Nghiên cứu giải pháp cân bằng pha hạn chế mất đối xứng cho lưới điện phân phối tại Đồng Phú, Bình Phước

• Tác giả: Nguyễn Thị Kim Hằng
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thị Tình Minh
• Trường học: Đại Học Bách Khoa TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Cân Bằng Pha Để Giảm Mất Đối Xứng Trong Lưới Điện Phân Phối Tại Bình Phước
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. HCM

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG MẠNG PHÂN PHỐI ĐIỆN ĐỒNG PHÚ
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẾ ĐỘ MẠNG ĐIỆN BA PHA KHÔNG CÂN BẰNG
• 4. CHƯƠNG 4: PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM TRÌNH CÂN BẰNG PHA MATLAB VÀ GIAO DIỆN GUIDE
• 5. CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG TRÌNH CÂN BẰNG PHA CHO TRẠM BIẾN ÁP ĐIỆN ĐỒNG PHÚ
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích vấn đề mất đối xứng trong lưới điện phân phối tại tỉnh Bình Phước. Mất đối xứng trong lưới điện có thể dẫn đến nhiều vấn đề nghiêm trọng, bao gồm tổn thất điện năng và giảm hiệu suất của hệ thống điện. Cân bằng pha là một phương pháp hiệu quả để giảm thiểu tình trạng này. Bằng cách áp dụng các kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu hướng tới việc tối ưu hóa hoạt động của lưới điện, từ đó nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện phân phối. Những giải pháp đề xuất sẽ được phân tích và đánh giá dựa trên các dữ liệu thực tế từ lưới điện tại địa phương.

II. Tình trạng hiện tại của lưới điện phân phối tại Bình Phước

Trong phần này, nghiên cứu sẽ phân tích tình trạng hiện tại của lưới điện phân phối tại Bình Phước, bao gồm các vấn đề về mất đối xứng và hiệu suất hoạt động. Dữ liệu thu thập từ các trạm biến áp cho thấy rằng nhiều khu vực vẫn đang gặp khó khăn trong việc duy trì sự cân bằng pha. Các yếu tố như tải điện không đồng đều và sự phân bố không đồng nhất của các nguồn điện là những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này. Việc phân tích chi tiết sẽ giúp xác định các điểm yếu trong hệ thống và đưa ra các giải pháp cải thiện thích hợp.

III. Cơ sở lý thuyết về mất đối xứng trong lưới điện

Phần này sẽ trình bày cơ sở lý thuyết liên quan đến mất đối xứng trong lưới điện, bao gồm các khái niệm về điện áp, dòng điện và tải điện. Mất đối xứng xảy ra khi các pha trong hệ thống điện không được phân bố đều, dẫn đến các vấn đề như tổn thất điện năng và giảm hiệu suất của thiết bị. Các phương pháp phân tích và mô hình hóa sẽ được đề cập, bao gồm các công cụ phần mềm như MATLAB để mô phỏng và phân tích tình trạng mất đối xứng trong lưới điện.

IV. Phát triển phần mềm cân bằng pha

Nghiên cứu đã phát triển một phần mềm để thực hiện cân bằng pha cho lưới điện phân phối. Phần mềm này sử dụng MATLAB và giao diện GUIDE để tối ưu hóa việc phân bổ tải điện giữa các pha. Các thuật toán được áp dụng nhằm giảm thiểu mất đối xứng và tối ưu hóa hiệu suất của lưới điện. Phần mềm này có thể giúp các nhà quản lý lưới điện dễ dàng theo dõi và điều chỉnh tải điện, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống điện phân phối.

V. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ mang tính lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao. Việc áp dụng các giải pháp cân bằng pha trong lưới điện phân phối tại Bình Phước sẽ giúp giảm thiểu mất đối xứng, từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng điện năng. Các kết quả thu được từ nghiên cứu có thể được áp dụng cho các khu vực khác có tình trạng tương tự, góp phần vào việc cải thiện chất lượng dịch vụ điện năng trong toàn quốc. Hệ thống điện phân phối sẽ trở nên ổn định và hiệu quả hơn, đáp ứng tốt hơn nhu cầu tiêu thụ điện của người dân.

VI. Kết luận

Nghiên cứu này đã chỉ ra tầm quan trọng của việc cân bằng pha trong việc giảm mất đối xứng trong lưới điện phân phối. Các giải pháp đề xuất có khả năng cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện, đồng thời giảm thiểu tổn thất điện năng. Việc áp dụng các công nghệ mới và phần mềm hỗ trợ sẽ là bước tiến quan trọng trong việc hiện đại hóa lưới điện tại Bình Phước và các khu vực khác. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển thêm các giải pháp tối ưu hơn nữa để nâng cao chất lượng dịch vụ điện năng.

Tổng quan nghiên cứu

Tình trạng mất cân bằng pha trong lưới điện phân phối ba pha là một vấn đề phổ biến và gây ra nhiều tổn thất kỹ thuật cũng như kinh tế cho các đơn vị quản lý điện năng. Tại khu vực phân phối Công Phú, tỉnh Bình Phước, hiện tượng mất cân bằng pha diễn ra khá phổ biến với tỷ lệ lệch pha trung bình vượt quá 15% so với giá trị trung bình của ba pha, dẫn đến tổn thất điện năng và giảm hiệu quả vận hành hệ thống. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích hiện trạng vận hành lưới điện phân phối tại khu vực này, từ đó đề xuất và phát triển giải pháp cân bằng pha nhằm giảm thiểu tổn thất và nâng cao hiệu quả sử dụng điện. Nghiên cứu tập trung trong giai đoạn từ năm 2019 đến 2021, với phạm vi khảo sát tại các trạm biến áp phân phối thuộc khu vực Công Phú, tỉnh Bình Phước. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện chất lượng điện năng, giảm tổn thất điện năng trung bình hiện khoảng 3.65% tại khu vực khảo sát, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành lưới điện phân phối.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về vận hành không cân bằng trong hệ thống điện ba pha, bao gồm:

• Lý thuyết vận hành không cân bằng: Mô tả hiện tượng lệch pha giữa các pha trong hệ thống điện ba pha, ảnh hưởng đến dòng điện trung tính và tổn thất điện năng.
• Phân tích thành phần đối xứng (Symmetrical Components): Phương pháp phân tích dòng điện và điện áp thành các thành phần thuận, nghịch và không, giúp xác định mức độ mất cân bằng pha.
• Mô hình tổn thất công suất trong hệ thống không cân bằng: Tính toán tổn thất công suất dựa trên các thành phần dòng điện và điện áp, từ đó đánh giá hiệu quả của các giải pháp cân bằng pha.
• Thuật toán cân bằng pha: Phát triển thuật toán dựa trên dữ liệu đo đạc thực tế để xác định vị trí và mức độ mất cân bằng, từ đó đề xuất phương án hoán đổi tải hoặc điều chỉnh pha phù hợp.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực tế thu thập từ 128 trạm biến áp phân phối tại khu vực Công Phú, tỉnh Bình Phước, trong giai đoạn 2019-2021. Cỡ mẫu bao gồm các trạm biến áp có công suất từ 15kVA đến 400kVA, với các thông số dòng điện, điện áp và tổn thất được đo đạc và ghi nhận hàng tháng. Phương pháp chọn mẫu là chọn ngẫu nhiên có trọng số dựa trên công suất và vị trí địa lý nhằm đảm bảo tính đại diện. Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng phần mềm MATLAB, sử dụng giao diện GUIDE để phát triển chương trình cân bằng pha. Thuật toán được xây dựng dựa trên phân tích thành phần đối xứng và tính toán tổn thất công suất nhằm xác định các vị trí cần hoán đổi tải để cân bằng pha. Quá trình nghiên cứu kéo dài từ tháng 2/2021 đến tháng 7/2021, bao gồm các bước khảo sát hiện trạng, phát triển phần mềm, thử nghiệm và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tỷ lệ mất cân bằng pha trung bình tại các trạm biến áp phân phối: Qua khảo sát 128 trạm biến áp, tỷ lệ mất cân bằng pha trung bình là khoảng 15-20%, trong đó trạm biến áp tại khu vực trung tâm thị trấn Tân Phú có tỷ lệ mất cân bằng cao nhất, lên đến 32%.
2. Tổn thất điện năng do mất cân bằng pha: Tổn thất điện năng trung bình tại khu vực nghiên cứu là 3.65%, trong đó tổn thất tại các trạm biến áp có công suất lớn (trên 250kVA) chiếm khoảng 40% tổng tổn thất.
3. Hiệu quả của giải pháp cân bằng pha: Sau khi áp dụng thuật toán cân bằng pha và hoán đổi tải tại các trạm biến áp tiêu biểu như Tân Tiến 69A và Tân Phú 105B, tổn thất điện năng giảm từ 3.65% xuống còn khoảng 2.0%, tương đương giảm 45% tổn thất so với trước khi cân bằng.
4. Thời gian và công sức giảm thiểu mất cân bằng: Việc sử dụng phần mềm MATLAB với giao diện GUIDE giúp rút ngắn thời gian xác định vị trí hoán đổi tải từ vài ngày xuống còn vài giờ, đồng thời giảm thiểu sai sót trong quá trình tính toán.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến mất cân bằng pha là do phân phối tải không đồng đều giữa các pha, đặc biệt tại các khu vực có nhiều khách hàng sản xuất và kinh doanh với mức tiêu thụ không ổn định. So với các nghiên cứu trong ngành điện miền Nam, tỷ lệ mất cân bằng pha tại Công Phú tương đối cao, phản ánh sự phát triển nhanh chóng của khu vực nhưng chưa được quản lý tải hiệu quả. Việc áp dụng thuật toán cân bằng pha dựa trên phân tích thành phần đối xứng và dữ liệu thực tế đã chứng minh hiệu quả rõ rệt trong việc giảm tổn thất và cải thiện chất lượng điện năng. Kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu gần đây về cân bằng pha trong lưới điện phân phối tại các tỉnh thành khác. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tỷ lệ mất cân bằng pha theo từng trạm biến áp và bảng so sánh tổn thất trước và sau khi áp dụng giải pháp cân bằng pha, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai rộng rãi phần mềm cân bằng pha trên toàn bộ lưới điện phân phối: Áp dụng phần mềm MATLAB với giao diện GUIDE để tự động hóa việc phân tích và cân bằng pha, nhằm giảm tổn thất điện năng trung bình xuống dưới 2% trong vòng 1 năm tới. Chủ thể thực hiện là các đơn vị quản lý vận hành lưới điện địa phương.
2. Tổ chức đào tạo nhân viên vận hành về kỹ thuật cân bằng pha và sử dụng phần mềm: Đào tạo chuyên sâu cho đội ngũ kỹ thuật viên trong 6 tháng nhằm nâng cao năng lực quản lý và vận hành lưới điện cân bằng pha hiệu quả.
3. Rà soát và điều chỉnh lại phân phối tải tại các trạm biến áp trọng điểm: Thực hiện kiểm tra và hoán đổi tải định kỳ hàng quý tại các trạm biến áp có tỷ lệ mất cân bằng cao, nhằm duy trì sự cân bằng pha ổn định.
4. Đầu tư nâng cấp hạ tầng lưới điện và thiết bị đo đếm hiện đại: Lắp đặt các thiết bị đo đếm thông minh (MDAS) để giám sát liên tục tình trạng mất cân bằng pha và tổn thất điện năng, giúp phát hiện và xử lý kịp thời trong vòng 2 năm tới.
5. Xây dựng quy trình quản lý và giám sát cân bằng pha chuẩn hóa: Thiết lập quy trình vận hành và giám sát cân bằng pha theo tiêu chuẩn ngành điện, đảm bảo tính nhất quán và hiệu quả trong quản lý lưới điện phân phối.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên viên vận hành lưới điện phân phối: Nghiên cứu cung cấp phương pháp và công cụ thực tiễn để cải thiện cân bằng pha, giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả vận hành.
2. Các nhà quản lý ngành điện và đơn vị cung cấp điện: Giúp xây dựng chính sách và kế hoạch đầu tư nâng cấp lưới điện phù hợp với thực trạng mất cân bằng pha.
3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành điện – điện tử: Cung cấp cơ sở lý thuyết và ứng dụng thực tế về phân tích thành phần đối xứng, tổn thất điện năng và thuật toán cân bằng pha.
4. Các nhà phát triển phần mềm và công nghệ trong lĩnh vực năng lượng: Tham khảo cách ứng dụng MATLAB và giao diện GUIDE trong phát triển phần mềm quản lý lưới điện, từ đó phát triển các giải pháp công nghệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Mất cân bằng pha là gì và tại sao nó gây tổn thất?
   Mất cân bằng pha xảy ra khi dòng điện hoặc điện áp giữa các pha không đều nhau, dẫn đến dòng điện trung tính tăng cao và tổn thất điện năng tăng. Ví dụ, tại trạm biến áp Tân Phú, mất cân bằng pha lên đến 32% gây tổn thất 3.65%.

2. Phân tích thành phần đối xứng giúp gì trong nghiên cứu này?
   Phân tích thành phần đối xứng tách dòng điện và điện áp thành các thành phần thuận, nghịch và không, giúp xác định chính xác mức độ mất cân bằng và nguyên nhân gây ra, từ đó đề xuất giải pháp cân bằng hiệu quả.

3. Phần mềm MATLAB và GUIDE được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   MATLAB được dùng để xử lý dữ liệu và tính toán tổn thất, trong khi GUIDE giúp xây dựng giao diện người dùng thân thiện, hỗ trợ kỹ thuật viên dễ dàng nhập liệu và thực hiện cân bằng pha nhanh chóng.

4. Giải pháp cân bằng pha có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
   Có, giải pháp dựa trên nguyên lý phân tích thành phần đối xứng và thuật toán hoán đổi tải có thể áp dụng cho các lưới điện phân phối khác có hiện tượng mất cân bằng pha tương tự.

5. Làm thế nào để duy trì cân bằng pha sau khi áp dụng giải pháp?
   Cần thực hiện giám sát liên tục bằng thiết bị đo đếm thông minh, tổ chức kiểm tra và hoán đổi tải định kỳ, đồng thời đào tạo nhân viên vận hành để phát hiện và xử lý kịp thời các trường hợp mất cân bằng mới phát sinh.

Kết luận

• Nghiên cứu đã phân tích chi tiết hiện trạng mất cân bằng pha tại khu vực phân phối Công Phú, tỉnh Bình Phước với tỷ lệ mất cân bằng trung bình khoảng 15-20%.
• Đã phát triển thành công phần mềm cân bằng pha trên nền tảng MATLAB và giao diện GUIDE, giúp tự động hóa quá trình phân tích và đề xuất giải pháp.
• Giải pháp cân bằng pha đã giảm tổn thất điện năng từ 3.65% xuống còn khoảng 2.0%, nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm duy trì cân bằng pha ổn định và giảm tổn thất lâu dài.
• Khuyến nghị triển khai rộng rãi và đào tạo nhân viên vận hành để nâng cao năng lực quản lý lưới điện phân phối.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị quản lý điện năng nên áp dụng phần mềm và quy trình cân bằng pha được đề xuất để cải thiện chất lượng điện năng và giảm tổn thất. Đào tạo và nâng cấp thiết bị đo đếm cũng cần được ưu tiên trong kế hoạch phát triển lưới điện phân phối.