Điều khiển các thiết bị trong hệ thống với module Self-Healing để tăng độ tin cậy cấp điện cho phụ tải

Điều khiển các thiết bị trong hệ thống với module Self-Healing để tăng độ tin cậy cấp điện cho phụ tải

Tháng 2 năm 2015, công nghệ Self-healing (tự khôi phục) đã cho phép khôi phục cấp nguồn cho 9.463 trong số 9.756 khách hàng do sự cố mất điện trong lưới điện phân phối São Luís, miền tây bắc Brazil.  Augusto Mendes Ribeiro Filho Elipse Software's Media Relations Francisco Morais CPFL Serviços's Transmission Systems Working Manager

NHU CẦU

Việc nâng cao hiệu quả vận hành và chỉ báo liên tuc có thể thực hiện bằng việc đầu tư các thiết bị để tự động hóa các thiết bị điều khiển lắp trên các lưới điện trung thế, điều này làm tăng số lượng thông tin theo số lượng thiết bị phân phối năng lượng trong các năm qua. Sự gia tăng này khiến cho việc thực hiện các hành động điều khiển có thể thực hiện trong vài giây, mà không cần các đội dịch vụ hiện trường di chuyển tới hiện trường mất điện thực tế, khi mà có thể làm các việc này tại trung tâm vận hành với thời gian thực. Để củng cố các hệ thống này, cũng như cải thiện chất lượng và độ tin cậy của các thiết bị truyền thông, nhà phân phối đã tìm kiếm các giải pháp mới để đạt được hiệu quả và cạnh tranh hơn trên thị trường phân phối điện. Đây là giải pháp mà CEMAR (Companhia Energética do Maranhão, công ty điện lực bang Maranhão, miền tây bắc Brazil) đã và đang sử dụng từ tháng 12 năm 2014, Elipse Software đã tập trung phát triển hệ thống Tự khôi phục cấp nguồn (Self-Healing) cùng với đối tác PowerSysLab. Các thiết bị được sử dụng để triển khai module Self-Healing gần đây được đặt khu vực nội đô thành phố Maranhão, São Luis. Có 55 reclosers mới được lắp đặt trên lưới, và một số dao cắt phân đoạn lắp trong lưới trước khi triển khai module này được tái sử dụng (gồm 19 nhánh đường dây và 7 trạm điện phân phối, một số trạm được di chuyển sang vị trí mới). Các thiết bị (dao cách ly, recloser và các nhánh đường dây phân phối) được lắp đặt phù hợp với các khu vực trước khi đưa vào vận hành theo 3 mạch, có tính cơ động và phân bố theo phụ tải.

Hình 1- Các tuyến đường dây phân phối

Với công nghệ Self-Healing, CEMAR đã đạt được các kết quả mới với số lượng tốt hơn bằng các chỉ số liên tục cho khu vực phân phối, vì hệ thống có thể tính toán tự động và thực hiện các thiết lập hoạt động tốt nhất đối với lưới điện để giảm đáng kể số lượng phụ tải bị ảnh hưởng do sự cố mất nguồn.

GIẢI PHÁP

Module Self-Healing sử dụng các thuật toán như: luồng phụ tải và bộ xử lý cấu trúc mạng lưới để tìm ra các thiết lập tình huống tối ưu được thực thi từ xa; với mức độ ưu tiên để tái thiết lập cấp nguồn cho càng nhiều phụ tải có thể được an toàn và ổn định. Hệ thống khởi động hành động bất kỳ khi nào có sự kiện tái thiết lập cấp nguồn hoặc quá tải được phát hiện từ các thiết bị cấp trường. Khi phát hiện sự kiện, module này sẽ hoạt động theo chuỗi tự động phù hợp với các giới hạn vận hành của lưới, để có thể tái cấp nguồn cho các phụ tải với một số thao tác có thể đơn giản hóa sự vận hành lưới và tránh ảnh hưởng tới các thiết bị đang hoạt động. Ngay khi chức năng tự động thực hiện được phát hiện, module sẽ chọn nhóm thông số bảo vệ phù hợp trong mỗi thiết bị để đưa vào hoạt động, thực hiện các thao tác đóng hoặc mở thiết bị chấp hành. Sau đó, module kiểm tra chất lượng của thông tin được đánh giá. Nếu cho bất kỳ một mâu thuẫn nào về trạng thái hiện tài hoặc trước khi mất nguồn trong lưới phân phối, việc thực thi lệnh sẽ bị hủy bỏ. Mỗi thiết bị có giá trị đo lường riêng, nó thể hiện tính sẵn sàng tham gia vào giải pháp hoặc tạo ra một sự kiện tái tổ hợp. Ngoài ra, các sự kiện quá tải và tái thiết lập đều có thể cấu hình đảm bảo các sự kiện sẽ chỉ xảy ra kịp thời, ví dụ như tại cuối chu kỳ đóng lặp lại của thiết bị bảo vệ hoặc trễ một khoảng thời gian sau khi xảy ra hiện tượng quá tải. Hoạt động của module Self-Healing được đơn giản hóa và biểu diễn như sơ đồ bên dưới.

Hình 2- Sơ đồ đơn giản của module Self-healing

Tích hợp SCADA/GIS/OMS

Sự khác biệt chính của công cụ này đó là khả năng tích hợp với các hệ thống như GIS (Geopraphic Information System- Hệ thống thông tin địa lý) và OMS (Outage Management System- Hệ thống quản lý mất nguồn điện). Tính năng tích hợp này cho phép sử dụng mô hình lưới điện hiện có của công ty, và thu nhận các trạng thái hiện thời của các thiết bị đóng cắt không có chức năng điều khiển xa. Để thực hiện được điều này, công nghệ đầu tiên sẽ đọc, bằng việc nhập bộ điều khiển GIS (điều khiển giao thức), dữ liệu đăng ký các thiết bị điện trên lưới, để có thể dò các tên, từ viết tắt, vị trí địa lý, sự kết nối, các pha và các giới hạn vận hành. Hình bên dưới minh họa một mẫu đường dây điện được nhập vào trong Elipse Power.

Hình 3- Tuyến đường dây được nhập từ GIS vào Elipse Power

Từ thông tin mẫu được nhập vào phần mềm, module tổng quan về mạng lưới tạo ra các sơ đồ vận hành đơn giản, ở đó chúng ta có thể nhận diện các thiết bị có chức năng điều khiển xa và có thể điều khiển bởi module Self-Healing. Các thiết bị đóng cắt không được giám sát, có thể làm thay đổi trạng cấu trúc hệ thống và ảnh hưởng tới quá trình quyết định tự động, chúng cũng được đánh dấu trong danh sách này.

Hình 4-Sơ đồ khu vực được điều khiển bởi chức năng Self-Healing

Khi hoạt động, module Self-Healing cập nhật các thông tin đo lường từ các dao cách ly, máy cắt, thiết bị đóng lặp lại (recloser) được giám sát bằng cấu trúc dữ liệu CIM (IEC 61970- Common Information Model: Mô hình thông tin chung của hệ thống), sau khi giám sát các điều kiện vận hành của mạng lưới và hành động cần thiết tiếp theo. Lưu đồ thông tin được giám sát bởi nền tảng Elipse và việc tích hợp thông tin với các hệ thống GIS và OMS được minh họa như bên dưới.

Hình 5-Nền tảng tích hợp SCADA-ADMS/GIS/OMS

Ví dụ thực tế

Ngày 3 tháng 2 năm 2015, hệ thống Self-Healing đã được triển khai thành công lần đầu tiên: sau khi bảo vệ của máy cắt 11C1 (Feeder 1) tại trạm IAQ (Itaqui) không thay đôi, thiết bị đã thực hiện xong chu kỳ đóng lặp lại và đã chuyển sang trạng thái khóa (lockout) do có cây xanh ảnh hưởng tới lưới điện. Nguyên nhận này đã kích hoạt công nghệ Self-Healing cách ly phân đoạn giữa máy cắt của trạm phân phối 11C1 và recloser lắp tại cột số 2752239, tiếp đến đã khôi phục nguồn cho khu vực thông qua đường dây 11C5 (Feeder 5) từ trạm phân phối IAQ. Trong sự kiện này, có 9.463 trong số 9.756 khách hàng được cấp nguồn trở lại từ Feeder 1 trong vòng 10 giây: trong đó hệ thống Self-Healing mất 132 ms để tính toán chuỗi thao tác có thể thực thi, recloser tại cột 2752239 mất 5 giây để xác nhận lệnh mở máy cắt, và recloser tại cột 0016659 mất 5 giây để thực hiện lệnh đóng. Tổng thời gian không quá 10s để cách ly sự cố và tái lập mạch cấp nguồn.

Hình 6-Cách ly sự cố, thực hiện các lệnh thao tác với Self-Healing

Để giảm thời gian cho việc khôi phục nguồn cho các phần phụ tải, công cụ này cũng nâng cao chất lượng nguồn cấp khi bảo trì và vận hành, vì thế người điều hành phải gửi đội hiện trường tới nơi sự cố được chỉ định (giữa trạm IAQ và cột số 2752239)

LỢI ÍCH

Ở đây minh họa các đặc điểm của lưới phân phối trung thế của CEMAR (13,8kV) với điểm nhấn là quá trình khôi phục nguồn tự động được thực hiện bằng module Self-Healing. Đối với Ronnie Santiago Loureiro, quản lý bộ phận tự động hóa của CEMAR, việc sử dụng công nghệ này tại hệ thống trung tâm được tích hợp với nền tảng tham chiếu địa lý và vận hành đã làm tăng đáng kể sự tin cậy và tính sẵn sàng của hệ thống. Cũng theo Loureiro, phần mềm này đã giới thiệu một triết lý mới về trung tâm vận hành hệ thống, đây là một sự thuận lợi để kiểm soát các hoạt động trong hệ thống, ví dụ như điều phối đội xử lý hiện trường tới đúng nơi cần. Do đó, giải pháp này đã tối ưu các nguồn lực bảo trì và giảm thời gian mất điện do sửa chữa sự cố. “Một lợi ích được lưu ý trong dự án này là việc hệ thống hóa và việc xác nhận không đổi các dữ liệu đăng ký của các bộ phận trong hệ thống tham chiếu địa lý với hiện trường, giúp tăng tính tin cậy của thông tin trong trường hợp thông tin dữ liệu không được xác nhận, và module Self-healing sẽ không làm việc đúng. Ngoài ra, có thể phối hợp bảo vệ và thực hiện các thao tác theo thời gian thực với các bước giúp vận hành hệ thống tốt hơn”. Ông bổ sung thêm. Các ích lợi chính do công nghệ của Elipse đem lại cho CEMAR: -       An toàn, tái cấp nguồn ổn định với số lượng phụ tải lớn nhất có thể trong vòng 3 phút, giúp nâng cao chỉ số tần suất và thời gian (DEC và FEC); -       Với việc đánh giá các sự kiện quá tải, giải pháp còn giúp tránh mất công suất, giúp cải thiệt các chỉ số tần suất và thời gian (DEC và FEC). -       Do không sử dụng bất kỳ các đoạn lệnh logic để tính toán các hành động, giải pháp được thực hiện nhanh và các chi phí bảo trì thấp. -       Một loạt các thiết bị hiện có trước đó từ các nhà cấp hàng khác nhau đều được tích hợp vào hệ thống, như recloser, dao cách ly của Nulec, Tavrida, IED điều khiển các máy cắt của Schweitzer, giúp sử dụng lại các khoản đầu từ trước đó vào quá trình tự động hóa lưới điện.

Điều khiển các thiết bị trong hệ thống với module Self-Healing để tăng độ tin cậy cấp điện cho phụ tải