Tổng quan nghiên cứu

Hiện nay, vấn đề mất cân bằng pha và dòng điện trung tính trên lưới điện phân phối đang gây ra tổn thất điện năng đáng kể, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vận hành và chất lượng cung cấp điện. Tại lưới điện phân phối của huyện Đức Linh, theo ước tính, tỷ lệ tổn thất điện năng do mất cân bằng pha và dòng điện trung tính chiếm khoảng 15-20% tổng tổn thất, gây thiệt hại kinh tế lớn cho ngành điện. Nghiên cứu này nhằm mục tiêu xây dựng giải pháp giảm dòng điện trung tính trên lưới điện phân phối của Đức Linh, từ đó cân bằng pha, giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu quả quản lý vận hành.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưới điện 22kV của huyện Đức Linh trong khoảng thời gian từ năm 2019 đến 2021. Nghiên cứu đánh giá hiện trạng vận hành, phân tích nguyên nhân mất cân bằng pha, xây dựng thuật toán cân bằng pha và ứng dụng phần mềm Microsoft Excel để hỗ trợ quản lý vận hành. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm tổn thất điện năng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và tiết kiệm chi phí đầu tư cho ngành điện tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết thành phần đối xứng và lý thuyết cân bằng pha trong hệ thống điện ba pha. Lý thuyết thành phần đối xứng giúp phân tích các thành phần dòng điện và điện áp không cân bằng thành các thành phần đối xứng thuận, nghịch và trung tính, từ đó xác định nguyên nhân và mức độ mất cân bằng. Lý thuyết cân bằng pha tập trung vào việc điều chỉnh dòng điện các pha sao cho đạt được sự cân bằng, giảm dòng điện trung tính và tổn thất điện năng.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: dòng điện trung tính (IN), tổn thất điện năng do mất cân bằng pha, thuật toán cân bằng pha, và các chỉ số đánh giá hiệu quả cân bằng như tỷ lệ dòng điện trung tính so với dòng pha trung bình (IN ≈ 0.2-0.3 Itb). Ngoài ra, nghiên cứu áp dụng các quy định hiện hành của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) về quản lý vận hành lưới điện phân phối.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ hệ thống đo đếm điện năng và quản lý vận hành của Công ty Điện lực Đức Linh, bao gồm dữ liệu dòng điện pha, dòng điện trung tính, điện áp và tổn thất điện năng trong các tháng của năm 2019-2021. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 22 trạm biến áp phân phối 22kV với tổng số liệu dòng điện và điện áp được ghi nhận hàng ngày trong 24 giờ.

Phương pháp phân tích sử dụng bao gồm phân tích thành phần đối xứng để xác định mức độ mất cân bằng, tính toán tổn thất điện năng do mất cân bằng pha, xây dựng thuật toán cân bằng pha dựa trên các quy định của EVN, và mô phỏng trên phần mềm Microsoft Excel với các hàm và macro để tự động hóa tính toán và hỗ trợ quản lý vận hành. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2021 đến tháng 12/2021, bao gồm thu thập dữ liệu, phân tích, xây dựng thuật toán và thử nghiệm ứng dụng thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng mất cân bằng pha và dòng điện trung tính: Dữ liệu đo đạc tại 22 trạm biến áp cho thấy dòng điện trung tính chiếm khoảng 20-30% dòng điện pha trung bình, với tỷ lệ mất cân bằng pha dao động từ 15% đến 25%. Ví dụ, tại trạm biến áp số 13, dòng điện trung tính giảm từ 36% xuống còn 18% sau khi áp dụng giải pháp cân bằng pha.

  2. Tổn thất điện năng do mất cân bằng pha: Tổn thất điện năng trung bình hàng tháng do mất cân bằng pha chiếm khoảng 15% tổng tổn thất lưới điện phân phối. Sau khi áp dụng thuật toán cân bằng pha, tổn thất giảm được khoảng 10-12%, tương đương giảm 330 kWh/tháng tại một số trạm biến áp trọng điểm.

  3. Hiệu quả thuật toán cân bằng pha: Thuật toán cân bằng pha được xây dựng dựa trên phân tích thành phần đối xứng và quy định của EVN đã giúp giảm dòng điện trung tính trung bình từ 0.3 Itb xuống còn 0.15 Itb, đồng thời giảm tổn thất điện năng và cải thiện hệ số công suất pha.

  4. Ứng dụng phần mềm Microsoft Excel: Việc xây dựng bảng tính cân bằng pha trên Excel với các hàm và macro đã giúp tự động hóa quá trình tính toán, dễ dàng theo dõi và điều chỉnh cân bằng pha trong vận hành thực tế, tiết kiệm thời gian và nâng cao độ chính xác.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của mất cân bằng pha và dòng điện trung tính cao là do sự phân bố tải không đồng đều giữa các pha, đặc biệt là các phụ tải dân cư và nông nghiệp tại Đức Linh. So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này tương đồng với báo cáo của ngành điện về tổn thất do mất cân bằng pha chiếm khoảng 15-20% tổng tổn thất.

Việc áp dụng thuật toán cân bằng pha giúp điều chỉnh dòng điện các pha, giảm dòng điện trung tính và tổn thất điện năng, đồng thời nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện. Kết quả này được minh họa qua biểu đồ so sánh dòng điện trung tính và tổn thất điện năng trước và sau cân bằng pha, cho thấy sự cải thiện rõ rệt.

Ứng dụng phần mềm Excel là giải pháp thực tiễn, phù hợp với điều kiện vận hành tại các công ty điện lực địa phương, giúp quản lý vận hành hiệu quả hơn mà không cần đầu tư phần mềm phức tạp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi thuật toán cân bằng pha: Áp dụng thuật toán cân bằng pha đã xây dựng cho toàn bộ các trạm biến áp phân phối trên địa bàn huyện Đức Linh nhằm giảm tổn thất điện năng và dòng điện trung tính trong vòng 6 tháng tới, do Công ty Điện lực Đức Linh chủ trì thực hiện.

  2. Nâng cấp hệ thống đo đếm và giám sát: Đầu tư nâng cấp hệ thống đo đếm điện năng và giám sát dòng điện trung tính tại các trạm biến áp để thu thập dữ liệu chính xác, hỗ trợ việc cân bằng pha hiệu quả, hoàn thành trong 12 tháng, do EVN và các đơn vị liên quan phối hợp thực hiện.

  3. Đào tạo nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về lý thuyết cân bằng pha, sử dụng phần mềm Excel hỗ trợ cân bằng pha cho đội ngũ kỹ thuật viên và quản lý vận hành, nhằm nâng cao năng lực chuyên môn, thực hiện trong 3 tháng, do Công ty Điện lực Đức Linh đảm nhiệm.

  4. Xây dựng phần mềm quản lý cân bằng pha chuyên dụng: Nghiên cứu và phát triển phần mềm quản lý cân bằng pha chuyên dụng dựa trên nền tảng Excel đã xây dựng, tích hợp thêm các tính năng phân tích nâng cao và cảnh báo tự động, dự kiến hoàn thành trong 18 tháng, do EVN phối hợp với các đơn vị công nghệ thông tin thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Công ty Điện lực và các đơn vị quản lý lưới điện phân phối: Giúp nâng cao hiệu quả quản lý vận hành, giảm tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện năng.

  2. Các kỹ sư và chuyên gia ngành điện: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về lý thuyết thành phần đối xứng, cân bằng pha và ứng dụng thực tiễn trong vận hành lưới điện.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành điện: Là tài liệu tham khảo quý giá cho các nghiên cứu về tối ưu hóa lưới điện phân phối và giảm tổn thất điện năng.

  4. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý năng lượng: Hỗ trợ xây dựng các chính sách và kế hoạch phát triển lưới điện thông minh, bền vững và tiết kiệm năng lượng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao dòng điện trung tính lại gây tổn thất lớn trên lưới điện?
    Dòng điện trung tính phát sinh do mất cân bằng pha, gây ra tổn thất điện năng qua hiệu ứng Joule trên dây trung tính và làm giảm hiệu suất vận hành. Ví dụ, tại Đức Linh, dòng điện trung tính chiếm đến 20-30% dòng pha trung bình, làm tăng tổn thất khoảng 15%.

  2. Thuật toán cân bằng pha hoạt động như thế nào?
    Thuật toán phân tích thành phần đối xứng của dòng điện và điện áp, từ đó điều chỉnh phân phối tải giữa các pha để giảm dòng điện trung tính và cân bằng pha, giúp giảm tổn thất và cải thiện hệ số công suất.

  3. Phần mềm Excel được sử dụng ra sao trong nghiên cứu này?
    Excel được dùng để xây dựng bảng tính tự động tính toán cân bằng pha, sử dụng hàm và macro để xử lý dữ liệu dòng điện, điện áp và tổn thất, hỗ trợ quản lý vận hành hiệu quả và dễ dàng điều chỉnh.

  4. Giải pháp cân bằng pha có thể áp dụng cho các lưới điện khác không?
    Có, giải pháp và thuật toán này có thể áp dụng cho các lưới điện phân phối có cấu trúc tương tự, đặc biệt là các khu vực có tải không cân bằng và tổn thất điện năng cao.

  5. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả của giải pháp cân bằng pha?
    Hiệu quả được đánh giá qua các chỉ số như giảm tỷ lệ dòng điện trung tính, giảm tổn thất điện năng hàng tháng, cải thiện hệ số công suất và độ ổn định điện áp, được đo đạc và so sánh trước và sau khi áp dụng giải pháp.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định rõ nguyên nhân và mức độ mất cân bằng pha, dòng điện trung tính trên lưới điện phân phối Đức Linh, gây tổn thất điện năng đáng kể.
  • Thuật toán cân bằng pha được xây dựng dựa trên lý thuyết thành phần đối xứng và quy định EVN, giúp giảm dòng điện trung tính trung bình từ 0.3 Itb xuống còn 0.15 Itb.
  • Ứng dụng phần mềm Microsoft Excel hỗ trợ tự động hóa tính toán và quản lý cân bằng pha, nâng cao hiệu quả vận hành.
  • Giải pháp cân bằng pha đã giảm tổn thất điện năng khoảng 10-12% tại các trạm biến áp trọng điểm.
  • Đề xuất triển khai rộng rãi, nâng cấp hệ thống đo đếm, đào tạo nhân viên và phát triển phần mềm chuyên dụng trong thời gian tới.

Next steps: Triển khai áp dụng thuật toán cân bằng pha trên toàn huyện Đức Linh, đồng thời nâng cấp hệ thống giám sát và đào tạo nhân lực. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp thực hiện để đạt hiệu quả tối ưu.

Call to action: Các đơn vị quản lý lưới điện và nhà nghiên cứu nên áp dụng và phát triển tiếp các giải pháp cân bằng pha nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và tiết kiệm năng lượng trong hệ thống điện phân phối.