Trong thời gian 02 ngày từ ngày 17/07/2023 đến ngày 18/07/2023, đoàn lãnh đạo cấp cao của tập đoàn Ametek (Mỹ), tập đoàn có lịch sử hơn 200 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực cung cấp các giải pháp và sản phẩm chất lượng điện cho ngành công nghiệp, dầu khí, nguyên tử hạt nhân, nhà máy điện, y tế đã có chuyến làm việc với VEC tại Hà Nội. Dẫn đầu đoàn là ông Patrick Williams – Phó chủ tịch phụ trách chất lượng điện cho ngành công nghiệp, y tế cùng với các cấp lãnh đạo tập đoàn Ametek (Mỹ) và lãnh đạo Ametek khu vực Châu Á.
Đoàn lãnh đạo cấp cao Ametek làm việc cùng VEC
Với nhu cầu ngày càng tăng cao về các yêu cầu “điện sạch” trong sản xuất, y tế nhằm đảm bảo hiệu quả hoạt động của các nhà máy cũng như sự an toàn và chất lượng khám chữa bệnh cho người dân, tập đoàn Ametek đã có chiến lược tập trung đầu tư vào phát triển thị trường Châu Á mà trong đó Việt Nam và Hàn Quốc là hai thị trường tiềm năng và trọng điểm trong chiến lược lần này. Cùng với xu hướng dịch chuyển sản xuất từ công xưởng thế giới sang các nước mà Mỹ gọi là “đối tác thân hữu” trong đó có Việt Nam, VEC đã cùng với đoàn lãnh Ametek làm việc với các các tập đoàn, các đơn vị trong nước có nhu cầu về giải pháp chất lượng điện để cùng nhau lắng nghe, trao đổi, làm rõ những vấn đề mà các bên quan tâm, từ đó đưa ra những giải pháp phù hợp với nhu cầu của từng đối tác dựa trên thế mạnh công nghệ của Ametek.
Kết thúc chuyến công tác, ban lãnh đạo cấp cao của tập đoàn Ametek đánh giá cao lộ trình VEC xây dựng chiến lược kinh doanh với cách làm bài bản và dùng chữ “Tâm” làm giá trị cốt lõi trong việc kinh doanh và tồn tại trên thị trường. Ametek mong muốn hợp tác lâu dài với VEC và cùng nhau phát triển theo tinh thần 3W: Nhà cung cấp – Khách hàng – Xã hội cùng thắng.
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
Với kinh nghiệm làm việc chuyên sâu trong lĩnh vực chất lượng điện, chúng tôi sử dụng hệ thống giám sát chất lượng điện giúp khách hàng của mình nhận biết những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện tại doanh nghiệp bằng những hình ảnh và thông số cụ thể, để từ đó có cơ sở cho việc đầu tư thiết bị nâng cao chất lượng điện nhằm khắc phục những vấn đề cho chất lượng điện gây ra.
Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu những vấn đề cơ bản về chất lượng điện từ góc nhìn của hệ thống giám sát chất lượng điện PQM
Xu thế giám sát chất lượng điện trong hạ tầng điện
Ngày nay, các ứng dụng ngày càng yêu cầu chất lượng điện cao hơn, như các trạm sạc xe điện công suất tới hàng trăm kilowatts, hay các trung tâm dữ liệu với hàng loạt thiết bị đòi hỏi nguồn điện tin cậy tới 6 số 9 (99.9999%). Trong công nghiệp, các nhà máy được tự động hoá ở mức độ ngày càng cao, các động cơ được điều khiển bởi biến tần thông minh, hệ thống robot quy mô ngày càng lớn, quá trình sản xuất được tối ưu bằng trí tuệ nhân tạo (AI). Lợi ích từ các ứng dụng công nghệ cao mang lại là rất lớn, từ đáp ứng nhu cầu trực tuyến, lưu trữ trên mây, các tác vụ AI, xanh hoá phương tiện di chuyển tới tự động hoá cao trong sản xuất giúp giảm chi phí, tăng năng suất… nhưng cũng mang lại nhiều thách thức cho chất lượng điện của mạng lưới. Không chỉ phát nhiều sóng hài bậc cao lên lưới, các phụ tải này cũng là nguyên nhân của nháy điện, vọt áp, mất điện thoáng qua và nhấp nháy điện áp. Không những vậy, các phụ tải này cũng nhạy cảm hơn với các vấn đề chất lượng điện, có thể gặp sự cố với những dao động thoáng qua chỉ vài chục tới vài trăm mili giây.
Hình 1. Các vấn đề chất lượng điện (Nguồn Bodo’s Power Systems)
Nguồn điện cung cấp tới người sử dụng (nhà máy, toà nhà, trung tâm dữ liệu, hộ gia đình…) được duy trì chất lượng (đại diện bởi chất lượng điện áp) trong phạm vi đáp ứng hầu hết các ứng dụng thông thường. Do đó các quy định được thiết lập cũng nhằm xác định chất lượng dịch vụ cung ứng điện ở mức tiêu chuẩn để đảm bảo việc cung ứng tới đại đa số khách hàng. Trên thực tế khái niệm về chất lượng điện đa dạng và thay đổi tuỳ thuộc vào ứng dụng của mỗi cơ sở cụ thể, với những phụ tải yêu cầu cao hơn về chất lượng điện (xu thế ngày càng phổ biến), sẽ cần có các tiêu chuẩn riêng với những quy định chặt chẽ hơn.
Những ảnh hưởng về mặt kinh tế mà nguyên nhân là do chất lượng nguồn điện không đảm bảo gây ra đã được nghiên cứu và khảo sát rộng rãi trong vài năm qua. Tác động của những ảnh hưởng này được ước tính lên tới hàng tỷ đô la trên toàn thế giới. Tất cả các nghiên cứu đều kết luận rằng việc giám sát chất lượng điện có tác động trực tiếp đến hiệu quả kinh tế trong nhiều lĩnh vực kinh doanh. Mặc dù rõ ràng chất lượng điện ảnh hưởng tiêu cực đến kinh tế của doanh nghiệp, nhưng việc nhận diện một cách chính xác vấn đề vẫn là một thách thức. Việt giám sát chất lượng điện một cách hiệu quả và bài bản không hề đơn giản. Giám sát chất lượng điện trong một cơ sở liên quan tới nhiều yếu tố, trong đó việc có nhân viên được đào tạo chuyên sâu và đầu tư thiết bị đạt tiêu chuẩn được lắp đặt trên trên cả hệ thống điện trong thời gian dài hoặc cố định.
Giám sát chất lượng điện trong các nhà máy ô tô
Trong các nhà máy sản xuất ô tô, việc đảm bảo độ tin cậy cho sản xuất là ưu tiên cao nhất. Khi chọn lựa các dây chuyền công nghệ hiện đại đã được tự động hóa hoàn toàn dựa vào hệ thống robot, các bộ điều khiển, các cơ cấu chấp hành thì chính các linh kiện điện tử trong các thiết bị trên sẽ quyết định đảm bảo độ tin cậy cho sản xuất. Tuy nhiên khi các linh kiện điện tử trên hoạt động sai chức năng sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc duy trì độ tin cậy nhất là tại các dây chuyền hàn điểm trong các xưởng thân vỏ.
Ứng dụng giám sát chất lượng điện
Giám sát chất lượng điện là một chiến lược hiệu quả và tiết kiệm trong việc nâng cao chất lượng điện đáp ứng những yêu cầu cụ thể của mỗi khách hàng. Dữ liệu cụ thể, liên tục và chính xác của hệ thống giám sát giúp đơn vị tư vấn, nhân viên quản lý hạ tầng có cái nhìn tổng quan và đưa ra đối sách tối ưu.
Các vấn đề chất lượng điện có thể phát sinh trong toàn bộ hệ thống điện, từ nguồn phát, truyền tải và phân phối. Do đó giám sát chất lượng điện ngày càng trở nên quan trọng trong các lĩnh vực kinh doanh như: sản xuất và phân phối điện, nhà máy, trung tâm dữ liệu, các trạm sạc xe điện…
Hình 2. Biến động từ phía nguồn tới tải có thể gây ra các vấn đề chất lượng điện trên toàn bộ hạ tầng điện.
Phần tiếp theo: Nhận diện các vấn đề chất lượng điện
