Nghiên cứu áp dụng các chức năng của lưới điện thông minh vào trạm biến áp 22 0 4kv dịch vọng 22 thuộc lưới điện phân phối quận cầu giấy

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
..

-------------***-------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Nghiên cứu áp dụng các chức năng của lƣới
điện thông minh vào trạm biến áp 22/0,4kV
Dịch Vọng 22 thuộc lƣới điện phân phối
quận Cầu Giấy
ĐÀM THANH SƠN


Chuyên ngành Kỹ thuật điện

Giảng viên hƣớng dẫn:

TS. Lê Việt Tiến
Chữ ký của GVHD

Bộ môn:
Viện:

Hệ thống điện
Điện

HÀ NỘI, 11/2019


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Đàm Thanh Sơn
Đề tài luận văn: “Nghiên cứu áp dụng các chức năng của lƣới điện thông
minh vào trạm biến áp 22/0,4kV Dịch Vọng 22 thuộc lƣới điện phân phối
quận Cầu Giấy”.
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện – Hệ thống điện
Mã số SV: CB160524
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận
tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
31/10/2019 với các nội dung sau:
- Làm rõ khái niệm lưới điện thơng minh;
- Bổ sung các trích dẫn;
- Bổ sung hoàn thiện mục tiêu nghiên cứu cụ thể của luận văn, chỉnh sửa
phần kết luận kiến nghị cho phù hợp với mục tiêu nghiên cứu này;
- Nhập nội dung chương 3 vào chương 4 và bố cục lại các chương, mục;
- Chỉnh sữa một số lỗi chính tả trong luận văn.
Ngày

tháng

năm 2019

Giáo viên hƣớng dẫn

Tác giả luận văn

TS. Lê Việt Tiến

Đàm Thanh Sơn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS. Đặng Quốc Thống


Tóm tắt nội dung Luận văn
Ngồi phần mở đầu, ết luận và iến nghị, Luận văn được cấu tr c với ba
chương nội dung ch nh như sau:
Chƣơng 1: Những vấn đề chung về lưới điện thông minh
Trong chương này đưa ra cái nhìn tổng quan về lưới điện thơng minh (SG Smart Gird) trên thế giới, đồng thời trình bày hiện trạng áp dụng SG ở Việt Nam.
Chƣơng 2: Phân tích xây dựng cấu tr c lưới điện thơng minh cho trạm biến áp
Dịch Vọng 22
Phân tích và xây dựng các tiêu ch để một lưới điện phân phối đạt chuẩn lưới
điện thơng minh. Trình bày hiện trạng Trạm biến áp Dịch Vọng 22, lựa chọn tiêu
chí, xây dựng cấu trúc lưới điện thông minh cho TBA Dịch Vọng 22.
Chƣơng 3: Nghiên cứu, xây dựng giải pháp sử dụng truyền thông dùng trong
lưới điện phân phối thông minh, áp dụng cho trạm biến áp Dịch Vọng 22
Nghiên cứu cấu trúc truyền thơng của lưới điện thơng minh, phân tích nghiên cứu
và lựa chọn các giải pháp truyền thông trong lưới điện thông minh áp dụng chọ
TBA Dịch Vọng 22, bao gồm các giải pháp truyền thông tại TBA và giải pháp
truyền thông từ TBA về Công ty Điện lực Cầu Giấy. Xây dựng và đề xuất cấu
hình các thiết bị trong cấu trúc lưới điện thông minh cho TBA Dịch Vọng 22,
giới thiệu thiết bị và các chức năng của các thiết bị chính.

Sinh viên thực hiện
Ký và ghi rõ họ tên


Lời cảm ơn

Tác giả xin cảm ơn thầy giáo TS. Lê Việt Tiến cùng các thầy cô trong khoa, viện
Điện, viện Đào tạo sau đại học, cũng như các bạn học viên cùng khóa học đã
gi p đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện đề
tài này!
Tác giả xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tác giả, được
hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Việt Tiến. Các kết quả nghiên cứu và
các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn
nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đ ng quy định.
Tác giả xin chịu trách nhiệm trước pháp luật cũng như đạo đức khoa học về lời
cam đoan này.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1.

Tên đề tài và sự cần thiết của đề tài ........................................................... 1

2.

Mục tiêu và nội dung của đề tài .................................................................. 2

3.

Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................. 3

CHƢƠNG 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH 5
1.1

Khái quát chung ......................................................................................... 5

1.2

Tổng quan chung về SG trên thế giới và tại Việt Nam .............................. 7

1.2.1 Giới thiệu về lưới điện thông minh .................................................. 7
1.2.2 Lưới điện thông minh trên thế giới .................................................. 8
1.2.3 Lưới điện thông minh tại Việt Nam ............................................... 11
CHƢƠNG 2. XÂY DỰNG CẤU TRÚC LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH CHO
TRẠM BIẾN ÁP DỊCH VỌNG 22 ................................................................... 13
2.1

Các tiêu ch để lưới điện phân phối đạt chuẩn lưới điện thông minh ...... 13
2.1.1 Hiện trạng chung của các Trạm biến áp trong lưới phân phối ....... 13
2.1.2 Tiêu chí hệ thống điện phân phối hạ thế thơng minh ..................... 14
2.1.3 Các tiêu ch để TBA phân phối hạ thế đạt chuẩn thông minh ....... 15

2.2

Hiện trạng trạm biến áp Dịch Vọng 22 .................................................... 16

2.3
Phân tích xây dựng cấu tr c lưới điện thông minh cho trạm biến áp Dịch
Vọng 22 ................................................................................................................ 17
2.3.1 Lựa chọn tiêu chí cho TBA Dịch vọng 22 đạt chuẩn thông minh . 17
2.3.2 Cấu tr c lưới điện thông minh tại TBA Dịch Vọng 22 .................. 18
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG GIẢI PHÁP SỬ DỤNG
TRUYỀN THÔNG DÙNG TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÔNG
MINH, ÁP DỤNG CHO TRẠM BIẾN ÁP DỊCH VỌNG 22 ........................ 21

3.1
Nghiên cứu cấu trúc truyền thông của lưới điện thông minh, áp dụng cho
trạm Dịch Vọng 22 ............................................................................................... 21
3.1.1 Phân tích cấu trúc, thành phần của lưới điện thơng minh .............. 21
3.1.2 Các cơng nghệ truyền thơng có thể được sử dụng trong lưới thông
minh 25
3.1.3 Các giao thức truyền thông trong hệ thống điện ............................ 28
3.1.4 Tiêu chuẩn thông tin truyền thông trong lưới thông minh ............. 33
3.1.5 Nghiên cứu sơ đồ cấu trúc mạng truyền thông cho lưới điện Trạm
biến áp Dịch Vọng 22 .................................................................................. 36


3.2
Nghiên cứu công nghệ truyền thông cáp hữu tuyến PLC, áp dụng cho
trạm Dịch Vọng 22............................................................................................... 40
3.2.1 Khái niệm truyền tin cáp hữu tuyến ............................................... 40
3.2.2 Một số đặc điềm của truyền tin cáp hữu tuyến – cáp hữu tuyến ... 40
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền tin cáp hữu tuyến loại CPL
306 (CEGELEC) .......................................................................................... 42
3.2.4 Cấu tr c cơ bản của công nghệ truyền tin cáp hữu tuyến .............. 44
3.2.5 Giải pháp truyền thông cáp hữu tuyến cho trạm Dịch Vọng 22 .... 47
3.3

Cấu hình hệ thống truyền thông lưới điện trạm Dịch Vọng 22 ............... 48

3.3.1 T nh năng của các thiết bị điều khiển trong hệ thống .................... 48
3.3.2 Giao thức truyền thông ProfiBus DP ............................................. 48
3.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền tin dùng cho lưới điện
trạm Dịch Vọng 22 ...................................................................................... 49
3.3.4 Các hàm điều khiển trong hệ thống truyền thông trạm Dịch Vọng

22
51
3.4
Yêu cầu về Hệ thống SCADA và điều khiển qua internet cho lưới điện
thông minh trạm Dịch Vọng 22 ........................................................................... 57
3.4.1 Tổng quát chung............................................................................. 57

3.4.2 Hệ thống truyền thông và phần mềm kết nối điều khiển qua Internet
57
3.4.3 Các yêu cầu về thiết bị, tín hiệu kết nối Smart Grid với bên ngoài
qua Internet .................................................................................................. 61
3.4.4 Khả năng và giao tiếp của hệ thống điện thông minh với bên ngồi
qua Internet .................................................................................................. 65
3.5
Đề xuất cấu hình thiết bị trong cấu tr c lưới điện thông minh cho trạm
biến áp Dịch Vọng 22 .......................................................................................... 67
3.5.1 Giới thiệu chung ............................................................................. 67
3.5.2 Tổng hợp danh mục đề xuất các thiết bị ........................................ 67
3.5.3 Đặc điểm và chức năng các thiết bị chính ..................................... 70
3.5.4 Đề xuất thiết kế các tủ điện ............................................................ 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 77
1. Kết luận ........................................................................................................... 77
2. Kiến nghị ......................................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 79


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cấu trúc chung của một Hệ thống điện ................................................... 5
Hình 1.2 Các lĩnh vực trong Hệ thống điện ........................................................... 6
Hình 1.3 Cấu tr c đơn giản của lưới điện thơng minh ........................................... 9

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý điện trạm biến áp Dịch Vọng 22 ................................ 16
Hình 2.2 Cấu tr c lưới thơng minh của trạm biến áp Dịch Vọng 22 ................... 20
Hình 3.1 Mơ hình kiến tr c lưới phân phối thơng minh ...................................... 22
Hình 3.2 Hệ thống pin mặt trời của Toshiba (2010) – Advanced Photovoltaic
System .................................................................................................................. 23
Hình 3.3 Hệ thống năng lượng tái tạo dùng trong lưới điện phân phối thông minh
theo chuẩn IEC ..................................................................................................... 23
Hình 3.4 Điều khiển trong lưới điện phân phối thơng minh ................................ 24
Hình 3.5 Mơ hình tham chiếu OSI ....................................................................... 29
Hình 3.6 So sánh OSI và TCP/IP ......................................................................... 32
Hình 3.7 Phương pháp Master/Slave ................................................................... 33
Hình 3.8 Các tiêu chuẩn thông tin liên lạc được sử dụng trong trạm .................. 35
Hình 3.9 Các chuẩn truyền thơng hiện nay .......................................................... 36
Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý TBA Dịch Vọng 22 .................................................. 37
Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc liên kết trong mạng truyền thơng ................................ 38
Hình 3.12 Sơ đồ cấu trúc truyền thông lưới điện trạm Dịch Vọng 22 ................. 39
Hình 3.13 Tổng quan về thơng số kỹ thuật và tiêu chuẩn của UNB–, NB– và BB–
PLC....................................................................................................................... 42
Hình 3.14 Nguyên lý truyền tin cáp hữu tuyến .................................................... 42
Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin cáp hữu tuyến ..... 43
Hình 3.16 Sơ đồ thiết bị ghép nối ........................................................................ 45
Hình 3.17 Kiểu ghép nối pha–đất và pha–pha ..................................................... 45
Hình 3.18 Ghép nối liền mạch ............................................................................. 46
Hình 3.19 Biều đồ trạng thái của thiết bị slave và các lệnh điều khiển tương ứng
.............................................................................................................................. 49
Hình 3.20 Chuỗi thơng điệp trao đổi giữa Master và Slave ................................. 53
Hình 3.21 Cấu trúc hệ thống SCADA cho lưới điện phân phối thơng minh ....... 57
Hình 3.22 Phương thức kết nối qua Internet–DP dụng lưới trạm Dịch Vọng 22 60
Hình 3.23 Bốn lớp trừu tượng hệ thống lưới điện thông minh ............................ 62
Hình 3.24 Cấu trúc hệ thống các IoTs ................................................................. 63

Hình 3.25 Cấu hình phân cấp HTĐ thơng minh với các kết nối Internet ............ 65
Hình 3.26 Mơ hình đơn giản của hệ thống xem xét ............................................. 66
Hình 3.27 Cơng tơ điện tử PAC3200 ................................................................... 70


Hình 3.28 Mơ đun mở rộng chuyển đổi sang Ethernet PROFINET.................... 71
Hình 3.29 SIMATIC DP, Kết nối IM 153–1, cho ET 200M ............................... 72
Hình 3.30 SIMATIC S7–300, CPU 313C–2 DP ................................................. 73
Hình 3.31 Tủ điều khiển trung tâm ...................................................................... 74
Hình 3.32 Tủ thiết bị động lực ............................................................................. 74
Hình 3.33 Tủ điểu khiển tại TBA ........................................................................ 74
Hình 3.34 Sơ đồ nguyên lý các bộ chuyển tải pha............................................... 75


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 So sánh các công nghệ truyền thơng có thể dùng trong LĐTM ........... 27
Bảng 3.2 Các hàm điều khiển Master và Slave của Profibus DP ........................ 52
Bảng 3.3 Chú thích các Bit trong header của thơng điệp ..................................... 52
Bảng 3.4 Danh mục thiết bị và vật tư cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 ............... 67


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
HTĐ
TBA
MBA
LĐTM
SCADA
SG
EMS
DMS

DAS
AMR
PLC
DEG
PV
IEDs
I&C
RTU
OSI
TCP/IP
PLC
AMR
IoTs

Hệ thống điện
Trạm biến áp
Máy biến áp
Lưới điện thông minh
(Supervisory Control And Data Acquisition) – Hệ thống điều
khiển giám sát và thu thập dữ liệu
(Smart Grid) – Lưới điện thông minh
(Energy Management System) – Hệ thống quản lý năng lượng
(Distribution Management System) – Hệ thống quản lý lưới điện
phân phối
(Distribution Automatic System) – Hệ thống phân phối tự động
(Auto Meter Reading) – Đọc công tơ tự động
(Programmable Logic Controller) – Thiết bị điều khiển lập trình
được (khả trình)
(Distributed Energy Generation) – Sản xuất năng lượng phân tán
(Photovoltaics) – Quang điện

(Intelligent Electronic Devices) – Thiết bị điện tử thông minh
(Instrumentation and Control) – Đo lường và điều khiển
(Remote Terminal Unit) – Thiết bị đầu cuối điều khiển từ xa
(Open System Interconnection) – Mô hình tham chiếu kết nối các
hệ thống mở
(Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) – Bộ giao thức
truyền thông liên mạng (chồng giao thức)
(Power Line Communications or Power Line Carrier) – Truyền
thông qua đường dây điện
(Automatic Meter Reading) – Tự động đọc công tơ từ xa
(Internet of Things) – Mạng lưới vạn vật kết nối Internet


MỞ ĐẦU
1. Tên đề tài và sự cần thiết của đề tài
Tên đề tài nghiên cứu
« Nghiên cứu áp dụng các chức năng của lưới điện thông minh vào trạm biến áp
22/0,4kV Dịch Vọng 22 thuộc lưới điện phân phối quận Cầu Giấy »
Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu
Trong bối cảnh phát triển của ngành điện nói riêng và năng lượng của quốc gia
nói chung, chúng ta có thể nhận thấy một số thách thức khơng nhỏ:
• Áp lực về vốn đầu tư: Với tổng sơ đồ VII quy hoạch HTĐ Việt Nam, trong giai
đoạn sắp tới, vốn đầu tư cho ngành điện là con số khổng lồ (48,8 tỷ USD cho giai
đoạn 2011 – 2020), đây là một thách thức rất lớn cho ngành điện trong việc xây
dựng các nguồn điện cũng như lưới điện mới cho quốc gia. Việc đầu tư th ch
đáng vào lưới điện thơng minh sẽ phần nào giải quyết bài tốn về vốn đầu tư cho
lưới điện Việt Nam, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng điện, giảm tổn thất điện
năng, làm chậm quá trình đầu tư hổng lồ cho ngành năng lượng của quốc gia.
Khách hàng sử dụng điện được trao quyền quyết định về mức độ tiêu thụ năng
lượng của họ theo hướng tiết kiệm, các nguồn điện tái tạo dạng phân tán, bổ sung

kịp thời cho các nguồn điện năng truyền thống.
• Nhập khẩu năng lượng: Theo thống kê của ngành năng lượng, trong tương lai
hông xa, năm 2015 Việt Nam sẽ phải nhập khẩu than để sản xuất điện. Thêm
vào đó, t nh đến 2020, trong tổng số 75.000 MW công suất đặt, các loại năng
lượng sơ cấp như hạt nhân, khí hóa lỏng đều là những nguồn năng lượng phải
nhập, do Việt Nam khơng có nguồn hoặc do công nghệ chưa đảm bảo để sản
xuất. Lưới điện Việt Nam phát triển theo hướng thông minh, hướng đến sử dụng
tiết kiệm điện năng, t ch hợp các nguồn điện phân tán, do đó, đóng góp t ch cực
cho việc giảm bớt nhu cầu nhập khẩu điện năng và các hình thức năng lượng sơ
cấp khác.
• u cầu ngày càng tăng về độ tin cậy, chất lượng điện năng: Các yêu cầu này
ngày càng tăng cùng với tốc độ tăng trưởng về nhu cầu trung bình 14%/năm. Các
yêu cầu này là hoàn toàn hợp lý, nhưng việc đáp ứng là rất hó hăn đối với
ngành điện do cơ sở hạ tầng lưới điện cịn nhiều bất cập, hơng đảm bảo các tiêu
chí về độ tin cậy hay mức độ dự phịng trong vận hành. Lưới điện thơng minh
được tích hợp cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin, là nền tảng để triển khai các
ứng dụng tăng cường độ tin cậy, quản lý cắt điện, cải thiện chất lượng điện năng.
• Phản ứng của xã hội đối với việc tăng giá điện: Theo quy hoạch điện VII, bán
điện theo cơ chế thị trường có sự điều tiết của nhà nước là một trong những giải
pháp sẽ được thực hiện. Theo đó, giá bán điện sẽ được điều chỉnh đến năm 2020
là 8–9 US cents/kWh, nhằm đảm bảo thu hồi vốn và có mức lợi nhuận hợp lý để
tái đầu tư, mở rộng sản xuất. Tuy nhiên, việc tăng giá điện (so với 5–6 cents như
hiện nay) sẽ gây phản ứng ngắn hạn trong xã hội, đặc biệt là người tiêu dùng
trong những giai đoạn hó hăn của nền kinh tế. Với việc khuyến khích, tạo cơ
chế cho khách hàng sử dụng điện được biết thơng tin, có quyền quyết định việc
1


sử dụng năng lượng của mình, khách hàng và xã hội sẽ thực sự đánh giá được các
giá trị về tiết kiệm năng lượng, tránh lãng ph và có được sự đồng thuận của xã

hội.
• Bảo vệ mơi trường: Đây cũng là một thách thức đối với sự phát triển của ngành
điện, khi mà ngành công nghiệp điện lực là một trong những ngành có lượng khí
thải CO2 lớn nhất.
– Hiện nay, các nghiên cứu về lưới điện thông minh trên thế giới chủ yếu nhằm
vào lưới điện của các quốc gia tiên tiến, có cơng nghệ và kỹ thuật cao, khơng
hồn tồn thích hợp đối với lưới điện Việt Nam. Do đó, việc quan trọng hàng đầu
của đề tài là đề xuất các giải pháp về lưới điện phân phối thông minh áp dụng
cho Việt Nam, điều này mang tính chất định hướng cho sự phát triển hệ thống
lưới điện hiện đại, tiết kiệm năng lượng và điều khiển tự động ở Việt Nam.
– Liên quan đến hệ thống lưới điện thơng minh trên thế giới, các cơng trình, dự
án của các quốc gia trên thế giới đã đi những bước khá xa so với nước ta trong
việc xây dựng cơ sở hạ tầng (truyền thông và công nghệ điều khiển). Tại Việt
Nam, mặc dù những vấn đề lý thuyết về lưới điện thông minh đã bắt đầu được
nghiên cứu tương đối nhiều, nhưng những sản phẩm/kết quả ứng dụng xuất hiện
còn rất hạn chế, lý do là thiếu sự đầu tư th ch đáng vào cơ sở hạ tầng áp dụng
trong lĩnh vực này của ngành điện. Thậm ch , trong nước còn chưa đặt ra những
tiêu chuẩn, những quy định chung về chỉ tiêu cho lưới điện thơng minh, cũng như
chưa có những khuyến cáo về mặt định hướng cho việc hình thành lưới thơng
minh (như tiêu chuẩn quốc tế IEC 61968).
– Với lý do trên đây, đề tài nghiên cứu đặt ra mục tiêu là xác định cấu tr c điển
hình cho lưới điện phân phối thông minh của Việt Nam, đi sâu nghiên cứu các
giải pháp về truyền thông trong lưới phân phối thông minh, áp dụng cho trạm
Dịch Vọng 22 thuộc Công ty Điện lực Cầu Giấy đồng thời xây dựng cấu hình
thiết bị cho trạm Dịch Vọng 22.
2. Mục tiêu và nội dung của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu chủ đạo của đề tài là xác định cấu tr c điển hình cho lưới
điện phân phối thông minh của Việt Nam, đi sâu nghiên cứu các giải pháp về
truyền thông trong lưới phân phối thông minh, đề xuất các tiêu chuẩn của lưới
điện phân phối thông minh đối với lưới điện phân phối của Việt Nam.

Đề tài nghiên cứu bao gồm các nội dung ch nh như sau:
 Nghiên cứu tổng quan về lưới điện phân phối thông minh trên thế giới;
 Khảo sát và đánh giá về hệ thống lưới điện phân phối hiện có của Việt
Nam;
 Xây dựng cấu tr c lưới điện thông minh áp dụng cho trạm Dịch Vọng 22;
 Nghiên cứu hệ thống truyền thông trong lưới điện phân phối thông minh;
 Nghiên cứu xây dựng hệ thống xử lý thơng tin lưu trữ, mơ hình dữ liệu.
Đề xuất cấu hình thiết bị áp dụng cho trạm Dịch Vọng 22.

2


3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để giải quyết các nhiệm vụ đặt ra trong đề tài, cần dùng khá nhiều phương pháp,
kỹ thuật hiện đại. Phương pháp nghiên cứu của đề tài là sự kết hợp giữa nghiên
cứu chuyên sâu về cơ sở lý thuyết và ứng dụng thực tế cho một lưới điện phân
phối, do đó bao gồm:
 Nghiên cứu các tài liệu nước ngoài liên quan đến lĩnh vực liên quan mà đề
tài cần quan tâm giải quyết. Phân t ch đánh giá các phương pháp đã và
đang sử dụng trong và ngoài nước và đưa ra các ưu nhược điểm của từng
phương pháp.
 Nghiên cứu tổng hợp các giải pháp công nghệ cũng như các ứng dụng của
các quốc gia tiên tiến trong việc xây dựng cấu trúc lưới điện phân phối
thơng minh.
 Tìm hiểu, đánh giá lưới điện phân phối tại Việt Nam, làm cơ sở đề suất
xây dựng cấu trúc lưới điện phân phối thông minh Việt Nam.
NỘI DUNG LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu, ết luận và iến nghị, Luận văn được cấu tr c với bốn
chương nội dung ch nh, gồm:
Chƣơng 1: Những vấn đề chung về lưới điện thông minh

Trong chương này đưa ra cái nhìn tổng quan về lưới điện thơng minh (SG Smart Gird) trên thế giới, đồng thời trình bày hiện trạng áp dụng SG ở Việt Nam.
Chƣơng 2: Phân tích xây dựng cấu tr c lưới điện thông minh cho trạm biến áp
Dịch Vọng 22
Phân tích và xây dựng các tiêu ch để một lưới điện phân phối đạt chuẩn lưới
điện thơng minh. Trình bày hiện trạng Trạm biến áp Dịch Vọng 22, lựa chọn tiêu
chí, xây dựng cấu tr c LĐTM cho TBA Dịch Vọng 22.
Chƣơng 3: Nghiên cứu, xây dựng giải pháp sử dụng truyền thông dùng trong
lưới điện phân phối thông minh, áp dụng cho trạm biến áp Dịch Vọng 22
Nghiên cứu cấu trúc truyền thông của lưới điện thơng minh, phân tích nghiên cứu
và lựa chọn các giải pháp truyền thông trong LĐTM áp dụng chọ TBA Dịch
Vọng 22, bao gồm các giải pháp truyền thông tại TBA và giải pháp truyền thông
từ TBA về Công ty Điện lực Cầu Giấy. Xây dựng và đề xuất cấu hình các thiết bị
trong cấu tr c LĐTM cho TBA Dịch Vọng 22, giới thiệu thiết bị và các chức
năng của thiết bị chính.

3


CHƢƠNG 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH
1.1 Khái quát chung
Hệ thống điện (HTĐ) là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền
kinh tế quốc dân. Cấu trúc chung của một HTĐ bao gồm các thành phần như:
nhà máy điện, lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối – cung cấp và các thiết bị
tiêu thụ điện hay hộ tiêu thụ, gọi tắt là phát – dẫn – cung cấp điện – sử dụng điện.
Hình 1.1 giới thiệu cấu trúc chung của một HTĐ.
Một HTĐ truyền thống đã được bắt đầu nghiên cứu và xây dựng từ những năm
1890 [1]. Để đáp ứng sự phát triển không ngừng của phụ tải cũng như những yêu
cầu về chất lượng điện năng và độ tin cậy, HTĐ ngày càng được phát triển mở
rộng cả về quy mô lẫn số lượng thiết bị, nhiều thiết bị hiện đại được đưa vào sử
dụng. Do sự phức tạp của hệ thống này và dưới tác động của các sự cố, sự biến

thiên ngẫu nhiên của phụ tải nên việc quản lý hệ thống này là một công việc rất
phức tạp, đặc biệt là vấn đề vận hành đồng bộ các thiết bị với nhau. Vì vậy chúng
ta cần xây dựng một HTĐ iểu mới, dựa trên nền tảng của khoa học công nghệ
kỹ thuật số, thiết bị máy vi tính và cơng nghệ liên quan để có thể tự động hóa và
quản lý sự phức tạp ngày càng tăng về nhu cầu điện năng, cũng như các đòi hỏi
về an ninh, an toàn, tin cậy của HTĐ trong thế kỷ 21.

Hình 1.1 Cấu trúc chung của một Hệ thống điện

Ngoài việc truyền tải điện năng từ nơi phát điện đến hộ tiêu thụ, thì các thành
phần khác của HTĐ cũng được liên kết chặt chẽ với nhau qua thông tin liên lạc
5


bằng hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory
Control And Data Acquisition), các hệ thống điều khiển giám sát như: Hệ thống
quản lý năng lượng (Energy Management System – EMS), Hệ thống quản lý lưới
điện phân phối (Distribution Management System – DMS), hệ thống thông tin
liên lạc, hệ thống thiết bị đo đếm hiện đại, hệ thống các thiết bị bảo vệ thông
minh, bảo vệ trên diện rộng, hệ thống các phần mềm tương th ch,…Các hệ thống
này cho phép xử lý các thông tin theo thời gian thực (Online), với khả năng phân
tích và tối ưu hóa hệ thống.
Xu hướng thị trường hóa ngành điện làm thay đổi hoàn toàn khái niệm về một
HTĐ truyền thống, phân bố lại nguồn mở cho các doanh nghiệp có thể tham gia
xây dựng nhà máy điện, inh doanh điện.
Hình 1.2 giới thiệu các lĩnh vực của một HTĐ mới. Các mục tiêu mà một HTĐ
này cần phải có là:
Đảm bảo chất lượng điện năng;
Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện;
Vận hành kinh tế, giảm thiểu tổn thất điện năng và lượng khí thải;

Có khả năng điều khiển tích hợp các nguồn điện phân tán;
Có khả năng vận hành và điều khiển từ xa;
Có khả năng “tự tìm giải pháp”, tự điểu khiển để đáp ứng lại những thay
đổi ngẫu nhiên của hệ thống.
Một hệ thống điện đáp ứng các yêu cầu trên được gọi là một HTĐ thơng minh.
-

Hình 1.2 Các lĩnh vực trong Hệ thống điện

Do nhu cầu về điện năng ngày một khắt khe nên việc nghiên cứu lưới điện thông
minh là một xu hướng phát triển tất yếu trong tương lai của các HTĐ trên thế
giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Ngày 08 tháng 11 năm 2012 Thủ tướng
chính phủ đã ban hành quyết định số1670/QĐ–TTg, về việc Phê duyệt đề án phát
triển Lưới điện thông minh tại Việt Nam [2]. Quyết định này một lần nữa thể
hiện việc xây dựng và phát triển lưới điện thông minh (SG – Smart Grid) tại Việt
Nam trong tương lai là tất yếu.
6


1.2 Tổng quan chung về SG trên thế giới và tại Việt Nam
1.2.1 Giới thiệu về lƣới điện thông minh
Thuật ngữ “lưới điện thông minh” (Smart Grid) được dùng phổ biến trên thế giới
từ năm 2005 từ bài viết “tiến tới lưới điện thông minh” của các tác giả S. Masoud
Amin và Bruce F. Wollengerg đăng trên tạp chí IEEE P&E số tháng 9/tháng 10.
Có nhiều định nghĩa về lưới điện thông minh chủ yếu dựa vào các chức năng nó
mang lại. Một cách tổng qt nhất, lưới điện thơng minh là lưới điện bao gồm
hai hệ thống chính là: Hệ thống điện thông thường và Hệ thống thông tin,
truyền thông, đo lường. Lưới điện thông minh được phát triển ở cả bốn khâu từ
phát điện như các nguồn năng lượng tập trung, phân tán…, đến khâu truyền tải,
phân phối với cơng nghệ TBA hơng người trực, tự động hóa lưới điện… và ở

khâu tiêu thụ là hệ thống công tơ thông minh…
Đặc điểm quan trọng của lưới điện thông minh là cho phép sự trao đổi năng
lượng và thông tin hai chiều giữa nhà cung cấp và khách hàng nhờ vào sự tích
hợp hệ thống điện với hệ thống viễn thơng, cơng nghệ thơng tin. Do đó, phát
triển lưới điện thông minh nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, cải thiện chất
lượng điện năng, gi p quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử dụng năng lượng
tiết kiệm, hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu
tư và phát triển nguồn và lưới điện, tăng cường khai thác hợp lý các nguồn tài
ngun năng lượng, góp phần bảo vệ mơi trường và phát triển kinh tế xã hội bền
vững.
Các nhà máy điện và mạng lưới truyền tải điện hiện nay đã và đang ngày càng
trở nên cũ ỹ, lạc hậu. Điều đó đồng nghĩa với việc rất hó để có thể quản lý và
điều tiết các nhu cầu sử dụng điện năng. Nhu cầu sử dụng điện có thể giảm
nhưng cũng có thể liên tục tăng cao. Một giải pháp có thể xem xét đến là xây
dựng thêm các đường dây tải điện, nhưng như vậy thì các hệ thống cũ ỹ hiện có
sẽ bị bỏ đi một cách lãng phí.
Bởi vậy, thay vì sử dụng một giải pháp mang tính tạm thời, cần phải tìm được
một giải pháp tin cậy hơn và lâu dài hơn. Một giải pháp được xem là tối ưu nhất
để hướng tới một hệ thống lưới điện thông minh là sử dụng các đồng hồ đo thơng
minh.
Có 4 lí do chính dẫn đến nhu cầu phải hiện đại hóa lưới điện hiện nay, đó là:
1. Cần phải nâng cao độ tin cậy, hiệu suất và độ an toàn cho lưới điện;
2. Cần phải cho phép phân tán việc sản xuất điện để các hộ tiêu thụ có thể
vừa là khách hàng, vừa là nhà cung cấp (cung cấp cho các hộ tiêu thụ các
công cụ tương tác để quản lý năng lượng sử dụng);
3. Cần phải đa dạng hóa việc sử dụng năng lượng ở phía khác hàng, cho
phép khách hàng lựa chọn nhà cung cấp (điện nhà máy, điện mặt trời, điện
gió hay điện sinh học);
4. Hiện đại hóa lưới điện gi p tăng cường GDP của một quốc gia nhờ tạo ra
nhiều việc làm mới liên quan đến ngành công nghiệp tái tạo năng lượng,

các thiết bị điện, pin mặt trời, máy phát điện tuabin gió….
7


Các mục tiêu của lƣới điện thông minh: Lưới điện thơng minh gồm có 02 mục
tiêu chính như sau:
Mục tiêu thứ nhất: Giám sát hệ thống truyền tải, bảo đảm những yêu cầu sau:
Giám sát theo thời gian thực các điều kiện của lưới điện;
Cải thiện t nh năng chẩn đoán tự động các nhiễu loạn trên lưới, hỗ trợ
người vận hành trong việc xử lý các vấn đề phát sinh;
- Tự động phản ứng với các lỗi trên lưới, cách ly vùng nhiễu loạn trên lưới
nhằm ngăn chặn các lỗi lan truyền;
- Có khả năng ết nối các nhà máy điện mới vào lưới theo mơ hình “Plug &
Play”, giảm thời gian cần thiết để nghiên cứu kết nối cũng như nâng cấp
vật lý các thiết bị trong lưới;
- Tự động khôi phục điện lưới nhờ kết hợp các cảm biến, phân tích trên
máy tính và các thiết bị trạm điện cao cấp. Đồng thời có khả năng định
tuyến lại đường truyền tải khi cần;
- Nâng cao khả năng quản lý các nguồn năng lượng điện mặt trời và năng
lượng điện gió.
Mục tiêu thứ 2: Quản lý tiêu thụ năng lượng điện:
- Lưới điện thơng minh ít nhất phải truyền tải được thông điệp tới hộ tiêu
thụ hoặc đơn vị inh doanh điện: điện năng rất đắt và không dễ truyền tải.
Điều này có thể thực hiện dễ dàng thơng qua các bộ hiển thị, qua trình
duyệt web hoặc qua phần mềm trên máy tính. Mục tiêu là giúp khách hàng
hiểu rõ tầm quan trọng của việc tiết kiệm điện.
- Tiếp theo là cho phép tự động giảm mức độ sử dụng điện năng của các hộ
tiêu thụ hi chi ph điện tăng quá cao. Có thể quản lý được vấn đề này
thông qua khả năng liên ết dữ liệu giữa các đồng hồ đo thông minh và
các thiết bị gia dụng của hộ tiêu thụ.

- Lưới điện thông minh sẽ tự động phát hiện các lỗi trên đường dây tải điện,
xác định chính xác thiết bị lỗi và hỗ trợ đưa ra các ế hoạch tối ưu để sửa
chữa, khắc phục sự cố. Lưới điện thơng minh cịn có thể cách ly vùng bị
lỗi khỏi các vùng lân cận để tránh gây tổn thất lớn trên hệ thống.
- Lưới điện thông minh sẽ giúp cho việc lắp đặt các hệ thống phân phối
năng lượng dễ dàng hơn, v dụ lắp đặt các tấm panel pin mặt trời trên mái
nhà. Nó cũng cho phép đo lường tồn mạng lưới, cũng như quản lý kết nối
của hàng triệu thiết bị trong tồn HTĐ.
-

1.2.2 Lƣới điện thơng minh trên thế giới
Hầu hết các chuyên gia đều cho rằng lưới điện phân phối thông minh về cơ bản
thể hiện ở 3 lĩnh vực sau, như Hình 1.3:
- Kết nối lưới điện truyền thống với các nguồn / phụ tải năng lượng tái tạo
dạng phân tán như năng lượng pin mặt trời, điện gió,…
- Mạng lưới theo khu vực, cung cấp các cơng cụ cho hộ tiêu thụ điện (final
customer) để họ có thể quản lý việc sử dụng năng lượng cho gia đình và
cho các hoạt động khác.
8


-

Việc áp dụng công nghệ thông tin, viễn thông vào hệ thống lưới điện để
vận hành thông minh hơn, an tồn hơn và hiệu quả hơn.

Hình 1.3 Cấu trúc đơn giản của lưới điện thông minh

Tiêu chuẩn IEC 61968 bao gồm nhiều phần/ mục khác nhau, tập trung vào việc
phát triển/xác định các tiêu chuẩn cho lưới điện phân phối, trong đó có các tiêu

chuẩn về truyền thơng, tiêu chuẩn về cơ sở hạ tầng, về quản lý, về nguồn điện
phân tán tích hợp vào trong lưới điện phân phối).
Như vậy, cấu trúc của lưới điện thông minh, đặc biệt áp dụng trong lưới phân
phối, phụ thuộc vào mục tiêu và yêu cầu của từng vùng, từng HTĐ. Về cơ bản,
cấu trúc của lưới điện phân phối thông minh bao gồm những thành phần sau:
1. Hệ thống điện: bao gồm toàn bộ các bộ phận cấu tạo thành HTĐ, bao
gồm từ nguồn điện đến phụ tải điện. Trong đó, hệ thống (Smart Grid) cho
lưới phân phối: Distribution Management System (DMS).
2. Hệ thống thông tin liên lạc: cơ sở hạ tầng viễn thông, hệ thống truyền
dẫn đo lường trao đổi dữ liệu phục vụ cho việc đánh giá, phân t ch, điều
khiển và bảo vệ lưới theo hướng thông minh.
3. Hệ thống điều khiển giám sát: (Nền tảng công nghệ thông tin): bao gồm
các phần mềm quản lý, phần mềm điều khiển, phần mềm bảo vệ, phần
mềm đo lường, hệ thống nhúng và các hệ thống tích hợp khác; các hệ
thống này cho phép sử lý các thông tin theo thời gian thực (Online), với
khả năng phân t ch và tối ưu hóa hệ thống. Ở đây, cịn cần kể đến các giải
pháp/thuật tốn điều khiển thơng minh, các cơng cụ phân tích, các ứng
dụng, (SCADA, tự động hóa trạm…) và tr tuệ nhân tạo.
4. Hệ thống thiết bị đo đếm / đo lƣờng và thực thi hiện đại: Các thiết bị
chấp hành, điều khiển, đo lường, thu thập thông tin phục vụ phân tích,
điều khiển tối ưu.
5. Hệ thống thiết bị bảo vệ: Các thiết bị bảo vệ thông minh, cho phép thực
hiện thao tác, giám sát điều khiển từ xa.
Do những đặc điểm về địa lý, kinh tế, khoa học, cơng nghệ, chính trị khác nhau
và những chương trình và định hướng phát triển khác nhau mà mỗi quốc gia trên
thế giới đều có những mục tiêu hác nhau trong chương trình “Lưới điện thơng
minh” của mình. Hiện nay, đã có rất nhiều các quốc gia trên thế giới đầu tư cho
việc phát triển lưới điện phân phối thông minh cho quốc gia mình (là một phần
trong hệ thống năng lượng thông minh). Các khảo sát tại một số quốc gia trên thế
giới cho thấy:

9


– Mỹ [3]: Sự tin cậy trong cung cấp điện của lưới điện gặp nhiều vấn đề do sự
phân bố ở khoảng cách quá xa của các nhà máy phát điện và sự phát triển ồ ạt
của các công ty điện tư nhân tham gia trong thị trường mua bán điện phân phối.
Để khắc phục điều này, Mỹ đã có ch nh sách đầu tư phát triển Smart Grid bằng
việc cải tạo công nghệ truyền tin (hệ thống SCADA – cho phép truyền đạt tín
hiệu điều khiển nhanh), và một hệ thống DAS (Distribution Automatic System)
nhằm điều khiển thông minh trong việc phân phối và đáp ứng nhu cầu phụ tải
điện. Để làm được điều này, chính phủ Mỹ đã thông qua đạo luật An ninh và Độc
Lập Năng Lượng năm 2007 [4], xác định khung pháp lý và tổ chức các cơ quan
thực hiện phát triển lưới điện thông minh. Thơng qua các chương trình phát triển
quốc gia, có thể thấy trọng tâm phát triển Lưới Điện Thông Minh của Mỹ tập
trung vào môt số vấn đề: (1) Đẩy mạnh giám sát, điều khiển thời gian thực đối
với lưới điện, (2) Tích hợp các nguồn điện phân tán, (3) Khả năng tự sửa chữa,
khả năng đảm bảo an ninh đối với HTĐ và hệ thống điều khiển–liên lạc trước
những nguy cơ hư hỏng do sự kiện thiên nhiên hay tấn công khủng bố.
– Châu Âu [7]: Lưới điện của các quốc gia Châu Âu đã được liên kết tương đối
chặt chẽ với nhau bằng việc liên kết các đường dây truyền tải điện giữa các quốc
gia. Nhược điểm của sự liên kết này là sự dao động tần số từ lưới điện quốc gia
này sang lưới điện của quốc gia hác, đặc biệt là từ các quốc gia có nguồn năng
lượng tái tạo tương đối lớn như nguồn phong điện từ Đan Mạch hay Hà Lan. Do
đó, các quốc gia Châu Âu đầu tư nghiên cứu và phát triển hệ thống Smart Grid
theo xu hướng điều khiển, tích hợp một cách tối ưu các nguồn điện phân tán vào
trong lưới điện phân phối. Chính vì vậy hệ thống Smart Grid của Châu Âu, với
các dự án tiêu biểu gần đây như FI–PPP, Fi–Ware, FINSENY, etc… tập trung
nghiên cứu các biện pháp công nghệ M2M (machine to machine) để chuẩn hóa
và xây dựng một mạng lưới kết nối tất cả các phần tử điện (nhà máy điện, lưới,
thiết bị điện, phần tử thơng minh, etc). Nhờ có hệ thống này cùng với các chuẩn

giao tiếp chung, mạng lưới điện sẽ được v như một hệ thống thông tin Internet
liền mạch, mà phạm vi giao tiếp có thể từ các thiết bị rất nhỏ trong gia đình đến
các phần tử điện lớn, quan trọng như máy biến áp, nhà máy phát điện. Thơng qua
đó, các cơ quan năng lượng Châu Âu hi vọng có thể kiểm sốt và phối hợp hoạt
động trên lưới điện trong phạm vi toàn EU. Khi đã thiết lập được một mạng lưới
hồn chỉnh, có thể áp dụng các hình thức quản lý thơng minh trên nhiều lĩnh vực
như: (1) Thiết bị đo đạc thông minh; (2) quản lý Năng lượng và các ứng dụng
thông minh; (3) giám sát lưới; (4) Tự động hóa lưới điện; (5) thị trường điện; (6)
Dự đoán hệ thống (nguồn, phụ tải).
– Trung Quốc: SG của Trung Quốc tập trung chủ yếu vào việc phát triển và
nâng cao khả năng truyền tải;
– Nhật Bản: Là một quốc gia Châu Á đi tiên phong về mặt áp dụng công nghệ
trong lưới điện truyền tải. Hiện nay, tại Nhật Bản hệ thống SCADA và DAS đã
được phát triển rộng khắp. Nhật đang hướng tới nghiên cứu và phát triển hệ
thống Smart Grid cho việc giải quyết các bài tốn về cơng nghệ của việc tích hợp

10


năng lượng tái tạo vào trong lưới điện phân phối và xu thế quản lý thông minh
nhu cầu điện năng của các phụ tải điện.
– Hàn Quốc: Phát triển lưới điện thơng minh của mình bằng việc hình thành
hiệp hội lưới điện thông minh Hàn Quốc (KSGA) năm 2009 và viện nghiên cứu
Lưới điện thông minh Hàn Quốc. Bằng việc xác định 3 giai đoạn trong lộ trình
phát triển lưới điện thơng minh của mình: (1) thử nghiệm cấu trúc và hoạt động
của lưới điện thông minh – giai đoạn xác định kỹ thuật; (2) Mở rộng lưới điện
thông minh các khu vực đô thị – phát triển người tiêu dùng thơng minh; (3) Hồn
thiện lưới điện thơng minh trên phạm vi tồn quốc (2021–2030), Hàn Quốc đã có
những bước tiến đáng ể trong lĩnh vực này.
– Ấn Độ: Việc xây dựng Smart Grid của quốc gia này đã và đang được thực hiện

thơng qua chương trình APDRP (Accelerated Power Development & Reforms
Programme – Chương trình cải cách & phát triển năng lượng), nhằm giảm thiểu
các tổn thất trong lưới điện. Cùng với nó, quốc gia này đã và đang tiến hành xây
dựng các trung tâm điều khiển tự động cho lưới điện phân phối (DAS –
Distribution Automatic System) tại thủ đô Bangalore, lắp đặt các bộ đo đếm tự
động (AMR – Auto Meter Reading). Đây ch nh là các phương tiện quan trọng
cho việc điều khiển và kiểm soát thông minh cho lưới điện của quốc gia này.
– Tại một số quốc gia Đông Nam Á: Thái Lan và Indonesia chính là 2 quốc gia
điển hình cho việc phát triển Smart Grid cho lưới điện của mình. Indonesia đang
tiến hành xây dựng các trung tâm DAS cho thủ đô Ja arta và cài đặt các bộ tự
động đo đếm cho 11.000 hộ gia đình; Thái Lan đã xây dựng 6 trung tâm DAS
cho lưới điện phân phối (PEA – Provincial Electricity Authority – Cơ quan điện
lực các khu vực) và có kế hoạch thiết lập 50.000 AMR trong năm 2012. Kết quả
của các chương trình này đã gi p Indonesia tiết kiệm đáng ể tổn thất điện năng
và san bằng đồ thị phụ tải thông qua việc áp dụng giá điện bậc thang. Đây cũng
chính là kế hoạch phát triển lâu dài của quốc gia này cho chiến lược phát triển
1702 MW điện năng tái tạo vào năm 2019.
1.2.3 Lƣới điện thông minh tại Việt Nam
Ở Việt Nam Smart Grid mới được bắt đầu được triển khai trong một vài năm trở
lại đây. Thủ tướng chính phủ đã ban hành quyết định số:1670/QĐ–TTg, ngày 08
tháng 11 năm 2012, về việc “Phê duyệt đề án phát triển Lưới điện thông minh tại
Việt Nam” [2]. Mục tiêu tổng quát của đề án là:
1. Phát triển lưới điện thông minh với công nghệ hiện đại nhằm nâng cao
chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện;
2. Góp phần trong cơng tác quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử dụng
năng lượng tiết kiệm và hiệu quả;
3. Tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát
triển nguồn và lưới điện;
4. Tăng cường khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng, đảm bảo
an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo vệ mơi trường và phát triển

kinh tế – xã hội bền vững.
11


CHƢƠNG 2. XÂY DỰNG CẤU TRÚC LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH CHO
TRẠM BIẾN ÁP DỊCH VỌNG 22
2.1 Các tiêu chí để lƣới điện phân phối đạt chuẩn lƣới điện thông minh
2.1.1 Hiện trạng chung của các Trạm biến áp trong lƣới phân phối
Để xác định đ ng các tiêu ch để lưới điện phân phối đạt chuẩn thông minh, Đề
tài đã tiến hành khảo sát một số phân phối hạ thế trong khu vực Tp Hà Nội, đồng
thời tìm hiểu các tiêu chuẩn về lưới thông minh cho các Trạm biến áp (TBA)
phân phối trên thế giới. Các TBA khảo sát có chung các đặc điểm như sau:
1. Về cấu trúc
Các Trạm biến áp (TBA) được cấp điện từ đường dây điện 22kV (hay 35kV,
10kV), qua Máy biến áp (MBA) hạ xuống điện áp 0,4kV. Tại TBA phía cao áp
dùng cầu dao phụ tải hay cầu chì;
Máy biến áp (MBA) phần lớn chỉ có 1 chiếc, loại ba pha hai cuộn dây;
Phía hạ thế MBA có Áptơmát tổng dịng 600A đến 1600A cùng biến dòng điện
và đồng hồ đo đếm điện năng, tiếp là các Áptơmát nhánh dịng 250A đến 400A
cấp điện cho các xuất tuyến hạ thế;
Tại thanh cái hạ thế có chống sét van phía hạ thế, có hoặc khơng sử dụng tụ bù và
nếu có là loại dung lượng bù cố định (nhưng thường không vận hành);
Từ các xuất tuyến hạ thế thường dùng là dây nhôm trần hay cáp vặn xoắn 4 dây
(ba dây pha A, B, C và một dây trung tính). Tại các cột điện được trích ngang
bằng cáp rẽ nhánh loại vặn xoắn thường là loại 4x50mm2. Từ dây cáp dùng ghíp
bọc cách điện hạ thế lấy điện từ một trong ba pha và dây trung t nhđể đưa điện
tới các hịm cơng tơ gia đình, mỗi hịm cơng tơ có hoảng 3 đến 6 cơng tơ, mỗi
gia đình một cơng tơ loại một pha 600V – 40A;
2. Về hệ thống bảo vệ
Hệ thống bảo vệ rơ le cho trạm hiện chưa có và việc bảo vệ cho trạm được thực

hiện ở phía cao áp bằng cầu dao phụ tải hay cầu chì 24kV, phía hạ thế là các
Áptơmát đầu các lộ đường dây xuất tuyến;
Các Áptơmát này đều có các nút cắt tức thời, có hai loại bảo vệ: quá tải có thời
gian và bảo vệ ngắn mạch cắt tức thời, hình thức thao tác: bằng tay. Việc khôi
phục cung cấp điện do nhân viên vận hành đến tủ hạ thế TBA thao tác, thời gian
mất điện để xử lý sự cố bị kéo dài.
3. Tình trạng vận hành
Khi sự cố bất cứ vị trí nào của lưới hạ thế, kể cả tại cáp rẽ nhánh tới các hộ tiêu
thụ thì Áptơmát đầu xuất tuyến cáp tác động cắt điện, bị mất điện diện rộng.
Trong trường hợp Áptômát nhánh hông tác động, Áptômát tổng tác động sẽ mất
điện toàn trạm;
Do nhu cầu sử dụng điện các hộ thay đổi làm mất cân bằng tải các pha. Việc san
tải giữa các pha hoàn toàn thủ công, áng chừng, chỉ thực hiện theo định kỳ thời
gian dài. Ngoài làm mất cân bằng tải các pha, sự thay đổi dùng điện các hộ còn
13


tạo đồ thị phụ tải rất nhấp nhơ, lúc thì non tải, lúc lại quá tải nhiều – dẫn đến cắt
điện để đảm bảo dây dẫn khơng bị phát nóng và ổn định điện áp;
Điều chỉnh điện áp thay đổi bằng đầu phân áp ( hơng có điều chỉnh dưới tải),
mỗi lần chuyển đầu phân áp phải cắt điện với thời gian không ngắn và do vậy
một năm chỉ thực hiện 1 đến 2 lần, thậm chí cố định đầu phân áp cả năm;
Các TBA phân phối hạ thế thường là các trạm kiểu kiôt, kiểu treo hoặc đặt trên
giá đỡ hơng có người trực. Việc giám sát từ xa là khơng có, các sự cố được cách
ly bằng các thiết bị bảo vệ tại chỗ, các thông số được ghi bằng đọc số tại trạm;
Đối với các lưới điện khảo sát, khơng có các hệ thống nguồn phân tán cơng suất
nhỏ.
2.1.2

Tiêu chí hệ thống điện phân phối hạ thế thông minh

Một số tiêu chuẩn mà lưới thông minh cần phải thỏa mãn:
 IEC 61850: Tự động hóa trạm biến áp;
 IEC 61968/61970: Mơ hình thơng tin và chuẩn hóa dữ liệu;
 IEC 62351: Các yêu cầu về an toàn trong quản lý HTĐ và trao đổi thông
tin bao gồm cả hệ thống truyền thông, các giao thức TCP/IP và MMS…;
 IEC 60870: Quy định các yêu cầu về hệ thống điều khiển từ xa, giúp các
thiết bị ở các hệ thống khác nhau có thể kết nối với nhau.
Từ đây, chúng ta có thể thấy, mơ hình lưới điện phát triển theo hướng thơng
minh có thể vận dụng theo mơ hình của Hệ thống phân phối tự động DAS
(Distribution Automatic System) hay hệ thống Đọc đồng hồ tự động AMR (Auto
Meter Reading) cho việc phát triển lâu dài của mình.
Căn cứ các phân tích ở trên, đề tài đã đề xuất ra các tiêu ch để một HTĐ phân
phối hạ thế (gồm lưới điện và trạm biến áp) đạt chuẩn thơng minh như sau:
1. Hệ thống đóng cắt
Sử dụng các thiết bị đóng cắt tự động đóng, có điều khiển từ xa nhằm nhanh
chóng đóng lặp lại các đường dây trong những trường hợp ngắn mạch thống
qua, nhanh chóng khôi phục cung cấp điện, thời gian thao tác nhanh.
2. Sử dụng hệ thống tự động cân bằng pha
Sự cân bằng pha phải được thực hiện tự động. Khi có sự mất cân bằng phụ tải,
các cơ cấu chuyển tải làm việc để chia bớt tải từ pha quá tải sang pha non tải hơn
để luôn giữ được trạng thái cân bằng pha trong giới hạn cho phép. Việc chuyển
bớt phụ tải từ pha này sang pha kia phải tự động và thời gian mất điện đối với
phụ tải phải hông đáng ể, không ảnh hướng tới các hoạt động của hộ tiêu thụ
điện.
3. Sử dụng hệ thống bù tự động
Việc ứng dụng các hệ thống điều khiển và thiết bị điện tử cơng suất cho phép
thay đổi nhanh chóng dung lượng bù để đảm bảo hệ số công suất cosφ và điều
chỉnh điện áp phù hợp với công suất phụ tải.

14


4. Hệ thống đo lường và giám sát tự động
Việc điều khiển từ xa sẽ nhanh chóng khơi phục cung cấp điện trong những
trường hợp sự cố, đồng thời cũng nâng cao độ tin cậy, chẩn đoán sớm các sự cố
thông qua hệ thống đo lường, điều khiển từ xa.
5. Phân vùng sự cố và loại bỏ vùng cục bộ
Khi có sự cố tại vị tr nào đó thì phải tách cục bộ vùng sự cố, hông để mất điện
diện rộng. Việc này được thực hiện bằng các thiết bị phân đoạn hay các Áptômát
rẽ nhánh và được điều khiển đóng cắt từ xa.
6. Quản lý nhu cầu phụ tải nhằm san bằng đồ thị phụ tải
Trên cơ sở đồ thị phụ tải điều chỉnh tự động để dịch chuyển công suất giờ cao
điểm vào giờ thấp điểm, san bằng hơn đồ thị phụ tải. Điều này giảm đáng ể chi
phí xây dựng nguồn điện (TBA), nâng tuổi thọ lưới và thiết bị, nâng cao hiệu quả
sử dụng năng lượng.
7. Hệ thống nguồn phân tán hạ thế
Ở cấp điện áp hạ thế (0,4 V) thường có thể tích hợp các nguồn năng lượng phân
tán nhỏ như các tua–bin gió cơng suất nhỏ, hệ thống pin mặt trời công suất nhỏ
(Roof Top Solar). Điều này cho phép tận dụng được tối đa nguồn năng lượng tái
tạo. Tuy nhiên địi hỏi cơng nghệ cao, vốn đầu tư lớn, và có thể cần áp dụng các
thiết bị công nghệ cao từ ph a người dùng và các công ty điện lực.
8. Vận hành hệ thống kết hợp với nguồn dự phòng
Nguồn dự phòng là nguồn lưới lân cận hay những nguồn phân tán, bao gồm động
cơ diesel, máy phát tua bin h , pin nhiên liệu và các nguồn năng lượng tái tạo
(pin quang điện, động cơ gió phát điện, tổ hợp nhiệt–điện, năng lượng sinh khối).
9. Tự động đóng lại sau khi sự cố đã bị loại bỏ
Một sự cố sau hi đã loại bỏ đặc biệt là các sự cố thoáng qua thì nhất thiết phải
được đóng điện trở lại bằng thiết bị tự động đóng lại, giảm tối đã thời gian mất
điện, nâng cao đáng ể độ tin cậy cung cấp điện, đem lại hiệu quả cao cung cấp

điện.
2.1.3 Các tiêu chí để TBA phân phối hạ thế đạt chuẩn thông minh
Qua các tiêu ch đã xây dựng ở trên cho lưới điện thông minh, tiến hành lựa chọn
các tiêu ch để TBA trong lưới đạt chuẩn thông minh hay cịn gọi là TBA khơng
người trực như sau:
-

TBA vận hành khi khơng có nhân viên trực vận hành tại trạm;
Điều khiển tại chỗ và từ xa tất cả các thiết bị trong trạm;
Giám sát được trạng thái của tất cả các thiết bị điện, xây dựng, an ninh;
Phù hợp với yêu cầu trước mắt và quy hoạch phát triển lâu dài của khu
vực;
Đảm bảo các yêu cầu xử lý kỹ thuật, an ninh trong trường hợp có xuất
hiện bất thường trong trạm;
Trạm được trang bị hệ thống điều khiển tích hợp máy tính;
Hệ thống thơng tin liên lạc hồn chỉnh;
15


-

Thuận lợi cho việc quản lý vận hành trạm hông người trực;
Đáp ứng nhu cầu an toàn cung cấp điện khu vực, phải tránh tối đa việc ảnh
hưởng của tác động con người từ bên ngoài và đáp ứng yêu cầu xử lý khi
xuất hiện các vấn đề bất thường.

2.2 Hiện trạng trạm biến áp Dịch Vọng 22
TBA Dịch Vọng 22 là TBA 22/0,4kV, thuộc sự quản lý của Công ty Điện lực
Cầu Giấy, trạm được xây dựng và đưa vào vận hành từ năm 2006. Trạm có cơng
suất trước đây là 630 VA, tới cuối năm 2013 nâng lên 1000 VA. Hình 2.1 giới

thiệu sơ đồ điện TBA Dịch Vọng 22.

M-95

A
CM

A

A

kWh

3x1500/5A

kVArh

3x1500/5A

V

A1

1600A

0,4kV
A1-1
400A

A1-2

400A

A1-3
400A

A1-4
400A

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý điện trạm biến áp Dịch Vọng 22

Trạm được cấp điện từ đường dây điện 22kV, qua MBA hạ xuống 0,4kV. Phía
cao áp dùng cầu dao phụ tải loại 24kV – 1000A – 20kA/s, cầu chì loại HRC
24kV – 31,5A.
Phía hạ thế gồm Áptơmát tổng 1600A, 04 Áptơmát nhánh 400A (đều là loại
thường, có các nút cắt tức thời, hình thức thao tác: bằng tay), các biến dòng điện
và đồng hồ đo đếm, chống sét van hạ thế PBH – 0,5kV, bộ tụ bù (không hoạt
động).
Từ các Áptômát nhánh là các xuất tuyến, các rẽ nhánh và tới các hịm cơng tơ
của các hộ tiêu thụ thuộc: Khu tập thể Đại học Sư phạm, Công ty Điện lực Cầu
Giấy, Trường THPT Nguyễn Tất Thành, Chuyên Đại học Sư phạm.
Qua khảo sát, có một số kết luận về hiện trạng cung cấp điện TBA Dịch Vọng 22
như sau:

16


Có khả năng cung cấp điện liên tục cho các phụ tải, tuy vậy vào hai thời
điểm trưa (11h) và chiều (19h) công suất của máy biến áp vượt quá định
mức, điều này sẽ ảnh hưởng không tốt tới tuổi thọ của máy biến áp và chất
lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Hiện tượng quá tải đã được

khắc phục bằng nâng công suất MBA lên 1000kVA.
- Sự lệch pha giữa các pha vẫn còn tương đối lớn, do trong q trình thi
cơng việc phân pha phụ tải thường được thực hiện theo cảm t nh và chưa
có sự tính tốn chi tiết, gây ra một lượng tổn thất điện năng hông nhỏ.
- Hệ thống bù của trạm mới chỉ được lắp đặt và chưa đi vào sử dụng, nếu có
đưa vào sử dụng cũng chỉ dừng lại ở mức điều khiển thủ cơng chứ chưa có
hệ thống tự động điều khiển bù tự động gây ra sự lãng phí.
- Hệ thống điều khiển cịn q đơn giản, đa số các hâu điều khiển trong
trạm đều thực hiện bởi nhân công thủ công.
- Công tác xác định vị trí và xử lý sự cố trong q trình vận hành trạm và
mạng lưới phân phối sau trạm đều là thủ công.
- Thời gian mất điện để thực hiện công tác điều khiển cũng như xử lý sự cố
cho các hộ tiêu thụ điện là rât nhiều.
Nếu thực hiện được các giải pháp điều khiển tối ưu, hỗ trợ các nguồn dự phòng
(lưới hay nguồn điện phân tán) sẽ cải thiện được đáng kể chất lượng điện năng
cung cấp cho phụ tải.
-

2.3 Phân tích xây dựng cấu trúc lƣới điện thông minh cho trạm biến áp
Dịch Vọng 22
2.3.1 Lựa chọn tiêu chí cho TBA Dịch vọng 22 đạt chuẩn thơng minh
Trên cơ sở phân tích tiếp cận các tiêu chuẩn trạm biến áp phân phối hạ thế theo
hướng thông minh như đã nêu trên, căn cứ vào thực tế của đề tài, qua thảo luận,
phân tích kỹ lưỡng và thận trọng, các tiêu chuẩn đưa ra để TBA Dịch Vọng 22
trở thành thông minh như sau:
1. Phần trạm điện
Thông báo trạng thái đóng cắt các Áptơmát, giám sát và hiển thị các thông số vận
hành của trạm theo thời gian thực tại Phòng điềukhiển trung tâm;
Điều chỉnh tự động tụ bù đảm bảo hệ số cơng suất cosφ;
Đóng, cắt tự động, có điều khiển từ xa các Áptơmát tổng, nhánh tại trạm;

2. Phần lưới
Cân đối giá trị dòng pha: Cân đối giá trị dòng các pha trên xuất tuyến bằng sự
chuyểntự động đấu điện pha cho nhóm phụ tải (hịm cơng tơ). Khi độ lệch giá trị
dịng điện pha vượt quá giá trị cho phép (khoảng 15%) thì quá trình chuyển mạch
mới được thực hiện.
Quá trình chuyển tải giữa các pha (A & B, B & C, C & A) hông được gây ra
gián đoạn nguồn cung cấp cho phụ tải, thời gian đủ ngắn để người tiêu dùng điện
khơng hề có cảm giác mất điện.

17