Luận văn thạc sĩ về tối ưu hóa lưới điện phân phối và ảnh hưởng của năng lượng mặt trời

Chuyên đề nghiên cứu Tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối với năng lượng mặt trời, cập nhật xu hướng mới, giá trị tham khảo cao cho chuyên gia

• Tác giả: Vũ Hữu Minh Hoàng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Phúc Khải
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối có xét đến ảnh hưởng của năng lượng mặt trời
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI TPHCM
• 1.1. Lưới điện phân phối khu vực TPHCM
• 1.2. Thống số vận hành và tốc độ tăng trưởng nguồn phân tán khu vực TPHCM
• 1.3. Tổn thất điện năng trên lưới điện khu vực TPHCM
• 1.4. Sự phát triển của nguồn năng lượng mặt trời tại Việt Nam
• 1.5. Tình trạng phát triển điện mặt trời mái nhà khu vực TPHCM
• 1.6. Bài toán vận hành tối ưu hệ thống điện phân phối với mục tiêu giảm tổn thất điện năng
• 1.7. Những yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống điện mặt trời mái nhà đấu nối vào lưới điện hạ áp
• 1.7.1. Cân bằng pha
• 1.7.2. Xâm nhập của dòng điện một chiều
• 1.7.3. Nhấp nháy điện áp
• 1.8. Những yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống điện mặt trời mái nhà đấu nối vào lưới điện trung áp
• 1.8.1. Cân bằng pha
• 1.8.2. Nhấp nháy điện áp
• 1.9. Bảo vệ và đóng cắt
• 1.10. Yêu cầu kỹ thuật về kết nối thông tin thu thập dữ liệu
• 1.11. Yêu cầu kỹ thuật về bảo vệ chống sét lan truyền
• 1.12. Vận hành lưới điện phân phối khi có sự tham gia của điện mặt trời áp mái
• 1.13. Những tác động của hệ thống PV đấu nối lưới điện phân phối
• 1.13.1. Ảnh hưởng về điện áp
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN TRÀO LƯU CÔNG SUẤT CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KHU VỰC TPHCM BẰNG CÔNG CỤ ETAP
• 2.1. Mô phỏng thông số nguồn lưới
• 2.2. Mô phỏng thông số thanh cái
• 2.3. Mô phỏng thông số cáp ngầm
• 2.4. Mô phỏng thông số máy biến thế phân phối
• 2.5. Mô phỏng thông số phụ tải
• 2.6. Mô phỏng thông số hệ thống điện mặt trời mái nhà
• 2.7. Mô phỏng lưới điện phân phối khu vực TPHCM
• 2.8. Kết quả tính toán trào lưu công suất
• 2.9. Kết quả tính toán trào lưu công suất theo từng khung giờ tuyến dây 479 Bình Triệu
• 2.10. Kết quả tính toán trào lưu công suất theo từng khung giờ tuyến dây 481 Tam Phú
• 2.11. Kết quả tính toán tổn thất điện năng của lưới điện mô phỏng
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TỐI ƯU HÓA VẬN HÀNH TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KHU VỰC TPHCM
• 3.1. Chức năng phân bố công suất tối ưu trong phần mềm ETAP
• 3.2. Phương pháp tính toán tối ưu hóa trào lưu công suất của phần mềm ETAP
• 3.3. Cài đặt các hàm mục tiêu, ràng buộc cho bài toán phân bố công suất tối ưu
• 3.4. Kết quả mô phỏng tối ưu công suất trong trường hợp
• 3.4.1. Trường hợp chưa có sự tham gia của hệ thống điện mặt trời mái nhà nối lưới
• 3.4.2. Trường hợp có sự tham gia của hệ thống điện mặt trời mái nhà
• 3.5. Nhận xét kết quả tính toán tối ưu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống điện phân phối và năng lượng mặt trời

Hệ thống điện phân phối tại Thành phố Hồ Chí Minh hiện đang phải đối mặt với những thách thức lớn từ sự gia tăng nhanh chóng của năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Các trạm biến áp và lưới điện phân phối đang dần được cải thiện để thích ứng với sự tham gia của các nguồn điện phân tán. Theo dữ liệu, lưới điện phân phối bao gồm 7.125 km đường dây trung thế và 12.796 km lưới hạ thế, với tổng dung lượng lên đến 12.000 MVA. Sự phát triển của hệ thống điện mặt trời tại khu vực TPHCM đã tạo ra một nguồn cung cấp điện mới, tuy nhiên, cũng đặt ra yêu cầu cao về việc quản lý lưới điện thông minh để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Theo dự báo của Tổng Công ty Điện lực TPHCM, sản lượng điện từ năng lượng mặt trời mái nhà sẽ đạt khoảng 268 triệu kWh vào năm 2022, cho thấy sự cần thiết trong việc nghiên cứu và đánh giá tác động của nó lên lưới điện phân phối.

1.1. Tình trạng phát triển điện mặt trời tại Việt Nam

Trong những năm qua, năng lượng mặt trời đã trở thành một phần quan trọng trong chiến lược phát triển năng lượng của Việt Nam. Chính phủ đã ban hành nhiều chính sách khuyến khích đầu tư vào công nghệ năng lượng mặt trời, đặc biệt là hệ thống điện mặt trời mái nhà. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc triển khai công nghệ năng lượng mặt trời không chỉ giúp giảm chi phí năng lượng mà còn góp phần vào việc giảm thiểu tổn thất điện năng. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh lưới điện phân phối đang phải đối mặt với áp lực từ việc tăng trưởng nhu cầu tiêu thụ điện. Việc áp dụng công nghệ điện mặt trời cũng mở ra cơ hội cho việc phát triển lưới điện thông minh, nơi mà các nguồn năng lượng tái tạo có thể được tích hợp một cách hiệu quả hơn.

II. Mô phỏng và tính toán trào lưu công suất cho lưới điện phân phối

Mô phỏng trào lưu công suất là một bước quan trọng trong việc tối ưu hóa hoạt động của lưới điện phân phối, đặc biệt khi có sự tham gia của năng lượng mặt trời. Việc sử dụng phần mềm ETAP cho phép tính toán và phân tích các kịch bản khác nhau, từ đó xác định được hiệu suất năng lượng của hệ thống. Trong nghiên cứu này, mô hình lưới điện phân phối điển hình khu vực TPHCM đã được xây dựng và các thông số như công suất, điện áp và tổn thất điện năng đã được tính toán. Kết quả cho thấy rằng việc tích hợp hệ thống điện mặt trời vào lưới điện phân phối không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn nâng cao tính ổn định của lưới điện. Các trường hợp mô phỏng cho thấy rằng khi có sự tham gia của năng lượng mặt trời, tổn thất điện năng trên lưới điện giảm đáng kể, điều này chứng tỏ rằng năng lượng mặt trời có thể đóng góp tích cực vào việc tối ưu hóa vận hành lưới điện.

2.1. Kết quả tính toán trào lưu công suất

Kết quả tính toán trào lưu công suất cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong các thông số điện của lưới điện khi có sự tham gia của năng lượng mặt trời. Cụ thể, điện áp tại các điểm nút trong lưới điện có xu hướng tăng lên khi năng lượng mặt trời phát điện, điều này có thể dẫn đến tình trạng quá điện áp nếu không được kiểm soát. Bên cạnh đó, tổn thất công suất cũng giảm xuống, cho thấy rằng việc tối ưu hóa quản lý lưới điện cần phải được thực hiện để duy trì sự cân bằng giữa sản xuất và tiêu thụ điện. Các số liệu thu thập từ mô phỏng cho thấy rằng có thể thiết lập một chiến lược quản lý lưới điện thông minh để kiểm soát và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo.

III. Tính toán tối ưu hóa vận hành trên lưới điện phân phối

Tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối là một nhiệm vụ quan trọng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và giảm thiểu tổn thất. Trong nghiên cứu này, phương pháp tối ưu hóa trào lưu công suất đã được áp dụng với mục tiêu chính là giảm thiểu tổn thất điện năng trong lưới điện. Việc cài đặt các hàm mục tiêu và ràng buộc cho bài toán tối ưu hóa giúp xác định được cách thức phân bố công suất một cách hiệu quả nhất. Kết quả tính toán cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ điện mặt trời vào lưới điện không chỉ giúp giảm tổn thất mà còn cải thiện đáng kể hiệu suất năng lượng của hệ thống. Các phương pháp tối ưu hóa này có thể được áp dụng rộng rãi trong các dự án phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

3.1. Phương pháp tối ưu hóa trào lưu công suất

Phương pháp tối ưu hóa trào lưu công suất sử dụng các thuật toán tối ưu để xác định cách thức phân bố công suất trong lưới điện. Các yếu tố như điện áp, công suất tiêu thụ và sản xuất điện từ năng lượng mặt trời được xem xét để đảm bảo rằng lưới điện hoạt động trong các giới hạn an toàn. Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng việc tối ưu hóa không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất điện năng mà còn tạo ra một mô hình lưới điện thông minh hơn, có khả năng thích ứng với sự thay đổi của nguồn cung và cầu. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh phát triển bền vững và tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng tại TPHCM.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển năng lượng tái tạo mạnh mẽ tại Việt Nam, đặc biệt là năng lượng mặt trời mái nhà, việc tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối trở thành vấn đề cấp thiết. Tại Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM), tính đến đầu năm 2021, có khoảng 14.299 hệ thống điện mặt trời mái nhà nối lưới với tổng công suất 365,349 kWp, sản lượng phát ngược lên lưới đạt khoảng 75 triệu kWh. Dự kiến đến năm 2025, mỗi năm TPHCM sẽ phát triển thêm từ 150 – 200 MWp điện mặt trời mái nhà. Sự gia tăng nhanh chóng này đặt ra thách thức lớn trong việc vận hành lưới điện phân phối, đặc biệt là kiểm soát tổn thất điện năng và đảm bảo chất lượng điện áp.

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu bài toán tối ưu hóa phân bố công suất (Optimal Power Flow - OPF) trên lưới điện phân phối điển hình khu vực TPHCM, trước và sau khi có sự tham gia của hệ thống điện mặt trời nối lưới. Luận văn tập trung phân tích các tác động về trào lưu công suất và tổn thất công suất trên lưới điện phân phối, dựa trên dữ liệu vận hành thực tế và mô phỏng bằng phần mềm ETAP. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các tuyến dây trung và hạ áp điển hình tại TPHCM trong giai đoạn 2021, với mục tiêu giảm tổn thất điện năng, nâng cao hiệu quả vận hành và hỗ trợ kế hoạch phát triển năng lượng tái tạo của Tổng công ty Điện lực TPHCM.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp giải pháp vận hành tối ưu, giúp giảm tổn thất điện năng hiện tại (3,41% năm 2020) và đạt các mục tiêu giảm tổn thất theo kế hoạch giai đoạn 2021-2025. Đồng thời, nghiên cứu góp phần đảm bảo chất lượng điện áp, ổn định tần số và nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối trong bối cảnh nguồn năng lượng mặt trời ngày càng thâm nhập sâu rộng.

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:

• Lý thuyết trào lưu công suất (Power Flow Analysis): Phân tích dòng điện, điện áp và công suất trên lưới điện phân phối nhằm đánh giá trạng thái vận hành hiện tại và dự báo các kịch bản vận hành khi có nguồn năng lượng mặt trời tham gia.
• Mô hình phân bố công suất tối ưu (Optimal Power Flow - OPF): Tối ưu hóa các biến điều khiển như nấc máy biến thế, công suất phản kháng để giảm tổn thất điện năng và duy trì điện áp trong giới hạn cho phép.
• Khái niệm về tổn thất điện năng (Power Losses): Bao gồm tổn thất trên đường dây trung thế, hạ thế và máy biến thế phân phối, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vận hành lưới điện.
• Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời mái nhà (Photovoltaic - PV) lên lưới điện: Bao gồm các vấn đề về dao động điện áp, mất cân bằng pha, sóng hài, nhấp nháy điện áp và tác động đến thiết bị bảo vệ.
• Tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định vận hành: Áp dụng các quy định về tần số, điện áp, sóng hài, bảo vệ và nối đất theo Thông tư 39/2015/TT-BCT và Thông tư 30/2019/TT-BCT.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu vận hành thực tế từ Trung tâm Điều độ Hệ thống điện TPHCM và Tổng công ty Điện lực TPHCM, bao gồm thông số kỹ thuật lưới điện, công suất phụ tải, công suất phát PV, tổn thất điện năng và các thông số vận hành tháng 4/2021.
• Mô hình hóa: Xây dựng mô hình lưới điện phân phối điển hình khu vực TPHCM với các thành phần chính như nguồn lưới 110kV, thanh cái, cáp ngầm, máy biến thế phân phối, phụ tải và hệ thống điện mặt trời mái nhà.
• Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng trào lưu công suất và thực hiện bài toán phân bố công suất tối ưu (OPF) với mục tiêu giảm tổn thất điện năng và duy trì điện áp trong giới hạn kỹ thuật.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô phỏng hai tuyến dây điển hình (tuyến dây 479 Bình Triệu và tuyến dây 481 Tam Phú) đại diện cho lưới điện phân phối TPHCM, với dữ liệu phụ tải và công suất PV theo từng khung giờ trong ngày.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2021, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của PV đến trào lưu công suất:
   Mô phỏng cho thấy khi có sự tham gia của hệ thống điện mặt trời mái nhà, trào lưu công suất trên các tuyến dây phân phối thay đổi rõ rệt. Ví dụ, trên tuyến dây 479 Bình Triệu, công suất ngược chiều xuất hiện vào các khung giờ cao điểm PV phát công suất, làm giảm tải cho nguồn lưới chính. Tỷ lệ công suất phát PV chiếm khoảng 20-30% công suất phụ tải tại các thời điểm đỉnh.

2. Giảm tổn thất điện năng:
   Kết quả tính toán tổn thất điện năng cho thấy, khi áp dụng bài toán tối ưu hóa phân bố công suất với sự tham gia của PV, tổn thất điện năng giảm khoảng 5-7% so với trường hợp không có PV. Cụ thể, tổn thất trên tuyến dây 481 Tam Phú giảm từ 3,16% xuống còn khoảng 2,95%.

3. Điện áp vận hành được cải thiện:
   Việc tối ưu hóa vận hành giúp duy trì điện áp tại các điểm đấu nối trong giới hạn cho phép (+10%/-5%), giảm hiện tượng quá áp và thấp áp do dao động công suất PV. Điện áp dọc tuyến dây được phân bố đồng đều hơn, hạn chế nhấp nháy và mất cân bằng pha.

4. Ảnh hưởng đến thiết bị bảo vệ:
   Mặc dù PV có thể làm thay đổi dòng sự cố và ảnh hưởng đến phối hợp bảo vệ, nghiên cứu cho thấy dòng sự cố do PV đóng góp không vượt quá 1,5 lần dòng định mức, không gây ra sự cố nghiêm trọng trong hệ thống bảo vệ hiện tại. Tuy nhiên, cần điều chỉnh các thông số bảo vệ để thích ứng với sự thay đổi này.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các phát hiện trên là do nguồn điện mặt trời mái nhà cung cấp công suất tại chỗ, giảm tải cho lưới điện truyền tải và phân phối, từ đó giảm tổn thất điện năng và cải thiện điện áp. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về tác động tích cực của PV phân tán khi được quản lý và vận hành tối ưu.

So sánh với các nghiên cứu khác, mức giảm tổn thất điện năng 5-7% là tương đối khả quan, đặc biệt trong bối cảnh lưới điện phân phối TPHCM có tổn thất điện năng trung bình khoảng 3,41%. Việc duy trì điện áp trong giới hạn kỹ thuật cũng góp phần nâng cao độ tin cậy và chất lượng điện năng, giảm thiểu rủi ro ngắt kết nối PV do quá áp hoặc thấp áp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ điện áp dọc tuyến dây, biểu đồ trào lưu công suất theo khung giờ và bảng so sánh tổn thất điện năng giữa các kịch bản vận hành. Các biểu đồ này minh họa rõ sự cải thiện về điện áp và tổn thất khi áp dụng tối ưu hóa vận hành có xét đến PV.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra một số thách thức như sự mất cân bằng pha do PV đấu nối không đồng đều, ảnh hưởng đến điều khiển điện áp và bảo vệ. Do đó, cần có các giải pháp kỹ thuật bổ sung để đảm bảo vận hành ổn định.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống điều khiển và giám sát thông minh:
   Áp dụng hệ thống SCADA và EMS tích hợp chức năng tối ưu hóa phân bố công suất (OPF) để điều chỉnh nấc máy biến thế và công suất phản kháng theo thời gian thực, nhằm giảm tổn thất điện năng và duy trì điện áp ổn định. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể: Tổng công ty Điện lực TPHCM.

2. Phát triển quy trình vận hành tối ưu có xét đến PV:
   Xây dựng lưu đồ vận hành và hướng dẫn kỹ thuật cho các đơn vị vận hành lưới điện phân phối, bao gồm các kịch bản vận hành khi có sự tham gia của PV, đảm bảo phối hợp bảo vệ và kiểm soát điện áp hiệu quả. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: Trung tâm Điều độ Hệ thống điện TPHCM.

3. Nâng cấp thiết bị bảo vệ và điều chỉnh thông số:
   Rà soát và điều chỉnh các thông số relay quá dòng, máy cắt và thiết bị bảo vệ khác để thích ứng với dòng sự cố thay đổi do PV, đảm bảo an toàn và độ tin cậy hệ thống. Thời gian thực hiện: 1 năm. Chủ thể: Các công ty điện lực trực thuộc EVNHCMC.

4. Khuyến khích cân bằng pha trong đấu nối PV:
   Xây dựng chính sách và hướng dẫn kỹ thuật để phân bổ PV cân bằng trên các pha, giảm thiểu mất cân bằng điện áp và cải thiện chất lượng điện năng. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể: Sở Công Thương, EVNHCMC.

5. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức:
   Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành lưới điện có PV cho cán bộ kỹ thuật và vận hành, nâng cao năng lực quản lý và xử lý sự cố. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể: Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, EVNHCMC.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên viên vận hành lưới điện phân phối:
   Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về tối ưu hóa vận hành lưới điện có PV, giúp cải thiện hiệu quả vận hành và giảm tổn thất điện năng.

2. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng:
   Thông tin về tác động của PV lên lưới điện phân phối và các giải pháp vận hành tối ưu hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển năng lượng tái tạo bền vững.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện:
   Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về mô hình hóa, phân tích trào lưu công suất và bài toán tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối trong bối cảnh năng lượng tái tạo.

4. Các nhà cung cấp thiết bị và phần mềm quản lý lưới điện:
   Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và các thách thức vận hành khi tích hợp PV, từ đó phát triển sản phẩm phù hợp với nhu cầu thực tế của lưới điện phân phối.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối khi có năng lượng mặt trời?
   Năng lượng mặt trời mái nhà phát triển nhanh gây biến động công suất, ảnh hưởng đến điện áp và tổn thất điện năng. Tối ưu hóa giúp giảm tổn thất, duy trì điện áp ổn định và nâng cao độ tin cậy lưới điện.

2. Phần mềm ETAP được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   ETAP mô phỏng trào lưu công suất và thực hiện bài toán phân bố công suất tối ưu (OPF), giúp đánh giá các kịch bản vận hành và đề xuất giải pháp giảm tổn thất điện năng.

3. Ảnh hưởng của PV đến tổn thất điện năng là gì?
   PV cung cấp công suất tại chỗ, giảm dòng tải trên đường dây và máy biến thế, từ đó giảm tổn thất điện năng khoảng 5-7% trong các kịch bản mô phỏng.

4. Làm thế nào để xử lý vấn đề mất cân bằng pha do PV?
   Cân bằng pha có thể được cải thiện bằng cách phân bổ PV đồng đều trên các pha và sử dụng thiết bị điều khiển điện áp phối hợp giữa các pha.

5. Các thiết bị bảo vệ có bị ảnh hưởng khi tích hợp PV không?
   Dòng sự cố do PV đóng góp có thể làm thay đổi đặc tính bảo vệ, cần điều chỉnh thông số relay và thiết bị bảo vệ để đảm bảo phối hợp và an toàn hệ thống.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng mô hình lưới điện phân phối điển hình khu vực TPHCM và phân tích tác động của năng lượng mặt trời mái nhà đến trào lưu công suất và tổn thất điện năng.
• Kết quả mô phỏng cho thấy sự tham gia của PV giúp giảm tổn thất điện năng từ 5-7% và cải thiện điện áp vận hành trong giới hạn kỹ thuật.
• Bài toán tối ưu hóa phân bố công suất (OPF) trên phần mềm ETAP được áp dụng hiệu quả để đề xuất giải pháp vận hành tối ưu.
• Nghiên cứu cũng chỉ ra các thách thức về mất cân bằng pha và ảnh hưởng đến thiết bị bảo vệ, cần có giải pháp kỹ thuật bổ sung.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai hệ thống điều khiển thông minh, nâng cấp thiết bị bảo vệ và đào tạo nhân lực để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn vận hành lưới điện phân phối TPHCM.

Hành động ngay: Các đơn vị liên quan nên phối hợp triển khai các giải pháp tối ưu hóa vận hành nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của lưới điện trong bối cảnh phát triển năng lượng mặt trời mái nhà ngày càng mạnh mẽ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI TPHCM 1. Lưới điện phân phối khu vực TPHCM Khu vực Thành phố Hồ Chí Minh nhận nguồn cung cấp từ: ‐ 04 trạm 500/220/110kV (Phú Lâm, Nhà Bè, Tân Định và Cầu Bông) do Công ty Truyền tải Điện 4 quản lý; ‐ 05 trạm 220/110kV (Bình Tân, Hiệp Bình Phước, Củ Chi 2, Khu công nghệ cao và Quận 8) do Tổng công ty quản lý; ‐ 10 trạm 220/110kV (Hóc Môn, Phú Lâm, Cát Lái, Nhà Bè, Tao Đàn, Thủ Đức, Bình Chánh, Thuận An, Long An 2, Đức Hòa 2) do Công ty Truyền tải Điện 4 quản lý. Phụ tải của Tổng công ty còn được cung cấp nguồn từ trạm 110kV Thủ Đức Bắc do Công ty Điện lực Bình Dương quản lý và trạm 110kV Hiệp Phước do Công ty Điện lực Hiệp Phước (nhà máy điện Hiệp Phước) quản lý. Lưới điện phân phối trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh bao gồm 7.125 km đường dây trung thế, 12.796 km lưới hạ thế, 27.410 trạm biến thế phân phối với tổng dung lượng là 12.

Khu vực thành phố Hồ Chí Minh gồm có các trạm biến áp 110/22KV bao gồm: ‐ Có 48 trạm không người trực là: Tân Sơn Nhất, Nam Sài Gòn 1, Phú Mỹ Hưng, Tăng Nhơn Phú, Đa Kao, Tân Quy, Tân Bình 3, Láng Cát, Bình Lợi, Thạnh Lộc, Đông Thạnh, Long Thới, Bình Trị Đông, Thảo Điền, Thị Nghè, Bến Thành, Tân Bình 2, Bàu Đưng, Nam Sài Gòn 3, Linh Trung 1, Gò Vấp, Hùng Vương, Linh Trung 2, các trạm đưa vào năm 2017: Nam Sài Gòn 2, Tân Túc, Tham Lương, Tân Bình 1, Thủ Đức Đông, Hòa Hưng, Củ Chi và Trường Đua, Việt Thành, Bình Phú, Lê Minh Xuân, Phú Hòa Đông, Bình Triệu, Tân Hiệp, An Nghĩa, Cần Giờ, Thanh Đa, Tân Tạo, Chợ Quán, NMN Thủ Đức, Xuân Thới Sơn, Phú Định, Tân Thuận, Vĩnh Lộc và Bà Quẹo. 4 ‐ Điều khiển toàn trạm tại 06 trạm sau: Chánh Hưng, Hỏa Xa, Lưu động Bà Điểm, Chợ Lớn, An Khánh và Xa Lộ. ‐ Có 4 khách hàng: Intel, Poyuen, Sao Mai, Đông Nam. ‐ Điều khiển xa 51 trạm ngắt: Cường Để, Trần Quý Cáp, Lý Văn Phức, Sở Công An, Văn Sâm, Văn Sỹ, Văn Duyệt, Hai Bà Trưng, Hội Chợ, Chí Hòa Ga, Xe Lửa, Thập Đỏ, Nancy, Trần Quý Cáp và Hàm Nghi thuộc Công ty Điện lực Sài Gòn; trạm ngắt Gia Định, Công Lý, Xích Long 1-2 thuộc Công ty Điện lực Gia Định; trạm ngắt Thạnh An, Cần Thạnh thuộc Công ty Điện lực Duyên Hải; trạm ngắt Hòa Thạnh, Lũy Bán Bích, Lê Trọng Tấn, Tây Thạnh và Tân Thắng 3 thuộc Công ty Điện lực Tân Phú; trạm ngắt Nguyễn Luông thuộc Công ty Điện lực Bình Phú; trạm ngắt Nhà máy nước Thủ Đức, Nhà máy nước Thủ Đức 3 của Công ty Điện lực Thủ Đức, trạm ngắt Nhà Rồng, Gai Sợi, Việt Sin, Viettopia của Công ty Điện lực Tân Thuận; trạm ngắt Cao Su, Dương Vương và Carina của Công ty Điện lực Chợ Lớn và trạm ngắt Công nghệ cao 1, Công nghệ cao 2, Công nghệ cao 3, Công nghệ cao 4, KDC 174HA, Thảo Điền Pearl, Thế Kỷ 21 và Giao Thông của Công ty Điện lực Thủ Thiêm và trạm ngắt Di Nguy, Thiết Giáp của Công ty Điện lực Gò Vấp; trạm Ngắt Thường Kiệt, Giếng Quốc Toản của Công ty Điện lực Phú Thọ; trạm Ngắt Tân Sơn Nhất của Công ty Điện lực Tân Bình; trạm Ngắt Chuyển Nguôn 2 của Công ty Điện lực An Phú Đông.

Lưới điện phân phối trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh bao gồm 7.873,83 km đường dây trung thế, 14.524 km lưới hạ thế, 30.597 trạm biến thế phân phối với tổng dung lượng là 15. Thống số vận hành và tốc độ tăng trưởng nguồn phân tán khu vực TPHCM Hiện nay, lưới điện cơ bản đáp ứng được nhu cầu điện phục vụ phát triển kinh tế - xã hội trên địa bàn TP. Có 16 Công ty Điện lực (CTĐL) trực thuộc EVNHCMC phân phối điện trên địa bàn TP.HCM có các TBA 220kV. Các TBA 110kV cơ bản đáp ứng cung cấp điện với mức mang tải trung bình ~ 42,6%.

5 Tình hình cung cấp điện trên địa bàn TP.HCM tính đến tháng 04/2021 như sau: Bảng 1.1 Tình trạng vận hành các MBT trên lưới điện TPHCM [1] TBA TBA Hệ số mang tải Pmax 110kV 220kV trung bình của STT CTĐL 2021(MW) (trạm/ (trạm/ các TBA 110kV MVA) MVA) (%) 1 Sài Gòn 300 7/882 3/1750 47.92 3 An Phú Đông 243 6/607 2/1250 45.44 8 Bình Chánh 416 9/1111 2/1250 46.46 Tình hình cung cấp điện của Tổng công ty trong 1 tuần (lấy số liệu tuần từ ngày 09/04/2021 đến 15/04/2021) Bảng 1.2 Thông số vận hành lưới điện TPHCM tháng 04/2021 [1] DỰ S THÁN ĐƠN TUẦN TUẦN BÁO QUÝ NĂM T TÊN HẠNG MỤC G VỊ 14 15 TUẦN 02 2021 T 04 16 Triệu 1 Sản lượng điện nhận 570 562 545 1,220 1,220 7,350 kWh Triệu 2 Sản lượng ngày cao nhất 88.8 kWh Triệu 3 Sản lượng ngày thấp nhất 68.2 kWh Triệu 4 Sản lượng ngày bình quân 81.0 kWh 5 Công suất cao nhất lúc 02 giờ MW 2,433 2,480 2,390 2,433 2,433 1,211 Công suất cao nhất sáng 9-11 6 MW 4,085 3,959 3,965 4,085 4,085 4,085 giờ 6 DỰ S THÁN ĐƠN TUẦN TUẦN BÁO QUÝ NĂM T TÊN HẠNG MỤC G VỊ 14 15 TUẦN 02 2021 T 04 16 Công suất cao nhất chiều 14-17 7 MW 4,346 4,177 4,074 4,346 4,346 4,346 giờ Công suất cao nhất tối 18-19 8 MW 3,955 3,804 3,780 3,955 3,955 3,955 giờ Tính đến tháng 4 năm 2021, sản lượng điện nhận là 7,35 tỷ kWh đạt 26,8% so với chỉ tiêu sản lượng Tập đoàn giao là 27,427 tỷ kWh, công suất cao nhất là 4346 MW, sản lượng ngày cao nhất là 88,8 triệu kWh 1. Tổn thất điện năng trên lưới điện khu vực TPHCM Tỉ lệ tổn thất điện năng năm 2020 của Tổng công ty Điện lực TPHCM là 3,41% - thấp hơn 0,04% so với chỉ tiêu EVN giao (là 3,45%), thấp hơn 0,07% so với cùng kỳ năm 2019 (là 3,48%), thấp hơn 0,09% so với chỉ tiêu pháp lệnh đến năm 2020 là 3,50% (theo lộ trình 05 năm từ 2016-2020 được nêu trong quyết định số 151/QĐ- EVN ngày 23/5/2018); Tỉ lệ tổn thất điện năng theo từng cấp điện áp: tỉ lệ tổn thất điện năng lưới điện 110kV là 0,36%; tỉ lệ tổn thất điện năng lưới điện trung áp là 1,05%; tỉ lệ tổn thất lưới điện hạ áp là 3,15%.3 So sánh tình trạng tổn thật điện năng của lưới điện phân phối theo từng đơn vị thành viên của Tổng công ty Điện lực TPHCM [1] Chỉ Thực So kế hoạch So cùng kỳ tiêu hiện STT Đơn vị tăng/giảm tăng/giảm 2020 2020 (%) (%) (%) (%) 1 Công ty ĐL Sài Gòn 2,71 2,67 -0,04 0,19 2 Công ty ĐL Phú Thọ 3,48 3,48 0,00 0,13 3 Công ty ĐL An Phú Đông 2,99 3,86 0,87 0,88 4 Công ty ĐL Chợ Lớn 3,43 3,4 -0,03 -0,62 5 Công ty ĐL Gia Định 3,75 3,68 -0,07 0,26 6 Công ty ĐL Gò Vấp 3,72 3,67 -0,05 -0,01 7 Công ty ĐL Tân Thuận 2,81 3,16 0,35 -0,05 7 Chỉ Thực So kế hoạch So cùng kỳ tiêu hiện STT Đơn vị tăng/giảm tăng/giảm 2020 2020 (%) (%) (%) (%) 8 Công ty ĐL Bình Chánh 3,80 4,31 0,51 -0,15 9 Công ty ĐL Bình Phú 3,01 3,01 0,00 -0,23 10 Công ty ĐL Tân Phú 2,80 2,76 -0,04 -0,03 11 Công ty ĐL Tân Bình 3,38 3,08 -0,3 -0,1 12 Công ty ĐL Hóc Môn 3,80 3,79 -0,01 -0,27 13 Công ty ĐL Củ Chi 2,96 2,96 0,00 0,06 14 Công ty ĐL Thủ Đức 2,70 2,55 -0,15 -0,03 15 Công ty ĐL Duyên Hải 2,92 3,16 0,24 0,34 16 Công ty ĐL Thủ Thiêm 3,02 3,34 0,32 -0,24 17 Công ty Lưới điện Cao thế 0,39 0,36 -0,03 -0,02 Tổng công ty 3,45 3,41 -0,04 -0,07 Tỉ lệ tổn thất điện năng chung giai đoạn 2021 – 2025, tỉ lệ tổn thất theo từng năm cụ thể theo bảng sau: Bảng 1.4 Mục tiêu tổn thất điện năng của EVNHCMC giai đoạn 2021-2025 [2] Năm 2021 2022 2023 2024 2025 Mức giảm -0,03% -0,08% -0,08% -0,06% -0,06% Tỉ lệ tổn thất điện năng 3,38% 3,30% 3,22% 3,16% 3,10% Bảng 1.5 Mục tiêu TTĐN lưới điện cao thế của EVNHCMC giai đoạn 2021-2025 [2] Tổn thất Đơn vị 2021 2022 2023 2024 2025 Cao áp % 0,37 0,37 0,36 0,36 0,35 Mức giảm % +0,01 0,000 -0,01 0,00 -0,01 Bảng 1.6 Mục tiêu TTĐN lưới điện trung thế của EVNHCMC giai đoạn 2021-2025 [2] Tổn thất Đơn vị 2021 2022 2023 2024 2025 Trung áp % 1,05 ≤1,00 ≤0,90 ≤0,90 ≤0,90 Mức giảm % 0,00 -0,05 -0,10 0,00 0,00 Bảng 1.7 Mục tiêu TTĐN lưới điện hạ thế của EVNHCMC giai đoạn 2021-2025 [2] 8 Tổn thất Đơn vị 2021 2022 2023 2024 2025 Hạ áp % 3,15 3,10 ≤3,00 ≤3,00 ≤3,00 Mức giảm % 0,00 -0,05 -0,10 0,00 0,00 1. Sự phát triển của nguồn năng lượng mặt trời tại Việt Nam Tiềm năng khai thác của năng lượng mặt trời là vô tận, với mục tiêu giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch và hạt nhân, các quốc gia trên thế giới đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời vào nhiều lĩnh vực nhằm phục cuộc sống, phát triển kinh tế. Trung bình, tổng bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt Nam vào khoảng 5 kW/h/m2/ngày ở các tỉnh miền Trung và miền Nam và vào khoảng 4 kW/h/m2/ngày ở các tỉnh miền Bắc.

Từ dưới vĩ tuyến 17, bức xạ mặt trời không chỉ nhiều mà còn rất ổn định trong suốt thời gian của năm, giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mùa mưa. Số giờ nắng trong năm ở miền Bắc vào khoảng 1.700 giờ trong khi ở miền Trung và miền Nam Việt Nam, con số này vào khoảng 2000 - 2600 giờ mỗi năm. Dưới đây là bảng số liệu về lượng bức xạ mặt trời tại các vùng miền nước ta.8 Cường độ bức xạ mặt trời tại Việt Nam [3] Cường độ BXMT Vùng Giờ nắng trong năm Ứng dụng (kWh/m2, ngày) Đông Bắc 1600 – 1750 3,3 – 4,1 Trung bình Tây Bắc 1750 – 1800 4,1 – 4,9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 4,6 – 5,2 Tốt Tây Nguyên và Nam Trung Bộ 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt Trung bình cả nước 1700 – 2500 4,6 Tốt 9 Hình 1.1 Bản đồ bức xạ mặt trời Việt Nam [3] 1. Tình trạng phát triển điện mặt trời mái nhà khu vực TPHCM Tính đến đầu năm 2021, trên địa bàn TPHCM có 14.299 hệ thống điện mặt trời mái nhà nối với tổng công suất là 365,349 kWp.

Tổng sản lượng phát ngược lên lưới vào khoảng 75 triệu kWh (ước tính sơ bộ 70% tổng sản lượng điện phát từ hệ thống được khách hàng tiêu thụ nội bộ và 30% sản lượng còn lại phát lên lưới.