Khi độ phức tạp chuyển từ dây dẫn sang dữ liệu

Quá trình chuyển dịch năng lượng, sự phát triển của các nguồn điện phân tán và yêu cầu nâng cao độ tin cậy đang thúc đẩy hệ thống điện chuyển nhanh sang môi trường số. Trạm biến áp cũng không nằm ngoài xu hướng này.

Một trong những thay đổi dễ nhận thấy là cách tín hiệu được truyền và xử lý. Trong mô hình truyền thống, các thiết bị trong trạm cần lượng lớn cáp đồng để truyền tín hiệu. Với trạm biến áp số, tín hiệu có thể được số hóa và truyền qua mạng, qua đó giảm cáp nhị thứ cũng như sự phức tạp của hệ thống mương cáp. Việc thiết kế trên nền tảng tiêu chuẩn IEC 61850 đồng thời tạo điều kiện chuẩn hóa hệ thống, thuận lợi hơn cho sửa chữa và mở rộng.

Tuy nhiên, giảm bớt kết nối vật lý không có nghĩa độ phức tạp của trạm điện tự động giảm xuống. Một phần của sự phức tạp được chuyển từ dây dẫn và phần cứng sang dữ liệu, mạng truyền thông và phần mềm. Khi tín hiệu được số hóa, yêu cầu đối với cấu hình, đồng bộ thời gian, kiểm thử và an ninh mạng cũng cao hơn.

Theo ông Nguyễn Vũ Hiệp, Trưởng phòng Lưới điện số Công ty FRA, quá trình này đòi hỏi thay đổi cả tư duy thiết kế kỹ thuật. Nếu trước đây kỹ sư tập trung vào các mạch vật lý, thì hiện tại trong môi trường số, dữ liệu cần được thiết kế và quản lý theo quy trình chặt chẽ.

Độ phức tạp còn đến từ chính hệ thống thiết bị. Trước đây, những nhu cầu khác nhau như điều khiển ngăn lộ, bảo vệ máy phát, máy biến áp, đường dây hay thanh cái có thể sử dụng các dòng thiết bị khác nhau. Điều này đồng nghĩa với việc kỹ sư phải làm việc với nhiều nền tảng phần cứng, phần mềm và cách thức cấu hình khác nhau.

Khi số hóa trở thành một phần của quá trình hiện đại hóa lưới điện, bài toán do đó không chỉ nằm ở việc bổ sung thêm công nghệ. Một yêu cầu khác cũng trở nên quan trọng: làm thế nào kiểm soát độ phức tạp ngay từ khâu thiết kế để hệ thống dễ triển khai, vận hành và nâng cấp hơn trong tương lai.

Đây cũng là hướng tiếp cận Schneider Electric đặt ra khi phát triển thế hệ PowerLogic P7/P7S. Thay vì duy trì nhiều nền tảng riêng cho từng ứng dụng, P7 được phát triển theo hướng đưa nhiều nhu cầu bảo vệ lên cùng một nền tảng phần cứng, phần mềm. Tùy ứng dụng, nền tảng này có thể phục vụ bảo vệ đường dây, động cơ, máy phát, máy biến áp, thanh cái, điều khiển ngăn lộ; trong khi P7S được phát triển cho kiến trúc trạm biến áp số.

PowerLogic P7/P7S mang đến khả năng linh hoạt vượt trội và hiệu suất số hóa cao, đáp ứng các chức năng bảo vệ hàng đầu của thiết bị bảo vệ rơ-le (Ảnh: Schneider Electric)

Sự thay đổi này đáng chú ý không chỉ ở số lượng thiết bị. Khi nhiều ứng dụng được phát triển trên một nền tảng chung, khối lượng công việc liên quan đến lựa chọn thiết bị, thiết kế, cấu hình, đào tạo và bảo trì cũng có điều kiện được chuẩn hóa hơn.

P7 được thiết kế theo hướng linh hoạt, cho phép bổ sung thành phần hoặc nâng cấp một số chức năng khi nhu cầu vận hành thay đổi, mà không nhất thiết phải thay thế thiết bị hiện có. Điều này mở ra một cách tiếp cận khác đối với bài toán đầu tư: hệ thống không nhất thiết phải được “đóng khung” theo nhu cầu tại thời điểm xây dựng, mà có thể dành dư địa cho việc mở rộng chức năng khi yêu cầu vận hành thay đổi.

Khâu thiết kế kỹ thuật cũng được đưa vào bài toán đơn giản hóa. PowerLogic Engineering Suite được Schneider Electric phát triển để thực hiện các công việc như cấu hình bảo vệ, logic điều khiển, IEC 61850, firmware, giấy phép sử dụng và khai thác dữ liệu sự cố của P7/P7S. Theo hãng, việc sử dụng một môi trường kỹ thuật chung hướng tới giảm thời gian kết nối, thiết kế và vận hành, đồng thời đơn giản hóa đào tạo và bảo trì.

Như vậy, ý nghĩa của “đơn giản hóa” không nằm ở việc cắt giảm chức năng của một trạm điện hiện đại. Ngược lại, hệ thống vẫn phải đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về bảo vệ, điều khiển, kết nối và an toàn. Điểm khác biệt nằm ở việc chuẩn hóa nền tảng để quản lý các chức năng đó với ít lớp phức tạp hơn.

Phép thử từ một trạm biến áp số tại Việt Nam

Câu chuyện tại trạm biến áp 110 kV Tân Phú Trung cho thấy rõ hơn quá trình này khi công nghệ đi từ thiết kế tới vận hành thực tế.

Theo FRA, hành trình bắt đầu từ năm 2020, khi đơn vị phối hợp với Schneider Electric xây dựng mô hình thử nghiệm 110 kV và các kịch bản kiểm chứng công nghệ. Trước khi triển khai tại hiện trường, FRA xây dựng phòng thử nghiệm thiết bị điện tử thông minh (IED), kiểm tra các kịch bản liên quan tới đồng bộ thời gian, tín hiệu cắt và những vấn đề vận hành khác. Schneider Electric tham gia cung cấp nền tảng công nghệ, tư vấn kiến trúc, an ninh mạng và đào tạo kỹ sư.

Bên trong trạm biến áp 110kV Tân Phú Trung. Nguồn: Báo Tin Tức

Đến năm 2023, trạm 110 kV Tân Phú Trung được đóng điện thành công và là trạm biến áp số đầu tiên của Tổng công ty Điện lực TP.HCM.

Đáng chú ý, phép thử đối với một kiến trúc số không dừng ở thời điểm đóng điện, mà còn nằm ở khả năng đáp ứng khi nhu cầu của hệ thống thay đổi.

Năm 2026, Tân Phú Trung bước sang giai đoạn mở rộng với việc bổ sung máy biến áp T2. Trong giai đoạn này, P7S được sử dụng thay thế các Merging Unit (thiết bị sơ cấp trong trạm biến áp số) trước đó. Theo đánh giá của FRA, kiến trúc mới giúp hệ thống đơn giản và dễ vận hành hơn.

Dù vậy, kinh nghiệm từ Tân Phú Trung cũng cho thấy công nghệ không thể tự giải quyết mọi vấn đề. Các công đoạn từ thiết kế mô hình dữ liệu, cấu hình thiết bị, đồng bộ thời gian tới tích hợp và kiểm thử đều cần quy trình chặt chẽ. FRA lưu ý việc thử nghiệm phải tính cả phần mềm, khả năng tương tác giữa các thiết bị cần được kiểm chứng trước khi triển khai tại hiện trường, trong khi dữ liệu và thiết kế phải được quản lý tốt để phục vụ việc mở rộng sau này.

Đó cũng là một nghịch lý của quá trình số hóa hạ tầng điện. Trạm biến áp có thể ít dây hơn, nền tảng thiết bị được chuẩn hóa hơn và khả năng mở rộng cao hơn, nhưng yêu cầu đối với thiết kế kỹ thuật, dữ liệu, mạng truyền thông và năng lực của đội ngũ vận hành lại cao hơn.

Bởi vậy, đơn giản hóa trạm biến áp không đồng nghĩa với sử dụng ít công nghệ hơn. Giá trị nằm ở khả năng quản lý độ phức tạp ngay từ thiết kế, để một hệ thống ngày càng số hóa không trở thành gánh nặng khi vận hành, bảo trì và mở rộng trong nhiều năm sau đó.