Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế xã hội ngày càng tăng, nhu cầu sử dụng điện năng tại Việt Nam, đặc biệt tại tỉnh Bến Tre, cũng gia tăng đáng kể. Từ năm 2016 đến 2018, Công ty Điện lực Bến Tre đã ghi nhận tỷ lệ tổn thất điện năng lần lượt là 6,27%, 5,75% và 5,7%, trong khi chỉ tiêu giảm tổn thất năm 2019 được giao là 4,85%, một mục tiêu đầy thách thức. Vấn đề tổn thất điện năng trên lưới phân phối không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế mà còn tác động đến chất lượng điện năng và sự ổn định vận hành của hệ thống điện.

Luận văn tập trung nghiên cứu tối ưu hóa công suất phản kháng nhằm vận hành kinh tế lưới điện phân phối thuộc trạm biến áp 110 kV Bến Tre. Mục tiêu cụ thể là đánh giá thực trạng công tác bù công suất phản kháng, phân tích và tính toán dung lượng bù bằng phương pháp thủ công và phần mềm PSS/ADEPT, từ đó xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu để giảm tổn thất điện năng, tăng khả năng truyền tải và cải thiện chất lượng điện áp. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong các phát tuyến thuộc trạm biến áp 110 kV Bến Tre, với dữ liệu thu thập từ năm 2016 đến 2018.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ Công ty Điện lực Bến Tre hoàn thành chỉ tiêu giảm tổn thất điện năng theo kế hoạch của Tổng Công ty Điện lực miền Nam, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả vận hành, giảm chi phí đầu tư và bảo vệ môi trường thông qua việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình về bù công suất phản kháng trong hệ thống điện phân phối. Hai loại bù chính được nghiên cứu là bù cố định và bù ứng động. Bù cố định cung cấp công suất phản kháng không thay đổi theo tải, có suất đầu tư thấp nhưng không đáp ứng được biến động phụ tải. Ngược lại, bù ứng động có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng theo từng chế độ vận hành, tuy nhiên chi phí đầu tư cao và dễ xảy ra sự cố do đóng cắt thường xuyên.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Công suất phản kháng (Q): Công suất không sinh công nhưng cần thiết để duy trì từ trường trong thiết bị điện.
  • Hệ số công suất (cosφ): Tỷ số giữa công suất thực và công suất biểu kiến, phản ánh hiệu quả sử dụng điện năng.
  • Tụ bù ngang: Thiết bị bù công suất phản kháng được nối song song với phụ tải, giúp cải thiện hệ số công suất và giảm tổn thất điện năng.
  • Tổn thất điện năng kỹ thuật: Bao gồm tổn thất trên đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác do điện trở, điện kháng và các yếu tố vận hành.
  • Tiêu chuẩn TCVN 8083 và TCVN 9890: Các tiêu chuẩn quốc gia về tụ điện công suất dùng trong hệ thống điện xoay chiều.

Lý thuyết bù công suất phản kháng được áp dụng để xác định dung lượng và vị trí lắp đặt tụ bù nhằm giảm tổn thất điện năng và cải thiện điện áp trên lưới phân phối.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp phân tích tài liệu, khảo sát thực trạng và mô phỏng bằng phần mềm PSS/ADEPT.

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu về tổn thất điện năng, phụ tải, dung lượng tụ bù và cấu trúc lưới điện thu thập từ Công ty Điện lực Bến Tre giai đoạn 2016-2018.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các phát tuyến tiêu biểu thuộc trạm biến áp 110 kV Bến Tre để phân tích chi tiết.
  • Phân tích thủ công: Tính toán dung lượng bù theo công thức QBù = P.k, trong đó k được tra bảng hệ số bù dựa trên hệ số công suất trước và sau bù.
  • Mô phỏng PSS/ADEPT: Chạy chương trình để mô phỏng lưới điện, xác định vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu, đánh giá hiệu quả giảm tổn thất và cải thiện điện áp.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích số liệu trong 3 năm (2016-2018), mô phỏng và đánh giá kết quả trong năm 2019.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, thực tiễn và khả năng áp dụng cao trong vận hành lưới điện phân phối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng bù công suất phản kháng chưa tối ưu: Công tác lắp đặt tụ bù tại Công ty Điện lực Bến Tre chủ yếu dựa trên tính toán thủ công và kinh nghiệm, dẫn đến dung lượng bù thường lớn và vị trí lắp đặt chưa phù hợp. Tỷ lệ tổn thất điện năng vẫn duy trì ở mức 6,27% năm 2016, giảm xuống 5,7% năm 2018, chưa đạt mục tiêu 4,85% năm 2019.

  2. Phân tích mô phỏng PSS/ADEPT cho thấy hiệu quả rõ rệt: Việc sử dụng phần mềm mô phỏng giúp xác định vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu, giảm tổn thất điện năng đáng kể. Ví dụ, tại trạm 50 kVA với công suất tải 29,1 kW, tổn thất điện năng giảm khoảng 600 kWh/năm; tại phát tuyến 472 với công suất tải gần 9.896 kW, tổn thất giảm khoảng 60.000 kWh/năm.

  3. Phụ tải có biến động lớn theo giờ cao điểm và thấp điểm: Phụ tải giờ cao điểm thường thiếu công suất phản kháng, trong khi giờ thấp điểm lại thừa công suất phản kháng. Do đó, việc lựa chọn dung lượng và vị trí tụ bù phải linh hoạt, kết hợp bù cố định và bù ứng động để đạt hiệu quả tối ưu.

  4. Thời gian thu hồi vốn nhanh: Việc lắp đặt tụ bù ứng động cho lưới trung hạ áp có thể thu hồi vốn trong vòng 24 tháng, tùy thuộc vào cụm tụ và công suất tải, cho thấy tính khả thi về mặt kinh tế của giải pháp.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng phần mềm PSS/ADEPT trong tính toán và mô phỏng lưới điện phân phối giúp xác định chính xác dung lượng và vị trí tụ bù, từ đó giảm tổn thất điện năng hiệu quả hơn so với phương pháp tính toán thủ công truyền thống. Sự khác biệt về tổn thất điện năng trước và sau khi tối ưu hóa có thể được minh họa qua biểu đồ so sánh tỷ lệ tổn thất từng năm, thể hiện xu hướng giảm rõ rệt.

Nguyên nhân chính của tổn thất điện năng cao trước đây là do lựa chọn vị trí lắp đặt tụ bù chủ yếu dựa trên cảm tính hoặc gần phụ tải, không tính toán kỹ lưỡng tổn thất trên từng đoạn đường dây. Việc thiếu công suất phản kháng vào giờ cao điểm làm giảm khả năng truyền tải và tăng tổn thất, trong khi thừa công suất phản kháng vào giờ thấp điểm gây hiện tượng quá bù, làm tăng tổn thất I²X.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, luận văn đã bổ sung phần phân tích sâu về dung lượng và vị trí tụ bù tối ưu, đồng thời đánh giá hiệu quả kinh tế và thời gian thu hồi vốn, điều mà các nghiên cứu trước chưa đề cập đầy đủ. Kết quả này có ý nghĩa thực tiễn lớn, giúp Công ty Điện lực Bến Tre và các đơn vị tương tự nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi phần mềm PSS/ADEPT trong công tác tính toán và mô phỏng lưới điện: Để xác định chính xác dung lượng và vị trí tụ bù, giảm tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện áp. Thời gian triển khai trong 12 tháng, chủ thể là phòng kỹ thuật và vận hành của Công ty Điện lực Bến Tre.

  2. Kết hợp bù cố định và bù ứng động phù hợp với đặc điểm phụ tải: Lắp đặt tụ bù cố định đáp ứng công suất phản kháng tối thiểu trong giờ thấp điểm, đồng thời sử dụng tụ bù ứng động để điều chỉnh công suất phản kháng theo giờ cao điểm, tránh hiện tượng quá bù. Thời gian thực hiện trong 18 tháng, do bộ phận quản lý vận hành phối hợp với phòng kế hoạch đầu tư.

  3. Xây dựng quy trình kiểm tra, bảo dưỡng và điều khiển tự động cho hệ thống tụ bù: Sử dụng các bộ điều khiển đóng cắt tự động theo thời gian, điện áp hoặc hệ thống SCADA để nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành. Thời gian triển khai 6-12 tháng, do phòng kỹ thuật và công nghệ thông tin thực hiện.

  4. Đào tạo nâng cao năng lực cho cán bộ kỹ thuật về công tác bù công suất phản kháng và sử dụng phần mềm mô phỏng: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu nhằm nâng cao kỹ năng tính toán, phân tích và vận hành lưới điện tối ưu. Thời gian đào tạo định kỳ hàng năm, do phòng nhân sự phối hợp với các đơn vị đào tạo chuyên ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ kỹ thuật và quản lý vận hành lưới điện tại các công ty điện lực: Giúp hiểu rõ về phương pháp tối ưu hóa công suất phản kháng, áp dụng phần mềm mô phỏng để nâng cao hiệu quả vận hành và giảm tổn thất điện năng.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về lý thuyết bù công suất phản kháng, phương pháp tính toán và mô phỏng thực tiễn, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.

  3. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý ngành điện: Hỗ trợ xây dựng các tiêu chuẩn, quy định và kế hoạch đầu tư phù hợp nhằm thúc đẩy sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.

  4. Nhà đầu tư và doanh nghiệp cung cấp thiết bị điện: Hiểu rõ nhu cầu và tiêu chuẩn kỹ thuật trong công tác bù công suất phản kháng, từ đó phát triển sản phẩm và dịch vụ phù hợp với thị trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải tối ưu hóa công suất phản kháng trên lưới điện phân phối?
    Tối ưu hóa công suất phản kháng giúp giảm tổn thất điện năng, cải thiện chất lượng điện áp và tăng khả năng truyền tải của lưới điện. Ví dụ, tại trạm biến áp 110 kV Bến Tre, việc tối ưu đã giảm tổn thất điện năng khoảng 600 kWh/năm cho trạm 50 kVA.

  2. Phần mềm PSS/ADEPT có vai trò gì trong nghiên cứu này?
    PSS/ADEPT được sử dụng để mô phỏng lưới điện, phân tích và xác định vị trí, dung lượng tụ bù tối ưu, giúp giảm tổn thất và cải thiện vận hành kinh tế. Đây là công cụ hỗ trợ chính trong việc ra quyết định đầu tư và vận hành.

  3. Bù cố định và bù ứng động khác nhau như thế nào?
    Bù cố định cung cấp công suất phản kháng không thay đổi, chi phí thấp nhưng không linh hoạt. Bù ứng động có thể điều chỉnh công suất theo tải, đáp ứng tốt hơn biến động phụ tải nhưng chi phí cao và dễ xảy ra sự cố do đóng cắt thường xuyên.

  4. Làm thế nào để xác định dung lượng tụ bù cần thiết?
    Dung lượng tụ bù được tính theo công thức QBù = P.k, trong đó k là hệ số bù tra theo bảng dựa trên hệ số công suất trước và sau bù. Ví dụ, để nâng hệ số công suất từ 0,74 lên 0,96 cho tải 1.000 kW, dung lượng tụ bù cần là 620 kVAR.

  5. Thời gian thu hồi vốn khi đầu tư lắp đặt tụ bù là bao lâu?
    Thời gian thu hồi vốn trung bình khoảng 24 tháng, tùy thuộc vào công suất tải và loại tụ bù được chọn. Việc này cho thấy đầu tư vào bù công suất phản kháng là giải pháp kinh tế hiệu quả.

Kết luận

  • Luận văn đã đánh giá thực trạng và chỉ ra các tồn tại trong công tác bù công suất phản kháng tại Công ty Điện lực Bến Tre, với tỷ lệ tổn thất điện năng từ 6,27% năm 2016 giảm còn 5,7% năm 2018 nhưng chưa đạt mục tiêu 4,85% năm 2019.
  • Áp dụng phần mềm PSS/ADEPT giúp xác định dung lượng và vị trí tụ bù tối ưu, giảm tổn thất điện năng đáng kể, cải thiện chất lượng điện áp và tăng khả năng truyền tải.
  • Kết hợp bù cố định và bù ứng động phù hợp với đặc điểm phụ tải giúp vận hành lưới điện hiệu quả, tránh hiện tượng quá bù và thiếu bù.
  • Giải pháp lắp đặt tụ bù ứng động có thời gian thu hồi vốn nhanh, khoảng 24 tháng, mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt.
  • Đề xuất áp dụng rộng rãi phần mềm mô phỏng, xây dựng quy trình vận hành tự động và đào tạo cán bộ kỹ thuật để nâng cao hiệu quả công tác bù công suất phản kháng.

Next steps: Triển khai áp dụng các giải pháp tối ưu hóa công suất phản kháng trong thực tế vận hành lưới điện Bến Tre, đồng thời mở rộng nghiên cứu sang các khu vực khác để nhân rộng hiệu quả.

Các đơn vị quản lý và vận hành lưới điện nên đầu tư vào công nghệ mô phỏng và đào tạo nhân lực để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, góp phần phát triển bền vững ngành điện Việt Nam.