Nhận diện các vấn đề chất lượng điện

Đơn vị sản xuất, truyền tải và phân phối điện

Hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối điện của các công ty điện lực trải dài trên một khu vực địa lý rộng lớn. Nguồn điện từ nhà máy điện thông qua các trạm biến áp truyền tải để đưa lên hệ thống đường dây truyền tải điện có thể gọi là “sạch”.  Từ đó thông qua các trạm biến áp hạ áp để cung cấp điện áp phù hợp với yêu cầu của các cơ sơ tiêu thụ.

Từ phía nguồn phát, khi các nguồn điện tái tạo mới như điện gió hay năng lượng mặt trời kết nối với lưới cũng gây ra một vài vấn đề đối với chất lượng điện. Với tua bin điện gió, việc ngắt quãng của các cơn gió gây phát hài cũng như các dao động điện áp ngắn hạn. Về phía điện mặt trời quang điện, các bộ nghịch lưu (inverter) tạo ra nhiễu sản sinh các dao động qua độ, biến dạng sóng hài và nhiễu tần số radio do các bộ chuyển mạch switch mode tần số cao.

Từ phía phụ tải tại các hộ tiêu thụ, chúng phát sinh hài dòng điện lên hệ thống, có thể gây ra biến dạng sóng hài, hệ số công suất thấp, là nguyên nhân gây tăng chi phí cho thiết bị bảo vệ, dây dẫn do phải  và quá nhiệt cho thiết bị, máy biến áp. Các phụ tải như biến tần, robot, EV charger… sử dụng nguồn phi tuyến (switch mode hoặc PWM) gây phát sinh sóng hài, dòng trung tính cao, thiết bị đóng cắt hoạt động sai, thiết bị đo đếm bị sai lệch, mất cân bằng pha.

Hình 3. Ảnh hưởng của sóng hài gây ra bởi các phụ tải phi tuyến

Các nhà máy

Sự cố chất lượng điện gây thiệt hại lên tới khoảng 119 triệu USD mỗi năm cho các nhà máy công nghiệp ở Mỹ (dữ liệu theo báo cáo của EPRI). Tương tự ở Châu Âu, thiệt hại lên tới 160 triệu USD được thống kê tại 25 nước thành viên (theo nghiên cứu của viện Copper Châu Âu – European Copper Institue). Chi phí này liên quan tới thời gian gián đoạn, tổn thất sản phẩm và năng suất.

Chất lượng điện kém là nguyên nhân khiến các phụ tải hoạt động không chính xác hoặc gián đoạn. Các sự cố điển hình như nháy điện, vọt áp, biến dạng sóng hài, mất điện… Những sự cố này xảy ra trong thời gian chỉ vài chục đến vài trăm mili giây, để nhận diện chính xác cần phải có các thiết bị giám sát chất lượng điện chuyên dụng phân bố trong hệ thống điện, và ở mức cao nhất là tới cấp độ phụ tải. Với sự phát triển của Industry 4.0, các thiết bị giám sát chất lượng điện này giúp hệ thống có thể giám sát liên tục thu thập dữ liệu từ đó phục vụ việc phân tích và tối ưu.

Trung tâm dữ liệu (TTDL)

Ngày nay, sự hiện diện của internet và kết nối đã trở nên vô cùng phổ biến. Nhu cầu liên lạc, lưu trữ dữ liệu, dịch vụ đám mây hay mới nhất là các tác vụ trí tuệ nhân tạo (AI) đều cần tới các Trung tâm dữ liệu. Yêu cầu về nguồn điện sạch, ổn định và không gián đoạn của Trung tâm dữ liệu ở mức rất cao, và giám sát chất lượng điện là giải pháp tối ưu giúp quản lý rủi ro, lập kế hoạch bảo trì, nâng cấp một cách kịp thời. Khi các hệ thống PDU tích hợp UPS ngày càng phổ biến, các vấn đề về chất lượng điện đi kèm cũng tăng theo. Giám sát chất lượng điện ở cấp độ IT rack giúp người vận hành và quản trị có cái nhìn trực quan vào các vấn đề về chất lượng điện tận cấp độ từng ổ cắm nguồn của máy chủ và thiết bị IT.

Các vấn đề về chất lượng điện có thể gặp phải trong trung tâm dữ liệu cũng rất đa dạng. UPS, một thành phần không thể thiếu của các TTDL, cùng với ắc quy của nó là nguyên nhân hàng đầu khiến gián đoạn nguồn điện trong các TTDL khi chúng gặp sự cố (Báo cáo bởi Emerson Network Power). UPS giúp cách ly hệ thống IT khỏi các vấn đề về chất lượng điện từ bên ngoài, nhưng bản thân hệ thống IT lại phát sinh các vấn đề mà UPS không được thiết kế để được bảo vệ. Nguồn của tải IT (PSU) là tải phi tuyến, chúng phát sinh sóng hài dẫn đến các vấn đề như sóng hài, phát nhiệt khiến hệ thống làm mát phải làm việc quá tải.

Trạm sạc xe điện

Với xu hướng xanh hoá, mục tiêu giảm phát thải carbon, lĩnh vực xe điện phát triển vũ bão những năm gần đây. Để phục vụ cho nhu cầu phát triển xe điện, hạ tầng đi kèm đang dần được hoàn thiện. Cũng như xe chạy bằng năng lượng hoá thạch cần các trạm tiếp nhiên liệu, xe điện sẽ cần các trạm sạc để nạp đầy cho các khối pin.

Trạm sạc xe điện mang tới những thách thức về chất lượng điện từ cả 2 hướng: nguồn cấp cho các trạm sạc và từ trạm sạc phát sinh lên lưới. Trạm xe điện với nhu cầu công suất rất lớn nên các vấn đề do chúng gây ra tác động không nhỏ tới lưới điện. Các bộ chuyển đổi của trạm là nguồn phát sinh sóng hài lên lưới. Các bộ sạc kém chất lượng còn có thể phát sinh các thành phần một chiều (DC) có thể gây ra sự cố cho các thiết bị điều khiển, bảo vệ và phụ tải vốn được thiết kế với nguồn điện xoay chiều. Thêm vào đó là các dao động điện áp rất nhanh và nhấp nháy điện áp. Ở phía trạm sạc, là các bộ chuyển đổi công suất dựa trên bán dẫn, chúng khá nhạy cảm với các dao động điện áp ngắn hạn như nháy điện hay mất điện ngắn hạn. Sụt áp dưới ngưỡng hoạt động của trạm sạc khiến hệ thống ngừng hoạt động, ảnh hưởng tới dịch vụ của trạm sạc, ảnh hưởng trực tiếp tới người dùng.

Hình 4. Chất lượng điện ảnh hưởng và gây ra bởi các trạm sạc xe điện