Tổng quan nghiên cứu

Tổn thất điện năng (TTĐN) trên lưới điện phân phối là một trong những vấn đề cấp thiết ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả kinh tế và chất lượng cung cấp điện. Theo lộ trình giảm tổn thất điện năng từ năm 2016 đến 2020, EVN đặt mục tiêu giảm tỷ lệ tổn thất điện năng xuống dưới 6,5% toàn quốc, trong đó Tổng Công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) dưới 4,0%, Công ty Điện lực An Giang dưới 3,30% và Điện lực Châu Thành phải giảm xuống dưới 2,73%. Tổn thất điện năng chủ yếu phát sinh trên lưới phân phối trung áp do các yếu tố kỹ thuật và phi kỹ thuật như quá tải, thiết bị kém hiệu suất, vận hành không tối ưu và vi phạm sử dụng điện.

Luận văn tập trung nghiên cứu các phương pháp tính toán tổn thất công suất trên lưới trung áp huyện Châu Thành, tỉnh An Giang, trong giai đoạn khảo sát năm 2017, nhằm đề xuất các giải pháp giảm tổn thất hiệu quả. Mục tiêu cụ thể là xác định dung lượng và vị trí lắp đặt tụ bù công suất phản kháng tối ưu, đồng thời xác định điểm dừng tối ưu trong cấu hình lưới điện phân phối để giảm tổn thất công suất tác dụng. Nghiên cứu sử dụng phần mềm chuyên dụng PSS/ADEPT với các thuật toán TOPO và CAPO để mô phỏng và tối ưu hóa vận hành lưới điện.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn, giúp Điện lực Châu Thành và các đơn vị liên quan nâng cao hiệu quả quản lý kỹ thuật, giảm tổn thất điện năng, góp phần thực hiện mục tiêu tiết kiệm năng lượng và phát triển bền vững ngành điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Khái niệm lưới điện phân phối: Lưới điện phân phối trung áp có điện áp từ 6 đến 35 kV, chịu trách nhiệm phân phối điện từ trạm biến áp trung gian đến các phụ tải cuối cùng. Đặc điểm của lưới phân phối là cấu trúc hình tia, vận hành linh hoạt và có nhiều điểm đóng cắt để đảm bảo độ tin cậy.

  • Tổn thất điện năng (TTĐN): Bao gồm tổn thất kỹ thuật (do điện trở dây dẫn, máy biến áp, thiết bị điện) và tổn thất thương mại (do vi phạm sử dụng điện, sai số đo đếm). Tổn thất kỹ thuật được phân thành tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng, trong đó tổn thất công suất tác dụng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả vận hành.

  • Phương pháp tính toán tổn thất: Luận văn áp dụng các phương pháp tính toán tổn thất kỹ thuật như phương pháp điện trở đẳng trị, phương pháp theo đồ thị phụ tải, và phương pháp tính tổn thất công suất cực đại. Các phương pháp này giúp xác định chính xác tổn thất trên từng đoạn dây, trạm biến áp và toàn bộ lưới phân phối.

  • Giải thuật TOPO và CAPO trong phần mềm PSS/ADEPT: TOPO là thuật toán xác định điểm dừng (điểm tách lưới) tối ưu nhằm tái cấu hình lưới điện phân phối để giảm tổn thất công suất tác dụng. CAPO là thuật toán xác định dung lượng và vị trí lắp đặt tụ bù công suất phản kháng tối ưu trên lưới điện nhằm cải thiện hệ số công suất và giảm tổn thất.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu vận hành thực tế của lưới điện trung áp huyện Châu Thành năm 2017, bao gồm thông số đường dây, trạm biến áp, phụ tải, và dữ liệu đo đếm điện năng từ hệ thống công tơ.

  • Phương pháp chọn mẫu: Lưới điện tuyến 22 kV tuyến 481 An Châu được chọn làm đối tượng nghiên cứu điển hình, đại diện cho cấu trúc và đặc điểm vận hành của lưới trung áp huyện Châu Thành.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để mô phỏng lưới điện, thiết lập các thông số kỹ thuật và kinh tế, chạy thuật toán TOPO để xác định điểm dừng tối ưu và thuật toán CAPO để tính toán dung lượng, vị trí tụ bù công suất phản kháng tối ưu. Kết quả được so sánh với dữ liệu thực tế để đánh giá hiệu quả giảm tổn thất.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2018-2019, với các bước thu thập số liệu, thiết lập mô hình, chạy mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xác định dung lượng và vị trí tụ bù tối ưu: Qua mô phỏng bằng PSS/ADEPT, dung lượng tụ bù công suất phản kháng được xác định tối ưu cho tuyến 481 An Châu, giúp nâng hệ số công suất lên trên 0,95, giảm tổn thất công suất tác dụng trên lưới trung áp. Cụ thể, tổn thất công suất trước khi bù là khoảng 15% tổng công suất truyền tải, sau khi bù giảm xuống còn khoảng 9%, tương đương giảm tổn thất gần 40%.

  2. Xác định điểm dừng tối ưu bằng thuật toán TOPO: Việc tái cấu hình lưới điện phân phối thông qua xác định điểm dừng tối ưu giúp giảm tổn thất công suất tác dụng thêm khoảng 10% so với cấu hình hiện tại. Thuật toán TOPO đã xác định được các điểm mở khóa điện phù hợp để tạo cấu trúc lưới hình tia với tổn thất thấp nhất.

  3. Hiệu quả kinh tế của giải pháp bù công suất phản kháng: Tính toán hiệu quả kinh tế cho thấy việc đầu tư lắp đặt tụ bù công suất phản kháng có thể hoàn vốn trong vòng 2-3 năm nhờ tiết kiệm chi phí điện năng và giảm tổn thất. Lợi ích kinh tế được đánh giá dựa trên chi phí biên điện năng và chi phí đầu tư thiết bị.

  4. So sánh tổn thất kỹ thuật và thực tế: Kết quả tính toán tổn thất kỹ thuật bằng phần mềm PSS/ADEPT tương đối phù hợp với số liệu đo đếm thực tế, sai số trong khoảng 5-7%, cho thấy mô hình và phương pháp tính toán có độ tin cậy cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tổn thất công suất tác dụng cao trên lưới trung áp huyện Châu Thành là do cấu trúc lưới phân phối hình tia với bán kính cấp điện lớn, dây dẫn có tiết diện chưa tối ưu và hệ số công suất thấp do thiếu bù công suất phản kháng. Việc áp dụng giải pháp bù công suất phản kháng giúp nâng cao hệ số công suất, giảm dòng điện chạy qua dây dẫn, từ đó giảm tổn thất theo tỷ lệ bình phương dòng điện.

Thuật toán TOPO trong phần mềm PSS/ADEPT đã chứng minh hiệu quả trong việc tái cấu hình lưới điện phân phối, giúp xác định điểm dừng tối ưu để giảm tổn thất công suất. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trước đây về tối ưu hóa cấu hình lưới điện phân phối bằng các thuật toán heuristic và trí tuệ nhân tạo.

Việc kết hợp hai giải pháp bù công suất phản kháng và tái cấu hình lưới điện mang lại hiệu quả giảm tổn thất công suất tác dụng đáng kể, đồng thời đảm bảo vận hành ổn định và nâng cao chất lượng điện năng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phụ tải trước và sau khi bù, bảng so sánh tổn thất công suất và hiệu quả kinh tế của các phương án.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai lắp đặt tụ bù công suất phản kháng tối ưu: Thực hiện lắp đặt tụ bù tại các vị trí đã xác định trên lưới trung áp huyện Châu Thành nhằm nâng hệ số công suất lên trên 0,95, giảm tổn thất công suất tác dụng. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 12 tháng, do Điện lực Châu Thành chủ trì phối hợp với các đơn vị thi công.

  2. Áp dụng thuật toán TOPO để tái cấu hình lưới điện định kỳ: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để xác định điểm dừng tối ưu và tái cấu hình lưới điện phân phối theo chu kỳ 6 tháng hoặc khi có biến động lớn về phụ tải nhằm duy trì tổn thất ở mức thấp nhất.

  3. Nâng cao công tác quản lý kỹ thuật và vận hành: Thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện, cân bằng pha, hạn chế quá tải máy biến áp và đường dây, đồng thời theo dõi hệ số công suất để điều chỉnh kịp thời các thiết bị bù. Chủ thể thực hiện là đội ngũ kỹ thuật vận hành Điện lực Châu Thành.

  4. Tăng cường công tác kiểm soát tổn thất thương mại: Rà soát, kiểm tra hệ thống đo đếm, ngăn chặn vi phạm sử dụng điện, đảm bảo số liệu đo đếm chính xác. Thời gian thực hiện liên tục, phối hợp với các cơ quan chức năng và chính quyền địa phương.

  5. Đào tạo và nâng cao nhận thức: Tổ chức tập huấn cho cán bộ kỹ thuật và người dân về tầm quan trọng của việc giảm tổn thất điện năng và sử dụng điện hiệu quả. Chủ thể là Công ty Điện lực An Giang và Điện lực Châu Thành, thực hiện hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ kỹ thuật và quản lý điện lực: Luận văn cung cấp phương pháp tính toán tổn thất và giải pháp giảm tổn thất công suất, giúp nâng cao hiệu quả vận hành và quản lý lưới điện phân phối.

  2. Học viên cao học ngành Kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo quý giá cho nghiên cứu chuyên sâu về tối ưu hóa lưới điện phân phối, ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT và các thuật toán tối ưu.

  3. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong lĩnh vực năng lượng: Cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp và kết quả thực nghiệm về giảm tổn thất điện năng, góp phần phát triển các giải pháp kỹ thuật mới.

  4. Doanh nghiệp cung cấp thiết bị điện và giải pháp năng lượng: Tham khảo để phát triển sản phẩm tụ bù công suất phản kháng, phần mềm mô phỏng và các dịch vụ tư vấn kỹ thuật liên quan đến tối ưu hóa lưới điện.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng khác nhau như thế nào?
    Tổn thất công suất tác dụng là năng lượng thực sự bị tiêu hao do điện trở dây dẫn và thiết bị, ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí điện năng. Tổn thất công suất phản kháng chủ yếu làm lệch pha và không sinh công, ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành nhưng ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng.

  2. Phần mềm PSS/ADEPT có ưu điểm gì trong tính toán tổn thất?
    PSS/ADEPT tích hợp các thuật toán tối ưu như TOPO và CAPO giúp mô phỏng chính xác cấu hình lưới điện, xác định điểm dừng và vị trí tụ bù tối ưu, từ đó giảm tổn thất công suất hiệu quả hơn so với phương pháp thủ công.

  3. Làm thế nào để xác định dung lượng tụ bù công suất phản kháng tối ưu?
    Dung lượng tụ bù được xác định dựa trên phân tích đồ thị phụ tải, hệ số công suất hiện tại và mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng, nhằm nâng hệ số công suất lên mức tối ưu (trên 0,95) để giảm tổn thất và cải thiện chất lượng điện năng.

  4. Tại sao cần tái cấu hình lưới điện phân phối?
    Phụ tải thay đổi liên tục làm phân bố công suất trên lưới không đồng đều, gây tổn thất cao và quá tải cục bộ. Tái cấu hình lưới giúp điều chỉnh điểm mở khóa điện, tạo cấu trúc lưới tối ưu, giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

  5. Giải pháp giảm tổn thất điện năng có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
    Các phương pháp và giải pháp trong luận văn có thể áp dụng cho nhiều khu vực có đặc điểm lưới điện tương tự, tuy nhiên cần điều chỉnh thông số kỹ thuật và mô hình phù hợp với đặc thù từng khu vực để đạt hiệu quả tối ưu.

Kết luận

  • Luận văn đã xác định được dung lượng và vị trí tụ bù công suất phản kháng tối ưu trên lưới trung áp huyện Châu Thành, giúp nâng hệ số công suất lên trên 0,95 và giảm tổn thất công suất tác dụng gần 40%.
  • Thuật toán TOPO trong phần mềm PSS/ADEPT hiệu quả trong việc xác định điểm dừng tối ưu, tái cấu hình lưới điện phân phối giảm tổn thất thêm khoảng 10%.
  • Giải pháp kết hợp bù công suất phản kháng và tái cấu hình lưới điện mang lại hiệu quả kỹ thuật và kinh tế rõ rệt, góp phần thực hiện mục tiêu giảm tổn thất điện năng của EVN.
  • Đề xuất triển khai lắp đặt tụ bù, áp dụng tái cấu hình định kỳ, nâng cao quản lý kỹ thuật và kiểm soát tổn thất thương mại để duy trì hiệu quả lâu dài.
  • Khuyến nghị các đơn vị điện lực và học viên ngành Kỹ thuật điện tham khảo và ứng dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị liên quan cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng các thuật toán tối ưu và công nghệ mới nhằm giảm tổn thất điện năng hiệu quả hơn trong tương lai.