Tài liệu Ứng dụng giải pháp flisr để khôi phục cung cấp điện trên lưới điện phân phối củ chi có xét đến tổn thất điện năng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÀNH ĐỨC HOÀI ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP FLISR ĐỂ KHÔI PHỤC CUNG CẤP ĐIỆN TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CỦ CHI CÓ XÉT ĐẾN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG Chuyên ngành: Quản lý Năng lượng Mã số: 8510602 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2022 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI:TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Võ Ngọc Điều ...................................... Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Lê Kỷ .................................................................. Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. Vũ Phan Tú ................................................ Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 09 tháng 01 năm 2022 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS. TS. Nguyễn Văn Liêm – Chủ tịch hội đồng 2. TS. Huỳnh Quốc Việt – Thư ký hội đồng 3. TS. Lê Kỷ – Phản biện 12 4. PGS. TS. Vũ Phan Tú – Phản biện 2 5. TS. Dương Thanh Long – Ủy viên Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS. TS. Nguyễn Văn Liêm TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Bành Đức Hoài ..........................MSHV: 1970687 .................................... Ngày, tháng, năm sinh: 12/08/1971 ......................Nơi sinh: Tây Ninh................................. Chuyên ngành: Quản lý năng lượng......................Mã số: 8510602 ..................................... I. TÊN ĐỀ TÀI: - Ứng dụng giải pháp FLISR để khôi phục cung cấp điện trên lưới điện phân phối Củ Chi có xét đến tổn thất điện năng ............................................................................................... - Applying FLISR Solution to Cu Chi Distribution Network Considering Power Losses NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1) Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp FLISR hiện nay; 2) Nghiên cứu các vấn đề giải quyết trọng tâm của các giải pháp FLISR để lựa chọn giải pháp phù hợp với mục tiêu tối ưu về mặt tổn thất điện năng; 3) Nghiên cứu cách thức xây dựng mô hình lưới điện phân phối Củ Chi trên hệ thống SCADA/DMS của Alstom, 4) Ứng dụng giải pháp FLISR đã lựa chọn để chạy mô phỏng trên lưới điện phân phối đã mô hình hóa, 5) Ghi nhận kết quả mô phỏng và xem xét đánh giá để đúc kết những kết luận liên quan đến tổn thất điện năng sau khi lưới điện phân phối được khôi phục cung cấp điện ....... II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/09/2021 ................................................................. III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 12/12/2021 .......................................... IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. Võ Ngọc Điều ............................................. Tp.HCM, ngày … tháng … năm 202… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS. TS. Võ Ngọc Điều TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ i CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành của mình đến Thầy PGS.TS. Võ Ngọc Điều vì đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ của mình. Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này, tôi đã được Thầy truyền đạt những kiến thức quý báu và đây chắc chắn là hành trang để tôi có thể sử dụng trong sự nghiệp của mình. Ngoài ra, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Duy Phúc và ThS. Đoàn Ngọc Minh vì đã hỗ trợ tôi trong việc mô phỏng mô hình lưới điện và xuất các kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn. Không chỉ thế, các ý kiến góp ý của các bạn đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong việc hoàn thiện luận văn của mình. Xin chân thành cảm ơn. Học viên/Tác giả Bành Đức Hoài ii CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay, việc xác định vị trí sự cố để thực hiện cách ly và khôi phục cung cấp điện thường tận dụng các tín hiệu truyền từ các thiết bị bảo vệ bố trí dọc trên tuyến dây trung thế kết hợp với trạng thái vận hành thời gian thực của LĐPP. Theo đó, khi sự cố xuất hiện trên LĐPP, chúng sẽ được nhanh chóng phát hiện và định vị trước khi được xem xét để đề xuất những phương án cách ly và khôi phục cung cấp điện phù hợp. Trong luận văn này, giải pháp FLISR sẽ được ứng dụng trên LĐPP hình tia. Bên cạnh đó, luận văn cũng tập trung xem xét đến tổn thất điện năng của các phương án cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện nhằm đảm bảo phương án có lợi nhất về tổn thất điện năng sẽ được ưu tiên xếp hạng cao nhất. Luận văn bao gồm 05 chương chính như sau: Chương 1 giới thiệu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu và những phạm vi phương pháp nghiên cứu được đề cập đến trong luận văn. Nêu rõ tầm quan trọng cũng như lý do chọn đề tài. Chương 2 giới thiệu tổng quan về giải pháp FLISR khôi khục cung cấp điện có xét đến tổn thất điện năng dựa vào phân tích trào lưu công suất cho LĐPP hình tia. Chương 3 giới thiệu về cách mô hình hóa LĐPP hình tia trên hệ thống SCADA/DMS nhằm ứng dụng giải pháp FLISR. Chương 4 giới thiệu về các kịch bản mô phỏng sự cố trên một LĐPP thực tế và những kết quả mô phỏng tương ứng với từng kịch bản sự cố. Chương 5 là những đánh giá về kết quả mô phỏng cùng với những kết luận và đề xuất hướng phát triển của tác giả cho luận văn. iii CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều THESIS SUMMARY Nowadays, a fault detection, location, isolation and service restoration – FLISR solution depends on the real-time data from the field microprocessor-integrated protective devices on the radial distribution network. Accordingly, when a fault is occurred on the radial distribution network, the faulted section is quickly detected and accurately located before being proposed the possible isolation and service restoration plans. In this thesis, the FLISR solution will be applied on a radial distribution network. Additionally, the author also considers the power loss in each isolation and service restoration plan to ensure the isolation and service restoration plans are appropriately ranked. The contents of thesis are organized as follows: Chapter 1 presents an overview of the FLISR solutions to point out the main idea of the thesis. Chapter 2 introduces a power-flow based FLISR solution considering power loss for a radial distribution network. Chapter 3 showes a radial distribution network model on a SCADA/DMS system which is used for the proposed FLISR solution. Chapter 4 displays various faulted scenarios on a real radial distribution network and its corresponding FLISR results. Chapter 5 presents the author’s discussion, conclusion and future development about the thesis. iv CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài: “Ứng dụng giải pháp FLISR để khôi phục cung cấp điện trên lưới điện phân phối Tp.HCM có xét đến tổn thất điện năng” là một công trình nghiên cứu độc lập, không sao chép từ những công trình nghiên cứu khác. Đề tài là một sản phẩm mà tôi đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình học tập tại trường cùng với sự hướng dẫn tận tình của Thầy PGS.TS.Võ Ngọc Điều. Trong quá trình thực hiện luận văn, các tài liệu tham khảo đã được trích dẫn nguồn gốc rõ ràng và trung thực. Tôi xin hoàn toàn trách nhiệm nếu có vấn đề liên quan đến bản quyền hoặc đề tài nghiên cứu có tính trùng lắp. Học viên/ Tác giả Bành Đức Hoài v CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều MỤC LỤC CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG..................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu ................................................ 2 1.3 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu .............................................................. 2 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP FLISR ĐỂ KHÔI PHỤC CUNG CẤP ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG ........................................ 4 2.1 Phương pháp xác định tổn thất điện năng dựa vào phân tích trào lưu công suất ............................................................................................................................. 4 2.1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu............................................................ 4 2.1.2 Phương pháp ước lượng phụ tải – Bus Load Allocation (BLA) ................ 6 2.1.3 Phương pháp tính toán trào lưu công suất – Distribution Power Flow (DPF) ................................................................................................................ 7 2.1.4 Phương pháp phân tích tổn thất – Loss Analysis (LA) ............................ 10 2.2 Giải pháp FLISR đề xuất dành cho LĐPP hình tia ........................................ 12 2.2.1 Thực trạng lưới điện TP.HCM và các vấn đề đặt ra ................................ 12 2.2.2 Phương pháp cách ly sự cố ..................................................................... 14 2.2.3 Phương pháp khôi phục cung cấp điện ................................................... 14 2.2.4 Giải pháp FLISR tổng thể....................................................................... 17 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP FLISR TRÊN LĐPP HÌNH TIA........ 21 3.1 Mô hình hệ thống SCADA/DMS để giám sát và điều khiển LĐPP hình tia .. 21 3.2 Mô hình LĐPP hình tia trên hệ thống DMS để ứng dụng giải pháp FLISR ... 26 CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG GIẢI PHÁP FLISR TRÊN LĐPP CỦ CHI ........... 28 4.1 Mô tả về LĐPP Củ Chi và các kịch bản mô phỏng sự cố .............................. 28 4.2 Kết quả mô phỏng ........................................................................................ 40 4.2.1 Kết quả mô phỏng tại vị trí F1 ................................................................ 40 4.2.2 Kết quả mô phỏng tại vị trí F2 ................................................................ 46 4.2.3 Kết quả mô phỏng tại vị trí F3 ................................................................ 52 4.3 Đánh giá kết quả........................................................................................... 56 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................... 57 vi CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều 5.1 Kết luận ........................................................................................................ 57 5.2 Hướng phát triển đề tài ................................................................................. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 59 vii CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều DANH SÁCH HÌNH ẢNH Tên hình Trang Hình 2.1 Lưu đồ giải thuật FLISR đề xuất cho LĐPP hình tia ............................... 20 Hình 3.1. Cấu trúc tổ chức mô hình hệ thống SCADA/DMS theo kiểu tập trung .. 21 Hình 3.2 Lưu đồ xây dựng cơ sở dữ liệu DMS ...................................................... 25 Hình 3.3 Kết quả của quá trình xây dựng cơ sở dữ liệu DMS được phân tách thành 03 lớp dữ liệu gồm dữ liệu tĩnh, dữ liệu động và dữ liệu thời gian thực ................. 25 Hình 3.4 Sơ đồ đơn tuyến lưới điện phân phối 22kV với các máy cắt (CB), các reclosers (REC), các dao cắt có tải (LBS) .............................................................. 27 Hình 4.1. Sơ đồ đơn tuyến lưới điện phân phối được cấp nguồn từ TBA 110/22kV Bàu Đưng .............................................................................................................. 29 Hình 4.2. Sơ đồ địa lý của lưới điện phân phối được cấp nguồn từ TBA 110/22kV Bàu Đưng .............................................................................................................. 30 Hình 4.3. Các vị trí sự cố F1, F2, F3 trên lưới điện phân phối 22kV Củ Chi ......... 34 Hình 4.4. Trường hợp bật máy cắt 473 Gò Nổi do sự cố tại vị trí F1 ..................... 35 Hình 4.5. Trường hợp F2.1 bật Recloser Cổ Cò do sự cố tại vị trí F2 .................... 36 Hình 4.6. Trường hợp F2.2 máy cắt 473 Gò Nổi do sự cố tại vị trí F2 ................... 37 Hình 4.7. Trường hợp F3.1 bật Recloser Trung Lập Thượng do sự cố tại vị trí F3 38 Hình 4.8. Trường hợp F3.2 bật Recloser Cổ Cò do sự cố tại vị trí F3 .................... 39 Hình 4.9. Trường hợp lưới điện chuyển tải theo phương án xếp hạng 1 cho F1 ..... 42 Hình 4.10. Trường hợp lưới điện chuyển tải theo phương án xếp hạng 2 cho F1 ... 43 Hình 4.11. Trường hợp lưới điện chuyển tải theo phương án xếp hạng 3 cho F1 ... 44 Hình 4.12. Trường hợp lưới điện chuyển tải theo phương án xếp hạng 1 cho F2.1 48 Hình 4.13. Trường hợp lưới điện chuyển tải theo phương án xếp hạng 1 cho F2.2 49 Hình 4.14. Trường hợp lưới điện chuyển tải theo phương án xếp hạng 1 cho F3.2 54 viii CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều DANH SÁCH BẢNG Tên bảng Trang Bảng 2.1 Sáu tiêu chí đánh giá khi đề xuất phương án khôi phục cung cấp điện .... 15 Bảng 4.1.Thông số đường dây của LĐPP 22kV .................................................... 31 Bảng 4.2. Thông số 02 MBT 110/22kV của LĐPP 22kV ...................................... 32 Bảng 4.3. Thông tin trạng thái của TBBV và TBĐC tương ứng với sự cố F1 ........ 40 Bảng 4.4. Những phương án cách ly và khôi phục cung cấp điện đề xuất bởi giải pháp FLISR dành cho sự cố tại F1 ......................................................................... 45 Bảng 4.5. Số liệu chỉ tiêu đánh giá tương ứng với từng phương án do giải pháp FLISR đề xuất cho sự cố một pha chạm đất tại F1 ................................................. 45 Bảng 4.6. Thông tin trạng thái của TBBV và TBĐC tương ứng với trường hợp F2.1 .............................................................................................................................. 46 Bảng 4.7. Thông tin trạng thái của TBBV và TBĐC tương ứng với trường hợp F2.2 .............................................................................................................................. 47 Bảng 4.8. Những phương án cách ly và khôi phục cung cấp điện đề xuất bởi giải pháp FLISR dành cho trường hợp F2.1 .................................................................. 50 Bảng 4.9. Số liệu chỉ tiêu đánh giá tương ứng với phương án do giải pháp FLISR đề xuất cho trường hợp F2.1....................................................................................... 50 Bảng 4.10. Những phương án cách ly và khôi phục cung cấp điện đề xuất bởi giải pháp FLISR dành cho trường hợp F2.2 .................................................................. 51 Bảng 4.11. Số liệu chỉ tiêu đánh giá tương ứng với phương án do giải pháp FLISR đề xuất cho trường hợp F2.2 .................................................................................. 51 Bảng 4.12. Thông tin trạng thái của TBBV và TBĐC tương ứng với trường hợp F3.1 ....................................................................................................................... 52 Bảng 4.13. Thông tin trạng thái của TBBV và TBĐC tương ứng với trường hợp F3.2 ....................................................................................................................... 52 Bảng 4.14. Những phương án cách ly và khôi phục cung cấp điện đề xuất bởi giải pháp FLISR dành cho trường hợp F3.2 .................................................................. 55 Bảng 4.15. Số liệu chỉ tiêu đánh giá tương ứng với phương án do giải pháp FLISR đề xuất cho trường hợp F3.2 .................................................................................. 55 ix CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu AMI BLA BVV CB CFGPROXY CMI DG DMS DSO HIS FEP FI FLISR FRT FTU GIS GOOSE IBDG IED ISD ISR LBS LC LĐPP LMI LOSS LOP LoV LP LU MAIFI NSS NTP OC OSI PDS PFV Chú thích Advanced Metering Infrastructure – Thiết bị đo lường tiên tiến Bus Load Allocation – Phân bố phụ tải Bus Voltage Violation – Xung đột về điện áp tại các bus Circuit Breaker – Máy cắt Configured Proxy – Cấu hình Proxy Customer Minutes Interruption – Thời gian mất điện của khách hàng Distributed Generator – Nguồn phát phân tán Distribution Management System – Hệ thống quản lý lưới điện phân phối Distribution System Operator – Người vận hành LĐPP Historical Server – Máy chủ lưu trữ quá khứ Front End Server – Máy chủ thu thập dữ liệu Fault Indicator – Chỉ báo sự cố Fault Detection, Location, Isolation and Service Restoration – Phát hiện, định vị, cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện Fault Ride Through – Chế độ vận hành vượt qua sự cố thoáng qua Feeder Terminal Unit – Thiết bị đầu cuối Geography Information System – Hệ thống thông tin địa lý Generic Object Oriented System Event – Truyền sự kiện có hướng Inverter Based Distributed Generator – DG sử dụng Inverter nối lưới Intelligent Electronic Device – Thiết bị điện tử thông minh Intersite Data – Dữ liệu nội bộ Isolation and Service Restoration – Cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện Load Break Switch – Thiết bị đóng cắt có tải Local Controlled – Được điều khiển tại chỗ Lưới điện phân phối Load Minutes Interruption – Thời gian mất tải Power Loss – Tổn thất điện năng Loss of Power – Công suất bị mất Loss of Voltage – Mất điện áp Lost Power – Lượng công suất bị mất Lower Upper – Kỹ thuật giải toán bằng ma trận tam giác trên và dưới Momentary Average Interruption Frequency Index – Tần suất mất điện thoáng qua (dưới 05 phút) Number of Switching Step – Số lượng bước thao tác Network Topology Processor – Bộ xử lý kết nối lưới điện Outaged Customer – Số khách hàng mất điện Open System Interconnection – Giao thức kết nối hệ thống mở Program and Development System – Hệ thống lập trình và phát triển Power Flow Violation – Xung đột về dòng công suất x Kí hiệu PV PI PQ RC RMU RTU SAIDI SAIFI SCADA ST TBBV TBĐC TOC V/f CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều Chú thích Photovoltalic – Điện mặt trời Performance Index – Chỉ số đánh giá Active Power and Reactive Power – Công suất tác dụng và phản kháng Remote Controlled – Được điều khiển từ xa Ring Main Unit – Thiết bị đóng khép vòng trên LĐPP ngầm Remote Terminal Unit – Thiết bị đầu cuối Sustained Average Interruption Duration Index – Thời gian mất điện vĩnh cửu (trên 05 phút) Sustained Average Interruption Frequency Index – Tần suất mất điện vĩnh cửu (trên 05 phút) Supervisory Control And Data Acquisition – Hệ thống giám sát và điều khiển từ xa Status – Trạng thái vận hành Thiết bị bảo vệ Thiết bị đóng cắt Total Operating Cost – Tổng chi phí đóng cắt Voltage/Frequency – Điện áp/Tần số 1 CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề Về tổng quan, hệ thống cung cấp điện cho khu vực Tp.HCM là một hệ phức hợp bao gồm các trạm và đường dây từ cấp cao thế, trung thế và hạ thế. Trong đó, Tổng công ty quản lý phần lớn là lưới điện phân phối với 26.290 trạm biến thế với công suất lắp đặt là 11.713 MVA và 603 tuyến dây (6.654 km đường dây), với hệ số mang tải bình quân của trạm hạ thế công cộng là 65%. Đến thời điểm hiện tại, tất cả các tuyến dây trung thế đều đã được kết nối mạch vòng, đảm bảo khả năng chuyển tải linh hoạt khi có công tác hoặc xảy ra sự cố mất điện (đảm bảo tiêu chí n-1). Nhìn chung, hệ thống điện trên địa bàn Tp.HCM có độ dự phòng lưới truyền tải cao, với khoảng 60% ở cấp điện áp 22 kV, trên 40% ở cấp điện áp 110 kV và trên 50% ở cấp điện áp 220 kV. Đó là chưa xét đến các công trình đang triển khai thi công. Hầu hết các trạm biến áp 110 kV trên địa bàn thành phố đều được cấp nguồn từ hai đường dây 110 kV xuất phát từ các trạm biến áp 220 kV. Như vậy, tổng công suất truyền tải của các đường dây và trạm biến áp cấp 110 kV, xuất tuyến từ các trạm 220kV, hoàn toàn đáp ứng cho công suất tiêu thụ đỉnh năm 2018 là 4.138 MW và các giai đoạn sắp tới. Ngoài ra, hàng năm, Tổng công ty cũng xây dựng các kịch bản và tính toán khả năng đảm bảo chuyển tải linh hoạt nguồn điện đến cấp 110 kV nhằm đáp ứng tiêu chí vận hành ổn định khi có sự cố “n-1”. Như vậy, với công suất lắp đặt của lưới 110 kV và lưới phân phối có độ dự phòng cao như nêu trên, về cơ bản Tổng công ty luôn đảm bảo việc đáp ứng đầy đủ nguồn điện cung cấp cho thành phố và có dự phòng cao, đảm bảo vận hành ổn định theo tiêu chí n-1. Theo xu hướng phát triển lưới điện hiện đại, việc nâng cao các chỉ tiêu chất lượng của lưới điện có một vai trò hết sức quan trọng trong hoạt động của ngành điện. Tổng công ty đã xây dựng Trung tâm Điều khiển xa là hệ thống SCADA/DMS để thực hiện giám sát tình trạng vận hành, điều khiển từ xa các trạm 110 kV cũng như các thiết bị đóng cắt trên lưới điện trung thế toàn thành phố. Bên cạnh đó, nhiều thiết bị đóng cắt trung thế có kết nối SCADA cũng được đẩy mạnh đầu tư để hoàn thiện lưới điện phân phối. Tính tới thời điểm hiện tại, Tổng công ty đã hoàn tất trang bị 1256 Recloser, 409 LBS, 268 RMU được kết nối SCADA về Trung tâm Điều khiển xa. Như HVTH: Bành Đức Hoài 2 CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều vậy, việc đầu tư, khai thác và sử dụng hiệu quả các công nghệ hiện đại như SCADA và tự động hóa lưới điện đóng một vai trò thiết yếu để ngành điện lực Việt Nam nói chung và Tổng công ty Điện lực Tp.HCM nói riêng có thể nâng cao chất lượng và hiệu quả lao động một cách tích cực và chủ động. Với các nội dung nêu trên ta thấy rất rõ vai trò của việc ứng dụng các công nghệ hiện đại như tự động khôi phục cung cấp điện vào công tác quản lý lưới điện nhằm cải thiện các chỉ số độ tin cậy cũng như tổn thất điện năng của lưới điện hiện hữu là hết sức cần thiết. Đặc biệt là trong bối cảnh sự gia tăng phụ tải của thành phố trong các giai đoạn 10 đến 20 năm tới là rất lớn theo các dự báo thì việc ứng dụng, khai thác hiệu quả giải pháp FLISR của hệ thống SCADA/DMS để khôi phục cung cấp điện trên lưới điện phân phối Tp.HCM có xét đến tổn thất điện năng là cực kỳ quan trọng và ý nghĩa. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu giải pháp FLISR của hệ thống SCADA/DMS và ứng dụng một cách hiệu quả trên lưới điện phân phối của Tổng công ty điện lực TP.HCM cho ba tuyến dây trạm Bàu Đưng thuộc Điện lực Củ Chi. Cụ thể luận án cần thực hiện các nhiệm vụ như sau:  Nghiên cứu tổng quan về giải pháp FLISR của hệ thống SCADA/DMS để khôi phục cung cấp điện có xét đến tổn thất điện năng.  Áp dụng giải pháp FLISR trên lưới điện phân phối hình tia gắn với cơ sở hạ tầng và các nguồn dữ liệu của Tổng công ty.  Tiến hành mô phỏng và đánh giá kết quả áp dụng giải pháp FLISR trên lưới điện phân phối Củ Chi thuộc Tổng công ty Điện lực TP.HCM. 1.3 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu Hiện nay, các tài liệu chỉ nghiên cứu riêng lẻ về việc phát hiện sự cố hoặc định vị sự cố hoặc cách ly sự cố mà chưa tổng hợp thành một phương pháp tổng thể hoàn chỉnh. Khi sự cố xuất hiện trên LĐPP, vấn đề phát hiện và định vị vị trí sự cố đóng vai trò quan trọng nhằm hỗ trợ cho công tác khắc phục hậu quả của sự cố. Trong luận văn này, tác giả sẽ ứng dụng giải pháp FLISR [15] để nhanh chóng phát hiện, cách ly sự cố và khôi phục cấp điện cho khu vực ảnh hưởng bởi sự cố thông HVTH: Bành Đức Hoài 3 CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều qua các tín hiệu thời gian thực (như tín hiệu bảo vệ tác động từ relay bảo vệ kỹ thuật số/recloser, tín hiệu cảnh báo sự cố và tín hiệu cảnh báo mất điện áp từ FTU có chức năng FI) truyền từ các thiết bị bố trí trên LĐPP đến hệ thống SCADA/DMS của Trung tâm Điều khiển xa. Đồng thời, luận văn cũng tập trung xem xét đánh giá chỉ số tổn thất điện năng của các phương án cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện được giải pháp FLISR đề xuất. Luận văn đã nghiên cứu và làm rõ giải pháp FLISR của hệ thống SCADA/DMS. Từ đó, tạo cơ sở để ứng dụng thực tiễn một cách hiệu quả giải pháp FLISR cho LĐPP hình tia của Điện lực Củ Chi, dựa trên cơ sở sử dụng dữ liệu từ các thiết bị IED, FTU có chức năng FI và relay bảo vệ kỹ thuật số để nhanh chóng phát hiện và định vị chính xác phân đoạn có sự cố. Áp dụng giải pháp FLISR đã góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khu vực Củ Chi nhờ tái lập nguồn điện nhanh chóng cho khách hàng khi xảy ra sự cố trên lưới. HVTH: Bành Đức Hoài 4 CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP FLISR ĐỂ KHÔI PHỤC CUNG CẤP ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 2.1 Phương pháp xác định tổn thất điện năng dựa vào phân tích trào lưu công suất 2.1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Hiện nay, các phương pháp phát hiện và định vị vị trí sự cố thường tận dụng các tín hiệu truyền từ các thiết bị đầu cuối (FTU) bố trí dọc trên tuyến dây trung thế kết hợp với trạng thái vận hành thời gian thực của LĐPP như đã đề cập trong tài liệu [1-3]. Cụ thể, LĐPP được mô hình thành từng khu vực nhỏ để phân tích sự cố khi vận hành hình tia và liên kết vòng trong tài liệu [1]. Phương pháp này tuy đơn giản nhưng gặp khuyết điểm trong việc định vị chính xác vị trí sự cố bên trong khu vực. Ở tài liệu [2], các thiết bị chỉ báo sự cố (FI) được sử dụng để định vị vị trí sự cố. Tài liệu [3] cho thấy các thiết bị FI được tích hợp vào trong thiết bị đóng cắt như LBS/Recloser nhằm phân chia LĐPP thành những phân đoạn nhỏ và hình thành nên một mô hình lưới điện có tính chất kết nối với nhau. Dựa vào các tín hiệu chỉ thị và thông tin sự cố từ thiết bị LBS/recloser tích hợp FI, phân đoạn có sự cố được xác định. Tuy nhiên, phương pháp đề xuất trong nghiên cứu này chưa đề cập đến vấn đề khôi phục cung cấp điện. Mặt khác, độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào việc định nghĩa trước các phân đoạn trên một tuyến dây của LĐPP. Nếu LĐPP có tính chất kết nối phức tạp, chẳng hạn như các tuyến dây vận hành liên kết vòng, tính hiệu quả của phương pháp này sẽ bị ảnh hưởng khi định vị vị trí sự cố. Mặt khác, trong tài liệu [4],[5], một cách xác định vị trí sự cố hiệu quả được giới thiệu chính là dựa vào việc tính toán khoảng cách từ nguồn đến vị trí sự cố thông qua việc xác định giá trị tổng trở tương đương. Tuy nhiên, phương pháp này có những khó khăn do phụ thuộc vào: i) giá trị tổng trở ngắn mạch và ii) số lượng nguồn bơm vào vị trí sự cố. Công nghệ truyền sóng được trình bày trong tài liệu [6-8] cũng là một phương pháp định vị trí sự cố. Độ chính xác của phương pháp này bị ảnh hưởng khi LĐPP có nhiều nhánh rẽ hoặc máy biến thế phân phối được trang bị tính năng tự động điều chỉnh nấc. Trong tài liệu [9-11], các phương pháp dựa trên kỹ thuật mạng nơ-ron, logic mờ, chuyên gia, lai ghép được ứng dụng để xác định vùng sự cố. Khi LĐPP thay HVTH: Bành Đức Hoài 5 CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều đổi cấu trúc hoặc khi trị số chỉnh định của các thiết bị bảo vệ thay đổi, các phương pháp này sẽ bộc lộ khuyết điểm. Tài liệu [12] đề cập đến mô hình FLISR với hai tính năng gồm: i) quản lý LĐPP và ii) hỗ trợ đề xuất phương án xử lý khi sự cố xảy ra. Nói một cách đơn giản, mô hình FLISR này hoàn toàn dựa vào khả năng tự động nhận diện trạng thái mất điện áp và tự động điều khiển theo thời gian định trước của các recloser [13]. Một phương pháp tiếp cận FLISR khác là ứng dụng kỹ thuật truyền dữ liệu sự kiện có định hướng GOOSE (Generic Orient Object System Events) thông qua hạ tầng truyền dẫn [14]. Những relay bảo vệ kỹ thuật số sẽ trao đổi thông tin sự cố lẫn nhau trên cùng một lớp mạng truyền dẫn. Từ đó, chúng tự động thực hiện các bước định vị, cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện nhờ vào giải thuật lập trình sẵn. Tuy phương pháp này có ưu điểm là dữ liệu truyền nhận-thông tin ở tốc độ rất cao vì bỏ qua nhiều tầng cấp trong mô hình OSI (Open System Interconnection) nhưng sẽ gây khó khăn trong vấn đề bảo mật – an toàn thông tin. Dựa vào những tín hiệu truyền từ FTU có chức năng FI, recloser và relay bảo vệ kỹ thuật số và sự kết hợp hệ thống quản lý LĐPP SCADA/DMS, tài liệu [15] trình bày một phương pháp tiếp cận FLISR hiệu quả. Khi xảy ra sự cố trên lưới điện, các thiết bị trên thực hiện thu thập thông tin sự cố để cung cấp cho hệ thống SCADA/DMS. Các thông tin này được kết hợp với kết quả tính toán trào lưu công suất nhằm hỗ trợ chương trình FLISR tìm kiếm các phương án cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện. Sau đó, hệ thống SCADA/DMS truyền lệnh điều khiển đến FTU có chức năng FI, recloser và relay bảo vệ kỹ thuật số như: lệnh đóng/cắt, lệnh thay đổi trị số bảo vệ và lệnh giải trừ tín hiệu bảo vệ. Trong luận văn này, tác giả sẽ ứng dụng giải pháp FLISR [15] để nhanh chóng phát hiện, cách ly sự cố và khôi phục cấp điện cho khu vực ảnh hưởng bởi sự cố thông qua các tín hiệu thời gian thực (như tín hiệu bảo vệ tác động từ relay bảo vệ kỹ thuật số/recloser, tín hiệu cảnh báo sự cố và tín hiệu cảnh báo mất điện áp từ FTU có chức năng FI) truyền từ các thiết bị bố trí trên LĐPP đến hệ thống SCADA/DMS của Trung tâm Điều khiển xa. Đồng thời, luận văn cũng tập trung xem xét đánh giá chỉ số tổn thất điện năng của các phương án cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện được giải pháp FLISR đề xuất. HVTH: Bành Đức Hoài 6 CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều 2.1.2 Phương pháp ước lượng phụ tải – Bus Load Allocation (BLA) Theo [16], chức năng BLA trong hệ thống DMS được dùng để tính toán ước lượng tải (công suất) cho toàn bộ những bus tải trên lưới điện vốn chưa được trang bị công tơ đo đếm phục vụ thu thập dữ liệu đo lường từ xa, nhằm đảm bảo tính cân đối về lượng công suất tiêu thụ giữa các điểm tải được phân bố công suất và những điểm tải đo lường từ xa. Kỹ thuật phân bố tải có thể được phân chia thành hai phương pháp, bao gồm: phương pháp ước lượng phụ tải và phương pháp phân bố phụ tải. Phương pháp phân bố phụ tải sử dụng hệ số phân bố phụ tải để giúp cho kết quả của bài toán phân bố phụ tải phù hợp với các vị trí có giá trị đo lường theo thời gian thực. Chức năng BLA của hệ thống DMS sử dụng dữ liệu đo lường thời gian thực được lấy từ hệ thống SCADA cùng với các thông tin khách hàng đã được cung cấp trong quá trình xây dựng dữ liệu GIS (Geography Information System), để phân bố hệ số phụ tải vào từng điểm tải trong lưới điện phân phối. Hệ số này được tính toán bằng cách lấy giá trị công suất đo lường theo thời gian thực tại điểm đo đầu nguồn (được tính từ máy cắt phát tuyến trung thế đầu nguồn cho đến tất cả các điểm thường mở trên lưới điện phân phối) chia cho tổng giá trị công suất tải vận hành thường xuyên của phát tuyến đó. Sau đó, giá trị kỳ vọng tại một điểm tải trong một thời điểm thu được bằng cách nhân giá trị công suất tải vận hành thường xuyên với hệ số phân bố phụ tải và giá trị này phản ánh mức độ sử dụng năng lượng của tải trong một thời điểm. Chức năng BLA được hỗ trợ các chức năng phân tích khác nhau. Tải được phân bố thông qua việc mô hình dữ liệu tải và đưa vào bảng tải thực tế hoặc dự đoán tải tại các phát tuyến đầu nguồn có xem xét điều kiện tương đồng về mặt thời gian. Chức năng BLA đảm bảo rằng mô hình tải và kết cấu lưới hiện tại thống nhất với các giá trị đo lường tại các vị trí có SCADA, trạng thái thiết bị hiện tại và dữ liệu đo lường của các điểm tải phía sau các máy cắt đầu nguồn của lưới phân phối. Một “khu vực đo lường” là một tập hợp các thành phần được giới hạn bởi một bộ các giá trị đo lường phục vụ cho mục đích phân bố tải. Xét về mặt kỹ thuật, một “khu vực đo lường” được giới hạn bởi bus thanh cái 110kV, một vùng giá trị đo lường của khu vực phía trên và phía dưới, hoặc các điểm thường mở của các phát tuyến. Tất cả các tải bên trong “khu vực đo lường” sẽ được tăng/giảm dựa trên giá trị công suất tác dụng/biểu kiến thu thập được. HVTH: Bành Đức Hoài 7 CBHD: PGS.TS. Võ Ngọc Điều Giá trị ban đầu cho mỗi tải được tính bằng cách nhân công suất vận hành thường xuyên của tải (có thể chỉ duy nhất là giá trị P hoặc cả hai giá trị P và Q) và hệ số công suất tải được lấy từ dữ liệu đồ thị phụ tải theo miền thời gian tại thời điểm tính toán. Một đồ thị phụ tải thể hiện giá trị dòng công suất vận hành ứng với chu kỳ 24 giờ và có thể được phân loại theo ngày (ngày thường, cuối tuần, kỳ nghỉ...) và theo mùa. Sau khi khu vực tính toán đã được định dạng và các giá trị dòng công suất đã được xác thực và quy đổi, các giá trị đo lường của khu vực phải tiếp tục vượt qua thêm hai bài kiểm tra. Kết quả của việc kiểm tra tính phù hợp này có thể dẫn đến việc các chức năng khác của hệ thống DMS bị ảnh hưởng nếu không thỏa mãn, cụ thể là chức năng tính toán trào lưu công suất (Distribution Power Flow – DPF) và làm cho các thông báo kết quả của chức năng DPF hiển thị cảnh báo. Phép kiểm tra giá trị tải danh định được thực hiện bằng cách tính tổng tất cả các tải phía dưới phát tuyến và so sánh với tổng giá trị đo lường được thu thập trong “khu vực đo lường”. Sau đó, độ chính xác của tải và của nguồn quy đổi tương đương được so sánh; nếu giá trị tải danh định nằm trong dãy giá trị cho phép của “khu vực đo lường” thì khu vực này được đánh giá “đạt” trong phép kiểm tra giá trị tải danh định. Tất cả các “khu vực đo lường” mà chứa tải đều phải thực hiện bước kiểm tra này. Nếu khu vực chứa dữ liệu đo lường đã xác thực và định hình, tải được điều chỉnh để phù hợp với giá trị công suất tác dụng/phản kháng đã tính toán quy đổi. Tải được thay đổi lại dựa trên sự khác biệt của tổng công suất tải kết nối vào “khu vực đo lường” và giá trị đo lường của khu vực. Sự khác biệt này sẽ xác định lượng tải phải được thêm vào hoặc bớt đi trong khu vực xem xét. Sau đó, giá trị tải này được điều chỉnh dựa trên độ chính xác của loại tải (hoặc sự biến đổi); tải có độ chính xác cao sẽ không thay đổi nhiều như tải có độ chính xác thấp. 2.1.3 Phương pháp tính toán trào lưu công suất – Distribution Power Flow (DPF) Sau khi tải đã được điều chỉnh, chức năng tính toán trào lưu công suất DPF sẽ được thực hiện. Trong bước tiếp theo, dữ liệu đo lường khu vực sẽ được so sánh với giá trị tổng tải kết nối vào khu vực để kiểm tra sai số. Nếu sai số này nằm trong phạm vi cho phép, chức năng BLA và DPF đánh giá kết quả tính toán là “hội tụ” và bài toán trào lưu công suất đã được giải thành công. Nếu sai số vượt ngưỡng cho phép thì chức HVTH: Bành Đức Hoài