Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối tại khu vực huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang, hiện đang vận hành với tổn thất điện năng tương đối cao, đạt khoảng 6,23% vào năm 2017, trong đó tổn thất trên lưới trung thế chiếm 4,2%. Theo kế hoạch của Tổng công ty Điện lực Miền Nam, mục tiêu đến năm 2020 là giảm tỷ lệ tổn thất điện năng xuống còn 5,08% tại Điện lực Chợ Gạo, thấp hơn mức trung bình toàn khu vực. Lưới điện phân phối tại đây được thiết kế theo dạng mạch vòng nhưng vận hành theo kiểu hình tia, với 17 phát tuyến trung thế xuất phát từ năm trạm trung gian và hơn 1.300 trạm biến thế phân phối. Các tuyến dây trung thế có chiều dài tổng cộng khoảng 206,7 km, trong đó dây nổi chiếm 106,8 km và cáp ngầm 99,9 km. Tổng số khách hàng được cung cấp điện là 76.005 khách hàng, với cơ cấu phụ tải chủ yếu là sinh hoạt và ánh sáng, chiếm tỷ trọng lớn trong tổng sản lượng điện tiêu thụ.

Vấn đề tổn thất điện năng trên lưới phân phối xuất phát từ nhiều nguyên nhân như mất cân bằng pha, phân bố phụ tải không đồng đều, vận hành lưới điện hình tia, cũng như hạn chế trong công tác quản lý và thiết bị đo đếm. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là áp dụng giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất và tổn thất năng lượng trên lưới 22kV khu vực Chợ Gạo. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưới điện trung thế 22kV tại Điện lực Chợ Gạo, với dữ liệu thu thập đến cuối năm 2017 và phân tích theo mùa khô và mùa mưa. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện, giảm chi phí tổn thất điện năng, đồng thời góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khu vực.

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 tổn thất công suất trên lưới điện phân phối, bao gồm:

  • Hàm tổn thất công suất trên lưới điện: Tổn thất công suất được tính theo công thức liên quan đến điện áp vận hành, điện trở dây dẫn, chiều dài dây và dòng công suất truyền tải. Mức tổn thất tăng khi có sự mất cân bằng pha và dòng điện trung tính xuất hiện.

  • Cân bằng pha: Việc cân bằng tải giữa các pha giúp giảm dòng điện trung tính, từ đó giảm tổn thất công suất. Cân bằng pha được đánh giá qua các chỉ số dòng điện pha và hệ số công suất cosφ.

  • Tái cấu hình lưới điện phân phối: Là biện pháp thay đổi trạng thái đóng/mở các khóa điện trên lưới để cân bằng lại công suất giữa các nhánh, giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy. Tái cấu hình được xem là giải pháp kỹ thuật hiệu quả, chi phí thấp so với các biện pháp đầu tư mới như nâng tiết diện dây hay lắp đặt tụ bù.

  • Các bài toán tái cấu hình lưới điện: Luận văn tập trung vào bài toán xác định cấu hình lưới điện tại một thời điểm để giảm tổn thất công suất tác dụng (bài toán 3), phù hợp với điều kiện thực tế tại Điện lực Chợ Gạo khi không có đầy đủ đồ thị phụ tải P(t), Q(t).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu kỹ thuật và vận hành lưới điện trung thế 22kV tại Điện lực Chợ Gạo, bao gồm chiều dài đường dây, số lượng trạm biến thế, thiết bị đóng cắt, và điện năng tiêu thụ của khách hàng đến cuối năm 2017.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm mô phỏng PSS/ADEPT để xây dựng mô hình lưới điện tương đương, tính toán tổn thất công suất trước và sau khi tái cấu hình. Giải thuật tái cấu hình dựa trên phương pháp heuristics kết hợp tối ưu hóa nhằm tìm cấu hình lưới giảm tổn thất công suất tối ưu.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình xây dựng dựa trên toàn bộ lưới điện trung thế khu vực Chợ Gạo với hơn 1.300 trạm biến thế và 206,7 km đường dây trung thế, đảm bảo tính đại diện và toàn diện cho nghiên cứu.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu từ năm 2017, xây dựng mô hình và chạy mô phỏng trong năm 2018, đánh giá kết quả theo mùa khô và mùa mưa, hoàn thiện luận văn vào tháng 11 năm 2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Giảm tổn thất công suất sau tái cấu hình: Kết quả mô phỏng cho thấy tổn thất công suất trên lưới 22kV giảm từ 6,23% xuống còn khoảng 5,1% sau khi áp dụng giải thuật tái cấu hình, tương đương giảm khoảng 18% tổn thất so với hiện trạng.

  2. Cân bằng tải giữa các tuyến dây: Việc tái cấu hình giúp cân bằng công suất giữa các tuyến dây trung thế, giảm sự chênh lệch công suất tiêu thụ giữa các nhánh, từ đó giảm quá tải cục bộ và tổn thất điện năng.

  3. Hiệu quả theo mùa: Tổn thất điện năng giảm rõ rệt hơn trong mùa khô so với mùa mưa, do đặc điểm phụ tải và điều kiện vận hành khác nhau. Mức giảm tổn thất trong mùa khô đạt khoảng 20%, trong khi mùa mưa giảm khoảng 15%.

  4. Lợi ích kinh tế: Việc giảm tổn thất điện năng tương đương với tiết kiệm chi phí vận hành và đầu tư, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hơn 76.000 khách hàng trong khu vực.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm tổn thất là do giải thuật tái cấu hình đã tối ưu hóa trạng thái đóng/mở các khóa điện, tạo ra cấu hình lưới cân bằng hơn về công suất giữa các nhánh. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với xu hướng áp dụng giải thuật heuristics và tối ưu hóa trong tái cấu hình lưới điện phân phối. Việc không cần đầu tư thêm thiết bị mới mà chỉ thay đổi trạng thái vận hành giúp giảm chi phí đáng kể.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ tổn thất trước và sau tái cấu hình theo từng tuyến dây, cũng như bảng phân tích chi tiết tổn thất công suất theo giờ trong ngày. Ngoài ra, biểu đồ cân bằng công suất giữa các tuyến dây trước và sau tái cấu hình minh họa hiệu quả của giải thuật.

Tuy nhiên, hạn chế của nghiên cứu là chưa có đầy đủ dữ liệu đồ thị phụ tải P(t), Q(t) chi tiết từng khách hàng, gây khó khăn trong việc mô phỏng chính xác hơn. Việc áp dụng giải thuật trong thực tế cũng cần có hệ thống đo đếm và điều khiển từ xa hoàn chỉnh để tối ưu hóa vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống đo đếm và điều khiển từ xa (SCADA): Đầu tư trang bị thiết bị đo đếm hiện đại và hệ thống SCADA để thu thập dữ liệu phụ tải thời gian thực, hỗ trợ việc tái cấu hình lưới điện chính xác và kịp thời. Thời gian thực hiện: 2-3 năm. Chủ thể: Tổng công ty Điện lực Miền Nam và Điện lực Chợ Gạo.

  2. Áp dụng giải thuật tái cấu hình tự động: Phát triển và tích hợp giải thuật tái cấu hình lưới điện vào phần mềm quản lý vận hành, giúp tự động hóa quá trình đóng/mở khóa điện nhằm giảm tổn thất và cân bằng tải. Thời gian: 1-2 năm. Chủ thể: Bộ phận kỹ thuật và công nghệ thông tin Điện lực Chợ Gạo.

  3. Tăng cường cân bằng pha và bù công suất phản kháng: Kết hợp các biện pháp cân bằng pha và lắp đặt tụ bù hợp lý tại các vị trí trọng yếu để giảm dòng điện trung tính và tổn thất công suất. Thời gian: 1-2 năm. Chủ thể: Phòng kỹ thuật Điện lực Chợ Gạo.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân sự: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành lưới điện thông minh, sử dụng phần mềm mô phỏng và giải thuật tối ưu cho cán bộ kỹ thuật và vận hành. Thời gian: liên tục. Chủ thể: Ban giám đốc và phòng nhân sự Điện lực Chợ Gạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên viên vận hành lưới điện phân phối: Nắm bắt các giải pháp tái cấu hình lưới điện để giảm tổn thất, nâng cao hiệu quả vận hành và độ tin cậy cung cấp điện.

  2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Hiểu rõ các biện pháp kỹ thuật và kinh tế trong giảm tổn thất điện năng, từ đó xây dựng kế hoạch đầu tư và phát triển lưới điện phù hợp.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình hóa và giải thuật tối ưu trong lĩnh vực lưới điện phân phối.

  4. Các công ty tư vấn và phát triển phần mềm quản lý lưới điện: Áp dụng các giải thuật tái cấu hình và mô hình hóa lưới điện để phát triển các công cụ hỗ trợ vận hành thông minh.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tái cấu hình lưới điện phân phối là gì?
    Tái cấu hình lưới điện phân phối là quá trình thay đổi trạng thái đóng/mở các khóa điện trên lưới nhằm cân bằng tải, giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ví dụ, đóng một khóa điện tạo vòng kín và mở khóa khác để duy trì cấu hình hình tia.

  2. Giải thuật tái cấu hình được áp dụng như thế nào tại Điện lực Chợ Gạo?
    Giải thuật sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để mô phỏng lưới điện tương đương, tính toán tổn thất trước và sau khi thay đổi trạng thái khóa điện, từ đó chọn cấu hình tối ưu giảm tổn thất. Kết quả cho thấy giảm tổn thất khoảng 18%.

  3. Tại sao không sử dụng các biện pháp đầu tư như nâng tiết diện dây hay lắp đặt tụ bù?
    Các biện pháp này tuy hiệu quả nhưng tốn kém chi phí đầu tư và lắp đặt. Tái cấu hình lưới điện là giải pháp kỹ thuật chi phí thấp, tận dụng thiết bị hiện có để giảm tổn thất.

  4. Làm thế nào để cân bằng pha trên lưới điện phân phối?
    Cân bằng pha được thực hiện bằng cách phân phối lại phụ tải giữa các pha, sử dụng máy biến áp 3 pha đấu Δ/Y0, hoặc thay đổi pha cấp điện cho các phụ tải 1 pha nhằm giảm dòng điện trung tính và tổn thất.

  5. Giải pháp tái cấu hình có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
    Có thể áp dụng cho các lưới điện phân phối có cấu trúc tương tự, đặc biệt là các khu vực có nhiều nút phụ tải và thiết bị đóng cắt. Tuy nhiên, cần điều chỉnh giải thuật phù hợp với đặc điểm lưới và dữ liệu thực tế từng khu vực.

Kết luận

  • Luận văn đã phát triển và áp dụng thành công giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất và tổn thất năng lượng trên lưới 22kV khu vực Chợ Gạo.
  • Tổn thất điện năng giảm từ 6,23% xuống còn khoảng 5,1%, đạt mục tiêu giảm tổn thất theo kế hoạch đến năm 2020.
  • Giải pháp tái cấu hình tận dụng thiết bị hiện có, chi phí thấp, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hơn 76.000 khách hàng.
  • Nghiên cứu đề xuất các giải pháp đồng bộ như đầu tư hệ thống đo đếm hiện đại, tự động hóa vận hành và đào tạo nhân sự để tối ưu hóa hiệu quả.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực tế giải thuật, mở rộng nghiên cứu áp dụng cho các khu vực khác và phát triển phần mềm hỗ trợ vận hành thông minh.

Khuyến nghị các đơn vị quản lý lưới điện và nhà nghiên cứu tiếp tục ứng dụng và phát triển các giải pháp tái cấu hình nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và giảm tổn thất điện năng trong hệ thống phân phối.