Nghiên cứu và đề xuất giải pháp phát triển lưới điện thông minh trên mạng hạ áp dựa trên PLC tại tổng công ty điện lực thành phố hồ chí minh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.98 MB, 103 trang )
..
ỮU TRÍ
HÌNH H
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
HÌNH HỮU TRÍ
Ỹ THUẬT TRUYỀN THƠNG
K
NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH TRÊN MẠNG HẠ ÁP
DỰA TRÊN PLC TẠI TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT TRUYỀN THƠNG
KHỐ 2012B
Hà Nội – 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------HÌNH HỮU TRÍ
NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH TRÊN MẠNG HẠ ÁP
DỰA TRÊN PLC TẠI TỔNG CƠNG TY ĐIỆN LỰC
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRUYỀN THƠNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHẠM VĂN BÌNH
Hà Nội – 2014
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ……………………………………………………………………i
LỜI CẢM ƠN ……………………………………………………………………… ii
MỤC LỤC ………………………………………………………………………….iii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT …………………………………………......vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU ……………………………………………….... x
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ………………………………………………….....xi
MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………… xiii
Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH …1
1.1 Sơ lược cấu trúc hệ thống lưới điện TP.Hồ Chí Minh ………………….1
1.1.1 Lưới điện truyền tải và phân phối …………………………………… 1
1.1.2 Phạm vi quản lý, vận hành …………………………………………... 2
1.2 Lưới điện hạ áp của TP.Hồ Chí Minh ………………….………………..4
1.2.1 Thực trạng …………………………………………………………… 4
1.2.2 Mục đích …………………..………………………………………… 5
1.2.3 Nhu cần phát triển trong quản lý, vận hành …………………………. 5
1.3 Lộ trình xây dựng lưới điện thơng minh tại TP.Hồ Chí Minh ………... 7
1.3.1 Cơ sở pháp lý …………………………………………………………7
1.3.2 Mục tiêu của việc xây dựng lưới điện thông minh …………………...8
1.3.3 Các chương trình chính …………………………………………….. 10
1.3.4 Lộ trình triển khai các thành phần Smart Grid của EVNHCMC …... 10
1.4 Kết luận chương…………………………………………………………. 19
Chương 2 – LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH (SMART GRID) …………………. 22
2.1 Tổng quan về lưới điện thông minh ……………..…………………….. 22
2.1.1 Đặc tính cơ bản của lưới điện thông minh ………………………… 24
2.1.2 Các yếu tố cơ bản trong mơ hình lưới điện thơng minh …………… 25
2.2 Kiến trúc tổng thể của hệ thống lưới điện thông minh ………………. 26
2.3 Các chức năng cơ bản của lưới điện thông minh ……………………... 30
iii
2.3.1 Chức năng quản lý các thông số kỹ thuật và chỉ số điện năng tiêu thụ
của khách hàng sử dụng điện ………………………...…………….. 30
2.3.2 Chức năng truyền thông, thôn tin …………………………………...32
2.4 Tình hình triển khai lưới điện thơng minh …………………………… 33
2.4.1 Tình hình triển khai trên thế giới …………………………………... 33
2.4.2 Tình hình triển khai trong nước ...………………………………….. 35
2.4.3 Tình hình triển khai tại TP.Hồ Chí Minh …………………………. 37
2.5 Lưới điện thông minh dựa trên công nghệ tuyền thông trên dây tải điện
(PLC) …………………………………………..………………………... 38
2.6 Một số giải pháp triển khai thí điểm về lưới điện thơng minh tại Tổng
cơng ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh …………..…………………………. 47
2.6.1 Giải pháp đọc tự động đo đếm đầu nguồn .………………………... 47
2.6.2 Giải pháp đo đếm ranh giới nội bộ ………………………………….47
2.6.3 Giải pháp đọc tự động từ xa đối với các khách hàng sử dụng công tơ
điện tử …………………………………………..………………….. 48
2.6.4 Giải pháp thử nghiệm hệ thống công tơ điện tử thông minh, đo ghi từ
xa của Cơng ty Shenzhen Clou (phía đối tác Trung Quốc) …………48
2.6.5 Chương trình đọc từ xa bằng cơng nghệ CDMA 450MHz ………… 50
2.6.6 Chương trình đọc từ xa bằng cơng nghệ RF+Pre-Payment ………... 50
2.6.7 Chương trình điều khiển tải …………………………………………51
2.6.8 Chương trình đọc từ xa bằng đường truyền cáp quang …………….. 51
2.7 Kết luận chương…………………………………………………………. 52
Chương 3 – ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN THÔNG
MINH TRÊN MẠNG HẠ ÁP DỰA TRÊN PLC ……………………………… 54
3.1 Cơ sở đề xuất nghiên cứu và đề xuất ………………………………….. 54
3.2 Công nghệ truyền thông trên đường dây tải điện - PLC (Power Line
Communication) …………………………………………………………55
3.3 Một số hạn chế và biện pháp khắc phục trong việc truyền thông tin
trên đường dây tải điện ……………………………………………….... 58
iv
3.4 Nghiên cứu và ghi nhận kết quả thí điểm triển khai lưới điện thông
minh dựa trên PLC trên mạng điện hạ áp ….………………………… 59
3.5 Đề xuất giải pháp triển khai lưới điện thông minh dựa trên PLC trên
mạng điện hạ áp tại Tổng cơng ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh ……….. 80
3.6 Kết luận ………..…………………………………………………………82
Chương 4 – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………….. 84
4.1 Kết luận …………………………………………………………………..84
4.2 Kiến nghị …………………………………………………………………87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………. 89
v
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
EVN
Tập đoàn Điện lực Việt Nam.
EVNHCMC
Tổng cơng ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh.
TP.HCM
Thành phố Hồ Chí Minh.
AM/FMS
Automated Mapping Facilities Management.
Hệ thống quản lý tài sản.
AMI
Advanced Metering Infrastructure.
Cơ sở hạ tầng đo đếm tiên tiến.
AMR
Automatic Meter Reading.
Hệ thống đọc tự động chỉ số điện kế.
BEMS
Building Energy Management System.
Hệ thống quản lý năng lượng các cao ốc.
CIM
Common Information Model.
Mơ hình thơng tin dùng chung.
CMIS
Customer Management Information System.
Hệ thống quản lý thông tin khách hàng.
CRM
Customer Relationship Management.
Quản lý quan hệ khách hàng.
DA
Distribution Automation.
Tự động lưới phân phối.
DMS
Distribution Management System.
Hệ thống quản lý lưới phân phối.
DSM
Demand Site Management.
Quản lý nhu cầu phụ tải.
EVs
Electric Vehicles.
Xe điện.
FEMS
Factory Energy Management System.
Hệ thống quản lý năng lượng nhà máy.
vi
GIS
Geographic Information System.
Hệ thống thông tin địa lý.
HEMS
Home Energy Management System.
Hệ thống quản lý năng lượng của căn hộ.
HHU
Hand-held Unit.
Thiết bị cầm tay.
MDMS
Metering Data Management System.
Hệ thống quản lý dữ liêu đo đếm.
OMS
Outage Management System.
Hệ thống quản lý thông tin mất điện.
RES
Renewable Energy System.
Hệ thống các nguồn năng lượng tái tạo.
SA
Substation Automation.
Tự động hóa trạm.
SCADA
Supervisor Control and Data Acquisition.
Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu.
RF
Radio Frequency.
Tần số vô tuyến.
RTU
Remote Terminal Unit.
Thiết bị đầu cuối.
SG
Smart Grid.
Lưới điện thông minh.
ACK
Acknowledgment.
Sự thừa nhận.
ARQ
Automatic Repeat Request.
Lặp lại yêu cầu tự động.
ADP
Adaptation.
Thích ứng.
BLE
Battery Life Extension.
vii
Tuổi thọ pin mở rộng.
BE
Backoff Exponent.
Mũ quay trở lại.
BS
Base Station.
Trạm cơ sở.
BSN
Beacon Sequence Number.
Chuỗi số.
CAP
Channel Access Priority.
Luồng vào ưu tiên.
CRC
Cyclic Redundancy Check.
Kiểm tra sự dư thừa theo chu kỳ.
CSMA-CA
Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance.
Đa truy nhập sóng mang tránh va chạm.
CSMA-CD
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection.
Đa truy nhập sóng mang phát hiện va chạm.
COSEM
Companion Specification for Energy Metering.
Máy đo năng lượng kỹ thuật đồng bộ.
CFS
Carrier Frequency System.
Hệ thống tần số sóng mang.
CW
Contention Window.
DSN
Data Sequence Number.
FCS
Frame Check Sequence.
FFD
Full Function Device.
GTS
Guaranteed Time Slot.
ISF
Interframe Space.
ISMA
Inhibit Sense Multiple Access.
LIFS
Long Interframe Space.
LLC
Logical Link Control.
LQI
Link Quality Indication.
viii
MAC
Medium Access Control.
MCPS
MAC Common Part Sublayer.
MCPS-SAP
MAC Common Part Sublayer Service Access Point.
MHR
MAC Header.
MLME
MAC Sublayer Management Entity.
MLME-SAP
MAC Sublayer Management Entity Service Access Point.
MPDU
MAC Protocol Data Unit.
MSDU
MAC Service Data Unit.
NB
Number of Backoff.
OSI
Open Systems Interconnection.
OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplexing.
PAN
Personal Area Network.
PAN ID
PAN Identifier.
PCS
Physical Carrier Sense.
PD
Phy Data.
PLC
Power Line Communication.
PHY
Physical Layer.
PIB
PAN Information Base.
POS
Personal Operating Space.
QoS
Quality of Service.
RSC
Ripple Carrier Signalling.
RFD
Reduced-Function Device.
SNR
Sygnal-to-Noise-Ratio.
TMR
Tone Map Response.
TDMA
Time Division Multiple Access.
Đa truy nhập phân bố theo thời gian.
ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 3.1: Băng tần sử dụng cho PLC theo tiêu chẩn Châu Âu ………………….. 57
Bảng 3.2: Nội dung các trường của gói tin ……………………………………...... 70
Bảng 3.3: Cấu hình IP cho các thiết bị …………………………………………… 71
x
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1: Sơ đồ tổng qt mơ tả một hệ thống mạng lưới điện ...…………………3
Hình 1.2: Hiện trạng kết nối SCADA và mức độ đáp ứng tự động hóa trạm ……15
Hình 1.3: Tỷ lệ các cơ cấu đo đếm ……………………………………………… 16
Hình 1.4: Sơ đồ kết nối mạng MAN của Tổng công ty Điện lực TP.HCM …….. 18
Hình 2.1: Cấu trúc tổng thể của lưới điện thơng minh ………………………….. 25
Hình 2.2: Mơ hình kết nối các thành phần của lưới điện thơng minh ……………27
Hình 2.3: Cấu trúc một mạng truy nhập PLC …………………………………… 40
Hình 2.4: Cấu trúc mạng PLC trong nhà ………………………………………... 41
Hình 2.5: Mạng PLC sử dụng trạm lặp …………………………………………. 44
Hình 2.6: Thuê bao PLC kết nối trực tiếp ………………………………………. 44
Hình 2.7: Thuê bao PLC kết nối gián tiếp thơng qua PLC gateway ……………. 45
Hình 2.8: Gaway trong mạng truy nhập PLC …………………………………… 45
Hình 2.9: Clustered Star topology ………………………………………………. 46
Hình 2.10: Star topology ………………………………………………………… 46
Hình 2.11: Đọc dữ liệu công tơ từ xa bằng công nghệ RF+Pre-Payment ………. 50
Hình 2.12: Điều khiển tải ………………………………………………………...51
Hình 2.13: Đọc dữ liệu công tơ điện từ xa bằng đường truyền cáp quang ……… 52
Hình 3.1: Truyền thơng tin qua đường dây tải điện …………………………….. 56
Hình 3.2: Mơ hình PLC triển khai tại Điện lực Pháp theo kiểu Cosem ………… 60
Hình 3.3: Sơ đồ mặt bằng kết nối thiết bị đo đếm tại trạm biến áp Từ Sơn 2 …... 61
Hình 3.4: Cấu hình đo lường ……………………………………………………. 62
Hình 3.5: Truyền dữ liệu theo đường lên ……………………………………….. 64
Hình 3.6: Truyền dữ liệu theo đường xuống ……………………………………. 65
Hình 3.7: Quy trình đo thời gian truyền tải ………………………………………66
Hình 3.8: Quy trình đo thơng lượng truyền tải lên ……………………………… 67
Hình 3.9: Quy trình đo đường xuống …………………………………………… 68
xi
Hình 3.10: Cấu trúc gói tin theo giao thức TCP/IP ………………………………70
Hình 3.11: Thiết lập kết nối TCP ……………………………………………….. 71
Hình 3.12: Trạng thái kết nối “Concentrator” tới “MC” ………………………... 73
Hình 3.13: Đồ thị tốc độ dữ liệu vs. Thời gian của một vịng chạy …………….. 76
Hình 3.14: Tốc độ dữ liệu trung bình mỗi vịng chạy vs. Số vịng chạy …………77
Hình 3.15: Tốc độ dữ liệu trung bình vs. Thời gian trong ngày ………………… 78
Hình 3.16: Tốc độ dữ liệu trung bình và khoảng cách từ “TD” tới “MC” vs. Số
lượng “TD” – Chế độ tải xuống riêng lẻ …………………………… 79
Hình 3.17: Sơ đồ mặt bằng kết nối thiết bị đo đếm đến trạm biến áp …………... 81
Hình 3.19: Mơ hình đo đếm và thu thập dữ liệu từ xa dùng PLC ………………. 82
xii
Mở đầu
MỞ ĐẦU
______________________________________________________
Lưới điện thông minh (Smart Grid) là lưới điện truyền thống được hiện đại
hóa trên nền tảng cơng nghệ thông tin với hệ thống quản lý và cách sử dụng tiên
tiến. Nhờ đó, giảm chi phí sản xuất truyền tải, nâng cao hiệu suất sử dụng lưới điện
và khai thác các nguồn điện thay thế, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với mơi
trường. Ngành điện có thể trực tiếp kết nối với khách hàng một cách chặt chẽ và
cung cấp cho khách hàng các thông tin thời gian thực chuyên sâu hơn, điều mà cả
ngành công nghiệp còn đang thiếu.
Đề tài “Nghiên cứu và đề xuất giải pháp phát triển lưới điện thông minh trên
mạng hạ áp dựa trên PLC tại Tổng công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh” được
sự hướng dẫn khoa học của TS. Phạm Văn Bình, em đã tiến hành nghiên cứu, tìm
hiểu một số mơ hình và kết quả triển khai thí điểm thu thập dữ liệu đo lường từ xa
bằng công nghệ RF, PLC tại một số đơn vị trong, ngoài nước. Báo cáo được chia
làm 4 chương cụ thể như sau:
- Chương 1 – Tổng quan về lưới điện tại thành phố Hồ Chí Minh: nội dung
chính của chương này là tìm hiểu sơ lược về hiện trạng, cơng tác quản lý, vận hành
đối với mạng hạ áp, mục đích, nhu cầu phát triển trong cơng tác quản lý, vận hành
mạng hạ áp và lộ trình triển khai lưới điện thông minh tại Tổng công ty Điện lực
TP.HCM.
- Chương 2 – Lưới điện thông minh (Smart Grid): nội dung chính của
chương này là trình bày mục tiêu, u cầu, chức năng, nhiệm vụ của lưới điện thơng
minh; tìm hiểu công nghệ truyền thông tin trên đường dây tải điện – PLC (Power
Line Communication);
- Chương 3 – Đề xuất giải pháp phát triển lưới điện thông minh trên mạng
điện hạ áp dựa trên PLC: nội dung chính của chương này là trình bày đề xuất giải
pháp ứng dụng cơng nghệ PLC để thu thập và đo đạc từ xa đối với mạng điện hạ áp
của TP.Hồ Chí Minh.
xiii
Mở đầu
- Chương 4 – Kết luận và kiến nghị: từ những nội dung tìm hiểu, nghiên cứu
kết quả triển khai thí điểm và kết hợp với hiện trạng lưới điện của TP.Hồ Chí Minh
như nêu trên, em đã đề xuất giải pháp phát triển lưới điện thông minh trên mạng
điện hạ áp dựa trên PLC để ứng dụng vào thực tế của lưới điện hạ áp tại TP.Hồ Chí
Minh, các giải pháp khắc phục một số nhược điểm của cơng nghệ PLC và khẳn định
tính khả thi cao. Đồng thời đề xuất hướng phát triển của đề tài đối với việc ứng
dụng công nghệ PLC để triển khai lưới điện thông minh cho các cấp điện trung áp
và cao áp.
Lưới điện thơng minh là một đề tài cịn rất mới đối với Việt Nam, trong phạm
vi nghiên cứu của đề tài và khả năng, kinh nghiệm của bản thân mặc dù đã cố gắng,
nổ lực hết minh để thực hiện tốt nhất nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên, không thể
tránh khỏi những thiếu sót, bản thân rất mong nhận được sự giúp đỡ, đóng góp ý
kiến quý báu từ Q Thầy, Cơ, bạn bè đồng nghiệp để bản thân hồn thiện hơn nữa
trong q trình học tập, nghiên cứu và công tác của bản thân trong thời gian tới.
xiv
Chương 1 : Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
______________________________________________________
1.1 Sơ lược về hệ thống lưới điện tại TP.Hồ Chí Minh.
1.1.1 Lưới điện truyền tải và phân phối.
Tổng cơng ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh (EVNHCMC) là đơn vị trực thuộc
Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), được giao quản lý hệ thống lưới điện truyền
tải cấp điện áp từ 110kV trở xuống và có nhiệm vụ vận hành, cung cấp điện ổn
định, an toàn, liên tục cho khách hàng sử dụng điện trên địa bàn thành phố. Ngoài
nhiệm vụ quản lý vận hành hệ thống điện được Tập đoàn Điện lực Việt Nam giao,
với bộ máy quản lý gồm 16 Công ty Điện lực và 07 đơn vị thành viên khác trực
thuộc Tổng công ty, Tổng cơng ty có nhiệm vụ cung cấp điện cho trên 2 triệu khách
hàng sử dụng điện nằm rộng khắp trên diện tích 2.095km2, sản lượng điện hàng năm
của thành phố đạt trên 15 tỷ kWh.
Để tạo sự chủ động cho các đơn vị phân phối điện năng, Tập đoàn Điện lực
Việt Nam đang phân cấp cho các đơn vị trực thuộc trong đó có Tổng cơng ty Điện
lực TP.Hồ Chí Minh sẽ tiếp nhận và vận hành một số trạm biến áp, đường dây tải
điện có cấp điện áp lên đến 220kV và 500kV trong thời gian tới.
Rất nhiều các nhà máy điện, đường dây truyền tải và phân phối đã trở nên già
cỗi sau 20-30 năm vận hành và được thiết kế để cung cấp điện trong những thời đại
trước. Các cơng ty điện lực thường có xu hướng giảm thiểu đầu tư vào cơ sở hạ tầng
này và rất khó khăn tìm kiếm các nguồn đầu tư tin cậy để đảm bảo sự phát triển hợp
lý các cơ sở hạ tầng này trong những thập kỷ tiếp theo.
Các giải pháp đảm bảo chất lượng điện năng đã được xác định và dựa trên dữ
liệu thu nhận được từ hệ thống thì các cơng ty điện lực có thể đưa ra các giải pháp
hợp lý hơn cho các nguồn phát sóng hài và các nguồn gây ra vấn đề về chất lượng
điện năng trên bình diện là các giải pháp công nghiệp. Với các nước đang phát triển
1
Chương 1 : Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh
thì giảm được tổn thất phi kỹ thuật trong vận hành hệ thống điện cũng là các mối
quan tâm hàng đầu, các tổn thất phi kỹ thuật bao gồm: trộm cắp điện, hư hỏng hoặc
bất thường của thiết bị đo đếm làm phát sinh tranh chấp, chu kỳ thu tiền kéo dài,…
Với khả năng kết nối trực tiếp với thiết bị và trao đổi dữ liệu với các hệ thống
quản lý sẽ đảm bảo cho các công ty điện lực đạt được mục tiêu giảm tổn thất này
với ước tính lên đến 30-40% tổng tổn thất trong kinh doanh của ngành Điện.
Tổng cơng ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh thông qua các Công ty Điện lực trực
thuộc để thực hiện việc phân phối, cung cấp điện cho khách hàng. Trong đó, ngành
điện chịu trách nhiệm quản lý hệ thống lưới điện từ cao áp (110kV), trung áp
(15/22kV) và hạ áp (220/380V) đến công tơ điện đặt tại nhà khách hàng, phía sau
cơng tơ điện thuộc trách nhiệm của khách hàng sử dụng điện.
Hệ thống mạng điện hạ áp được tính từ phía sau trạm hạ áp đến cơng tơ điện
của khách hàng sử dụng điện do ngành điện quản lý, các đường dây và thiết bị tiêu
thụ điện phía sau cơng tơ điện là tài sản của khách hàng. Một số thành phần cơ bản
liên quan đến mạng hạ áp gồm: dây dẫn điện, trạm hạ áp, công tơ điện, các thiết bị
đóng cắt điện, tụ bù điện áp.
1.1.2 Phạm vi quản lý, vận hành.
Hiện nay, nguồn điện đang cung cấp cho khách hàng sử dụng trên địa bàn
thành phố Hồ Chí Minh được cung cấp từ các nhà máy thủy điện, nhiệt điện trong
cả nước thông qua hệ thống truyền tải điện Quốc gia 500kV Bắc – Nam về đến các
trạm biến áp trung gian 220kV và 110kV tại thành phố. Từ mỗi trạm biến áp trung
gian 220kV và 110kV có tương ứng từ 8 đến 15 lộ ra cấp điện áp 15kV/22kV(tuyến
dây dẫn điện xuất trạm) cung cấp điện cho các trạm biến áp hạ thế (trạm hạ áp), từ
các trạm hạ áp đến công tơ điện (điện kế) được kế nối bởi những tuyến đường dây
theo kết cấu 3 pha hoặc 1 pha.
2
Chương 1 : Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh
Hình 1.1: Sơ đồ tổng qt mơ tả một hệ thống lưới điện
Theo số liệu thống kê đối với mạng lưới điện phân phối của TP.Hồ Chí Minh
thì tổng số trạm biến áp phân phối trên 37.000 máy các loại tương đương với tổng
công suất trên 8.500 MVA được kết nối với lưới điện 22kV có tổng chiều dài đường
dây dẫn điện là trên 164,5 km và lưới điện 15kV có tổng chiều dài trên 5.400 km.
Riêng đối với đường dây dẫn điện hạ áp có tổng chiều dài trên 10.500 km,
trong đó số đường dây hạ áp ngầm vào khoảng 1.100 km và chiều dài đường dây hạ
áp kéo nổi là khoảng 9.400 km. Tổng số tụ bù trên lưới hạ thế vào khoảng trên
18.450 bộ tương đương dung lượng vào khoảng 471.560 kVAr. Trong phạm vi đề
tài này sẽ chú trọng nhiều hơn đối với mạng điện hạ áp, trong đó đề cập chi tiết đến
việc truyền dữ liệu, thông tin từ sau trạm hạ áp về đến công tơ điện được lắp đặt tại
nhà khách hàng.
3
Chương 1 : Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh
1.2 Mạng điện hạ áp của TP.Hồ Chí Minh.
1.2.1 Thực trạng.
Mạng điện hạ áp (hay lưới điện hạ áp) được xây dựng theo kết cấu 3 pha 4
dây, hoặc 1 pha 2 dây, trung tính nối đất trực tiếp, cấp điện áp 220V/380V. Lưới
điện hạ áp hiện nay đang tồn tại nhiều loại dây dẫn khác nhau trên hệ thống lưới
điện như: cáp ngầm (ruột đồng hoặc ruột nhôm), cáp bọc, cáp vặn xoắn ABC, dây
trần và dây lưỡng kim. Khu vực thành phố, thị xã chủ yếu dùng cáp bọc, cáp vặn
xoắn ABC hoặc cáp ngầm hạ thế.
Hệ thống mạng điện hạ áp được tính từ phía sau trạm hạ áp đến công tơ điện
của khách hàng sử dụng điện do ngành điện quản lý, các đường dây và thiết bị tiêu
thụ điện phía sau cơng tơ điện là tài sản của khách hàng. Các thành phần cơ bản liên
quan đến mạng hạ áp gồm: dây dẫn điện, trạm hạ áp, công tơ điện, các thiết bị đóng
cắt điện, tụ bù điện áp,…
Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những đô thị lớn tập trung số lượng dân
cư với mật động rất đông. Hệ thống lưới điện tại TP.Hồ Chí Minh được xây dựng
rộng khắp 24 quận, huyện nội và ngoại thành, do đặc điểm địa lý và xã hội, các hộ
gia đình sống tập trung trong hầu hết ở các quận, huyện nội thành với mật độ khách
hàng tập trung ở mỗi khu vực khác nhau, do đó việc đáp ứng nhu cầu sử dụng điện
năng của khách hàng cũng được bố trí rất khác nhau, nhưng nhìn chung đều đảm
bảo kết cấu cơ bản về lưới điện và đặc biệt là lưới điện hạ áp, điểm khác nhau nổi
bật nhất là trong việc quản lý, tiếp xúc, thu thập số liệu đo đếm của ngành điện đối
với từng loại khách hàng cũng khác nhau.
Về khách hàng sử dụng điện cũng có đặc thù riêng, các vị trí lắp đặt cơng tơ
điện của các khách hàng có tình chất liên kề nhau, chính vì số lượng khách có nét
đặc trưng nên thơng thường các máy biến áp hạ áp được đặt cách nhau không quá
xa, để đảm bảo khả năng cung ứng điện, thì khoảng cách từ máy biến hạ áp đến nhà
khách hàng xa nhất có khoảng cách tối đa từ 0,5 km đến 1,5 km chiều dài. Đối với
4
Chương 1 : Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh
các vùng ngoại thành thành phố thì khoảng cách này có thể xa hơn và đạt chiều dài
tối đa vào khoảng 3 km – 5 km chiều dài.
1.2.2 Mục đích.
Như đã đề cập ở trên, với số lượng khách hàng là khá lớn (trên 2 triệu công tơ
điện) và với chiều dài lưới điện rộng khắp (trên 10.500 km chiều dài đường dây),
nhưng với mục đích chính là phục vụ khách hàng sử dụng điện và đáp ứng yêu cầu
về chất lượng cung cấp điện năng, cũng như tạo sự thuận lợi trong việc quản lý thu
tiền tiêu thụ điện, thì chất lượng hạ tầng của ngành điện mà cụ thể là chất lượng của
mạng hạ áp được quan tâm nhiều nhất trong quá trình cải tiến, nâng cấp.
Liên quan đến việc đo đếm, thu thập dữ liệu phục vụ cơng tác lập hóa đơn thu
tiền tiêu thụ điện, thì hiện tại trên 90% khách hàng được ghi chỉ số tiêu thụ điện và
thu tiền điện bằng phương pháp thủ công, việc này mất rất nhiều công sức và thời
gian của ngành điện, khách hàng và xã hội. Phương pháp mà ngành điện TP.Hồ Chí
Minh đã và đang áp dụng đó là hàng tháng ngành điện cử nhân viên ghi điện đến
tận nhà khách hàng để đọc trực tiếp chỉ số tiêu thụ điện của khách hành trên các
cơng tơ điện, sau đó chuyển về trung tâm xử lý dữ liệu, kiểm tra, rà soát và chuyển
sang bộ phận in ấn hóa đơn tiền điện, tiếp sau đó nhân viên ngành điện lại mang hóa
đơn đã được in ấn đến từng hộ tiêu thụ điện để thu tiền (trực tiếp hoặc thu qua hệ
thống thu hộ), việc làm này mang tính thủ cơng và thiếu tính chủ động trong cơng
tác quản lý điều hành và chưa mang tính khoa học.
1.2.3 Nhu cầu phát triển trong quản lý, vận hành.
Với hạ tầng cơ sở như hiện tại đối với mạng hạ áp thì việc kiểm tra đo đạt
các số liệu vận hành của mạng điện từ trạm hạ áp đến công tơ điện của từng hộ tiêu
thụ điện cũng gặp nhiều khó khăn, chưa có giải pháp chuẩn đó, ngăn ngừa các sự cố
lưới điện có thể xảy ra bất cứ lúc nào, ngành điện chỉ phát hiện mất điện, giảm chất
lượng điện lưới khi có sự cố xảy ra cụ thể trên tuyến đường dây cụ thể nào đó và
việc khắc phục sự cố cũng trong thế bị động.
5
Chương 1 : Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh
Như vậy, đối với mạng hạ áp thì chất lượng cung cấp điện, thu thập thông tin
trạng thái vận hành và trong việc ghi nhận số liệu đo đếm, tính tốn số lượng tiêu
thụ điện của khách hàng là một việc cần được quan tâm và cải tiến với các giải pháp
như đo đếm từ xa, trao đổi thông tin qua mạng truyền thông công cộng,… Nhận
thức được điều này, ngành điện nói chung và Tổng cơng ty Điện lực TP.Hồ Chí
Minh nói riêng đã nghiên cứu và triển khai một số giải pháp về lưới điện thông
minh thông qua việc xây dựng và triển khai từng giai đoạn của lộ trìh xây dựng lưới
điện thơng minh tại TP.Hồ Chí Minh nhằm mục đích nâng cao chất lượng phục vụ
khách hàng sử dụng điện và tăng cường khả năng quản lý khoa học và hiện đại đối
với mạng điện hạ áp mình đang quan lý.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhất là lĩnh vực thơng tin,
truyền thơng thì việc đáp ứng nhu cầu trong quản lý và cung cấp điện đã đặt ra cho
các đơn vị quản lý Nhà nước và ngành điện một thách thức mới đó là nâng cao khả
năng quản lý theo hướng tiến tiến hiện đại, tự động hóa, tin học hóa nhưng kèm
theo yêu cầu tận dụng các cơ sở hạ tầng sẳn có của ngành điện để khai thác một
cách hiệu quả nguồn lực sẳn có
Một trong những thách thức đó chính là sử dụng đồng bộ đường dây dẫn điện
để tải điện và chuyển tải thông tin quản lý vận hành như thu thập số liệu hệ thống
lưới điện, đo đếm từ xa đối với khách hàng tiêu thụ điện và một yêu cầu khác từ
phía khách hàng đó là tham gia vào việc trao đổi thông tin hai chiều giữa đơn vị bán
điện và người mua điện một cách minh bạch, hợp lý và thỏa đáng từ nhu cầu và lợi
ích của các bên tham gia vào thi trường mua bán điện.
Khách hàng không những ngày càng tiêu thụ nhiều điện hơn và công suất đỉnh
tăng hàng năm (ở Việt Nam vào khoảng 14-15%/năm) mà nhu cầu về chất lượng
điện năng ngày càng cao do những đòi hỏi về chất lượng cuộc sống và việc sử dụng
rộng rãi các loại thiết bị điện tử giá rẻ. Ngoài ra, việc trao đổi và giám sát được sử
dụng điện của chính bản thân khách hàng cũng là một nhu cầu của khách hàng thay
vì chỉ hàng tháng nhận được một hóa đơn tiền điện khơ khan.
6
Chương 1 : Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh
Theo điều tra, khi khách hàng có thể giám sát được việc sử dụng điện của
mình thì họ có xu hướng giảm mức tiêu thụ khoảng từ 5% đến 10%. Việc trao đổi
hai chiều giữa các công ty điện lực và khách hàng để tạo điều kiện cho khách hàng
hiểu rõ hơn về ngành điện và ngược lại là nhu cầu của cả hai bên, nhưng chỉ có các
cơng ty điện lực mới có thể triển khai với hệ thống lưới điện thông minh.
Với những nhu cầu và thách thức nêu trên, ngành điện và các ngành khác có
liên quan cần xác định rõ việc xây dựng các phương án, giải pháp, chương trình, kế
hoạch,… để từng bước đáp ứng nhu cầu phát triển công nghệ mới vào công tác
quản lý, vận hành hệ thống điện và trong cung cấp điện thuộc phạm vi và lĩnh vực
mình đang quản lý.
Đối với ngành điện Việt Nam nói chung, Tổng cơng ty Điện lực TP.Hồ Chí
Minh nói riêng thì đây là một trong những nhiệm vụ trọng tâm, quan trọng cần phải
đầu tư và giải quyết kịp thời, hiệu quả để theo kịp xu hướng phát triển của thế giới
và từng bước nâng cao khả năng cung ứng điện cho khách hàng tiêu thụ điện trong
hiện tại và tương lai.
1.3 Lộ trình xây dựng lưới điện thơng minh tại TP.Hồ Chí Minh.
1.3.1 Cơ sở pháp lý.
Nghị quyết số 13-NQ/TW ngày 16/01/2012 của Hội nghị lần thứ 4 Ban Chấp
hành Trung ương Đảng khóa XI về “Xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng đồng bộ
nhằm đưa nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp theo định hướng hiện đại vào
năm 2020”, đã nêu lên định hướng phát triển cơ sở hạ tầng cung cấp điện là
“Nghiên cứu áp dụng lưới điện thông minh, công nghệ hiện đại nhằm nâng cao chất
lượng lưới điện phân phối, kết nối, hòa mạng đồng bộ hệ thống điện Việt Nam với
hệ thống điện các nước trong khu vực”.
Quyết định số 1670/QĐ-TTg ngày 08/11/2012 của Thủ tướng Chính phủ về
việc phê duyệt đề án Lưới điện thông minh tại Việt Nam.
Quyết định số 1208/QĐ-TTg ngày 21/07/2011 của Thủ tướng Chính phủ về
việc phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét
đến 2030 (gọi tắt là Quy hoạch điện VII).
7
Chương 1 : Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh
Thơng tư số 32/2010/TT-BCT ngày 30/07/2011 quy định hệ thống điện phân
phối, trong đó quy định các biện pháp điều khiển phụ tải và điện áp bao gồm các
biện pháp ngừng, giảm cung cấp điện, sa thải phụ tải hoặc điều khiển tăng giảm
công suất của phụ tải điện theo đăng ký tự nguyện của khách hàng sử dụng điện
tham gia vào các chương trình quản lý nhu cầu điện để trránh rã lưới hay quá tải
trên lưới điện.
1.3.2 Mục tiêu của việc xây dựng lưới điện thông minh.
Lưới điện thông minh (Smart Grid), trước hết cần phải nhận thức rằng đây
không phải là một cuộc cách mạng mang tính nhảy vọt từ hạ tầng lưới điện hiện hữu
mà là một “sự tiến hóa” ở đó kỹ thuật và cơng nghệ chỉ là một trong những chìa
khóa dẫn đến sự hình thành Smart Grid. Việc đầu tư để có được Smart Grid dĩ nhiên
phải dựa trên những động lực nhất định và xác lập những mục tiêu cơ bản về kinh
tế, kỹ thuật, khách hàng cũng như các yếu tố về mơi trường, chính phủ.
Các mục tiêu về mặt kỹ thuật.
Bên cạnh việc được cung cấp điện thì xu hướng tất yếu của khách hành dùng
điện là ngày càng quan tâm nhiều hơn đến độ tin cậy lưới điện (được đánh giá qua
các chỉ số RIs). Smart Grid hỗ trợ đơn vị cung cấp điện và khách hàng các cơng cụ
để quản lý và kiểm sốt được tình trạng mất điện cũng như khả năng khơi phục hệ
thống với thời gian nhanh nhất với khu vực mất điện nhỏ nhất nhằm hạn chế tối đa
thiệt hại cũng như nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
Smart Grid hỗ trợ các phương thức vận hành lưới điện một cách tối ưu và hiệu
quả, việc tái cấu trúc lưới điện với điểm dừng hợp lý góp phần giảm tổn thất trên
đường dây. Ngồi ra, dữ liệu phục vụ tính tốn tổn thất hiện nay có độ chính xác
chưa cao do cịn phụ thuộc nhiều vào các khâu có sự can thiệp của co người. Chính
vì vậy, Smart Grid với mức độ tự động hóa cao trong việc thu thập và phân tiéch số
liệu sẽ hỗ trợ đơn vị cung cấp điện có cơ sở để xác định chính xác hơn giá trị về tổn
thất trên lưới điện. Từ đó có các giải pháp phù hợp để giảm tổn thất trên lưới điện.
Từ đó có các giải pháp phù hợp để giảm tổn thất điện năng. Hơn nữa, hệ thống AMI
sẽ là một trong những giải pháp hữu hiệu để giảm tổn thất phí kỹ thuật.
8
Chương 1 : Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh
Bên cạnh các yếu tố về độ tin cậy lưới điện thì chất lượng điện năng (được
đánh giá qua các tiêu chí về tần số, điện áp) cũng là mối quan tâm của khách hàng.
Hiện nay, các khách hàng nhất là khách hàng công nghiệp sử dụng các dây chuyền
cơng nghệ địi hỏi cao về chất lượng điện năng chưa nhiều, nhưng đối với mục tiêu
dài hạn thì tiêu chí về chất lượng điện năng rõ ràng cần phải được xem xét một cách
thích đáng.
Các mục tiêu về mặt kinh tế.
Smart Grid là công cụ để khuyến khích việc sử dụng điện được thực hiện một
cách hiệu quả cùng với việc phân khúc khách hàng theo từng nhóm dịch vụ có thể
được xem là một chiến lược trong giai đoạn ngắn hạn để tăng doanh thu bán điện,
giảm thiểu các khoản lỗ và dần cải thiện tính ổn định về mặt tài chính của doanh
nghiệp. Hơn nữa, nếu xét đến mục tiêu dài hạn thì Smart Grid với khả năng thu
thập, xử lý thông tin một cách nhanh chóng, kịp thời và minh bạch sẽ là cơng cụ hỗ
trợ đắc lực của thị trường bán lẻ điện cạnh tranh. Đây cũng là yếu tố giúp đơn vị
cung cấp điện ổn định được vấn đề tài chính.
Với Smart Grid thì đơn vị cung cấp điện sẽ có đầy đủ thông tin để thực hiện
tốt hơn việ dự báo phụ tải, cũng như cơng tác quy hoạch. Đó là cơ sở để việc đầu tư
cơ sở hạ tầng lưới điện mang lại hiệu quả cao hơn.
Trong giai đoạn ngắn và trung hạn, việc đầu tư các công nghệ đắt tiền để đạt
được ền tảng của Smart Grid rõ ràng không thể bù đắp bằng việc cắt giảm nhân
công và chi phí vận hành là do chi phí lao động thấp. Tuy nhiên, khi hệ thống Smart
Grid bước vào giai đoạn ổng định (dài hạn) thì mục tiêu giảm chi phí vận hành cần
phải được xem xét một cách xác đáng.
Các mục tiêu liên quan đến khách hàng.
Smart Grid với hệ thống AMI được tích hợp cho phép đơn vị cung cấp điện
hoàn toàn quản lý được toàn bộ thông tin về khách hàng sử dụng điện để phục vụ
cho các dịch vụ quản lý khác một cách chính xác nhất. Bằng cách cung cấp cho
khách hàng các thông tin chi tiết về việc sử dụng điện (điện năng tiêu thụ, chi phí
mua điện…) một cách trực tuyến thơng qua hạ tầng truyền tin, khách hàng có nhiều
9
Chương 1 : Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh
cơ hội tham giá quản lý và kiểm sốt việc sử dụng năng lượng điện của chính họ,
đồng thời cũng cung cấp cơ hội tiết kiệm chi phí sử dụng điện cho chính bản thân
khách hàng.
Các mục tiêu liên quan đến yếu tố mơi trường và chính phủ.
Trong khi các nguồn năng lượng sơ cấp hóa thạch đang dần cạn kiệt thì nhu
cầu về điện vẫn phát triển ở mức độ cao. Do vậy, Smart Grid với tính năng cho
phép tích hợp các nguồn năng lượng phân tán (năng lượng mới, năng lượng tái
tạo…) sẽ góp phần bù đắp sự thiếu hụt năng lượng từ các nguồn năng lượng truyền
thống. Qua đó, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng. Đồng thời, tính năng này của
Smart Grid sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành năng lượng sạch, năng lượng tái tạo
để góp phần đạt mục tiêu chiếm tỷ trọng 1,74% vào năm 2020 của TP.Hồ Chí Minh.
1.3.3 Các chương trình chính.
Chương trình tăng cường hiệu quả vận hành lưới điện: Hoàn thiện hệ thống
đọc dữ liệu tự động tại các Trạm biến áp 110kV; Hệ thống giám sát vận hành lưới
điện 110kV; Trạm biến áp 110kV điều khiển từ xa; Hệ thống SCADA/DMS; Dự án
nghiêng cứu phụ tải và điều khiển phụ tải; Hạ tầng Cơng nghệ Thơng tin và Viễn
thơng.
Chương trình đào tạo: Kế hoạch đào tạo nâng cao năng lực thực hiện Lưới
điện thông minh; Nghiên cứu, trao đổi, học hỏi kinh nghiệm nước ngoài.
Dự án thử nghiệm: Hạ tầng đo đếm tiến tiến AMI.
Chương trình phổ biến Lưới điện thơng minh cho cộng đồng.
1.3.4 Lộ trình triển khai các thành phần Smart Grid của EVNHCMC.
Liên quan đến mạng điện hạ áp, Tổng cơng ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh đã
xây dựng lộ trình triển khai lưới điện thơng minh và đang triển khai hạ tầng đo đếm
tiên tiến (AMI) với quy mô 60.000 điện kế thông minh. Các hạng mục triển khai hệ
thống AMI gồm:
AMI là hệ thống bao gồm các điện kế thông minh (Smart Meters), hệ thống
quản lý dữ liệu điện kế (MDMS), hạ tầng truyền thông (Communication) và các
thiết bị tương tác với người dùng (Consumer display). AMI với tính năng cho phép
10
Chương 1 : Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh
trao đổi thơng tin 2 chiều giữa các đơn vị cung cấp điện và người tiêu thụ, có nhiệm
vụ đo đếm và phân tích mức độ tiêu thụ điện theo yêu cầu tức thời hoặc theo một kế
hoạch được lập trình sẵn. Nghĩa là AMI tạo mơi trường cho khách hàng được quyền
chủ động trong việc sử dụng dịch vụ cung ứng điện.
Đầu tư mới điện kế thông minh (Smart meter) hoặc lắp đặt bổ sung modem
cho các điện kế điện tử hiện có để thu thập và truyền dữ liệu từ xa. Nhằm đáp ứng
nhu cầu về sử dụng điện, nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng ngày càng tốt
hơn. Do đó, việc ứng dụng cơng nghệ mới công tơ điện tử trong đo đếm điện năng
là xu thế tất yếu của thời đại công nghệ thông tin.
Chuyển đổi số đếm từ công tơ cơ truyền thống thành dạng thức dữ liệu số có
thể lưu trữ và tính tốn.
Tích hợp các thành phần phần cứng cho phép mở rộng bổ xung thêm các chức
năng mới cho cơng tơ truyền thống.
Chuyển trạng thái vịng quay thành tín hiệu xung điện bằng các cơ cấu như :
bộ ghép quang điện, xung điện từ…
Các thành phần bổ xung gồm có: các chíp xử lý, IC vi điều khiển, mạch ghép
truyền thông, IC nhớ, IC đồng hồ thời gian thực …
Việc điện tử hóa cơng tơ truyền thống là cách thức tiếp cận nhanh nhất để có
sản phẩm ra thị trường.
Việc điện tử hóa tạo ra cơng tơ điện năng mới nhưng nguyên lý đo chính vẫn
là nguyên lý truyền thống, vì thế vấn đề sai số ngun lý khơng gặp phải và không
tạo thành vấn đề đáng quan tâm. Cơ chế đo kiểu truyền thống cũng giúp cho sự kế
thừa tính tin cậy của cơng tơ truyền thống đã được khẳng định theo thời gian.
Các kỹ thuật và công nghệ bổ xung không quá mới và phức tạp, mặt khác các
kỹ thuật mạch này lại có nhiều sản phẩm đầu vào cạnh tranh, làm tăng cường khả
năng lựa chọn cơng nghệ và kỹ thuật tối ưu với chi phí giá thành hợp lý. Việc điện
tử hóa vẫn đảm bảo các tính năng phát triển cho cơng tơ mới, u cầu:
- Phải có sự gắn kết nghiên cứu giữa cơng ty chế tạo sản phẩm cơ truyền
thống với đơn vị nghiên cứu phát triển.
11
