Chuyển đổi số và ứng dụng rộng rãi của IoT vào hệ thống điện cho phép tạo nên các lưới điện được giám sát, điều khiển một cách thông minh, vận hành an toàn với độ tin cậy cao, giảm thiểu tổn hao suất. Không có khuôn dạng chung cho lưới điện thông minh, việc chuyển đổi từ lưới điện thông thường sang lưới điện thông minh là một quá trình phức tạp phụ thuộc vào quy mô, diều kiện kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện cụ thể.

Các phần tử của lưới điện thông minh

Hệ thống điện là hệ thống lớn trải dài trên toàn bộ lãnh thổ, hoạt động trong thời gian thực, chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết, khí hậu và sự thay đổi của phụ tải. Lưới điện thông minh SG (Smart Grid) được hình thành từ lưới điện thông thường có tích hợp công nghệ số để có thể tương tác, kết nối hai chiều qua hệ thống thông tin và truyền thông IoT. Các quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện được giám sát, điều khiển và quản lý bằng các phần tử và thuật toán thông minh.

• Cảm biến thông minh (Smart sensors) là các cảm biến có tích hợp bộ vi xử lý để thực hiện các thuật toán nhằm tăng cường hiệu năng của cảm biến. Thiết bị có khả năng tương tác với các thiết bị khác trên cơ sở xử lý các thông tin thu nhận được.
• Dự báo trạng thái hệ thống nhờ sử dụng trí tuệ nhân tạo AI thông qua các bộ điều khiển thông minh tối ưu hóa kết cấu lưới điện và chế độ vận hành của hệ thống.
• Kết nối các thiết bị cho phép cảm biến mở rộng và kết nối với các thiết bị ngoại vi trong hệ thống.

Smart Grid là lưới điện có thể dự đoán và phản ứng một cách thông minh với mọi thay đổi của tất cả các đơn vị được kết nối điện với lưới điện. Các thiết bị của lưới điện tương tác với nhau tạo thành một hệ thống cung cấp điện thông minh thống nhất nhờ sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông hiện đại. Thông tin thu thập được từ thiết bị được phân tích giúp tối ưu hóa việc sử dụng điện, giảm chi phí, tăng độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống điện.

Trên hình 1 biểu diễn sơ đồ khối của lưới điện thông minh. Vòng ngoài biểu diễn:

• Các nguồn điện gồm các nhà máy nhiệt điện, thủy điện, các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời
• Phụ tải là khu công nghiệp, khu độ thị, ô tô điện,…
• Hệ thống truyền tải và phân phối điện.

Việc kết nối giữa các khối được đảm bảo bằng hệ thống thông tin IoT.

Tương tác của các phần tử trong lưới điện thông minh

Lưới điện thông minh SG là một lưới điện cho phép phân bố năng lượng một cách tự động và tối ưu, và được đặc trưng bởi dòng công suất và dòng thông tin hai chiều. Nhờ đó có khả năng giám sát và phản hồi với những thay đổi của mọi phần tử trong hệ thống từ nhà máy điện đến khách hàng sử dụng điện. Hình 2 dưới đây mô tả các thành phần và các chức năng của lưới điện thông minh.

Hệ thống giám sát và xử lý dữ liệu SCADA/DMS (Supervisory Control and Data Acquitsition/Distribution Management System): Tổ hợp hệ thống giám sát thời gian thực, thu thập dữ liệu và điều khiển, trên cơ sở dữ liệu thu thập được, hệ thống thực hiện các bài toán quản lý lưới điện phân phối DMS (Demand Side Magagment) như tính toán ngắn mạch, trào lưu công suất, tối ưu hóa vận hành lưới điện…). Giám sát hiệu năng các thành phần của lưới điện trên diện rộng, giúp đơn vị quản lý có được thông tin chính xác để đưa ra các quyết định kịp thời nhằm tránh sự cố, nâng cao năng lực và độ tin cậy của lưới điện.

Các giải pháp tích hợp công nghệ thông tin và truyền thông (Information and communications technology integration):

So với lưới điện truyền thống, tiến bộ kỹ thuật trong hệ thống được thể hiện qua việc ứng dụng các công nghệ mới như: công nghệ dự báo, hệ thống đo lường và quản lý nhu cầu, đáp ứng phụ tải, nguồn phân tán và hệ thống tích trữ, và quản trị dữ liệu. Một số công nghệ khác cũng đã và đang điện được phát triển và ứng dụng trên các hệ thống điện như: Hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt (FACTS), xe điện Electric Vehicle (EV), biến tần thông minh, lưới điện siêu nhỏ (Microgrid).

Việt Nam với lưới điện thông minh

Tại Việt Nam, việc chuyển đổi lưới điện truyền thống thành SG là mục tiêu đã được xác định thông qua các chủ trương và quyết định liên quan như: Quyết định số 1670/QĐ-TTg ngày 08/11/2012 của Thủ tướng Chính phủ về Lộ trình phát triển lưới điện thông minh và Quyết định số 4602/QĐ-BCT ngày 25/11/2016 của Bộ trưởng Bộ Công Thương phê duyệt Đề án phát triển tổng thể lưới điện thông minh ở Việt Nam.

Hiện nay, lưới điện Việt Nam đang từng bước được hiện đại hóa, thông minh hóa thông qua một số công nghệ như SCADA/EMS, hệ thống trạm biến áp không người trực, hệ thống giám sát diện rộng, hệ thống định vị sự cố,… Tuy nhiên, để chuyển đổi lưới điện truyền thống thành SG toàn diện thì cần thêm thời gian để đánh giá và đưa ra các quyết định áp dụng, phát triển các công nghệ phù hợp.

Ba công nghệ có khả năng áp dụng cao trong thời gian tới tại Việt Nam là dự báo năng lượng tái tạo, bộ biến tần thông minh và quản lý nhu cầu điện. Việt Nam cần quan tâm và đầu tư nhiều hơn vào các công nghệ này để nhanh chóng tối ưu hóa vận hành hệ thống điện, đảm bảo cấp điện tin cậy và tiêu dùng điện hợp lý và thông minh.