Ứng dụng Công nghệ thu thập dữ liệu tiên tiến hỗ trợ tính toán tổn thất online, quản lý đo xa trên GIS của Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh

Ngày đăng : 30/06/2024

TÓM TẮT
Bài viết giới thiệu về các công nghệ thu thập tự động dữ liệu công tơ điện tử và vai trò của công nghệ đo đếm tự động/hạ tầng đo đếm tiên tiến (AMR/AMI) trong việc xây dựng lưới điện thông minh và chuyển đổi số. Ngay từ năm 2012, Tổng công ty Điện lực TP.HCM (EVNHCMC) đã triển khai thử nghiệm, thí điểm nhiều công nghệ thu thập dữ liệu đo đếm tiên tiến được sử dụng phổ biến trên thế giới như: công nghệ truyền dữ liệu trên đường dây tải điện (PLC), qua mạng lưới sóng vô tuyến (RF-MESH) và thu thập dữ liệu trực tiếp từ công tơ qua modem 3G/4G. Thời điểm ban đầu, EVNHCMC triển khai dự án thử nghiệm hệ thống thu thập dữ liệu đo đếm từ xa cho các trạm biến áp phân phối. Sau thành công của dự án, EVNHCMC mở rộng triển khai lắp đặt cho các khách hàng còn lại. Tính đến 6 tháng đầu năm 2024, toàn EVNHCMC đã thực hiện lắp đặt tổng số công tơ đo xa trên lưới là 2.754.710/2.754.710, tương ứng 100% tổng số công tơ khách hàng. 
EVNHCMC đã nghiên cứu, xây dựng nhiều ứng dụng để khai thác hiệu quả dữ liệu thu thập từ xa phục vụ cho công tác quy hoạch lưới điện, dự báo phụ tải, sửa chữa bảo dưỡng tiên tiến (CBM), quản lý kỹ thuật (giám sát U/I/cosφ/lệch pha, cảnh báo mất điện tức thời, tính toán chỉ số độ tin cậy tự động,…), quản lý tổn thất điện năng (cảnh báo bất thường hệ thống đo đếm, tính toán tổn thất online, cảnh báo vi phạm sử dụng điện,…), kinh doanh và dịch vụ khách hàng (khai thác hóa đơn tự động, cung cấp điện năng tiêu thụ hàng ngày, cảnh báo tiêu thụ điện tăng cao,… cho khách hàng). Những ứng dụng này giúp ngành điện Thành phố giám sát được hệ thống điện gần với thời gian thực, góp phần nâng cao hiệu quả quản trị, điều hành, cũng như nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng, đặc biệt là trong việc phát triển lưới điện thông minh. Theo kết quả đánh giá chỉ số lưới điện thông minh năm 2021 do SP Group thực hiện, chỉ số lưới điện thông minh của EVNHCMC đạt 67,9 điểm, xếp vị trí 53/86 Công ty điện lực thuộc 37 quốc gia trên thế giới và đứng thứ 2 khu vực Đông Nam Á. Qua thực tiễn triển khai, hệ thống thu thập dữ liệu công tơ đo xa là công nghệ cốt lõi của lưới điện thông minh, được ứng dụng hợp lý về chi phí và hiệu quả tại EVNHCMC trong bối cảnh chưa đủ điều kiện về chính sách, hạ tầng, chi phí để triển khai AMI. Việc triển khai thành công hệ thống đo xa thể hiện khả năng làm chủ công nghệ của EVNHCMC, mở ra tiền đề cho chuyển đổi số. 
Định hướng trong thời gian tới, EVNHCMC sẽ triển khai dự án dữ liệu lớn (Big Data) về phân tích hành vi khách hàng cũng như tiếp tục nghiên cứu AMI, …
1. Giới thiệu hệ thống thu thập dữ liệu đo đếm từ xa
Công nghệ đo đếm tự động (AMR) là một thuật ngữ rất quen thuộc và phổ biến đối với ngành điện Việt Nam trong một thập kỉ gần đây. Mục tiêu triển khai sử dụng AMR  nhằm thay thế cho việc ghi chỉ số bằng thủ công để khắc phục những khuyết điểm như: chi phí nhân công cao, việc ghi nhận không diễn ra đồng thời, có khả năng sai sót do yếu tố con người.
Hiểu được vai trò mà AMR mang lại, từ năm 2015, EVNHCMC đã triển khai thử nghiệm, hệ thống AMR cho 3.000 điểm đo khách hàng có điện năng tiêu thụ trên 50.000 kWh/tháng dùng công nghệ thu thập qua modem 3G và 3.500 điểm đo ở xã đảo Thạnh An (huyện Cần Giờ) dùng công nghệ thu thập qua DCU - PLC/RF.
Đến thời điểm hiện tại, EVNHCMC đã lắp đặt 2.754.710/2.754.710 công tơ đo xa, đạt tỷ lệ 100%. Việc triển khai lắp đặt hoàn tất hệ thống AMR được xem là tiền đề cho việc xây dựng các ứng dụng quản lý vận hành lưới điện cũng như nâng cao chất lượng phục vụ khách hàng của EVNHCMC.
2. Giải pháp thu thập dữ liệu đo đếm từ xa tại EVNHCMC
a. Mô hình và giải pháp thu thập dữ liệu từ xa
EVNHCMC đang khai thác công nghệ AMR để thu thập dữ liệu đo đếm từ xa. Hệ thống AMR tại EVNHCMC gồm 3 cấu phần chính: (i) công tơ, (ii) thiết bị thu thập dữ liệu tập trung (DCU) là thiết bị trung gian để kết nối hệ thống HES với các công tơ, (iii) phần mềm thu thập dữ liệu (HES). 
 

Để thực hiện hiện được việc thu thập, EVNHCMC đã xây dựng hệ thống IoT Gateway (hệ thống được thiết kế theo hướng cân bằng tải, tương tác hai chiều). Thiết bị modem/DCU sau khi thu thập sẽ chuyển dữ liệu về server thông qua một Gateway duy nhất. Gateway sẽ nhận thông tin và chuyển dữ liệu về các kênh socket  của server JMS.
 

Người dùng khai thác số liệu qua website IoT Gateway cung cấp hay tương tác đến modem/DCU thông qua phương thức trung gian kết nối các ứng dụng và thư viện khác nhau (API). Hệ thống với các chức năng chính giúp xử lý nghiệp vụ từ xa như (i) đọc số liệu công tơ từ xa tức thời bản tin thông số vận hành tức thời, load profile, chỉ số chốt tháng; (ii) cảnh báo các điểm đo có biến động chuyển tải trên lưới điện; (iii) định vị điểm đo, modem, DCU tích hợp trên bản đồ điện tử để người dùng nhanh chóng khoanh vùng phân tích vị trí nếu có trường hợp lỗi xảy ra, giám sát được tín hiệu sóng của sim, pin dự phòng gắn trong modem 3G/GPRS; (iv) hỗ trợ cảnh báo tức thời cho đơn vị điểm đo mất kết nối, điểm đo có kết nối nhưng không thu thập bản tin; (v) kiểm soát khai báo điểm đo với các hệ thống thông tin khác như CMIS, PMIS,…; (vi) quy hoạch hóa xây dựng chức năng tiện ích để giao tiếp đến thiết bị mà modem/DCU có chức năng ra lệnh hỗ trợ tương ứng để người dùng thao tác nhiều thiết bị cùng lúc, không cần phải kiểm tra ra lệnh từng thiết bị; (vii) tích hợp các chỉ số U, I, S định mức để cảnh báo vận hành điểm đo (non/đầy/quá tải, sụp/quá áp, quá/thiếu bù, lệch pha); (vii) chia sẻ dữ liệu thu thập thông số vận hành, phụ tải, chỉ số chốt tháng đúng với số liệu ghi nhận trên công tơ cho các hệ thống khai thác liên quan như nghiên cứu phụ tải (LRS), hệ thống giám sát và điều khiển phụ tải từ xa (DRMS), chốt số liệu hóa đơn/tổn thất trên hệ thống thông tin khách hàng (CMIS), thể hiện số liệu lên hệ thống thông tin bản đồ số (GIS), hệ thống tích hợp dữ liệu đo xa (MDIS),...; (ix) ứng dụng các thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI), dữ liệu lớn (BigData) trong việc phân tích dữ liệu.
b. Mô hình tích hợp, khai thác dữ liệu đo xa (MDIS) nhằm phục vụ quản lý lưới điện
Với mong muốn xây dựng một hệ thống chung nhất đáp ứng đầy đủ các nhu cầu khai thác phục vụ sản xuất kinh doanh, cung cấp dữ liệu cho nhiều ứng dụng mới sau này, EVNHCMC đã chủ động nghiên cứu, xây dựng chương trình MDIS để thu thập, lưu trữ, phân tích và khai thác hiệu quả nguồn dữ liệu công tơ đo xa này.
Chương trình tích hợp dữ liệu công tơ đo xa tập trung sẽ đáp ứng được các yêu cầu như (i) tích hợp dữ liệu đo xa thành một hệ thống chuẩn; (ii) quản lý hiệu quả dữ liệu đo xa; (iii) xây dựng các cảnh báo phục vụ công tác vận hành lưới điện; (iv) ngăn chặn sai lệch hóa đơn, theo dõi quá trình vận hành, xử lý mất kết nối; (v) kế thừa lại dữ liệu từ các hệ thống có sẵn và khai thác triệt để dữ liệu; (vi) chia sẻ thông tin hiệu quả cho các hệ thống khác: CMIS, PMIS, OMS, LRS, DRMS, … Thành phần các nhóm dữ liệu: (i) dữ liệu điểm đo đo xa ; (ii) dữ liệu thông số vận hành ; (iii) dữ liệu chỉ số điện năng ; (iv) dữ liệu Loadprofile ; (v) dữ liệu sự kiện & cảnh báo; (vi) dữ liệu khách hàng ; (vii) dữ liệu chốt hóa đơn của khách hàng ; (viii) dữ liệu thống kê báo cáo ; (ix) dữ liệu nhật ký xử lý đo xa ; (x) dữ liệu cấu trúc lưới theo cây ; (xi) dữ liệu chốt tổn thất .
Thông qua việc tích hợp, trao đổi cơ sở dữ liệu giữa MDIS với các hệ thống thông tin như: (i) hệ thống thu thập dữ liệu công tơ đo xa (HES); (ii) hệ thống thông tin quản lý lưới điện (PMIS); (iv) hệ thống thông tin khách hàng (CMIS); (iii) hệ thống quản lý thông tin mất điện (OMS); (v) hệ thống thu thập dữ liệu và giám sát điều khiển lưới điện (SCADA); (vi) hệ thống thông tin bản đồ số (GIS),…, EVNHCMC đã xây dựng được mô hình hợp nhất, dữ liệu được cập nhật đồng bộ liên tục, ngày càng được chuẩn xác hoàn thiện, được chia sẻ và khai thác hiệu quả phục vụ cho công tác quản lý, điều hành cũng như mang lại nhiều tiện ích hơn cho khách hàng sử dụng điện. 
 

Chương trình tích hợp các hệ thống đo xa giúp thúc đẩy sự phát triển, ứng dụng các công nghệ mới trong toàn ngành điện và tại EVNHCMC, hướng đến mục tiêu hiện đại hoá nguồn và lưới điện; quản lý và điều hành hoạt động sản xuất, kinh doanh; nâng cao chất lượng và dịch vụ đáp ứng các yêu cầu về kinh tế - xã hội. Trên cơ sở nguồn dữ liệu được tích hợp, từ năm 2021, EVNHCMC đã triển khai thành công Kho dữ liệu, Báo cáo và phân tích chuyên sâu (BI) phục vụ cho công tác điều hành sản xuất kinh doanh. Các báo cáo được phân tích đa chiều, trực tuyến theo thời gian thực hỗ trợ đắc lực cho lãnh đạo trong việc khai thác, ra quyết định kịp thời, đạt hiệu quả.
3. Ứng dụng hệ thống thu thập dữ liệu đo xa trong hoạt động sản xuất kinh doanh tại EVNHCMC
Dựa trên nền tảng về công nghệ thu thập, tích hợp dữ liệu (thông số đo lường phục vụ công tác vận hành lưới điện theo từng pha bao gồm dòng điện, điện áp, hệ số công suất, tần số, góc lệch pha giữa U và I, công suất tác dụng, công suất phản kháng; tính năng cài đặt các ngưỡng giới hạn để theo dõi chất lượng điện năng bao gồm sụt áp, quá áp, quá dòng, mất cân bằng công suất, mất áp pha), EVHCMC đã linh hoạt ứng dụng, khai thác nguồn dữ liệu trên một cách tối ưu và triệt để vào lĩnh vực kinh doanh, dịch vụ khách hàng, quản lý kỹ thuật và điều hành sản xuất. 
3.1. Lĩnh vực kinh doanh và dịch vụ khách hàng
a. Hỗ trợ đối soát số liệu trước khi tính toán hóa đơn
Tính năng tự động đối soát số liệu thu thập từ hệ thống đo xa với dữ liệu trên chương trình CMIS để đưa ra cảnh báo cho các trường hợp khách hàng có chỉ số điện năng tiêu thụ tăng/giảm bất thường, giúp người dùng dễ dàng phát hiện để kiểm tra, phúc tra chỉ số để đảm bảo tính chính xác trước khi khai thác số liệu tính toán hóa đơn cho khách hàng.
b. Thống kê xử lý mất kết nối
Tính năng tổng hợp các điểm đo mất kết nối từ hệ thống đo xa để phân công xử lý, theo dõi kết quả xử lý và cập nhật kết quả xử lý tại hiện trường trực tiếp trên trang web của chương trình như (i) thống kê và phân công xử lý trên website; (ii) theo dõi kết quả xử lý của các đơn vị; (iii) cập nhật kết quả xử lý mất kết nối tại hiện trường.
c. Cung cấp thông tin biểu đồ phụ tải
Tính năng đồng bộ dữ liệu hệ thống đo xa cung cấp thông tin biểu đồ phụ tải cũng như chỉ số điện năng tiêu thụ hàng ngày cho khách hàng thông qua website trung tâm chăm sóc khách hàng https://cskh.evnhcmc.vn/tracuu/thongtinphutai, ứng dụng di động. Điều này giúp cho khách hàng thuận tiện trong việc theo dõi, kiểm tra sản lượng điện năng hàng ngày thông qua thiết bị di động thông minh.
 

d. Ứng dụng quản lý hệ thống đo xa trên bản GIS 
EVNHCMC đã quản lý giám sát được tình trạng hoạt của các công tơ đo xa, quản lý khách hàng lắp đặt hệ thống ĐMTMN trên nền bản đồ GIS một cách trực quan sinh động, đồng thời giúp cho người quản lý vận hành xác định nhanh nguyên nhân, vị trí, khu vực công tơ mất kết nối để phân công kiểm tra, xử lý ngoài hiện trường một cách hợp lý, nhanh chóng và hiệu quả nhất. Cụ thể: (i) Thống kê số lượng mất kết nối theo từng Quận, phường, trạm khu vực để thuận tiện trong công tác phân công xử lý mất kết nối tại hiện trường; (ii) Xác định vị trí công tơ mất kết nối thông qua biểu tượng cảnh báo trên bản đồ GIS; (iii) Giám sát được các trường hợp lắp đặt công tơ không đúng công nghệ thu thập trong trạm thông qua màu sắc được quy định trên nền bản đồ GIS.
Chương trình hỗ trợ người dùng phát hiện nhanh các trường hợp thay đổi công suất dựa trên sự khác biệt giữa ảnh vệ tinh so với mặt bằng tổng thể của dự án tại thời điểm khách hàng và ngành điện ký hợp đồng
e. Nâng cao dịch vụ khách hàng
EVNHCMC đã sớm phát triển nhiều ứng dụng, tiện ích chăm sóc khách hàng song song với triển khai hệ thống đo xa. Việc này đã giúp cho ngành điện nâng cao năng lực khai thác cũng như quản lý nguồn năng lượng hiệu quả và tiết kiệm nhất, đồng thời tạo ra một môi trường tương tác sinh động, hiệu quả, nhanh chóng và thuận lợi nhất cho khách hàng thông qua việc cung cấp một số dịch vụ mới để chủ động trao quyền cho khách hàng theo dõi, giám sát tình hình sử dụng điện của mình, đồng thời giám sát được chất lượng dịch vụ của ngành điện ở mọi lúc, mọi nơi thông qua ứng dụng CSKH, website CSKH của EVNHCMC.
Ngoài ra, hệ thống còn cung cấp thêm một số thông tin liên quan đến tình hình sử dụng điện của khách hàng như: cảnh báo các trường hợp điện năng sử dụng tăng/giảm bất thường, cảnh báo các thông số vận hành dòng điện, điện áp, hệ số công suất,… những cảnh báo này sẽ được tự động gửi đến khách hàng thông qua tin nhắn SMS/ứng dụng CSKH, Zalo, email,… Từ đó khách hàng có thể chủ động xây dựng kế hoạch sử dụng điện được linh hoạt, hiệu quả và tiết kiệm hơn, góp phần bảo vệ môi trường và giảm chi phí kinh tế cho gia đình và xã hội.
  

3.2. Lĩnh vực quản lý kỹ thuật, vận hành lưới điện
a. Công tác giám sát, vận hành lưới điện
(i) Cảnh báo vận hành trạm biến áp phân phối: thông qua việc khai thác dữ liệu từ trục tích hợp dữ liệu ESB , EVNHCMC tổ chức triển khai xây dựng (i) bộ mã cảnh báo vận hành cho công tác quản lý trạm biến áp phân phối, (ii) công thức để đưa ra ngưỡng cảnh báo, (iii) báo cáo tổng hợp cảnh báo vận hành đối với từng đơn vị trực thuộc. Các nhóm cảnh báo gồm: 10 nhóm cảnh báo vận hành (mất điện, quá tải pha, non tải pha, đầy tải pha, độ lệch pha quá ngưỡng, không tải, tụt áp pha, quá áp pha, thiếu bù pha và quá bù pha; 02 nhóm cảnh báo đo lường (mất dòng, mất tín hiệu đo lường áp). Từ đó, người quản lý có thể đánh giá tổng quan tình hình vận hành các trạm biến áp trên địa bàn, thực hiện kiểm tra, đề xuất các giải pháp xử lý phù hợp với từng loại cảnh báo một cách nhanh chóng, nhằm nâng cao chất lượng điện năng cũng như đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định cho khách hàng.
(ii) Xây dựng bản đồ GIS cảnh báo vận hành: từ việc xây dựng bộ mã cảnh báo vận hành, với mong muốn trực quan hóa tình hình vận hành lưới điện, hỗ trợ trực tiếp người lập kế hoạch xử lý có thể khoanh vùng, chọn giải pháp phù hợp như cắt lưới chia tải, cấy mới trạm tại khu vực còn thiếu trạm hoặc hoán chuyển máy tại các trạm lân cận để tối ưu vận hành lưới, EVNHCMC đã linh động liên kết thông tin cảnh báo vận hành với bản đồ GIS.
 

(iii) Quản lý mất điện: Trên cơ sở các kỹ thuật kết nối dữ liệu giữa 2 ứng dụng AMR và OMS (khi nhận được tín hiệu mất điện từ hệ thống AMR, chương trình OMS sẽ tiến hành phân tích và so sánh với hiện trạng vận hành sơ đồ đơn tuyến. Trong trường hợp sơ đồ đơn tuyến chưa được ghi nhận mất điện, hệ thống sẽ lập tức phát cảnh báo bằng âm thanh và đồng thời hiển thị cảnh báo chuyển động thu hút sự chú ý tại vị trí thiết bị đang mất điện. Tất cả quá trình phát sinh cảnh báo này đều được áp dụng theo cơ chế cận thời gian thực). Các tín hiệu mất điện và có điện TBAPP được cảnh báo để hỗ trợ điều hành bằng hình ảnh và âm thanh trên phân hệ vận hành tại các Công ty Điện lực (tần suất cập nhật dữ liệu là 01 phút/lần; điều này cho phép tình trạng mất điện/có điện của TBAPP được giám sát cận thời gian thực (độ trễ < 03> 

Điều này giúp các Công ty Điện lực chủ động liên hệ với khách hàng để xử lý kịp thời nhằm rút ngắn thời gian mất điện, nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng cũng như nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
 

b. Nâng cao chất lượng điện năng
*Quản lý, giảm tổn thất điện năng
Thông qua việc ứng dụng, khai thác nguồn dữ liệu từ hệ thống đo xa, EVNHCMC đã xây dựng và phát triển thành công “Công cụ tính toán tổn thất online” cho lưới điện phân phối. Công cụ này được phát triển theo nền tảng BigData thông qua việc kết nối, kế thừa từ nhiều nguồn dữ liệu từ hệ thống khác trong Tổng công ty, đồng thời thực hiện số hóa dữ liệu, thông tin điểm đo và triển khai xây dựng một số thuật toán đối với kiện toàn các dữ liệu khiếm khuyết (ví dụ như ước sản lượng khi có hiện tượng mất kết nối từ thiết bị đo đếm) hay vận dụng các lý thuyết về phân tích dữ liệu  để đánh giá tính ổn định/xu hướng tổn thất, tìm ra tổn thất kỳ vọng đối với từng Công ty Điện lực. 
 

Số hóa điểm đo, tự động hóa quy trình quản lý tổn thất khu vực là mục tiêu, định hướng của EVNHCMC trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh, hiệu suất lao động song song với việc hoàn thành tốt nhiệm vụ chuyển đổi số của EVNHCMC.
*Giám sát công suất phản kháng, cải thiện hệ số công suất
Với mục tiêu giám sát, quản lý tốt hơn nữa điện năng tổn thất, thực hiện đúng chủ trương, chỉ đạo của EVN trong công tác giám sát công suất phản kháng, nâng cao hiệu quả công tác đầu tư lắp đặt tụ bù, EVNHCMC cũng đã ứng dụng dữ liệu, thông tin về hệ số công suất, công suất tác dụng, công suất phản kháng từ hệ thống đo xa để xây dựng báo cáo BI đối với việc giám sát hàng ngày công suất phản kháng tại các máy cắt tổng, máy cắt phát tuyến trên địa bàn và báo cáo đánh giá tình hình sụt/quá áp, thiếu/quá bù đối với các trạm biến áp phân phối.

3.3. Các ứng dụng từ phân tích dữ liệu đo đếm thu thập từ xa của EVNHCMC giữ vai trò quan trọng trong việc góp phần nâng ví trí xếp hạng về lưới điện thông minh do tổ chức SP Group đánh giá
Điểm đánh giá bộ chỉ số lưới điện thông minh năm 2021 của SP Group được thực hiện trên 86 công ty phân phối điện từ 37 quốc gia, EVNHCMC đã đạt 67,9 điểm (bằng điểm với các công ty điện lực TNB – Malaysia, MEA – Thái Lan, Dominion Energy – Mỹ, Eversource – Mỹ, Vatterfall – Thụy Điển) tăng 16,1 điểm so với bảng đánh giá năm 2020 (51,8 điểm) với chỉ số nổi bật là Giám sát và điều khiển, đạt vị trí 53/86 công ty điện lực thuộc 37 quốc gia trên thế giới và đứng vị trí thứ 2 trong khu vực Đông Nam Á (sau SP Group với 75 điểm, xếp hạng 36/86). Trong đó, tiêu chí về “Phân tích dữ liệu” (01 trong 07 tiêu chí của bộ chỉ số lưới điện thông minh) đạt điểm khá cao là 3,5/4 điểm.
4. Bài học kinh nghiệm
Qua thực tiễn triển khai, hệ thống thu thập dữ liệu công tơ đo xa là công nghệ cốt lõi của lưới điện thông minh, được ứng dụng hợp lý về chi phí và hiệu quả tại EVNHCMC trong bối cảnh chưa đủ điều kiện về chính sách, hạ tầng, chi phí để triển khai AMI. Việc triển khai thành công hệ thống đo xa thể hiện khả năng làm chủ công nghệ, mở ra tiền đề góp phần cho sự thành công của quá trình chuyển đối số tại EVNHCMC.
5. Định hướng phát triển
Trong giai đoạn tới, EVNHCMC sẽ tiếp tục phát triển, hoàn thiện các chương trình, ứng dụng phân tích dữ liệu đo xa với mục tiêu nâng cao hiệu quả trong công tác quản trị, điều hành của Tổng công ty, đồng thời tạo ra một môi trường tương tác sinh động, hiệu quả, nhanh chóng và thuận lợi nhất cho khách hàng, góp phần nâng cao sự trải nghiệm của khách hàng, nâng cao mức độ hài lòng của khách hàng.