Tổng quan nghiên cứu

Tổn thất điện năng (TTĐN) trong lưới điện phân phối là một vấn đề quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vận hành và chi phí đầu tư của hệ thống điện. Năm 2017, sản lượng điện thương phẩm của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đạt 174,050 tỷ kWh với tỷ lệ tổn thất điện năng là 7,24%. EVN đặt mục tiêu giảm tỷ lệ này xuống còn 6,5% vào năm 2020. Theo thống kê, tổn thất điện năng chủ yếu phát sinh ở lưới phân phối, chiếm khoảng 65-75% tổng tổn thất trong hệ thống điện. Tại thành phố Châu Đốc, trong 6 tháng đầu năm 2018, sản lượng điện thương phẩm đạt 108,562 triệu kWh với tỷ lệ tổn thất là 3,97%, trong khi mục tiêu đến năm 2020 là giảm xuống còn 2,84%.

Luận văn tập trung nghiên cứu phương thức vận hành lưới điện phân phối thành phố Châu Đốc nhằm giảm tổn thất điện năng kỹ thuật với chi phí đầu tư hợp lý. Mục tiêu cụ thể là đề xuất các giải pháp vận hành tối ưu dựa trên phân tích dữ liệu phụ tải điển hình và tình hình thiết bị bù hiện có, góp phần giúp Điện lực Châu Đốc hoàn thành chỉ tiêu giảm tổn thất điện năng theo kế hoạch của Công ty Điện lực An Giang đến năm 2020. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưới điện phân phối 22kV của thành phố Châu Đốc trong giai đoạn khảo sát năm 2017-2018. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao trong việc nâng cao hiệu quả vận hành, giảm tổn thất điện năng và hỗ trợ công tác quản lý kỹ thuật tại đơn vị điện lực địa phương.

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 sau:

  • Phân loại tổn thất điện năng: Tổn thất điện năng được chia thành tổn thất kỹ thuật (do đặc tính vật lý của dây dẫn, thiết bị) và tổn thất phi kỹ thuật (do sai số đo đếm, mất mát thương mại). Tổn thất kỹ thuật không thể triệt tiêu hoàn toàn mà chỉ có thể hạn chế ở mức hợp lý.

  • Bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối: Mục tiêu là tìm cấu hình vận hành tối ưu để giảm tổn thất công suất tác dụng. Các thuật toán phổ biến gồm thuật toán kỹ thuật vòng cắt Merlin & Back, thuật toán đổi nhánh Civanlar, và các phương pháp trí tuệ nhân tạo như giải thuật di truyền (GA), mạng thần kinh nhân tạo (ANN), thuật toán bầy đàn (PSO), mô phỏng luyện kim (SA), và thuật toán kiến (ACO).

  • Bài toán xác định vị trí và dung lượng bù công suất phản kháng (CSPK): Tối ưu hóa công suất và vị trí đặt tụ bù nhằm giảm tổn thất điện năng, cải thiện chất lượng điện áp và giảm quá tải. Phương pháp tính toán dung lượng bù dựa trên phân tích đồ thị phụ tải và hệ số công suất yêu cầu, với các ràng buộc kỹ thuật về điện áp và công suất bù.

  • Phần mềm PSS/ADEPT: Công cụ hỗ trợ tính toán và phân tích lưới điện phân phối, bao gồm các module TOPO (xác định điểm dừng tối ưu) và CAPO (xác định vị trí bù tối ưu). TOPO giúp tìm cấu hình lưới hình tia với tổn thất công suất nhỏ nhất, CAPO xác định vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu dựa trên phân tích kinh tế và kỹ thuật.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu điện nhận đầu nguồn, biểu đồ phụ tải, công suất phản kháng, trạng thái khóa điện và thiết bị bù từ hệ thống quản lý vận hành lưới điện phân phối thành phố Châu Đốc trong năm 2017-2018.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để mô hình hóa lưới điện, chạy các bài toán TOPO và CAPO nhằm xác định cấu hình vận hành tối ưu và vị trí dung lượng bù tối ưu. Phân tích kết quả dựa trên so sánh tổn thất điện năng trước và sau khi áp dụng các giải pháp.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2017-2018, với việc thu thập dữ liệu, mô phỏng và phân tích kết quả trong vòng 12 tháng, sau đó đề xuất giải pháp và kiểm chứng thực tế tại Điện lực Châu Đốc.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu được thu thập từ toàn bộ các xuất tuyến trung áp 22kV và các trạm biến áp phân phối trên địa bàn thành phố Châu Đốc, đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ lưới điện phân phối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xác định các chế độ phụ tải điển hình và cấu hình lưới điện điển hình: Qua phân tích biểu đồ điện nhận đầu nguồn các xuất tuyến 22kV trong năm 2017, đã xác định được các chế độ tải điển hình theo tháng và ngày, làm cơ sở cho việc mô phỏng và tối ưu hóa vận hành lưới điện.

  2. Giảm tổn thất điện năng nhờ tái cấu hình lưới điện bằng thuật toán TOPO: Kết quả chạy bài toán TOPO cho thấy phương thức vận hành lưới điện phân phối thành phố Châu Đốc có thể giảm tổn thất điện năng khoảng 0,02% so với cấu hình hiện tại. Cụ thể, tổng tổn thất công suất và điện năng giảm được thể hiện rõ qua bảng tổng hợp kết quả sau khi chạy TOPO.

  3. Xác định dung lượng bù tối ưu bằng thuật toán CAPO: Dựa trên dữ liệu phụ tải đầu nguồn và công suất phản kháng, dung lượng bù tổng cho từng phát tuyến được tính toán chính xác. Việc lắp đặt giàn tụ bù cố định và ứng động theo kế hoạch giúp cải thiện hệ số công suất cosφ gần bằng 1, giảm công suất phản kháng tiêu thụ và tổn thất điện năng.

  4. Hiệu quả thực tế của giải pháp vận hành tối ưu: Việc triển khai phương thức vận hành tối ưu tại Điện lực Châu Đốc đã góp phần giúp đơn vị hoàn thành chỉ tiêu giảm tổn thất điện năng theo lộ trình kế hoạch của Công ty Điện lực An Giang đến năm 2020.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm tổn thất điện năng là do việc tái cấu hình lưới điện phân phối giúp phân bố lại dòng tải trên các nhánh, giảm quá tải và sụt áp, đồng thời việc bù công suất phản kháng tối ưu làm giảm dòng điện phản kháng chạy trên lưới, từ đó giảm tổn thất trên dây dẫn. So với các nghiên cứu trước đây, việc ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT với các thuật toán TOPO và CAPO cho phép xác định cấu hình và vị trí bù tối ưu một cách nhanh chóng và chính xác hơn, phù hợp với đặc thù lưới điện phân phối tại địa phương.

Kết quả có thể được trình bày qua các biểu đồ công suất phản kháng trước và sau khi điều hòa, bảng tổng hợp tổn thất công suất và điện năng giảm được, cũng như sơ đồ cấu hình lưới điện phân phối điển hình. Điều này giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thường xuyên cập nhật và phân tích dữ liệu phụ tải điển hình: Động từ hành động là "thu thập và phân tích", mục tiêu là duy trì mô hình vận hành lưới điện phù hợp với biến động phụ tải thực tế, thực hiện hàng năm bởi phòng Kế hoạch Kỹ thuật Điện lực Châu Đốc.

  2. Triển khai áp dụng thuật toán TOPO để tái cấu hình lưới điện định kỳ: Động từ "ứng dụng", mục tiêu giảm tổn thất điện năng ít nhất 0,02% so với cấu hình hiện tại, thực hiện định kỳ 6 tháng/lần, do bộ phận kỹ thuật vận hành đảm nhiệm.

  3. Lắp đặt và vận hành giàn tụ bù cố định và ứng động theo kết quả CAPO: Động từ "lắp đặt và vận hành", mục tiêu nâng cao hệ số công suất cosφ lên gần 1, giảm tổn thất điện năng, hoàn thành trong vòng 12 tháng, do Điện lực Châu Đốc phối hợp với nhà thầu thiết bị thực hiện.

  4. Tăng cường công tác kiểm tra, bảo dưỡng và quản lý kỹ thuật lưới điện: Động từ "kiểm tra và bảo dưỡng", mục tiêu duy trì lưới điện vận hành ổn định, hạn chế sự cố và tổn thất phi kỹ thuật, thực hiện hàng tháng, do đội ngũ kỹ thuật vận hành đảm nhận.

  5. Đào tạo nâng cao năng lực cho cán bộ kỹ thuật về sử dụng phần mềm PSS/ADEPT và các thuật toán tối ưu: Động từ "đào tạo", mục tiêu nâng cao hiệu quả vận hành và quản lý lưới điện, tổ chức hàng năm, do Công ty Điện lực An Giang phối hợp với các đơn vị đào tạo thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ kỹ thuật và quản lý vận hành lưới điện phân phối: Giúp nâng cao kiến thức về các phương pháp giảm tổn thất điện năng, áp dụng phần mềm PSS/ADEPT trong công tác quản lý và vận hành.

  2. Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật điện: Cung cấp tài liệu tham khảo chuyên sâu về bài toán tái cấu hình lưới điện và tối ưu hóa bù công suất phản kháng, hỗ trợ nghiên cứu và luận án.

  3. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý ngành điện lực: Tham khảo các giải pháp kỹ thuật và kinh tế để xây dựng kế hoạch giảm tổn thất điện năng phù hợp với điều kiện thực tế địa phương.

  4. Nhà cung cấp thiết bị và phần mềm ngành điện: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và ứng dụng thực tế của phần mềm PSS/ADEPT, từ đó phát triển sản phẩm phù hợp với nhu cầu vận hành lưới điện phân phối.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao tổn thất điện năng chủ yếu xảy ra ở lưới điện phân phối?
    Tổn thất điện năng chủ yếu ở lưới phân phối do đặc tính vật lý của dây dẫn, thiết bị và sự phân bố phụ tải rộng, phức tạp. Theo báo cáo ngành, lưới phân phối chiếm khoảng 65-75% tổng tổn thất hệ thống điện, do đó tập trung giảm tổn thất tại đây mang lại hiệu quả lớn.

  2. Phần mềm PSS/ADEPT có vai trò gì trong nghiên cứu này?
    PSS/ADEPT là công cụ hỗ trợ mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa lưới điện phân phối. Phần mềm giúp xác định cấu hình vận hành tối ưu (TOPO) và vị trí dung lượng bù tối ưu (CAPO), từ đó giảm tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện áp.

  3. Giải thuật TOPO hoạt động như thế nào để giảm tổn thất?
    TOPO tìm điểm dừng (điểm tách lưới) tối ưu bằng cách đóng mở các khóa điện để tạo cấu hình lưới hình tia với tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất. Thuật toán sử dụng phương pháp heuristic để tìm kiếm cấu hình tối ưu trên nhiều chế độ tải điển hình.

  4. Làm thế nào để xác định dung lượng bù công suất phản kháng tối ưu?
    Dung lượng bù được xác định dựa trên phân tích đồ thị phụ tải, công suất phản kháng đầu nguồn và hệ số công suất yêu cầu. Phần mềm CAPO trong PSS/ADEPT tính toán vị trí và dung lượng tụ bù cố định và ứng động sao cho chi phí lắp đặt và vận hành được tối ưu, đồng thời giảm tổn thất điện năng.

  5. Giải pháp vận hành tối ưu có thể áp dụng cho các địa phương khác không?
    Giải pháp vận hành tối ưu dựa trên phân tích dữ liệu phụ tải và cấu hình lưới điện đặc thù của từng địa phương. Tuy nhiên, phương pháp và công cụ như PSS/ADEPT có thể được áp dụng rộng rãi cho các lưới điện phân phối khác với điều chỉnh phù hợp theo đặc điểm từng khu vực.

Kết luận

  • Luận văn đã nghiên cứu và đề xuất phương thức vận hành lưới điện phân phối thành phố Châu Đốc nhằm giảm tổn thất điện năng kỹ thuật với chi phí hợp lý.
  • Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT với các thuật toán TOPO và CAPO giúp xác định cấu hình vận hành và vị trí bù tối ưu, giảm tổn thất điện năng khoảng 0,02%.
  • Kết quả nghiên cứu đã được triển khai thực tế tại Điện lực Châu Đốc, góp phần hoàn thành chỉ tiêu giảm tổn thất điện năng theo kế hoạch đến năm 2020.
  • Giải pháp đề xuất có giá trị tham khảo cho các đơn vị quản lý vận hành lưới điện phân phối và các nghiên cứu trong ngành kỹ thuật điện.
  • Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu áp dụng cho các khu vực lưới điện khác và nâng cao hiệu quả vận hành thông qua tích hợp công nghệ giám sát và điều khiển hiện đại.

Hành động khuyến nghị: Các đơn vị điện lực nên áp dụng các giải pháp tối ưu vận hành và bù công suất phản kháng dựa trên phân tích dữ liệu thực tế, đồng thời đào tạo nâng cao năng lực sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để nâng cao hiệu quả quản lý lưới điện phân phối.