Bản sao số HVDC - khái niệm và lộ trình

Sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ điện một chiều cao áp (HVDC) là minh chứng cho nhu cầu ngày càng tăng về các hệ thống truyền tải điện hiệu quả và tin cậy. Việc tích hợp các công nghệ số vào các hệ thống HVDC không chỉ là xu hướng mà còn là sự cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về hiệu quả năng lượng, độ tin cậy và đẩy nhanh quá trình chuyển dịch năng lượng.

Số hóa trong các hệ thống HVDC liên quan đến việc sử dụng các cảm biến tiên tiến và phân tích dữ liệu để theo dõi và quản lý tính năng của các tài sản HVDC. Khả năng theo dõi thời gian thực này rất quan trọng để phát hiện các vấn đề tiềm ẩn trước khi chúng phát triển thành vấn đề lớn. Ví dụ, các cảm biến có thể liên tục theo dõi các tham số như điện áp, dòng điện, nhiệt độ và độ rung, cung cấp cái nhìn toàn diện về tình trạng của hệ thống. Dữ liệu này có thể phân tích bằng các thuật toán tiên tiến để tiên đoán các sự cố tiềm ẩn và lên lịch các hoạt động bảo trì chủ động.

Khái niệm về bản sao số đưa quá trình số hóa tiến thêm một bước nữa bằng cách tạo ra các bản sao ảo của các hệ thống HVDC vật lý như thể hiện trong Hình 1. Các bản sao số này có thể mô phỏng nhiều điều kiện vận hành khác nhau và tiên đoán phản ứng của hệ thống đối với các kịch bản khác nhau. Phân tích dữ liệu như lập mô hình dựa trên vật lý, mô hình học máy (ML), các thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI), các mô hình hybrid và các công cụ thống kê giúp nhận dạng các cơ hội tối ưu hóa, đánh giá tác động của các thay đổi vận hành như quá tải trong điều kiện biến động và thử nghiệm các chiến lược bảo trì mà không ảnh hưởng đến hệ thống HVDC vật lý. Việc tiên đoán bao gồm dự báo tính năng và tình trạng trong tương lai của toàn bộ hệ thống HVDC hoặc các tài sản chính, ước tính tuổi thọ hữu ích còn lại và đánh giá xác suất hỏng hóc. Năng lực này là vô cùng có giá trị để tối ưu hóa tính năng của các hệ thống HVDC và kéo dài tuổi thọ vận hành của chúng. Bằng cách mô phỏng các chiến lược bảo trì khác nhau, người vận hành có thể xác định phương pháp hiệu quả nhất mà không làm gián đoạn hệ thống thực tế.

Hình 1: Khái niệm Bản sao số (Ảnh st)

Hội đồng Quốc tế về Các Hệ thống Điện Lớn (CIGRE) đã thành lập Nhóm công tác B4.101 để nghiên cứu và thảo luận về việc ứng dụng khái niệm bản sao số vào các Trạm chuyển đổi HVDC. Nhóm này có mục tiêu nhận dạng các quy trình trong vòng đời hệ thống HVDC có thể hưởng lợi nhiều nhất từ ​​khái niệm bản sao số, chẳng hạn như thiết kế, chế tạo, vận hành, bảo trì, quản lý vòng đời tài sản và theo dõi dữ liệu thời gian thực. Ngoài ra, nhóm này tìm cách xác định cách thức chia sẻ và cải tiến các mô hình trong suốt vòng đời hệ thống HVDC và xác định các ưu tiên cho các phát triển trong tương lai.

Nhóm công tác này sẽ tập trung vào khái niệm bản sao số dùng cho các tài sản chính của các hệ thống HVDC, bao gồm thiết bị trạm chuyển đổi (như các bộ chuyển đổi, các hệ thống điều khiển và bảo vệ), đầu nối cáp điện một chiều (DC) và phụ kiện, các tủ đóng cắt cách điện bằng khí (GIS), tủ đóng cắt điện cao áp (HV), các sứ xuyên DC và các máy biến áp đo lường. Nhóm cũng sẽ tập trung vào việc rà soát và đề xuất các mô hình bản sao số hài hòa về cả tính năng và tuổi thọ của hệ thống HVDC theo các bước sau.

1. Rà soát các tài liệu: Rà soát các tài liệu hiện có về bản sao số và các giải pháp hỗ trợ áp dụng cho các hệ thống HVDC. Việc rà soát này sẽ cung cấp nền tảng vững chắc để hiểu được hiện trạng trong ngành và nhận dạng những khoảng trống cần giải quyết
2. Đề xuất định nghĩa: Đề xuất một định nghĩa của CIGRE đối với bản sao số HVDC sẽ phác thảo các tính năng và năng lực thiết yếu mà một mô hình bản sao số cần có và nhận dạng các tính năng chung trong mô hình bản sao số của hệ thống HVDC. Định nghĩa này sẽ giúp đảm bảo rằng các mô hình bản sao số là nhất quán và có thể tương tác, tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng chúng trong toàn ngành.
3. Nhận dạng quy trình vòng đời: Nhận dạng các quy trình chính có thể hưởng lợi từ bản sao số sẽ cung cấp thông tin chi tiết có giá trị cho các nhà điều hành và các nhà chế tạo hệ thống HVDC. Nhờ hiểu cách mà các bản sao số có thể dùng để nâng cao các khía cạnh khác nhau của vòng đời HVDC, các bên liên quan có thể đưa ra những quyết định sáng suốt về nơi đầu tư nguồn lực của họ.
4. Xây dựng lộ trình: Tạo ra một lộ trình cho các bước phát triển trong tương lai, trong đó nêu rõ các ưu tiên nghiên cứu và phát triển chính, các nỗ lực tiêu chuẩn hóa và các chiến lược triển khai thực tế cần thiết để phát huy hết tiềm năng của bản sao số, để các học viên nâng cấp các mođun bản sao số đầu tiên hiện tại thành bản sao số HVDC hoàn chỉnh và áp dụng phương pháp luận vào các tài sản khác.
5. Khuyến nghị hướng dẫn: Đưa ra các khuyến nghị về chuẩn hóa (dữ liệu, mô hình, v.v.) sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc chia sẻ và tích hợp các mô hình bản sao số trên các hệ thống và ứng dụng HVDC khác nhau. Điều này sẽ đảm bảo hiện thực hóa đầy đủ các lợi ích của số hóa, dẫn đến cải thiện hiệu suất, độ tin cậy và tính năng của các hệ thống HVDC.

Các bước này sẽ tạo điều kiện cho sự tiến bộ trong mô hình hóa bản sao số, cung cấp thông tin chi tiết về tình trạng hệ thống HVDC thông qua đánh giá và chẩn đoán tình trạng, hướng dẫn các thực hành bảo trì, khám phá tiềm năng của công nghệ bản sao số và tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải thích dữ liệu theo dõi quan trọng.

Nhóm công tác này sẽ cộng tác và phối hợp với các nhóm khác tập trung vào các thành phần bản sao số, chẳng hạn như JWG A2/D2.65 “Bản sao số máy biến áp - khái niệm và viễn cảnh tương lai”. Sự cộng tác này sẽ đảm bảo các nỗ lực không bị trùng lặp và công việc phù hợp với các nhóm có liên quan khác, chẳng hạn như các nhóm làm việc về tiêu chuẩn IEC 61850. Nếu có khuyến tích hợp vào mô hình bản sao số HVDC, sẽ cần hợp tác với nhóm tư vấn B4.04 và WG B4.89 về điều kiện bảo trì tình trạng của các trạm chuyển đổi HVDC.

Việc tích hợp các công nghệ số vào hệ thống HVDC thể hiện sự tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực truyền tải điện. Khái niệm về bản sao số mang lại tiềm năng vô cùng lớn để nâng cao hiệu suất, độ tin cậy và tính năng của các hệ thống HVDC. Bằng cách tạo ra các bản sao ảo của các hệ thống vật lý, các bản sao số cho phép theo dõi, mô phỏng và tối ưu hóa tài sản HVDC theo thời gian thực. Việc tích hợp các bản sao số vào các hệ thống HVDC thể hiện bước tiến đáng kể trong quá trình số hóa ngành năng lượng. Bằng cách khai thác lợi thế sức mạnh của các bản sao số, ngành điện có thể nâng cao việc quản lý các tài sản HVDC, tối ưu hóa các thực hành bảo trì và kéo dài tuổi thọ hoạt động của các hệ thống HVDC. 

Biên dịch: Bùi Thị Thu Hường

Theo “cigre”, tháng 5/2025