John McDonald - IEEE

Một trong những định nghĩa phổ biến nhất của lưới điện thông minh là kết hợp hoạt động điều hành và cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin công ty năng lượng tạo ra lưới điện thông minh, hiệu quả và đáng tin cậy. Công nghệ tự động hóa trạm biến áp và trạm trung chuyển đóng vai trò quan trọng trong việc đưa hoạt động và IT với nhau để tạo ra lưới điện thông minh hơn, nhưng các công ty năng lượng phải triển khai các công nghệ hiệu quả để thực hiện đầy đủ những lợi ích này.

Mục đích của bài viết này là để mô tả những lợi ích tự động hóa trạm biến áp và trạm trung chuyển cho lưới điện thông minh và nhấn mạnh các yếu tố cần lưu ý.

Tự động hóa trạm biến áp

Các trạm biến áp công ty điện lực có vai trò rất quan trọng trong hoạt động và kinh doanh. So với các hệ thống khác trong lưới sử dụng điện, trạm biến áp có mật độ cao nhất thông tin có giá trị cần thiết để hoạt động và quản lý lưới điện thông minh.

Một trạm biến áp điển hình có nhiều thiết bị điện tử thông minh (IED) gửi và nhận thông tin. IED đều có hai loại thông tin: thông tin vận hành và thông tin không vận hành.  Công ty năng lượng có thể sử dụng cả hai loại thông tin này để cải thiện độ tin cậy, tạo ra hiệu quả hoạt động mới, và cung cấp thêm nhiều lợi ích tổng thể cho tổ chức. Các thông tin cũng có thể kích hoạt chương trình quản lý tài sản mới, bao gồm cả tiên đoán bảo trì và gia tăng thời gian hoạt động thiết bị, trợ giúp việc lập kế hoạch. Tuy nhiên, dù cho giá trị của thông tin lớn, phần lớn thông tin thu được bởi IED không sử dụng. Trong thực tế, công ty năng lượng không sử dụng nhiều hơn 20% lợi ích tiềm năng của IED trạm biến áp vì cách IED được kiến trúc và cài đặt. Tám mươi phần trăm thông tin còn lại không được sử dụng.

Đầu tiên, khi mua các thiết bị IED, hãy chắc chắn rằng tất cả các thiết bị và các dữ liệu có giá trị trong các thiết bị được các phòng ban trong công ty năng lượng biết đến. Thông thường, khi phòng ban nào mua thiết bị, nó chỉ phục vụ cho mục đích của phòng ban đó.

Ví dụ, nhóm bảo vệ mua rơ le bảo vệ cho máy cắt trong trạm biến áp. Thông tin thu được sẽ gồm số lần ngắt hoạt động và mức năng lượng ngắt - mà nhân viên bảo trì phải có để xác định khi bảo trì thiết bị. Tuy nhiên, nhóm bảo vệ không muốn bất cứ ai khác sử dụng IED và không chia sẻ thông tin IED này. Mặc dù thiết bị có thể tạo điều kiện thuận lợi cho các phòng ban khác trong công ty.

Vì vậy, bước đầu tiên, khi triển khai IED, là chắc chắn các phòng ban đều biết đến thiết bị này, xác định các thông tin vận hành và không vận hành, xác định những phòng ban sẽ được sử dụng thông tin.

Tiếp theo xác định kiến trúc trong trạm biến áp. Kiến trúc phải hỗ trợ giải nén thông tin vận hành và không vận hành, tập trung, gửi ra khỏi trạm biến áp về trung tâm điều khiển, vào mạng IT của công ty. Dữ liệu phải được gửi tới kho dữ liệu công ty mà các đơn vị khác nhau có thể có quyền truy cập dữ liệu thông qua mạng công ty.

Tự động hóa trung chuyển

Smart Grid bắt đầu từ đo điện thông minh, hệ thống phân phối, tự động hóa trạm trung chuyển. Tự động hóa trạm trung chuyển có vai trò chính bởi vì nó ảnh hưởng đến kinh doanh công ty năng lượng lớn nhất so với các công nghệ lưới thông minh khác. Tự động hóa trung chuyển mang lại lợi ích 6-8 lần chi phí bỏ ra, và thời gian hoàn vốn là dưới ba năm.

Có ba ứng dụng tự động hóa trung chuyển. Đầu tiên là điều khiển điện áp. Bằng cách điều chỉnh điện áp trung chuyển, công ty năng lượng kiểm soát nhu cầu hoặc tải. Công tác này được thực hiện trong thời gian cao điểm để giảm phụ tải đỉnh, và ngoài giờ cao điểm để giảm tiêu thụ điện.

Điều khiển điện áp luôn luôn được sử dụng trong giờ cao điểm bởi vì nó làm giảm sự cần thiết phải chạy hết công suất nhà máy điện, một việc rất tốn kém. Công ty năng lượng điển hình có giờ cao điểm khoảng 100 giờ trong một năm, và điều cuối cùng phải làm là xây thêm nhà máy phát điện đắt tiền hoặc mua thêm điện cho khoảng thời gian ngắn.

Điều khiển điện áp ngoài giờ cao điểm không được các công ty điện lực sử dụngsẽ tiết kiệm được các tiện ích một lượng lớn tiền. Chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu cho thấy rằng khi giảm điện áp 4,5 volt  khách hàng sẽ không nhận thấy bất kỳ sự khác biệt nào tại nhà của họ. Tuy nhiên, sự thay đổi sẽ giải phóng một lượng lớn cơ sở hạ tầng do đó, công ty điện lực hỗ trợ tăng tải mà không cần xây dựng các trạm biến áp mới.

Ứng dụng thứ hai cho tự động hóa trung chuyển là kiểm soát công suất phản kháng. Có công suất phản kháng trên hệ thống điện nhưng nó không được sử dụng. Chúng tôi muốn hệ thống điện có một hệ số công suất là 1,0, có nghĩa là tất cả những gì chúng ta có là công suất thực sự (watts), và không có công suất phản kháng (VAR). Chúng ta có thể loại bỏ công suất phản kháng bằng cách sử dụng công nghệ tự động hóa chuyển mạch băng tụ điện trạm trung chuyển. Công nghệ này sẽ cải thiện hệ số công suất, làm giảm thiệt hại.

Ứng dụng thứ ba, được gọi là phát hiện cách ly Khôi phục Lỗi (FDIR-Fault Detection Isolation Restoration), cải thiện độ tin cậy của hệ thống. Khi rối loạn xảy ra trong mạng lưới phân phối, công nghệ tự động phát hiện các rối loạn và định vị nó. Hệ thống sẽ ngắt thiết bị chuyển mạch ở hai bên của các phân đoạn bị sự cố để cô lập nó và khôi phục lại dịch vụ , cải thiện độ tin cậy của hệ thống.

Phần thứ tư là hệ thống quản lý phân phối (DMS) ở trung tâm điều khiển. DMS quản lý sự phức tạp ngày càng tăng của hệ thống phân phối, không chỉ đối với ba ứng dụng trên, mà còn cho việc tích hợp năng lượng tái tạo vào hệ thống phân phối. Hệ thống vốn được thiết kế cho chảy năng lượng theo một hướng, từ nguồn để tải. Không được thiết kế, ví dụ, cho các gia đình trang bị pin năng lượng mặt trời tại nhà, phát điện và truyền lại lên lưới điện. Tích hợp năng lượng tái tạo đòi hỏi một hệ thống SCADA riêng phân phối, và chúng tôi gọi đó là DMS.

• lưới điện thông minh
• trạm biến áp