Công nghệ đồng bộ pha - Hoàn thiện lưới điện thông minh

Xử lý các nhiễu động lưới điện

Đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ Synchrophasor về những tiềm năng lợi ích nhưng hầu hết chỉ tập trung vào việc giải quyết các vấn đề cục bộ hoặc liên kết như hiển thị diện rộng hoặc dự đoán sự cố mất điện. Hiện nay, các đơn vị hàng đầu về công nghệ điện đã nghiên cứu và sử dụng bộ đo lường pha (PMUs - Phasor Measurement Units) như một công cụ để xác định và giải quyết các vấn đề xảy ra hàng ngày của công tác vận hành cung cấp và phân phối điện nhằm giảm thiểu các sự cố mất điện, phân phối hợp lý điện một cách tối đa.

Trạm biến áp 500kV Hiệp Hòa mới được lắp đặt vận hành đáp ứng các tiêu chí vận hành lưới điện hiện đại

Khi lưới điện truyền tải hoạt động, các đường dây tải điện sẽ có những điểm xuất hiện các nhiễu động bất thường. Để có thể xác định đúng vị trí và nguyên nhân sẽ giúp Trung tâm phân phối điện xử lý chính xác, giảm thiểu các sự cố tương tự cần có một hệ thống trung tâm xử lý dữ liệu tự động. Lưới điện truyền tải nước ta đã lắp đặt các trạm lưu trữ thông tin của hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu). Nhưng SCADA chủ yếu chỉ có chức năng lưu trữ thông tin mà thiếu bước xử lý. Hệ thống đồng bộ pha chính là bước cuối cùng để hoàn thiện lưới điện thông minh khi nắm bắt và xử lý các nhiễu động nhỏ nhất trên lưới điện. Mỗi PMU bao gồm 01 rơle SEL - 3306 PDC và 08 rơle bảo vệ đường dây SEL - 421. Các dữ liệu thực của Synchrophasor được chuyển đến phần mềm khách hàng (SEL Synchro Wave) thông qua PDC.

Tuy nhiên phần mềm Synchro Wave không có khả năng xem lại các dữ liệu lịch sử (historical data). Chính vì vậy việc phát triển một phần mềm để lưu trữ các dữ liệu dưới dạng cơ sở dữ liệu Microsoft SQL (PDC) bên cạnh ứng dụng phần mềm tùy chọn là PhasorView qua đó có thể hiển thị dữ liệu thực và quá khứ để nâng cấp xử lý các thông số về các sự cố mất điện là rất cần thiết và quan trọng. Bằng việc triển khai 8 PMUs trên lưới điện cao thế 220kV và 500kV, hệ thống đồng bộ pha có thể quan sát ở tốc độ 30 samples/s và lập đường cơ sở để đánh giá các điều kiện vận hành bình thường.

Một trong những quan sát đầu tiên Synchrophasor có thể làm được là nắm bắt ảnh hưởng lan rộng của sự cố lưới điện truyền tải. Khi xảy ra sự cố trên đường dây từ trung thế, tại Việt Nam có điện áp 22kV, 35kV và 110kV có thể quan sát được trên hệ thống EHV (hệ thống thông tin quản lý) và có thế tác động đến khách hàng khu vực lưới phân phối trong khoảng 322 km. Để cải thiện khả năng phân tích nhiễu động, cần liên kết cơ sở dữ liệu Synchrophasor lưu trữ với cơ sở dữ liệu liên quan đến các nhiễu động lưới truyền tải tại Trung tâm điều khiển vận hành. Nhờ vậy, có thể phân tích nhanh các nhiễu động và ảnh hưởng của chúng đến hệ thống, qua đó dễ dàng kiểm tra hoạt động của hệ thống bảo vệ nguồn và lưới điện.

Từ các dữ liệu Synchrophasor, có thể xác định nhiễu động được loại trừ bằng việc gửi tín hiệu cắt nhanh (high speed) hoặc có thời gian (step-distance). Công ty phân phối điện sẽ phát hiện tín hiệu có thời gian hoạt động tại một số vị trí yêu cầu tín hiệu cắt nhanh để lập tức xử lý sự cố sau đó tiến hành điều tra tại hiện trường và thực hiện biện pháp khắc phục để đảm bảo thiết bị bảo vệ chính nhanh, chính xác.

Phát hiện sự cố và hư hỏng thiết bị

Lưới điện hoàn chỉnh cần phát triển hệ thống đồng bộ pha lắp đặt thêm PMUs, đồng thời sử dụng PDC mở để kết nối với hệ thống bảo vệ lưới điện (Grid Protection) nhằm tập trung dữ liệu, xử lý dữ liệu sự cố trên lưới điện. Sau khi hoàn tất xử lý, dữ liệu được lưu trữ vào cơ sở dữ liệu của SQL server tựa như cơ chế học tập kiến thức của não bộ con người. Mỗi năm có từ 500 đến 600 sự kiện nhiễu động lưới truyền tải và các trạm biến áp xuất phát từ ảnh hưởng của điều kiện thời tiết, hệ thống phân tích cần đưa dữ liệu sự cố do không gian địa lý cùng với các dữ liệu radar về thời tiết và sấm sét.

Từ đó, có thể nhanh chóng phân biệt được nhiễu động trên lưới truyền tải liên quan đến bão hoặc sấm sét, và xác định được vùng ảnh hưởng. Theo đó, hệ thống Synchrophasor trở thành một bộ ghi các sự cố trên diện rộng. Bên cạnh đó, các kỹ sư ngành điện có thể truy cập hệ thống, xác định nguồn gây ra nhiễu động một cách nhanh chóng thông qua việc sử dụng các dữ liệu Synchrophasor, các bộ ghi sự cố kỹ thuật số ở cấp trạm biến áp và dữ liệu rơ le kỹ thuật số để điều tra chuyên sâu.

Một thiết bị ghi dữ liệu đồng bộ các sự cố trên lưới điện

Tính năng ưu việt của phần mềm theo dõi bộ đo lường pha (Phasor View) là tất cả các dữ liệu có thể truy xuất mà không cần phải định rõ nguồn dữ liệu. Người dùng có thể nhìn thấy sự gia tăng xác lập nhiều nguồn thông tin từ các dữ liệu thực tế đang diễn ra trên lưới điện hoặc phóng to tức thì đến ngày, tuần, tháng hoặc năm gần nhất. Bất cứ PMU, hoặc kết hợp giữa các PMUs, có thể chọn từ các hộp kiểm tra (Check box) hoặc từ mảng hệ thống thông tin địa lý. Tại chế độ lựa chọn PMU mặc định, chương trình tự động chọn 08 PMUs trải dài khắp hệ thống lưới điện để cung cấp cái nhìn bao quát. Một khi nhiễu động được phát hiện từ các dải sụt áp, người dùng có thể phóng to nhiễu động và lựa chọn 8 PMUs mới hiển thị sự sụt áp nghiêm trọng nhất. Điều này cho phép xác định vị trí của nguồn nhiễu động và tiến hành điều tra, xử lý sự cố trên lưới điện.

Một chức năng quan trọng khác của Synchrophasor là khả năng phát hiện hư hỏng của thiêt bị trên lưới, điều mà hầu như không thực hiện được qua hệ thống SCADA. Đã có nhiều trường hợp phát hiện điện áp thứ tự thuận tăng vọt ngẫu nhiên hoặc giảm xuống còn 60%. Nguyên nhân là do các mối liên kết lỏng tại các khóa an toàn hoặc ở các hộp đầu cuối, đầu chụp trên bệ chì bị lỏng, động vật gây hư hỏng dây nối và nổ chì trạm biến áp…

Trong một số trường hợp, sự cố có thể do tác động nhầm của hệ thống bảo vệ. Ngay cả các rơle số hiện đại cũng có lúc không phát hiện được những trường hợp trên, nhầm lẫn logic thành phần có hướng (directional element logic) hoặc không phát hiện mất điện áp (loss of potential). Từ đó, Trung tâm xử lý sẽ cử một đội chức năng để tiến hành khắc phục sự cố và ngăn ngừa tác động nhầm của hệ thống bảo vệ ngay khi sự cố được phát hiện.

Đánh giá về công nghệ Synchrophasor, Tiến sĩ Nguyễn Hữu Kiên, Phó giám đốc Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia Điện cao áp – Viện Năng lượng – Bộ Công Thương cho biết: “Hiện nay các nhà khoa học ứng dụng Việt Nam đang nghiên cứu công nghệ Synchrophasor để đưa vào thực tế, chúng tôi đánh giá khá cao khả năng đo lường của PMUs khi được áp dụng cho toàn bộ lưới điện. Giải pháp này sẽ khiến công tác vận hành lưới điện được chính xác hơn, tiết kiệm hơn và ổn định hơn. Nói cách khác là lưới điện truyền tải sẽ trở nên thông minh hơn, cải thiện độ tin cậy nên có khả năng sớm được triển khai đồng bộ tại Việt Nam”.    

Với những lợi ích thiết thực của Synchrophasor, cần tiếp tục đầu tư lắp đặt PMUs để nâng cấp hệ thống thu thập thông tin và xử lý các sự cố về điện. Có thể nhận định rằng công nghệ Synchrophasor là sự hoàn thiện công tác đo lường thu thập số liệu về lưới điện.

Thành Công