Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội tại Thành phố Hồ Chí Minh, việc đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục, tin cậy và hiệu quả là mục tiêu trọng yếu của Tổng Công ty Điện lực Thành phố. Theo báo cáo của ngành, vào tháng 7 năm 2019, tổng sản lượng điện tiêu thụ đạt khoảng 115 triệu kWh với công suất đỉnh 202 MW, phản ánh nhu cầu ngày càng tăng cao. Tuy nhiên, công tác quản lý vận hành lưới điện phân phối 22kV còn tồn tại nhiều hạn chế, đặc biệt trong việc xử lý sự cố và phân phối công suất hợp lý, dẫn đến tổn thất điện năng và giảm độ tin cậy cung cấp điện.

Luận văn tập trung nghiên cứu hệ thống quản lý lưới điện phân phối (Distribution Management System - DMS) và ứng dụng công nghệ tự động hóa DAS/DMS cho lưới điện 22kV tại Công ty Điện lực Tân Bình. Mục tiêu chính là nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất kỹ thuật và cải thiện chất lượng dịch vụ khách hàng trong giai đoạn 2019-2020. Phạm vi nghiên cứu bao gồm 25 phát tuyến 22kV với hơn 2.940 trạm khách hàng, sử dụng dữ liệu vận hành thực tế và thiết bị có kết nối SCADA.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ hiện đại vào quản lý vận hành lưới điện phân phối, góp phần giảm thiểu thời gian mất điện trung bình (SAIDI) và tần suất mất điện trung bình (SAIFI), từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh và sự hài lòng của khách hàng.

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:

  • Hệ thống quản lý lưới điện phân phối (DMS): Là hệ thống tích hợp các công cụ phần mềm tính toán, phân tích giúp quản lý vận hành lưới điện phân phối hiệu quả, bao gồm các chức năng như định vị sự cố (Fault Location - FL), phân bố công suất (Distribution Power Flow - DPF), cô lập sự cố và phục hồi cung cấp điện (Fault Isolation and Service Restoration - FISR).

  • Mô hình phân tích mạng điện (Distribution Network Analysis Functions - DNAF): Bao gồm các thuật toán tính toán dòng điện, điện áp, tổn thất và chất lượng điện năng trên lưới phân phối, hỗ trợ ra quyết định vận hành.

  • Chỉ số độ tin cậy cung cấp điện: SAIDI (System Average Interruption Duration Index), SAIFI (System Average Interruption Frequency Index), MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency Index) được sử dụng để đánh giá hiệu quả vận hành.

Các khái niệm chính bao gồm: thiết bị điều khiển từ xa (Recloser, Load Breaker Switch - LBS), hệ thống SCADA, mô hình tính toán Thevenin trong định vị sự cố, thuật toán phân bố công suất không cân bằng pha.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ hệ thống SCADA, thiết bị điều khiển từ xa và cơ sở dữ liệu GIS của Công ty Điện lực Tân Bình, bao gồm:

  • Dữ liệu vận hành 25 phát tuyến 22kV với tổng chiều dài lưới khoảng 245 km, phục vụ hơn 2.940 trạm khách hàng.

  • Thông số kỹ thuật và trạng thái hoạt động của 61 Recloser, 46 LBS và các thiết bị bảo vệ khác.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm DMS của nhà cung cấp Alstom, kết hợp các công cụ chuyển đổi dữ liệu FME, ETDM và mô phỏng topology EMP2DNOM. Thuật toán DNAF được áp dụng để thực hiện các chức năng định vị sự cố, phân bố công suất và phục hồi cung cấp điện.

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ lưới điện 22kV tại khu vực Tân Bình trong giai đoạn từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2019. Phương pháp chọn mẫu là toàn bộ hệ thống vận hành thực tế nhằm đảm bảo tính đại diện và độ chính xác của kết quả.

Timeline nghiên cứu gồm: thu thập dữ liệu (tháng 2-3/2019), xây dựng mô hình và kịch bản chuyển tải (tháng 4-6/2019), vận hành thử nghiệm và đánh giá hiệu quả (tháng 7-8/2019).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Giảm tổn thất điện năng: Sau khi áp dụng hệ thống DMS, tổn thất điện năng trên lưới 22kV giảm từ 3,6% xuống còn 3,04%, tương đương giảm 0,56%. Đây là kết quả đáng kể góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng điện.

  2. Cải thiện độ tin cậy cung cấp điện: Chỉ số SAIFI giảm từ 1,31 lần xuống còn 1,22 lần, SAIDI giảm từ 62,75 phút xuống còn 49 phút, tương ứng giảm lần lượt 6,87% và 21,9%. MAIFI duy trì ở mức thấp 0,01 lần, cho thấy sự ổn định trong cung cấp điện.

  3. Tăng hiệu quả xử lý sự cố: Hệ thống DMS giúp tự động hóa việc cô lập sự cố và phục hồi cung cấp điện nhanh chóng, rút ngắn thời gian cách ly sự cố, giảm thiểu ảnh hưởng đến khách hàng. Thống kê cho thấy 57/61 Recloser có kết nối SCADA, hỗ trợ giám sát và xử lý sự cố hiệu quả.

  4. Phân bố công suất hợp lý: Thuật toán phân bố công suất (DPF) giúp cân bằng tải trên các pha, giảm tỷ lệ sụt áp và tổn thất kỹ thuật, góp phần nâng cao chất lượng điện năng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các cải thiện trên là do việc ứng dụng công nghệ tự động hóa DAS/DMS, giúp giảm sự phụ thuộc vào thao tác thủ công của nhân viên vận hành, đồng thời nâng cao khả năng giám sát và phân tích dữ liệu thời gian thực. So với các nghiên cứu trong khu vực Đông Nam Á, kết quả này tương đương hoặc vượt trội, thể hiện tính hiệu quả của giải pháp.

Biểu đồ thể hiện xu hướng giảm SAIDI, SAIFI và tổn thất điện năng qua các tháng vận hành thử nghiệm sẽ minh họa rõ nét hiệu quả của hệ thống. Bảng so sánh chỉ số tin cậy trước và sau khi áp dụng DMS cũng giúp làm nổi bật đóng góp của nghiên cứu.

Ý nghĩa của kết quả không chỉ nằm ở việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện mà còn góp phần giảm chi phí vận hành, tăng sự hài lòng của khách hàng và hỗ trợ phát triển kinh tế địa phương.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Mở rộng triển khai hệ thống DMS: Đề nghị Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh nhân rộng ứng dụng hệ thống DMS cho toàn bộ các khu vực lưới điện 22kV trong vòng 2 năm tới nhằm nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành.

  2. Nâng cấp thiết bị kết nối SCADA: Tăng tỷ lệ thiết bị Recloser, LBS có kết nối SCADA lên trên 90% trong 12 tháng để đảm bảo thu thập dữ liệu chính xác và kịp thời, hỗ trợ xử lý sự cố tự động.

  3. Đào tạo nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành hệ thống DMS và phân tích dữ liệu cho nhân viên trong 6 tháng, nhằm nâng cao năng lực và giảm thiểu sai sót trong quá trình vận hành.

  4. Phát triển kịch bản chuyển tải tự động: Xây dựng và thử nghiệm các kịch bản chuyển tải tự động khi xảy ra sự cố trong 1 năm, giúp giảm thời gian mất điện và tổn thất kỹ thuật.

  5. Tăng cường giám sát và bảo trì dự phòng: Thiết lập hệ thống giám sát liên tục và bảo trì dự phòng cho các thiết bị quan trọng, giảm thiểu nguy cơ sự cố và nâng cao tuổi thọ thiết bị.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý ngành điện lực: Giúp hiểu rõ về ứng dụng công nghệ DMS trong quản lý vận hành lưới điện phân phối, từ đó đưa ra các quyết định đầu tư và chính sách phù hợp.

  2. Kỹ sư vận hành và bảo trì lưới điện: Cung cấp kiến thức về các công cụ phân tích, xử lý sự cố và phân bố công suất, hỗ trợ nâng cao hiệu quả công việc hàng ngày.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành điện: Là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, mô hình và phương pháp nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa trong lưới điện phân phối.

  4. Các nhà cung cấp thiết bị và phần mềm ngành điện: Giúp hiểu nhu cầu thực tế và các tiêu chí kỹ thuật để phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống DMS có thể áp dụng cho các lưới điện có quy mô nhỏ hơn không?
    Có, hệ thống DMS có thể tùy chỉnh để phù hợp với quy mô lưới điện nhỏ hơn, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành ngay cả ở các khu vực nông thôn hoặc lưới điện phân phối quy mô vừa.

  2. Thời gian triển khai hệ thống DMS cho một khu vực như Tân Bình mất bao lâu?
    Theo nghiên cứu, quá trình thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình và vận hành thử nghiệm kéo dài khoảng 6 tháng, tùy thuộc vào quy mô và điều kiện thực tế của khu vực.

  3. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả của hệ thống DMS sau khi triển khai?
    Hiệu quả được đánh giá qua các chỉ số như SAIDI, SAIFI, tổn thất điện năng và thời gian xử lý sự cố. Việc so sánh các chỉ số này trước và sau khi áp dụng DMS giúp xác định mức độ cải thiện.

  4. Hệ thống DMS có hỗ trợ xử lý sự cố tự động hoàn toàn không?
    Hệ thống hỗ trợ tự động hóa nhiều bước trong xử lý sự cố như định vị, cô lập và phục hồi cung cấp điện, tuy nhiên vẫn cần sự giám sát và can thiệp của nhân viên vận hành trong các tình huống phức tạp.

  5. Chi phí đầu tư cho hệ thống DMS có cao không?
    Chi phí đầu tư ban đầu có thể cao do cần trang bị thiết bị kết nối SCADA và phần mềm quản lý, nhưng lợi ích lâu dài về giảm tổn thất, nâng cao độ tin cậy và tiết kiệm chi phí vận hành sẽ bù đắp hiệu quả đầu tư.

Kết luận

  • Hệ thống DMS và công nghệ tự động hóa DAS/DMS đã chứng minh hiệu quả trong việc nâng cao độ tin cậy và giảm tổn thất điện năng trên lưới 22kV tại Công ty Điện lực Tân Bình.
  • Chỉ số SAIDI giảm 21,9%, SAIFI giảm 6,87%, tổn thất điện năng giảm 0,56%, góp phần cải thiện chất lượng dịch vụ khách hàng.
  • Việc áp dụng các thuật toán định vị sự cố, phân bố công suất và phục hồi cung cấp điện tự động giúp rút ngắn thời gian xử lý sự cố và giảm thiểu ảnh hưởng đến khách hàng.
  • Đề xuất mở rộng triển khai hệ thống DMS trên toàn thành phố, nâng cấp thiết bị SCADA và đào tạo nhân viên để phát huy tối đa hiệu quả.
  • Các bước tiếp theo bao gồm hoàn thiện kịch bản chuyển tải tự động, tăng cường giám sát và bảo trì dự phòng nhằm đảm bảo vận hành ổn định và bền vững.

Quý độc giả và các đơn vị liên quan được khuyến khích nghiên cứu và áp dụng các giải pháp công nghệ hiện đại này để nâng cao hiệu quả quản lý lưới điện phân phối, góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững.