Trong xu thế đẩy mạnh chuyển đổi số, ứng dụng công nghệ vào quản lý, vận hành nhà máy điện đang trở thành giải pháp quan trọng nhằm nâng cao độ tin cậy thiết bị, tối ưu hiệu quả sản xuất và bảo đảm vận hành an toàn, liên tục. Tại Công ty Phát triển Thủy điện Sê San, sáng kiến thiết kế phần mềm giám sát, phát hiện tình trạng làm việc bất thường của các chuỗi pin tại Nhà máy Điện mặt trời (ĐMT) Sê San 4 là một bước tiến thiết thực trong quá trình số hóa công tác quản lý kỹ thuật, góp phần nâng cao chất lượng giám sát và chủ động phát hiện sự cố ngay từ sớm.
Bên cạnh nhiệm vụ quản lý, vận hành nhà máy thủy điện, Công ty Phát triển Thủy điện Sê San còn đảm nhiệm vận hành Nhà máy ĐMT Sê San 4 với diện tích trên 63 ha. Hệ thống gồm 122.490 tấm pin năng lượng mặt trời JINKO, được tổ chức thành 4.083 chuỗi pin, đấu nối về 178 tủ gom dây (SCB) và phân bố tại 13 trạm Inverter. Quy mô lớn cùng số lượng thiết bị nhiều đặt ra yêu cầu cao đối với công tác giám sát, kiểm tra và tối ưu hiệu suất vận hành.
Trước đây, việc kiểm tra tình trạng các chuỗi pin chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của nhân viên vận hành, quan sát trực tiếp trên hệ thống điều khiển phân tán (DCS), in hình ảnh hiển thị rồi đối chiếu thủ công để nhận diện các chuỗi có dấu hiệu bất thường. Khi số lượng chuỗi pin lên đến hàng nghìn, phương pháp này bộc lộ những hạn chế nhất định: mất nhiều thời gian, phải thực hiện lặp lại nhiều thao tác, dễ nhầm lẫn hoặc bỏ sót các dấu hiệu bất thường.
Đặc biệt, các chuỗi pin không sử dụng, có dòng điện bằng 0 A, lại được bố trí xen kẽ với các chuỗi đang vận hành. Điều này khiến việc nhận biết một chuỗi pin đang hoạt động nhưng đột ngột mất dòng điện trở nên khó khăn hơn. Theo cấu hình giám sát hiện hữu, để truy cập trang giám sát chuỗi pin của một trạm Inverter, nhân viên vận hành phải thực hiện nhiều thao tác; quy trình này tiếp tục phải lặp lại tại 13 trạm Inverter.
Bên cạnh đó, hệ thống SCADA nguyên bản chưa có chức năng tự động phát hiện các chuỗi pin bị đứt mạch, suy giảm dòng điện hoặc có giá trị đo bất thường so với các chuỗi khác trong cùng tủ SCB. Trong khi đó, việc tiếp cận và tùy chỉnh hệ thống cũ cũng gặp khó khăn do hạn chế về khả năng khai thác mã nguồn và công nghệ lõi.
Những vấn đề trên đặt ra yêu cầu cần có một giải pháp công nghệ bổ sung, vừa khai thác hiệu quả dữ liệu sẵn có, vừa tự động hóa quá trình nhận diện bất thường, giúp nhân viên vận hành chuyển từ cách kiểm tra thủ công sang giám sát chủ động dựa trên dữ liệu.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, Công ty Phát triển Thủy điện Sê San đã nghiên cứu, thiết kế phần mềm giám sát và phát hiện tình trạng làm việc bất thường của các chuỗi pin tại Nhà máy ĐMT Sê San 4. Giải pháp thuộc lĩnh vực tự động hóa trong nhà máy điện, hướng tới mục tiêu phát hiện nhanh, chính xác các dấu hiệu bất thường, hỗ trợ xử lý kịp thời và giảm thiểu nguy cơ thất thoát sản lượng điện do sự cố chuỗi pin.
Một điểm nổi bật của sáng kiến là phần mềm được phát triển bằng ngôn ngữ lập trình Python, hoạt động theo mô hình ứng dụng giám sát HMI/SCADA và có khả năng trao đổi dữ liệu với hệ thống hiện hữu. Việc chủ động phát triển phần mềm giúp đơn vị có thể thiết kế thuật toán phù hợp với đặc điểm vận hành thực tế, linh hoạt hiệu chỉnh các tham số giám sát và mở rộng chức năng khi cần thiết.
Để phục vụ công tác giám sát, giải pháp khai thác dữ liệu dòng điện từ các thiết bị giám sát chuỗi pin FR-DCMG của Fonrich. Dữ liệu được thu thập thông qua các bộ điều khiển RTU PSC9726 và hệ thống chuyển đổi giao thức hiện hữu, đồng thời bổ sung cấu hình truyền thông để phục vụ việc đọc, phân tích và hiển thị thông tin trên phần mềm chuyên dụng.
Song song với việc hoàn thiện luồng dữ liệu, các chuỗi pin không sử dụng được nhận diện và phân biệt bằng màu sắc riêng trên giao diện giám sát. Nhờ đó, nhân viên vận hành có thể nhanh chóng phân biệt các chuỗi đang làm việc với các chuỗi không đấu nối, hạn chế nhầm lẫn trong quá trình theo dõi và kiểm tra thiết bị.
Trọng tâm của phần mềm là khả năng thu thập, phân tích và đánh giá dữ liệu dòng điện của toàn bộ chuỗi pin tại 13 trạm Inverter, từ IN01 đến IN13, thông qua giao thức Modbus TCP theo bảng địa chỉ riêng của từng thiết bị.
Trên cơ sở dữ liệu thu thập được, phần mềm so sánh dòng điện của từng chuỗi với giá trị dòng điện trung bình của các chuỗi đang hoạt động trong cùng tủ SCB. Với ngưỡng giám sát mặc định từ 0,80 đến 1,20 lần giá trị trung bình, hệ thống có thể nhận diện các chuỗi có dòng điện thấp hoặc cao bất thường so với mặt bằng chung. Cơ chế thời gian trễ xác nhận được áp dụng nhằm hạn chế cảnh báo giả do những biến động nhất thời.
Ngoài phương pháp so sánh tương đối, phần mềm còn kết hợp các điều kiện giám sát tuyệt đối để nhận diện chuỗi có dòng điện bằng 0 kéo dài hoặc giá trị đo đứng yên bất thường, qua đó hỗ trợ phát hiện các tình huống như đứt mạch, mất dữ liệu đo hoặc gián đoạn truyền thông. Các chuỗi không sử dụng được loại trừ theo danh sách địa chỉ cấu hình sẵn, tránh phát sinh cảnh báo không cần thiết.
Một đặc điểm đáng chú ý là phần mềm có cơ chế xử lý phù hợp với điều kiện bức xạ tự nhiên. Trong khoảng thời gian bình minh, khi cường độ bức xạ thấp khiến dòng điện các chuỗi pin chưa đạt mức làm việc thông thường, hệ thống có thể tạm loại trừ việc đánh giá theo điều kiện cài đặt. Khi điều kiện ánh sáng phù hợp trở lại, phần mềm tự khôi phục giám sát mà không cần nhân viên vận hành khởi động lại chương trình.
Nhờ sự kết hợp giữa phân tích tương quan dòng điện, kiểm tra ngưỡng tuyệt đối và xử lý theo điều kiện vận hành, việc nhận diện bất thường không còn phụ thuộc hoàn toàn vào quan sát bằng mắt thường. Thông tin được phần mềm xử lý tập trung, giúp nhân viên vận hành nhanh chóng xác định vị trí cần kiểm tra, nâng cao khả năng phát hiện sớm những dấu hiệu ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống.
Không chỉ dừng lại ở chức năng phân tích dữ liệu, phần mềm còn được thiết kế theo hướng hỗ trợ trực tiếp công việc của nhân viên vận hành.
Giao diện phần mềm gồm 17 trang chức năng, trong đó có trang tổng quan, trang giám sát chi tiết, trang kiểm tra và chẩn đoán, trang cấu hình cùng 13 trang thông tin chi tiết tương ứng với từng trạm Inverter. Tại trang tổng quan, các trạng thái vận hành được thể hiện bằng màu sắc trực quan; số lượng chuỗi đang chờ xác nhận, đang cảnh báo, được bỏ qua hoặc tạm thời loại trừ được tổng hợp để nhân viên dễ dàng nắm bắt tình hình.
Hình giao diện tổng quan giám sát chuỗi pin NMĐMT Sê San 4
Ở trang giám sát chi tiết, mỗi chuỗi pin được thể hiện bằng đèn báo trạng thái, đi kèm các thông tin như dòng điện thực tế, dòng điện trung bình của tủ SCB, tỷ lệ sai lệch, ngưỡng giám sát, địa chỉ thiết bị và biểu đồ xu hướng. Phần mềm đồng thời cung cấp thanh thông báo tự động luân phiên qua các chuỗi đang có cảnh báo và còi cảnh báo tại chỗ, giúp tăng khả năng nhận biết khi phát sinh bất thường.
Các trạng thái chuỗi pin được phân loại rõ ràng, bao gồm: bình thường, đang chờ xác nhận, cảnh báo, mất dữ liệu, không sử dụng, bỏ qua tạm thời và loại trừ tạm thời. Cách thể hiện thống nhất này giúp nhân viên vận hành nhanh chóng nhận diện tình trạng thiết bị, xác định phạm vi kiểm tra và thực hiện các bước xử lý phù hợp.
Hình giao diện Giám sát chuỗi pin NMĐMT Sê San 4
Phần mềm cũng tích hợp các thao tác phục vụ công tác trực ca như xác nhận âm thanh cảnh báo, bỏ qua giám sát một chuỗi trong thời gian một giờ, tạm ngừng kiểm tra theo cấu hình mặc định 30 ngày và đặt lại trạng thái. Các thao tác có thể áp dụng cho một chuỗi pin, một tủ SCB hoặc toàn bộ trạm Inverter. Sau khi thực hiện, phần mềm tự động đọc lại dữ liệu của Inverter liên quan để cập nhật tình trạng giám sát.
Đặc biệt, trạng thái lỗi còn có thể được truyền lên hệ thống DCS/HMI thông qua Modbus TCP, giúp bổ sung thông tin cảnh báo vào môi trường vận hành hiện hữu. Dữ liệu cảnh báo được tổ chức theo dạng nén bit, mỗi Inverter sử dụng một thanh ghi 16 bit, mỗi bit đại diện cho một tủ SCB. Theo cấu hình thiết kế, toàn bộ nhà máy chỉ cần 13 thanh ghi để biểu diễn trạng thái cảnh báo của các tủ SCB thuộc 13 trạm Inverter.
Cách tổ chức này giúp đơn giản hóa việc trao đổi dữ liệu, thuận lợi cho tích hợp và hạn chế nhu cầu bổ sung quá nhiều điểm dữ liệu lên hệ thống điều khiển trung tâm.
Sáng kiến phát triển phần mềm giám sát chuỗi pin tại Nhà máy ĐMT Sê San 4 cho thấy chuyển đổi số trong lĩnh vực sản xuất điện không chỉ là đầu tư các hệ thống công nghệ mới, mà còn là quá trình chủ động đổi mới phương thức làm việc, khai thác dữ liệu và giải quyết những vấn đề cụ thể phát sinh trong vận hành hằng ngày.
Từ công tác kiểm tra thủ công trên hàng nghìn chuỗi pin, giải pháp đã hướng tới một phương thức giám sát tập trung, tự động phân tích dữ liệu, cảnh báo theo trạng thái và hỗ trợ xử lý trực tiếp trên giao diện phần mềm. Qua đó, nhân viên vận hành có thêm công cụ để giảm khối lượng thao tác lặp lại, nâng cao khả năng nhận diện bất thường và rút ngắn quá trình xác định vị trí thiết bị cần kiểm tra.
Việc chủ động làm chủ phần mềm cũng mở ra khả năng linh hoạt hiệu chỉnh thuật toán, mở rộng chức năng và cải tiến theo yêu cầu thực tế của nhà máy, đồng thời hạn chế sự phụ thuộc vào việc sửa đổi hệ thống phần mềm nguyên bản.
Trong bối cảnh Công ty Phát triển Thủy điện Sê San tiếp tục đẩy mạnh ứng dụng khoa học công nghệ và chuyển đổi số, những sáng kiến xuất phát từ thực tiễn sản xuất như giải pháp này có ý nghĩa thiết thực trong nâng cao chất lượng quản lý kỹ thuật, sử dụng hiệu quả nguồn lực và hướng tới tối ưu hóa sản lượng điện. Đây cũng là minh chứng cho tinh thần chủ động nghiên cứu, đổi mới sáng tạo của đội ngũ cán bộ, công nhân viên, góp phần xây dựng môi trường làm việc ngày càng hiện đại, chuyên nghiệp và hiệu quả./.
Bài viết: Trương Trung Hoài (PX1)