Nghiên cứu quản lý mạng lưới điện trung thế thành phố Đà Nẵng bằng GIS

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009 1 NGHIÊN CỨU QUẢN LÝ MẠNG LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ TP. ĐÀ NẴNG BẰNG GIS STUDY ON THE MANAGEMENT OF THE MEDIUM VOLTAGE NETWORK WITH GIS IN DANANG CITY Trần Vinh Tịnh Dương Minh Quân Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Hệ thống thông tin địa lý (GIS) sử dụng máy tính quản lý cơ sở dữ liệu, cung cấp các thao tác xử lý dữ liệu để hỗ trợ người sử dụng thực hiện các tác nghiệp, cung cấp thông tin để hỗ trợ ra quyết định. Ứng dụng GIS phục vụ cho một số ngành của nước ta nói chung và Tp. Đà Nẵng nói riêng hiện nay và trong tương lai, trong đó có ngành điện. Bài báo tập trung nghiên cứu thiết kế mô hình GIS 6 thành phần, sau đó cài đặt mô hình dữ liệu GIS, ứng dụng thiết kế và cài đặt chương trình khai thác dữ liệu với chức năng: hiển thị, cập nhật, truy vấn nhằm phục vụ cho công tác quản lý vận hành mạng lưới điện trung thế Tp.Đà Nẵng. ABSTRACT Geographical Information System (GIS) uses the computer to manage databases and provide manipulations of data processing that helps users carry out network operations and give information in decisions making. To meet the needs of GIS application to some fields including electrical generation in our country in general and in Danang City in particular at the present time as well as in the future, this article is aimed to study the design of six component GIS models, reset the GIS data models and finally design and set a data development programme for displaying, updating and inquiring functions in an attempt to operate and manage the medium voltage network in Danang City. 1. Mở đầu Hệ thống thông tin địa lý (GIS-Geographical Information System) là một trong những công nghệ mới, hiện đại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực ở khắp nơi trên thế giới nhằm hiện đại hóa công tác quản lý, xử lý, phân tích, quy hoạch và tăng cường năng lực công tác cho bộ máy hành chính. Đối với ngành điện, hiện nay dữ liệu đang bị phân tán và hầu hết đều quản lý trên giấy tờ, chưa có một công cụ hữu hiệu phục vụ cho công tác quản lý vận hành, ra quyết định,... Vì vậy, hệ thống thông tin lưới điện khi được xây dựng hoàn chỉnh sẽ cung cấp đầy đủ các thông tin về tất cả các thiết bị trong hệ thống, hỗ trợ cho công tác quản lý kỹ thuật, quản lý vận hành, nhanh chóng phục vụ ra quyết định. 2. Nội dung 2.1. Tổng quan Dựa trên các chức năng của GIS là thu thập dữ liệu, lưu trữ, phân tích và hiển TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009 2 thị. Những nghiên cứu trong và ngoài nước được ứng dụng trong thực tế đã đạt được một số thành tựu đáng kể trong đó có nghành điện, cụ thể: - Năm 1993, điện lực Liban (Electricité Du Liban - EDL) xây dựng bản đồ động, phục vụ trong công tác quản lý của điện lực bằng công nghệ GIS. Dự án này có tên là GISEL (GIS at Electricity of Lebanon) có thời gian thực hiện trong 4 năm. Sau khi hoàn thành, GISEL cung cấp dịch vụ cho hơn 800.000 khách hàng trong phạm vi phục vụ 10.000 km2. - Công ty Điện lực Bangkok, Thailand thực hiện dự án triển khai ứng dụng GIS trong hệ thống truyền tải điện. Dự án thực hiện từ năm 1996 đến năm 2002, được phân ra thành ba giai đoạn. Tổng cộng có 15 chi nhánh điện lực được ứng dụng và phạm vị quản lý 2639.91km2. - Dự án ứng dụng GIS giám sát sự cố phục vụ cho 7 Công ty Điện lực của bang New York và Bộ Công Ích (Departement of Public Service - DPS), Hoa Kỳ. Dự án thực hiện từ năm 1999 đến năm 2001. Dự án này xây dựng hệ thống GIS giám sát sự cố bao gồm: nhận thông tin, xử lý, phân tích và thông báo cho các đơn vị liên quan để giải quyết sự cố trong thời gian sớm nhất, nhanh nhất. - Năm 2003, Điện lực Thủ Đức nghiên cứu và ứng dụng GIS phục vụ công tác quản lý tổn thất điện năng thông qua việc quản lý sơ đồ lưới điện và thông tin khách hàng trên phần mềm Mapinfo. Kết quả, năm 2003 tổn thất là 5% thì đến năm 2006 tổn thất đã giảm xuống, chỉ còn 4,19%. Rõ ràng hệ thống thông tin địa lý (GIS) đang được ứng dụng rộng rãi và đem lại hiệu quả rõ rệt trong ngành điện. Tuy nhiên ở nước ta hầu hết các nghiên cứu và ứng dụng mới chỉ được triển khai trên phần mềm Mapinfo, đây là phần mềm khá phổ biến ở nước ta, dễ sử dụng có nhiều tính năng mạnh nhưng lại mang tính cá nhân. Để khắc phục nhược điểm trên, bài báo nghiên cứu sử dụng phần mềm ArcGIS 9 đây là công cụ mới, linh hoạt và mạnh nhất cho GIS đi theo nó là “Oracle 9”, đây là hệ quản trị cơ sở dữ liệu lớn nhiều người dùng phù hợp với đại đa số các cơ quan quản lý hiện nay, tuy nhiên tuỳ theo mục đích ta cũng có thể lựa chọn hệ quản trị dữ liệu Microsoft Access, đây là hệ quản trị dữ liệu cá nhân mạnh nhất. Mặt khác Microsoft Access có ngay trong bộ Microsoft Office, sử dụng thành thạo Access sẽ nhanh chóng làm quen với các hệ quản trị dữ liệu khác. Ngoài ra, ngôn ngữ lập trình đi kèm với ArcGIS 9 là VBA rất gần gũi với mọi người, tạo điều kiện cho người lập trình dễ dàng xây dựng các công cụ phục vụ chuyên môn hiệu quả hơn so với ngôn ngữ MapBasic của Mapinfo còn tương đối mới đối với chúng ta. 2.2. Những nghiên cứu lý thuyết 2.2.1. Mô hình hệ thống thông tin địa lý Trong tiến trình xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin địa lý, nhiều mô hình hệ thống đã được áp dụng: Mô hình 3 thành phần (phần cứng, phần mềm, con người), mô hình 4 thành phần (kỹ thuật, thông tin, tổ chức và con người), mô hình 5 thành phần (phần TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009 3 cứng, phần mềm, con người, dữ liệu và quy trình), mô hình 6 thành phần (phần cứng, phần mềm, tổ chức, quy trình, dữ liệu, con người). Hình 2.1. Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý 2.2.2. Mô hình Geodatabase Geodatabase là mô hình dữ liệu hướng đối tượng hỗ trợ trong việc thiết kế, lưu trữ dữ liệu GIS thống nhất trong một hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Nó chứa đựng dữ liệu vector, raster, thuộc tính, và các đối tượng GIS khác. Geodatabase có thể được ứng dụng với các mô hình ứng dụng khác nhau tùy theo kích thước dữ liệu và số lượng người dùng. Mô hình Geodatabase là mô hình dữ liệu hướng đối tượng. Trong mô hình này, các thực thể được mô tả như các đối tượng với các thuộc tính, hành động, và các quan hệ. 2.2.3. Một số ứng dụng của đồ thị trong bài toán vận hành lưới điện Trên cơ sở biểu diễn mạng lưới điện dưới dạng đồ thị, nhiều thuật toán của lý thuyết đồ thị có thể được ứng dụng trong các bài toán vận hành lưới điện. Nội dung của bài toán là tìm đường đi đến tất cả các đỉnh của đồ thị xuất phát từ một điểm cho trước. Điểm cho trước đó chính là nguồn cung cấp và đường đi đến tất cả các đỉnh của đồ thị chính là chiều của dòng điện đi đến các đầu cuối tiêu thụ. Để giải quyết bài toán này thì có thể áp dụng giải thuật Dijsktra, Floyd, Bellman,… tìm đường đi ngắn nhất từ đỉnh ban đầu (source) đến tất cả các đỉnh còn lại với giả thiết các cạnh đều có trọng số bằng đơn vị, hoặc một số giải thuật khác. Bài toán này được xem là bài toán xuôi chiều (downstream). Ngược với bài toán trên là bài toán tìm nguồn cung cấp khi biết nơi tiêu thụ hay còn gọi là bài toán tìm ngược chiều (upstream). Để giải quyết bài toán này thì có thể dùng phương pháp đổi hướng tất cả các cạnh trong đồ thị và áp dụng lại giải thuật trong bài toán xuôi chiều. Do đặc trưng của mạng điện hở là đầu cuối tiêu thụ chỉ được cung cấp bởi một nguồn, cho nên khi đổi tất cả các cạnh của đồ thị thì nguồn cung cấp thành hộ tiêu thụ và hộ tiêu thụ trở thành nguồn cung cấp. Đặc điểm của đồ thị này là chỉ có duy nhất một đỉnh là nơi tiêu thụ và tất cả các đỉnh còn lại là nguồn cung cấp và như vậy bài toán ngược dòng đã được giải quyết tương tự bài toán xuôi chiều TỔ CHỨC CON NGƯỜI QUY TRÌNH DỮ LIỆU PHẦN CỨNG PHẦN MỀM TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009 4 2.2.4. Cơ sở xây dựng chương trình Demo Ở nội dung này, bài báo chỉ trình bày cơ sở lý thuyết để xây dựng công cụ cô lập đường dây của mạng điện trung thế trong một số các công cụ đã được xây dựng trong chương trình Demo. - Yêu cầu: Khi đường dây đang vận hành có thể gặp các sự cố như chập, cháy, đường dây quá tải, trong trường hợp này ta cần biết thiết bị đóng cắt nào ảnh hưởng trực tiếp đến đường dây để cắt thiết bị đó. Công cụ cho phép người sử dụng chọn đường dây cần xác định thiết bị đóng cắt khi đó chương trình sẽ tự động hiển thị thiết bị nào sẽ cắt và vùng bị cắt điện bằng cách đổi màu. - Phân tích: Khi tuyến dây được chọn, chương trình sẽ kiểm tra trạng thái có điện của tuyến dây. Nếu tuyến dây đang có điện thì chương trình sẽ tiến hành đổi màu của tuyến dây cùng các thiết bị có liên quan. Ngược lại, nếu tuyến dây không có điện thì màn hình sẽ xuất hiện thông báo tuyến dây không được cấp điện và do đó không cần phải cô lập tuyến dây. - Lưu đồ giải thuật: Hình 2.2. Lưu đồ giải thuật 3. Đánh giá kết quả Qua quá trình nghiên cứu, tác giả xin đưa ra một số kết quả như sau: - Tập báo cáo đưa ra một số cơ sở lý thuyết cho việc xây dựng một hệ thống GIS phục vụ trong công tác quản lý nói chung và trong công tác quản lý mạng lưới điện nói riêng. Bắt đầu Chọn đoạn trục/đường dây cần xác định thiết bị để cô lập đường dây NSD chọn công cụ cô lập đường dây Đường dây đang có điện? Thay đổi màu sắc vùng bị cắt và thiết bị cần cắt Kết thúc S Đ Thông báo đường dây không được cấp điện, không cần cô lập TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009 5 - Mô hình Geodatabase mạng lưới điện trung thế được cài đặt vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu MS access. - Chương trình Demo được xây dựng bằng ngôn ngữ VBA trên giao diện Arcmap của Arcinfo 9 Nhìn chung đề tài ứng dụng GIS vào việc quản lý mạng lưới điện trung thế dựa trên kết quả nghiên cứu đầy đủ về cơ sở lý thuyết khoa học GIS, mô hình cơ sở dữ liệu địa lý Geodatabase và lý thuyết về đồ thị toán học,…Cho nên, kết quả nghiên cứu của đề tài có đầy đủ cơ sở khoa học và lập luận hợp lý, xác thực để triển khai ứng dụng. Ngoài nghiên cứu lý thuyết, tác giả đã xây dựng mô hình ứng dụng trên xuất tuyến 474E9 trên địa bàn Quận Liên Chiểu, TP.Đà Nẵng do chi nhánh điện khu vực II quản lý. Kết quả cho phép xác định tính đúng đắn của quá trình nghiên cứu lý thuyết phù hợp với mục tiêu đặt ra của đề tài. Ngoài kết quả đạt được nghiên cứu lý thuyết, đề tài còn nghiên cứu mô hình thông tin địa lý phù hợp với Điện lực TP.Đà Nẵng: mô hình 6 thành phần, các thuật giải phục vụ trong công tác quản lý và vận hành mạng lưới điện trung thế. Đây cũng là kết quả hết sức quan trọng có ý nghĩa thiết thực trong việc triển khai ứng dụng của đề tài. Hình 3.1. Giao diện chính của chương trình. 4. Kết luận Về ý nghĩa khoa học, hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý mạng lưới điện trung thế xây dựng theo mô hình 6 thành phần, đây là mô hình phù hợp với quy mô và hướng phát triển của Điện lực Đà Nẵng. Bài báo góp phần vào việc chuẩn hoá về dữ liệu GIS về mạng điện, cung cấp một số giải thuật phân tích GIS ứng dụng vào trong các quy trình vận hành và quản lý mạng lưới điện trung thế. Về ý nghĩa xã hội, bài báo xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS nhằm bảo dưỡng tài liệu, bản đồ, sơ đồ,… của Công ty Điện lực Đà Nẵng, kết hợp với một số công cụ cập TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009 6 nhật sẽ làm tăng giá trị dữ liệu. Với tình hình phát triển hiện nay của cả nước nói chung và thành phố Đà Nẵng nói riêng, nguồn năng lượng là vấn đề có ảnh hưởng rất lớn đến chiến lược phát triển kinh tế - xã hội. Quản lý nguồn điện sử dụng tối ưu là bài toán khó giải quyết, đề tài đã cung cấp một hướng giải quyết cho bài toán này. Việc triển khai ứng dụng vào trong thực tiễn vào trong ngành điện sẽ hỗ trợ tích cực vào trong một số quy trình tác nghiệp sẽ nâng cao năng suất công việc, giảm giá thành quản lý, vận hành mạng điện, nâng cao trình độ hiểu biết cho nhân viên ngành điện trong việc tiếp cận với công nghệ mới – công nghệ GIS. Dựa trên nền tảng kiến thức và dữ liệu hiện có của đề tài tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển hệ thống SCADA phục vụ cho việc quản lý hệ thống điện tốt hơn, và mở rộng sang lưới hạ thế khá phức tạp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Vĩnh Phước (2003), GIS đại cương, Đại học Quốc gia Tp.hồ Chí Minh. [2] TS. Phạm Hữu Đức (2006), Cơ sở dữ liệu và hệ thống thông tin địa lý GIS, Nxb Xây dựng. [3] Andrew Macdonald (2001), Buiding a Geodatabase, ESRI. [4] Michael Minami (2001), Using_ArcMap, ESRI. [5] Robert Burke (2001), Getting to know ArcObjects (Programming ArcGIS with VBA), ESRI. Aleta Vienneau (2001), Using_ArcCatalog, ESRI.ESRI (2001), What is ArcGIS?, ESRI.