Ứng dụng phần mềm mô phỏng và tính toán lưới điện CYME của Hãng Eaton tại EVNNPC

1. Bối cảnh dự án

Trong quá trình vận hành và phát triển lưới điện phân phối, việc phân tích, mô phỏng và tối ưu hệ thống điện đóng vai trò quan trọng nhằm đảm bảo cung cấp điện ổn định, giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu quả đầu tư.

Tổng Công Ty Điện Lực Miền Bắc (EVNNPC) hiện quản lý hệ thống lưới điện rộng lớn tại nhiều tỉnh thành phía Bắc với hàng nghìn km đường dây và hàng chục nghìn trạm biến áp. Để đáp ứng yêu cầu quy hoạch, phân tích vận hành và chuyển đổi số ngành điện, EVNNPC cần một giải pháp phần mềm hoàn chỉnh về tính toán, mô phỏng và phân tích lưới (Phần mềm MPTTL), đáp ứng đầy đủ nhu cầu của một Tổng công ty phân phối điện (không giới hạn số lượng nút mô phỏng) mô phỏng lưới điện, với yêu cầu về nền tảng cấu trúc dạng module tích hợp, mỗi chức năng tính toán có thể được cung cấp như một module riêng biệt, đảm bảo khả năng dễ dàng tùy chỉnh nâng cấp, cấu hình, phạm vi thực hiện các module khi cần thiết.

Phần mềm MPTTL cần đáp ứng các yêu cầu của EVNNPC:

– Về tích hợp hệ thống: với các hệ thống hiện hữu sử dụng các ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn; nguồn dữ liệu hệ thống SCADA; khai thác dữ liệu hệ thống đo đếm (MDMS); dữ liệu hệ thống công tơ) nhằm tính toán tổn thất trên lưới theo thời gian,…)

– Về tính năng: với các yêu cầu về giao diện đồ họa người dùng; về máy chủ; về máy tính workstation; về môi trường Hệ điều hành; về ngôn ngữ lập trình; về chuẩn hóa dữ liệu; về chuẩn hóa đồ họa; về an ninh bảo mật.

–  Về các module chức năng tính toán bao gồm (1)Tính toán trào lưu công suất (cân bằng & không cân bằng); 2) Tính toán ngắn mạch; 3) Tính toán biểu đồ phụ tải; 4) Mô phỏng các sự cố phức tạp; 5) Tính toán tăng trưởng phụ tải; 6) Tối ưu hóa cấu trúc lưới phục vụ công tác đầu tư xây dựng lưới; 7) Tối ưu hóa trào lưu công suất; 8) Tối ưu hóa điểm phân công suất;  9) Tối ưu bù công suất phản kháng; 10) Tối ưu điện áp/công suất phản kháng (Volt/Var); 11) Cân bằng tải; 12) Phân bố phụ tải/ phân nấc máy biến áp; 13) Phân tích sự cố/ Thiết lập phục hồi sau sự cố; 14) Tính toán ổn định; 15) Tính toán thông số đường dây; 16) Tính năng Quản lý người dùng; 17) Phân tích độ tin cậy cung cấp điện – Tính toán độ tin cậy; 18) Mô phỏng hệ thống bảo vệ; 19) Kiểm tra đánh giá hệ thống bảo vệ tổng thể; 20) Cài đặt rơ le bảo vệ khoảng cách; 21) Mô phỏng bảo vệ quá dòng/thời gian; 22) Tính toán đấu nối Năng Lượng Tái Tạo; 23) Tính toán, mô phỏng và phối hợp cầu chì; 24) Phần mềm và công cụ hỗ trợ có khả năng xử lý dữ liệu chuỗi thời gian; 25) Tính toán phân tích chế độ vận hành lưới bằng các phân bố ngẫu nhiên; 26)Tính toán phân tích sóng hài

Tóm lại, EVNNPC cần trang bị một công cụ phần mềm chuyên dụng cho phép:

• Tích hợp các dữ liệu GIS/SCADA/AMI/OMS trong việc mô hình hóa chính xác lưới điện
• Phân tích các bài toán cơ bản và nâng cao của các chế độ vận hành hệ thống điện, trong thực tế sự xâm nhập ngày càng cao của các nguồn năng lượng phân tán
• Hỗ trợ quy hoạch và tối ưu vận hành lưới điện

Trong bối cảnh đó, phần mềm CYME của hãng Eaton đã được lựa chọn để phục vụ công tác mô phỏng và phân tích hệ thống điện, đáp ứng các yêu cầu của EVNNPC.

2. Thách thức kỹ thuật

Việc phân tích lưới điện trong thực tế thường gặp một số hạn chế:

• Dữ liệu hệ thống rất lớn và phức tạp, khó mô hình hóa đầy đủ và thuận tiện
• Việc đánh giá chính xác tổn thất điện năng trên lưới trung áp và hạ áp trong các điều kiện vận hành thực tế là một vấn đề
• Thiếu công cụ hỗ trợ phân tích phương thức vận hành tối ưu
• Khó dự báo được các tác động tiêu cực khi lưới điện hiện hữu đấu nối với các nguồn phân tán (năng lượng tái tạo), có đặc tính thay đổi nhanh theo thời tiết

Ngoài ra, trong bối cảnh chuyển đổi số ngành điện, EVNNPC cũng đang triển khai nhiều hệ thống CNTT phục vụ quản lý vận hành như PMIS, hệ thống đo xa, GIS… nhằm số hóa dữ liệu và nâng cao hiệu quả điều hành sản xuất kinh doanh.

Do đó, một yêu cầu lớn đặt ra là nền tảng phần mềm phải có khả năng tích hợp dữ liệu và mô phỏng chính xác tình trạng toàn bộ lưới điện phân phối đang làm việc, cũng như dự đoán cho các phát triển trong tương lai, trên cơ sở phân tích đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng

3. Giải pháp được triển khai

Công ty Mỹ Phương (MPCo) phối hợp cùng hãng Eaton triển khai giải pháp phần mềm CYME cho EVNNPC nhằm hỗ trợ:

• Mô hình hóa hệ thống điện

• Xây dựng mô hình chi tiết cho lưới điện trung áp và hạ áp
• Quản lý dữ liệu thiết bị như đường dây, máy biến áp, tụ bù

• Phân tích và mô phỏng vận hành

• Tính toán trào lưu công suất
• Phân tích ngắn mạch
• Phân tích phối hợp bảo vệ

• Tối ưu vận hành và quy hoạch

• Phân tích tổn thất điện năng
• Tối ưu vị trí và dung lượng tụ bù
• Mô phỏng các kịch bản tối ưu vận hành và tái cấu trúc lưới điện (Network Configuration Optimization)

• Lập kế hoạch dài hạn

• Tính toán trào lưu công suất với biểu đồ phụ tải (Load Flow with Profiles)
• Tính toán phân bố phụ tải ngẫu nhiên (Tính toán quy hoạch trạm sạc xe điện- Behind- the – Meter Scenario Analysis)

• Công cụ chuyển đổi tự động dữ liệu đo xa vào phần mềm phục vụ tính toán
• Phần mềm CYME hỗ trợ EVNNPC nhập dữ liệu từ hệ thống đo xa vào phần mềm CYME một cách tự động và nhanh chóng, tiết kiệm được thời gian chuyển đổi thủ công
• Dữ liệu đáp ứng mức độ phân tích theo chuỗi thời gian, mô phỏng trực quan lưới điện theo từng thời điểm vận hành

Phần mềm CYME cho phép mô phỏng trực quan lưới điện và thực hiện các phân tích chuyên sâu, giúp các kỹ sư đánh giá hiệu suất và xác định các giải pháp cải thiện hệ thống điện.

4. Quá trình triển khai

Dự án triển khai đã được thực hiện theo các bước chính:

4.1. Xây dựng mô hình lưới điện

• Thu thập dữ liệu hệ thống điện (Từ các đường dây 110 kV đến các trạm biến áp 110/35/ 22 kV, Ngăn lộ trung thế 35, 22 kV đến phía hạ thế 0.4 kV)
• Chuẩn hóa dữ liệu thiết bị, thông số nguồn 110 kV, thông số phụ tải
• Xây dựng mô hình lưới điện trên phần mềm CYME

4.2. Phân tích và mô phỏng

• Phân tích trào lưu công suất
• Tính toán ngắn mạch
• Kiểm tra phối hợp bảo vệ

4.3. Đào tạo và chuyển giao công nghệ

• Tổ chức các buổi đào tạo cơ bản và nâng cao cho kỹ sư EVNNPC
• Hướng dẫn sử dụng và khai thác phần mềm
• Hỗ trợ kỹ thuật trong quá trình vận hành

5.  Kết quả và mục tiêu mong đợi sau khi triển khai ứng dụng phần mềm CYME trong công tác kỹ thuật và vận hành:

• Nâng cao khả năng phân tích hệ thống điện: Cho phép đánh giá chính xác tình trạng vận hành của lưới điện và các kịch bản phát triển hệ thống.
• Giảm tổn thất điện năng: Thông qua các công cụ phân tích và tối ưu hóa hệ thống, giúp xác định các giải pháp giảm tổn thất.
• Hỗ trợ quy hoạch và đầu tư: Phần mềm cung cấp cơ sở dữ liệu và kết quả mô phỏng phục vụ việc lập kế hoạch phát triển lưới điện.
• Hỗ trợ chuyển đổi số ngành điện: Dữ liệu mô hình lưới điện có thể tích hợp với các hệ thống quản lý khác như GIS, DMS và các hệ thống quản trị kỹ thuật.

6. Giá trị mang lại

Việc ứng dụng phần mềm CYME không chỉ giúp EVNNPC nâng cao năng lực phân tích kỹ thuật hệ thống điện, mà còn đóng góp vào quá trình hiện đại hóa và số hóa ngành điện lực.

Giải pháp này giúp các kỹ sư:

• Nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện
• Tối ưu hóa đầu tư phát triển hệ thống
• Hỗ trợ ra quyết định kỹ thuật dựa trên mô hình mô phỏng chính xác

Qua đó, góp phần đảm bảo cung cấp điện an toàn, ổn định và hiệu quả cho khu vực miền Bắc.