Mỗi mùa hè, hệ thống điện miền Bắc lại bước vào giai đoạn vận hành căng thẳng nhất trong năm. Nhu cầu sử dụng điện tăng mạnh do thời tiết nắng nóng, trong khi tốc độ tăng trưởng phụ tải tiếp tục duy trì ở mức cao. Theo dự báo và thực tế đã ghi nhận trên hệ thống, phụ tải cực đại của miền Bắc trong năm 2026 có thể đạt khoảng 30.000 - 31.200 MW, tăng thêm khoảng 2.500 MW so với năm trước.
Nắng nóng khiến hệ thống lưới điện miền Bắc luôn trong tình trạng mang tải cao, dễ phát sinh các khiếm khuyết cần được khắc phục và xử lý kịp thời
Trong khi đó, nguồn điện mới bổ sung tại miền Bắc chưa theo kịp tốc độ tăng phụ tải. Điều này khiến hệ thống phải truyền tải lượng công suất ngày càng lớn từ miền Trung và miền Nam ra miền Bắc thông qua lưới truyền tải 500kV Bắc - Nam. Có thể hình dung các đường dây 500kV giống như những tuyến cao tốc xương sống của hệ thống điện quốc gia, đảm nhận nhiệm vụ vận chuyển khối lượng lớn điện năng giữa các miền.
Khi lưu lượng truyền tải tăng cao, thách thức của người điều độ không bên cạnh bảo đảm đủ điện cho phụ tải còn phải duy trì hệ thống trong trạng thái vận hành an toàn. Đối với một hệ thống điện có quy mô hàng chục nghìn MW, nguy cơ lớn nhất nhiều khi không phải là thiếu điện mà là mất ổn định sau sự cố.
Ông Nguyễn Quốc Trung - Phó Tổng giám đốc Công ty TNHH MTV Vận hành hệ thống điện và Thị trường điện Quốc gia (NSMO) phân tích, hệ thống điện luôn phải duy trì sự cân bằng giữa phát điện, truyền tải và tiêu thụ điện năng, trong điều kiện phụ tải cao, đặc biệt khi công suất truyền tải trên các hành lang Bắc - Nam tăng mạnh, khả năng chịu đựng của hệ thống đối với các sự cố cũng giảm dần.
"Một đường dây truyền tải bị sự cố, một tổ máy công suất lớn đột ngột ngừng vận hành hoặc sự suy giảm dự phòng công suất phản kháng đều có thể làm thay đổi đáng kể trạng thái của hệ thống. Nếu không được kiểm soát kịp thời, các biến động này có thể dẫn đến suy giảm điện áp và làm gia tăng nguy cơ mất ổn định", ông Trung nhấn mạnh.
Khi có sự cố từ lưới hoặc nguồn nếu không kiểm soát kịp thời sẽ làm giảm chất lượng điện áp và nguy cơ mất ổn định của hệ thống điện
Bài học lịch sử từ các sự kiện mất điện tại Việt Nam và trên thế giới vẫn là lời nhắc nhở rõ ràng đối với công tác vận hành hệ thống điện. Lịch sử vận hành hệ thống điện trong nước và quốc tế đã nhiều lần cho thấy một điểm yếu tưởng chừng nhỏ, khi gặp điều kiện bất lợi, có thể lan rộng thành sự cố diện rộng. Ngày 22/5/2013, chỉ một sự cố đơn lẻ do vi phạm về khoảng cách hành lang an toàn của đường dây 500kV Di Linh - Tân Định trong lúc truyền tải công suất cao trên các đường dây 500kV từ Bắc vào Nam đã gây rã lưới hệ thống điện miền Nam. Ngày 4/7/2022, trong điều kiện nắng nóng kéo dài và phụ tải tăng cao, một số tổ máy phát điện bị sự cố đã gây dao động điện áp và dẫn tới gián đoạn cung cấp điện cho một số khách hàng phía Bắc. Ngày 28/4/2025, sự cố sụp đổ điện áp lan truyền tại Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha, trong bối cảnh tỷ trọng nguồn năng lượng tái tạo cao và quán tính hệ thống thấp, đã cho thấy những thách thức ổn định mới nảy sinh trong quá trình chuyển dịch năng lượng.
Việt Nam đang từng bước xây dựng hệ thống lưới điện đồng bộ, hiện đại, thông minh
Các sự cố lớn trên thế giới cho thấy ngay cả các nước đã phát triển như tại châu Âu, nơi có hệ thống điện liên kết mạnh, được thiết kế đảm bảo tiêu chuẩn N-1 vẫn có nguy cơ xảy ra các sự cố mất điện diện rộng trong các chế độ vận hành cực đoan, cũng như khi có sự thâm nhập cao của các nguồn năng lượng tái tạo nhưng không có sự chuẩn bị phù hợp, do các nguồn năng lượng tái tạo có đặc điểm đóng góp ít quán tính vật lý vào hệ thống điện và khiến hệ thống điện trở nên “nhạy cảm” hơn trước những biến động liên tục trong vận hành thời gian thực như thay đổi phụ tải, thay đổi công suất phát của nguồn năng lượng tái tạo.
Điểm chung của tất cả những sự kiện này là ranh giới giữa vận hành bình thường và sự cố diện rộng thường rất mong manh, dễ bị bỏ qua cho đến khi đã quá muộn. Vì vậy, xử lý tốt sự cố là chưa đủ; quan trọng hơn là phải nhận diện được rủi ro trước khi chúng xuất hiện. Từ yêu cầu đó, NSMO đã từng bước xây dựng các công cụ hỗ trợ điều độ theo hướng chủ động hơn, cho phép đánh giá trước khả năng chịu đựng của hệ thống trong nhiều trạng thái vận hành khác nhau.
Xuất phát từ sứ mệnh bảo đảm hệ thống điện quốc gia vận hành an toàn, ổn định và tin cậy, cùng định hướng từng bước làm chủ các công nghệ cốt lõi phục vụ điều độ, đội ngũ kỹ sư NSMO đã bắt đầu nghiên cứu và phát triển hệ thống đánh giá an ninh động (Dynamic Security Assessment - DSA). Đây không phải là một dự án nghiên cứu thuần túy, mà được hình thành từ chính những yêu cầu cấp thiết trong vận hành thực tế của hệ thống điện Việt Nam.
Khác với nhiều hệ thống điện trên thế giới, hệ thống điện Việt Nam có cấu trúc trải dài theo chiều Bắc - Nam, mức độ liên kết giữa các miền lớn, phụ tải tăng trưởng nhanh, tỷ trọng nguồn năng lượng tái tạo ngày càng cao và tồn tại nhiều chế độ vận hành đặc thù. Điều đó khiến các công cụ được phát triển cho những hệ thống điện khác khó có thể đáp ứng đầy đủ nếu không trải qua quá trình hiệu chỉnh, tích hợp và kiểm chứng kéo dài. Chính vì vậy, NSMO đã lựa chọn con đường chủ động nghiên cứu, thiết kế và phát triển một nền tảng phù hợp với đặc điểm của hệ thống điện Việt Nam.
Giao diện ứng dụng DSA
Theo ông Nguyễn Quốc Trung, nếu hệ thống SCADA/EMS giúp điều độ viên quan sát trạng thái hiện tại của lưới điện, thì DSA có thể được ví như "hệ thống radar" của hệ thống điện quốc gia. Thay vì chỉ cho biết điều gì đang xảy ra, DSA cho phép "nhìn trước" phản ứng của hệ thống trước hàng loạt tình huống có thể xảy ra trong tương lai gần. Nhờ đó, điều độ viên có thể chủ động lựa chọn phương thức vận hành an toàn trước khi sự cố thực sự xuất hiện.
Để thực hiện điều đó, DSA liên tục tiếp nhận dữ liệu thời gian thực từ SCADA/EMS và kết quả ước lượng trạng thái (State Estimator) để xác định chính xác trạng thái hiện tại của hệ thống điện, sau đó tự động xây dựng một mô hình số phản ánh chính xác trạng thái hiện hành của hệ thống điện. Mô hình này không chỉ bao gồm lưới điện mà còn tích hợp đặc tính động của các tổ máy phát điện, hệ thống kích từ, điều tốc, cùng nhiều thiết bị điều khiển khác. Trên nền tảng "bản sao số" này, DSA tự động sinh và đánh giá hàng loạt kịch bản như mất đường dây truyền tải, mất tổ máy phát điện, ngắn mạch, thay đổi phương thức huy động nguồn hoặc biến động lớn của phụ tải. Thay vì phải xây dựng và mô phỏng từng kịch bản một cách thủ công như trước đây, toàn bộ quá trình được thực hiện tự động và liên tục trong môi trường vận hành thời gian thực.
Điều độ viên trực vận hành tại NSMO
Kết quả phân tích không chỉ dừng ở các đồ thị mô phỏng mà được tổng hợp thành các chỉ số đánh giá sức khỏe của hệ thống điện (System Health Index), giúp điều độ viên nhanh chóng nhận biết mức độ an toàn của hệ thống, xác định các khu vực có nguy cơ mất ổn định và ưu tiên xử lý những vấn đề quan trọng nhất. Đặc biệt, DSA không chỉ đánh giá một khía cạnh riêng lẻ mà tích hợp trên cùng một nền tảng các bài toán đánh giá giới hạn nhiệt (Powerflow Security Assessment - PSA), ổn định điện áp tĩnh (Voltage Security Assessment - VSA), ổn định quá độ (Transient Security Assessment - TSA) và ổn định tín hiệu nhỏ (Small-signal Security Assessment - SSA), qua đó phản ánh toàn diện hơn khả năng chịu đựng của hệ thống điện trong từng trạng thái vận hành.
Điểm khác biệt của DSA là không coi giới hạn vận hành của hệ thống điện là một giá trị cố định. Tương tự như một chiếc xe có tốc độ an toàn khác nhau tùy theo điều kiện mặt đường, khả năng truyền tải của hệ thống điện cũng thay đổi theo cấu hình lưới điện, phương thức huy động nguồn, mức phụ tải và khả năng điều chỉnh điện áp của các tổ máy cùng các thiết bị bù. Vì vậy, DSA không chỉ trả lời câu hỏi "Hệ thống đang ở trạng thái nào?" mà còn xác định "Hệ thống còn bao nhiêu biên an toàn?" và "Giới hạn vận hành thực sự tại thời điểm này là bao nhiêu?".
Đại diện NSMO trình bày giải pháp DSA tại hội nghị CIGRE Trondheim 2025 tại Na Uy
Để đáp ứng yêu cầu tính toán trực tuyến trên quy mô toàn hệ thống điện quốc gia, đội ngũ kỹ sư NSMO cũng nghiên cứu và phát triển nhiều thuật toán tăng tốc như xử lý song song đa nhân (multicore computing), phương pháp chia đôi (binary search) để xác định nhanh giới hạn truyền tải, đồng thời tích hợp bài toán tối ưu hóa trào lưu công suất (Optimal Power Flow - OPF) nhằm phản ánh sát hơn phản ứng của các tổ máy phát điện và thiết bị điều khiển điện áp trong quá trình đánh giá ổn định. Nhờ đó, DSA không chỉ là một công cụ mô phỏng mà đã trở thành một nền tảng hỗ trợ ra quyết định phục vụ điều độ hệ thống điện theo thời gian thực.
Những kết quả nghiên cứu này đã được NSMO giới thiệu tại Hội nghị CIGRE Trondheim 2025 (Na Uy) thông qua bài báo: Ứng dụng hệ thống đánh giá an ninh động (DSA) trong hệ thống điện Việt Nam nhằm nâng cao giới hạn truyền tải công suất và vận hành ổn định khi tỷ trọng nguồn năng lượng tái tạo cao (Dynamic Security Assessment (DSA) Application in Vietnamese Power System to Increase the Power Transfer Limit and Operate Power System Stably with a High Share of Renewable Energy Sources).
“Việc một giải pháp được phát triển từ nhu cầu vận hành của hệ thống điện Việt Nam được trình bày tại diễn đàn kỹ thuật quốc tế đã cho thấy những bài toán đặc thù của Việt Nam cũng có thể đóng góp những kinh nghiệm có giá trị cho cộng đồng vận hành hệ thống điện trên thế giới”, ông Trung nhấn mạnh.
Việc làm chủ DSA còn mang ý nghĩa chiến lược đối với an ninh năng lượng quốc gia
Bên cạnh giá trị về mặt kỹ thuật, việc làm chủ DSA còn mang ý nghĩa chiến lược đối với an ninh năng lượng quốc gia. DSA trực tiếp tiếp nhận, xử lý và phân tích các dữ liệu phản ánh trạng thái vận hành của hệ thống điện quốc gia-những dữ liệu trọng yếu đòi hỏi mức độ bảo mật rất cao. Việc chủ động kiểm soát toàn bộ dữ liệu, thuật toán và nền tảng tính toán không chỉ giúp bảo đảm an toàn thông tin, giảm phụ thuộc vào nhà cung cấp bên ngoài mà còn cho phép NSMO nhanh chóng cập nhật các thuật toán, tiêu chí đánh giá và chức năng mới khi hệ thống điện thay đổi. Đó là lợi thế đặc biệt quan trọng đối với một hệ thống điện vận hành liên tục 24 giờ mỗi ngày và luôn phải thích ứng với những biến động của quá trình chuyển dịch năng lượng.
DSA vì vậy không chỉ là một phần mềm chuyên ngành, mà còn là kết quả của nhiều năm tích lũy kinh nghiệm vận hành, nghiên cứu và phát triển của đội ngũ kỹ sư NSMO. Quan trọng hơn, nó khẳng định rằng những bài toán đặc thù của hệ thống điện Việt Nam hoàn toàn có thể được giải quyết bằng các giải pháp do chính kỹ sư Việt Nam nghiên cứu, phát triển và làm chủ - từ dữ liệu, thuật toán đến nền tảng tính toán. Đây cũng chính là nền tảng để NSMO tiếp tục phát triển các công nghệ điều độ thế hệ mới trong hành trình xây dựng một hệ thống điện hiện đại, an toàn và bền vững.
Bên cạnh DSA, công suất phản kháng là một trong những yếu tố được NSMO theo dõi đặc biệt chặt chẽ trong mùa hè. Theo ông Trung phân tích, nếu công suất tác dụng (MW) là phần điện năng thực sự được truyền tải đến khách hàng, thì công suất phản kháng (MVAr) có thể được hình dung như một lớp đệm giúp duy trì điện áp ổn định trên hệ thống điện. Khi lớp đệm này suy giảm, hệ thống sẽ trở nên nhạy cảm hơn trước các biến động và sự cố.
Trong thực tế, một khu vực có thể vẫn đủ công suất phát nhưng nếu thiếu dự phòng phản kháng, điện áp vẫn có thể suy giảm nhanh sau sự cố. Đây chính là nguyên nhân dẫn đến nhiều hiện tượng mất ổn định điện áp trong các hệ thống điện lớn trên thế giới.
Để hỗ trợ công tác vận hành, NSMO đã xây dựng các công cụ cho phép định lượng lượng dự phòng công suất phản kháng từ các tổ máy phát điện, tụ bù và kháng điện trên toàn hệ thống. Dữ liệu được cập nhật liên tục, giúp theo dõi khả năng dự phòng phản kháng tại từng khu vực trọng điểm và dự báo nhu cầu phản kháng trong các giai đoạn phụ tải cao.
Việc chuyển từ đánh giá định tính sang định lượng giúp điều độ viên có cơ sở rõ ràng hơn trong việc xây dựng phương thức vận hành, đồng thời chủ động triển khai các biện pháp điều chỉnh trước khi nguy cơ mất ổn định xuất hiện.
Dự báo và giám sát dự phòng công suất phản kháng
Dự báo nhu cầu và giám sát dự phòng công suất phản kháng có vai trò đặc biệt quan trọng đối với ổn định điện áp. Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, việc hệ thống còn đủ dự phòng phản kháng không đồng nghĩa với việc hệ thống đang vận hành tối ưu.
Do đặc điểm kết cấu lưới điện và chế độ điều khiển của các thiết bị, công suất phản kháng có thể lưu thông theo những hướng chưa hợp lý, hình thành các dòng công suất phản kháng chạy vòng trên lưới điện truyền tải. Hiện tượng này làm gia tăng tổn thất điện năng, đồng thời làm suy giảm lượng dự phòng phản kháng tại các khu vực trọng điểm.
Trên cơ sở mô hình vận hành thời gian thực, NSMO đã phát triển công cụ phân tích và tối ưu hóa trào lưu công suất phản kháng cho hệ thống điện truyền tải. Chương trình cho phép đánh giá sự phân bố công suất phản kháng trên toàn hệ thống, nhận diện các khu vực mất cân bằng phản kháng và xác định những phần tử đang vận hành chưa tối ưu.
Từ kết quả tính toán, công cụ đề xuất phương án phối hợp điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát, nấc phân áp máy biến áp, tụ bù và kháng bù nhằm cải thiện điện áp, giảm tổn thất truyền tải và tăng cường dự phòng công suất phản kháng. Đây là yếu tố đặc biệt quan trọng trong các thời điểm phụ tải cao, khi hệ thống điện miền Bắc vận hành gần giới hạn ổn định điện áp.
Trên cơ sở các nghiên cứu ổn định điện áp và đánh giá an ninh động, NSMO đã xây dựng hệ thống cảnh báo nguy cơ mất ổn định điện áp trên nền tảng SCADA. Hệ thống đồng thời giám sát điện áp tại các nút trọng điểm, mức dự phòng công suất phản kháng và các chỉ tiêu đặc trưng phản ánh mức độ an toàn của hệ thống.
Có thể hình dung các chỉ số này giống như những đèn cảnh báo trên bảng điều khiển của một chiếc ô tô. Khi một thông số tiến gần ngưỡng nguy hiểm, hệ thống sẽ phát tín hiệu cảnh báo để điều độ viên có đủ thời gian triển khai các biện pháp ứng phó cần thiết.
Sự kết hợp giữa DSA, giám sát công suất phản kháng và hệ thống cảnh báo thời gian thực đã tạo thành lớp phòng thủ đầu tiên trong chiến lược vận hành chủ động của NSMO.
Bên cạnh đó, sự phát triển nhanh của hệ thống điện cũng đòi hỏi công tác điều độ cũng phải thay đổi tương ứng. Nếu trước đây trọng tâm chủ yếu là xử lý các vấn đề khi chúng xảy ra, thì ngày nay mục tiêu quan trọng hơn là nhận diện rủi ro từ sớm và chuẩn bị phương án ứng phó trước khi hệ thống tiến gần các giới hạn vận hành.
Còn nữa....
