hình vận hành hệ thống Spider Công nghệ vận hành này là đúng với xu thế phát triển chung về tự động hóa lưới điện phân phối. Tự động hóa lưới phân phối mang lại nhiều ưu điểm và khắc phục các nhược điểm trong quá trình vận hành như: khả năng tự động cô lập điểm sự cố, tự động khôi phục sự cố và đồng thời tự động cung cấp điện dự phòng cho các phụ tải. Về cơ bản, công nghệ vận hành lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình có rất nhiều thuận lợi cho việc triển khai áp dụng mô hình lưới điện thông minh trong việc tự động hóa lưới điện. Việc này cũng đồng nghĩa với việc lắp đặt các thiết bị thông minh trên các xuất tuyến chính như: MC có tích hợp TĐL, recloser, rơle số, công tơ điện tử… Tuy nhiên, khi lắp đặt và phối hợp các thiết bị lại với nhau để tạo thành hệ thống đồng bộ cần phải có một công nghệ để đồng bộ dữ liệu điều khiển. Như vậy, công nghệ vận hành lưới điện phân phối Quảng Bình trên nền tảng công nghệ hiện tại là phù hợp, có cơ sở để nâng cấp động bộ hóa với các công nghệ khác để tạo thành một hệ thống nhất. Các điều kiện thuận lợi như sau: + Lưới điện phân phối Quảng Bình đang phát triển và hiện đại hóa không ngừng do các thiết bị điện tử thông minh (IEDs) ra đời phục vụ cho việc điều 13 khiển đóng/cắt, thu thập dữ liệu từ xa cho các thiết bị như RMU, LBS, Recloser, công tơ điện tử... + Sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ hiện đại trong đó việc áp dụng phối hợp các thiết bị đóng cắt được chế tạo với những tính năng vượt trội so với các thiết bị đóng cắt kiểu cũ. Ngoài ra rơle kỹ thuật số tích hợp các đặc tuyến bảo vệ theo tiêu chuẩn IEC, ANSI/IEEE ngày càng được sử dụng nhiều trên lưới phân phối. - Nhiều hãng phát triển các phần mềm hỗ trợ như VPROII của hãng Cooper, WSOS của Nulec, PSS/ADEPT... - Xu thế tự động hóa LĐPP đang được ứng dụng rộng rãi và phù hợp với xu thế phát triển của các nước trên thế giới. Vì vậy tự động hóa được xem là một phần không thể thiếu trong LĐPP. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Hiện nay, lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình đang phát triển theo định hướng của Tổng Công ty Điện lực miền Trung về hiện đại hóa thông qua việc sử dụng các thiết bị điện tử thông minh (IEDs) phục vụ cho việc điều khiển đóng/cắt qua hệ thống SCADA, thu thập dữ liệu từ xa qua các hệ thống Spider, MDMS... Cho nên việc nghiên cứu, áp dụng công nghệ lưới điện thông minh là cần thiết, vừa thuận lợi do tận dụng được cơ sở hạ tầng lại vừa khai thác hết các chức năng của các thiết bị đã đầu tư qua đó làm tăng hiệu quả vận hành, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Tuy nhiên, để thực hiện được điều đó thì cần xem xét triển khai một số giải pháp như sau: - Phải trang bị các thiết bị thông minh có khả năng làm việc theo một chương trình cài đặt. - Phải thay thế hoặc bổ sung các thiết bị trên lưới có khả năng kết nối SCADA.