Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện thông minh (Smart Grid) là một bước tiến công nghệ quan trọng trong lĩnh vực phân phối điện, tích hợp các hệ thống tự động hóa và truyền thông tiên tiến nhằm nâng cao hiệu quả, độ tin cậy và tính bền vững của hệ thống điện. Tại Việt Nam, đặc biệt là Công ty Điện lực Bến Tre, việc phát triển lưới điện thông minh đang được chú trọng nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng và các yêu cầu về chất lượng, an toàn, cũng như bảo vệ môi trường. Đến năm 2022, Công ty Điện lực Bến Tre quản lý 8 trạm biến áp 110kV, với chiều dài đường dây trung thế trên 2.300 km và hơn 263.000 công tơ điện tử có chức năng đo xa, đạt tỷ lệ 54,7% trong tổng số công tơ. Tuy nhiên, chỉ số đánh giá lưới điện thông minh (Smart Grid Index - SGI) của đơn vị này mới đạt khoảng 65,9 điểm trên thang 100, trong đó các chỉ tiêu như tích hợp nguồn phân tán và trao quyền khách hàng còn thấp, lần lượt đạt 33,33 và 56,25 điểm.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích hiện trạng lưới điện thông minh của Công ty Điện lực Bến Tre, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao chỉ số đánh giá SGI lên trên 80 điểm cho từng tiêu chí vào năm 2030. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các chỉ tiêu chính như giám sát và điều khiển, phân tích dữ liệu, độ tin cậy cung cấp điện, tích hợp nguồn phân tán, năng lượng xanh, an ninh bảo mật, và sự hài lòng của khách hàng. Việc nâng cao các chỉ số này không chỉ góp phần cải thiện hiệu quả vận hành, giảm tổn thất điện năng mà còn thúc đẩy phát triển bền vững, khuyến khích sử dụng năng lượng tiết kiệm và thân thiện với môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về lưới điện thông minh, bao gồm:

  • Mô hình lưới điện thông minh (Smart Grid Model): Mạng lưới điện tích hợp công nghệ thông tin và truyền thông hai chiều, cho phép trao đổi dữ liệu thời gian thực giữa các thành phần như nhà máy điện, thiết bị lưu trữ, khách hàng và trung tâm điều khiển. Mô hình này giúp cân bằng cung cầu năng lượng hiệu quả và tối ưu hóa vận hành hệ thống.

  • Hệ thống quản lý phân phối nâng cao (Advanced Distribution Management System - ADMS): Hệ thống phần mềm hỗ trợ giám sát, điều khiển và tối ưu hóa hoạt động mạng phân phối điện, kết hợp với SCADA và EMS để nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành.

  • Chỉ số đánh giá lưới điện thông minh (Smart Grid Index - SGI): Bộ chỉ số gồm 7 tiêu chí chính: giám sát & điều khiển, phân tích dữ liệu, độ tin cậy cung cấp điện, tích hợp nguồn phân tán, năng lượng xanh, an ninh bảo mật, và trao quyền & sự hài lòng khách hàng. Mỗi tiêu chí được đánh giá dựa trên các chỉ số kỹ thuật và hiệu quả vận hành cụ thể.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), DMS (Distribution Management System), DERMS (Distributed Energy Resources Management System), AMI (Advanced Metering Infrastructure), ZigBee (công nghệ mạng cảm biến không dây), SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage), và ISO 27001 (tiêu chuẩn quản lý an toàn thông tin).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích định lượng kết hợp với khảo sát thực tế tại Công ty Điện lực Bến Tre. Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

  • Số liệu vận hành lưới điện, thiết bị và công tơ điện tử thu thập từ hệ thống SCADA, AMI và các báo cáo kỹ thuật của công ty.

  • Kết quả đánh giá chỉ số SGI năm 2022 và các báo cáo liên quan đến hiệu quả vận hành, độ tin cậy cung cấp điện, tỷ lệ tích hợp nguồn phân tán và mức độ hài lòng khách hàng.

  • Tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn quốc tế và các nghiên cứu liên quan về lưới điện thông minh.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích hiện trạng và đánh giá điểm SGI theo từng tiêu chí.

  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý dựa trên các mô hình ADMS, DERMS, công nghệ ZigBee, và hệ thống lưu trữ năng lượng SMES.

  • Mô phỏng và đánh giá tác động của các giải pháp đề xuất đến điểm số SGI và hiệu quả vận hành.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ hệ thống lưới điện và khách hàng của Công ty Điện lực Bến Tre, với hơn 263.000 công tơ điện tử và 258.267 khách hàng có thể theo dõi năng lượng tiêu thụ qua ứng dụng. Thời gian nghiên cứu tập trung từ năm 2022 đến 2024, với lộ trình cải tiến đến năm 2030.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng điểm SGI thấp ở một số tiêu chí: Năm 2022, điểm SGI tổng thể của Công ty Điện lực Bến Tre đạt 65,9 điểm. Trong đó, chỉ tiêu tích hợp nguồn phân tán đạt thấp nhất với 33,33 điểm, phản ánh tỷ lệ biến tần thông minh chỉ chiếm 18,23% tổng công suất nguồn phân tán và chưa có hệ thống quản lý nguồn năng lượng phân tán (DERMS). Tiêu chí trao quyền và sự hài lòng khách hàng cũng chỉ đạt 56,25 điểm, với 54,29% khách hàng có thể theo dõi năng lượng tiêu thụ qua ứng dụng.

  2. Độ tin cậy cung cấp điện cao: Các chỉ số SAIDI, SAIFI và MAIFI lần lượt đạt 216,85/279, 1,6/2,63 và 0,74/2,26, cho thấy độ tin cậy cung cấp điện của công ty tương đối tốt, đạt 100 điểm theo tiêu chuẩn đánh giá.

  3. Ứng dụng công nghệ chưa đồng bộ: Mặc dù 100% trạm biến áp 110kV có tín hiệu chính xác truyền về trung tâm điều khiển, nhưng tỷ lệ ứng dụng hệ thống DMS/ADMS mới đạt 45,45%, và chưa triển khai các chức năng tự động phát hiện, cô lập sự cố và khôi phục tải tự động.

  4. Chưa áp dụng đầy đủ các tiêu chuẩn an ninh bảo mật: Công ty chưa có chứng chỉ ISO 27001 và hệ thống giám sát an ninh mạng SOC/SIEM cho hệ thống IT/OT, điểm an ninh bảo mật chỉ đạt 66,67 điểm.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy Công ty Điện lực Bến Tre đã đạt được nhiều thành tựu trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và ứng dụng công nghệ đo đếm từ xa, tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn chế trong việc tích hợp nguồn phân tán và nâng cao sự hài lòng khách hàng. Việc chưa triển khai hệ thống DERMS và lưu trữ năng lượng SMES làm giảm khả năng quản lý hiệu quả các nguồn năng lượng tái tạo và phân tán, ảnh hưởng đến điểm số SGI tổng thể.

So với các nghiên cứu trong ngành, việc áp dụng hệ thống ADMS nâng cao và công nghệ ZigBee trong mạng cảm biến không dây được đánh giá là giải pháp hiệu quả để cải thiện giám sát và điều khiển lưới điện. Ngoài ra, phương pháp đánh giá khả năng phục hồi hệ thống điện định lượng dựa trên tam giác đàn hồi giúp xác định điểm yếu và đề xuất biện pháp tăng cường khả năng phục hồi trước các sự cố đa đường dây, góp phần nâng cao độ tin cậy và ổn định điện áp.

Việc chưa áp dụng các tiêu chuẩn an ninh bảo mật quốc tế và hệ thống giám sát ATTT làm tăng nguy cơ rủi ro về an toàn thông tin, cần được ưu tiên cải thiện để bảo vệ hệ thống lưới điện thông minh trước các mối đe dọa mạng ngày càng phức tạp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ điểm SGI theo từng tiêu chí, bảng so sánh hiện trạng và dự kiến cải thiện, cũng như mô hình tam giác đàn hồi minh họa khả năng phục hồi hệ thống điện.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai và nâng cấp hệ thống DMS/ADMS: Áp dụng hệ thống quản lý phân phối nâng cao EcoStruxure ADMS kết hợp với SCADA để tăng cường giám sát, điều khiển và tối ưu hóa vận hành lưới điện. Mục tiêu đạt điểm >80 cho tiêu chí giám sát & điều khiển trong vòng 3 năm tới. Chủ thể thực hiện: Ban kỹ thuật và vận hành Công ty Điện lực Bến Tre.

  2. Phát triển hệ thống đo đếm thông minh và AMI: Triển khai lắp đặt công tơ thông minh sử dụng mạng cảm biến không dây ZigBee và hệ thống AMI để nâng cao tỷ lệ công tơ có chức năng AMR lên trên 85% trong 2 năm tới. Chủ thể thực hiện: Phòng công nghệ thông tin và đo đếm.

  3. Xây dựng hệ thống quản lý nguồn năng lượng phân tán (DERMS) và lưu trữ năng lượng SMES: Đầu tư phát triển DERMS để giám sát và điều phối nguồn phân tán, đồng thời tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng siêu dẫn SMES nhằm tăng khả năng ổn định điện áp và dự phòng năng lượng. Mục tiêu đạt điểm >80 cho tiêu chí tích hợp nguồn phân tán trong 5 năm tới. Chủ thể thực hiện: Ban đầu tư và phát triển công nghệ.

  4. Nâng cao an ninh bảo mật hệ thống: Áp dụng tiêu chuẩn ISO 27001 và xây dựng hệ thống giám sát an ninh mạng SOC/SIEM cho hệ thống IT/OT, tổ chức đào tạo nhận thức về an toàn thông tin cho cán bộ công nhân viên. Mục tiêu đạt điểm >80 cho tiêu chí an ninh bảo mật trong 2 năm. Chủ thể thực hiện: Ban an ninh mạng và quản lý rủi ro.

  5. Tăng cường trao quyền và nâng cao sự hài lòng khách hàng: Phát triển ứng dụng di động và giao diện mạng cho phép khách hàng theo dõi năng lượng tiêu thụ hàng ngày, đồng thời mở rộng các hình thức thanh toán trực tuyến và qua thiết bị di động. Mục tiêu đạt tỷ lệ khách hàng theo dõi năng lượng trên 85% và điểm hài lòng trên 8,5 trong 3 năm. Chủ thể thực hiện: Phòng chăm sóc khách hàng và truyền thông.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các công ty điện lực và đơn vị quản lý lưới điện: Luận văn cung cấp các giải pháp kỹ thuật và quản lý cụ thể để nâng cao chỉ số đánh giá lưới điện thông minh, giúp các đơn vị này cải thiện hiệu quả vận hành và độ tin cậy cung cấp điện.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu trình bày chi tiết về mô hình, phương pháp đánh giá và ứng dụng công nghệ mới trong lưới điện thông minh, là nguồn tham khảo quý giá cho các nghiên cứu tiếp theo.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách năng lượng: Các phân tích và đề xuất trong luận văn hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển lưới điện thông minh, thúc đẩy sử dụng năng lượng tái tạo và bảo vệ môi trường.

  4. Các nhà cung cấp công nghệ và thiết bị điện: Thông tin về các hệ thống DMS, DERMS, công nghệ ZigBee và lưu trữ năng lượng SMES giúp các nhà cung cấp hiểu rõ nhu cầu và xu hướng phát triển của ngành điện, từ đó phát triển sản phẩm phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Lưới điện thông minh khác gì so với lưới điện truyền thống?
    Lưới điện thông minh tích hợp công nghệ thông tin và truyền thông hai chiều, cho phép giám sát, điều khiển và tối ưu hóa vận hành theo thời gian thực, trong khi lưới điện truyền thống chỉ truyền tải điện năng một chiều và thiếu khả năng tự động hóa.

  2. Tại sao chỉ số tích hợp nguồn phân tán của Công ty Điện lực Bến Tre thấp?
    Do tỷ lệ biến tần thông minh chỉ chiếm khoảng 18,23% tổng công suất nguồn phân tán và chưa có hệ thống quản lý nguồn năng lượng phân tán (DERMS), dẫn đến khó khăn trong việc điều phối và tối ưu nguồn năng lượng tái tạo.

  3. Công nghệ ZigBee có ưu điểm gì trong lưới điện thông minh?
    ZigBee là công nghệ mạng cảm biến không dây có chi phí thấp, tiêu thụ năng lượng thấp, dễ dàng thiết lập mạng lưới rộng lớn với khả năng kết nối lên đến 64.000 thiết bị, phù hợp cho việc thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa trong lưới điện thông minh.

  4. Làm thế nào để đánh giá khả năng phục hồi của hệ thống điện?
    Khả năng phục hồi được đánh giá định lượng thông qua hàm hiệu suất hệ thống Q(t), mô tả mức độ vận hành của hệ thống theo thời gian sau sự cố, sử dụng mô hình tam giác đàn hồi để đo lường mức độ mất chức năng và thời gian phục hồi.

  5. Các giải pháp nâng cao an ninh bảo mật được đề xuất là gì?
    Áp dụng tiêu chuẩn ISO 27001, xây dựng hệ thống giám sát an ninh mạng SOC/SIEM cho hệ thống IT/OT, tổ chức đào tạo nhận thức về an toàn thông tin và thực hiện kiểm tra, đánh giá định kỳ nhằm giảm thiểu rủi ro và bảo vệ hệ thống lưới điện thông minh.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích chi tiết hiện trạng và các chỉ số đánh giá lưới điện thông minh của Công ty Điện lực Bến Tre, chỉ ra những điểm mạnh và hạn chế hiện tại.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm nâng cao điểm số SGI trên 80 điểm cho từng tiêu chí vào năm 2030, tập trung vào hệ thống DMS/ADMS, công tơ thông minh, DERMS, lưu trữ năng lượng và an ninh bảo mật.
  • Phương pháp đánh giá khả năng phục hồi hệ thống điện định lượng giúp xác định điểm yếu và đề xuất biện pháp tăng cường hiệu quả vận hành.
  • Nghiên cứu góp phần thúc đẩy phát triển lưới điện thông minh bền vững, nâng cao chất lượng dịch vụ và sự hài lòng khách hàng.
  • Khuyến nghị các đơn vị liên quan triển khai đồng bộ các giải pháp, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ mới trong lĩnh vực lưới điện thông minh.

Hành động tiếp theo: Các phòng ban kỹ thuật và quản lý của Công ty Điện lực Bến Tre cần xây dựng kế hoạch chi tiết triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời theo dõi, đánh giá tiến độ và hiệu quả để điều chỉnh kịp thời. Các nhà nghiên cứu và đơn vị liên quan được khuyến khích tham khảo và phát triển thêm các nghiên cứu về lưới điện thông minh phù hợp với điều kiện thực tế.