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

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 117 NGHIÊN CỨU QUẢN LÝ MẠNG LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ TP.ĐÀ NẴNG BẰNG GIS STUDYING THE MANAGEMENT OF THE MEDIUM VOLTAGE NETWORK IN DANANG CITY BY GIS SVTH:DƢƠNG MINH QUÂN Lớp 03DHT - Trường Đại học Bách Khoa PHẠM NGỌC THƢ Lớp 03D1A - Trường Đại học Bách Khoa GVHD: TS.TRẦN VINH TỊNH Khoa Điện - Trường Đại học Bách Khoa TÓM TẮT: Bài báo d ựa trên hiện trạng và nhu cầu ứng dụng GIS phục vụ công tác quản lý vận hành mạng lưới điện tại điện lực Đà Nẵng để đưa ra phương án nghiên cứu phù hợp.Nội dung bài báo tập trung nghiên cứu thiết kế mô hình GIS 6 thành phần, sau đó c ài đặt mô hình dữ liệu GIS, cuối cùng là 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: The article is based on the status and demand of GIS application serving the management and operation of power system at DaNang power company for the purpose of an appropriate research. The article’s content aims at studying the design of six component GIS modal, then resetting GIS data modal and lastly designing and setting the data development program with displaying, updating, inquiry functions in order to manage and operate 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 đƣợc 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 cƣờng năng lực công tác cho bộ máy hành chính. Đối với ngành điện, hiện nay dữ liệu đang bị phát tán và hầu hết đều quản lý trên giấy tờ, chƣa có một công cụ hữu hiệu phục vụ cho công tác quản lý vận hành, ra quyết định,...Vì vậy, hệ thống thông tin lƣới điện khi đƣợc 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,.... Trong tƣơng lai, Tp.Đà Nẵng sẽ xây dựng xong hệ thống thông tin địa lý của thành phố - DANAGIS. Khi đó, các ngành Địa chính - Nhà đất, Giao thông, Bƣu điện, Điện lực, Thoát nƣớc, Cấp nƣớc, ..sẽ cùng kết nối vào hệ thống này để khai thác nguồn tài nguyên dữ liệu phong phú của toàn thành phố, hỗ trợ cho công tác thiết kế, quản lý kỹ thuật, quản lý kinh doanh, lập kế hoạch quản lý kinh doanh,.. 2. Nội dung 2.1. Tổng quan Dƣ̣a trên các chƣ́c năng của GIS là thu thập dƣ̃ liệu , lƣu trƣ̃ , phân tích và hiển thị , nhƣ̃ng nghiên cƣ́u trong và ngoài nƣớc đƣợ c ƣ́ng dụng trong thƣ̣c tế đã đạt đƣợc một số thành tƣ̣u đáng kể trong 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 Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 118 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, đƣợc phân ra thành ba giai đoạn. Tổng cộng có 15 chi nhánh điện lực đƣợc ứng dụng và phạm vị quản lý 2639.91km 2 . - 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 2000, Công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh đã triển khai nghiên cứu đề tài “Mô phỏng và suy diễn trên máy tính các phƣơng pháp vận hành lƣới điện phân phối”. Với nội dung đề tài cũng đã đề cập đến GIS, cụ thể là đề tài xây dựng chƣơng trình “Hot Systems” trên nền của MapInfo phục vụ trong công tác vận hành và phân phối điện. - Năm 2003, Điện lƣ̣c Thủ Đƣ́c nghiên cƣ́u và ƣ́ng dụng GIS phục vụ công tác quản lý tổn thất điện năng thông qua việc quản lý sơ đồ lƣới điện và thông tin khách hàng trên phần mềm Mapinfo. Kết quả là năm 2003 tổn thất là 5% thì đến năm 2006 đã giảm xuống còn 4,19%. Rõ ràng hệ thống thông tin địa lý (GIS) đang đƣợc ƣ́ng dụng r ộng rãi và đem lại hiệu quả rõ rệt. Tuy nhiên ở nƣớc ta hầu hết các nghiên cƣ́u và ƣ́ng dụng mới chỉ đƣợc triển khai trên phần mềm Mapinfo, đây là phần mềm khá phổ biến ở nƣớc ta , dễ sƣ̉ dụng có nhiều tính năng mạnh nhƣng lại mang tính cá nhân. Để khắc phục nhƣợc 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 dƣ̃ liệu lớn nhiều ngƣ ời dùng phù hợp với đại đa số các cơ quan quản lý hiện nay , tuy nhiên tuỳ theo mục đích ta cũng có thể lƣ̣a chọn hệ quản trị dƣ̃ 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 ngƣời, tạo điều kiện cho ngƣời lập trình dễ dàng xây dựng các công cụ phục vụ chuyên môn hiệu quả hơn so với ngôn ngữ MapBasic của Mapinfo còn tƣơng 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 đƣợc áp dụng: Mô hình 3 thành phần (phần cứng, phần mềm, con ngƣời), mô hình 4 thành phần (kỹ thuật, thông tin, tổ chức và con ngƣời), mô hình 5 thành phần (phần cứng, phần mềm, con ngƣời, dữ liệu và quy trình), mô hình 6 thành phần (phần cứng , phần mềm, tổ chức, quy trình, dữ liệu, con ngƣời). (hình 2.2.1) 2.2.2. Mô hình Geodatabase: Geodatabase là mô hình dữ liệu hƣớng đối tƣợng hỗ trợ trong việc thiết kế lƣu 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 tƣợng GIS khác. Geodatabase có thể đƣợc ứng dụng với các mô hình ứng dụng khác nhau tùy theo kích thƣớc dữ liệu và số lƣợng ngƣời dùng. Mô hình Geodatabase là mô hình dữ liệu hƣớng đối tƣợng. Trong mô hình này, các thực thể đƣợc mô tả nhƣ các đối tƣợng với các thuộc tính, hành động, và các quan hệ. Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 119 Hình 2.2.1: Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý 2.2.3. Một số ứng dụng của đồ thị trong bài toán vận hành lưới điện: Trên cơ sở biểu diễn mạng lƣới điện dƣới dạng đồ thị, nhiều thuật toán của lý thuyết đồ thị có thể đƣợc ứng dụng trong các bài toán vận hành lƣới điện. Bài toán xác định tất cả các đầu cuối tiêu thụ từ một nguồn cung cấp cho trƣớc là một bài toán tìm đƣờng đi đến tất cả các đỉnh của đồ thị xuất phát từ một điểm cho trƣớc. Điểm cho trƣớc đó chính là nguồn cung cấp và đƣờng 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 đƣờng 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 đƣợc xem là bài toán xuôi chiều (downstream). Ngƣợc với bài toán trên là bài toán tìm nguồn cung cấp khi biết nơi tiêu thụ hay còn gọi là bài toán tìm ngƣợc dòng (upstream). Để giải quyết bài toán này thì có thể dùng phƣơng pháp đổi hƣớng tất cả các cạnh trong đồ thị và áp dụng lại giải thuật trong bài toán xuôi chiều. Do đặc trƣng của đồ thị trong mạng điện là đầu cuối tiêu thụ chỉ đƣợc cung cấp bởi một nguồn, cho nên khi đổi tất cả các cạnh của đồ thị thì nguồn cung cấp thành nơi tiêu thụ và nơi tiêu thụ trở thành nguồn cung cấp. Đặc điểm của đồ thị này là chỉ có duy nhất một đỉnh là nơi đầu cuối tiêu thụ và tất cả các đỉnh còn lại là nguồn cung cấp và nhƣ vậy bài toán ngƣợc dòng đã đƣợc giải quyết. 2.2.4. Cơ sở xây dựng chương trình Demo Ở nội dung này, nhóm nghiên cứu xin đƣợc trình bày cơ sở lý thuyết để xây dựng công cụ xem thông tin trong số công cụ mà nhóm đã xây dựng trong chƣơng trình Demo. - Yêu cầu: xem thông tin trạm ngắt, đƣờng dây trung thế, thiết bị đóng cắt, trạm biến thế trên xuất tuyến 474 E9. - Phân tích: trƣớc hết, ngƣời dùng chọn vào “Công cụ xem, sửa thông tin của các đối tƣợng trong mạng lƣới điện”; rồi xác định một đối tƣợng cụ thể cần xem thông tin trên bản đồ (bằng cách click giữ chuột, kéo rê cho bao quanh đối tƣợng và sau đó thả ra). Lúc này những thông tin liên quan đến đối tƣợng (mà ngƣời dùng vừa chọn) sẽ hiện lên trên màn hình thông qua hộp thoại thông báo (tƣơng ứng với từng loại đối tƣợng đó). Ngƣợc lại, nếu không tìm thấy đối tƣợng nào trong phạm vi đƣợc chọn thì chƣơng trình sẽ xuất ra thông PHẦN CỨNG PHẦN MỀM CON NGƯỜI QUY TRÌNH DỮ LIỆU TỔ CHỨC Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 120 báo yêu cầu ngƣời dùng nên xác định một đối tƣợng cụ thể mà họ cần xem thông tin.Chức năng này sẽ kết thúc sau khi ngƣời dùng chọn sang một chức năng khác trên thanh công cụ hay là sau khi hộp thoại thể hiện thông tin về đối tƣợng đƣợc đóng lại (nghĩa là sau sau khi ngƣời dùng xác định đối tƣợng; sau một thời gian chƣơng trình tiến hành truy vấn, tìm kiếm đối tƣợng thành công và hiển thị các thông tin có liên quan đến đối tƣợng đó lên màn hình). - Lƣu đồ giải thuật: Hình 2.2.4: Lưu đồ giải thuật 3. Đánh giá kết quả Qua quá trình nghiên cứu, bài báo xin đƣa ra một số kết quả nhƣ sau: - Tập báo cáo đƣa ra một số cơ sở lý thuyết cho việc xây dựng một hệ thống GIS phục vụ công tác quản lý mạng lƣới điện trung thế Tp. Đà Nẵng . - Đề xuất mô hình hệ thống thông tin địa lý 6 thành phần phục vụ quản lý mạng điện trung thế Tp.Đà Nẵng. - Mô hình dữ liệu mạng điện. - Chƣơng trình Demo đƣợc 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 lƣới 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, nhóm nghiên cứu 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 đƣợc 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 Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 121 hành mạng lƣới 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 hoc, hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý mạng lƣới điện trung thế xây dựng theo mô hình 6 thành phần, đây là mô hình phù hợp với quy mô và hƣớng phát triển của Điện lực Đà Nẵng. Đề tài 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 lƣới điện trung thế. Về ý nghĩa xã hội, đề tài xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS nhằm bảo dƣỡng tài liệu, bản đồ, sơ đồ,…của Công ty Điện lực Đà Nẵng, kết hợp với một số công cụ cập nhật sẽ làm tăng giá trị dữ liệu.Với tình hình phát triển hiện nay của cả nƣớc nói chung và thành phố Đà Nẵng nói riêng, nguồn năng lƣợng là vấn đề có ảnh hƣởng rất lớn đến chiến lƣợc phát triển kinh tế - xã hội. Quản lý nguồn điện sử dụng tối ƣu là bài toán khó giải quyết, đề tài đã cung cấp một hƣớng giải quyết cho bài toán này.Việc triển khai ứng dụng đề tài 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 lƣới hạ thế khá phức tạp . TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Vĩnh Phƣớc (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. [6] Aleta Vienneau (2001),Using_ArcCatalog, ESRI .