Điều độ hệ thống điện quốc gia làm gì: từ kế hoạch năm tới từng giây

Điều độ hệ thống điện quốc gia là bộ phận chỉ huy vận hành toàn bộ lưới điện: quyết định nhà máy nào phát bao nhiêu, đường dây nào đóng hay cắt, và xử lý sự cố khi có chuyện. Việc của họ gói trong một câu: lúc nào điện phát ra cũng phải bằng điện tiêu thụ cộng tổn thất, giữ cho tần số và điện áp nằm trong giới hạn, với chi phí hợp lý nhất. Họ không sở hữu nhà máy hay đường dây, nhưng trong lúc vận hành, mọi đơn vị trên lưới phải làm theo lệnh của họ.

Vì sao lưới điện cần một "nhạc trưởng"

Điện khác hầu hết hàng hoá ở chỗ gần như không cất kho được ở quy mô lớn. Gạo xay ra có thể nằm trong kho vài tháng. Xăng lọc ra có thể chứa trong bồn. Còn điện phát ra ở nhà máy thuỷ điện trên núi phải được tiêu thụ gần như cùng lúc ở một cái quạt, một máy bơm, một dây chuyền nhà máy cách đó hàng trăm cây số.

Hàng trăm nhà máy và hàng chục triệu hộ dùng điện được nối với nhau qua một mạng duy nhất. Không ai trong số đó tự biết người khác đang làm gì. Nhà máy than không biết trưa nay mây kéo qua làm điện mặt trời tụt. Hộ gia đình bật điều hoà không hỏi ý ai. Nếu không có một nơi nhìn toàn cảnh và ra quyết định, lưới sẽ lệch cân bằng trong vài giây, tần số trôi đi, và các thiết bị bảo vệ bắt đầu tự cắt.

Vì thế mọi hệ thống điện lớn trên thế giới đều có một trung tâm điều độ. Ở châu Âu và Mỹ họ thường gọi là đơn vị vận hành hệ thống truyền tải (TSO) hay đơn vị vận hành hệ thống độc lập (ISO). Tên gọi khác nhau, nhưng nghề thì giống: giữ cho cung và cầu khớp nhau từng giây.

Bộ máy điều độ ở Việt Nam được chia cấp thế nào

Hệ thống điện Việt Nam được hợp nhất thành một lưới thống nhất ba miền từ năm 1994, khi đường dây 500 kV Bắc – Nam đóng điện. Từ đó việc điều độ được tổ chức theo nhiều cấp, mỗi cấp có quyền điều khiển một phần lưới riêng, gọi là "quyền điều khiển". Một thiết bị chỉ thuộc quyền điều khiển của đúng một cấp, để không bao giờ có hai người cùng ra lệnh cho một máy cắt.

Tiền thân của cấp điều độ quốc gia là Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia, trong ngành quen gọi là A0; các điều độ miền gọi là A1 (miền Bắc), A2 (miền Nam), A3 (miền Trung). Từ năm 2024, chức năng điều độ quốc gia và vận hành thị trường điện được giao cho Công ty TNHH MTV Vận hành hệ thống điện và thị trường điện quốc gia (NSMO), tách khỏi Tập đoàn Điện lực Việt Nam. Ý nghĩa của việc tách này là người điều khiển lưới đứng độc lập với các bên bán điện, một nguyên tắc nhiều nước cũng áp dụng.

Bốn nhịp thời gian của nghề điều độ

Người ngoài hay hình dung điều độ viên chỉ ngồi nhìn màn hình và bấm nút. Thực ra phần lớn việc đã được chuẩn bị từ trước, theo các nhịp thời gian lồng vào nhau.

Năm và tháng

Kế hoạch vận hành năm tính xem mùa khô cần bao nhiêu nước trong hồ, mùa nào nhiệt điện phải gánh nhiều, tổ máy nào được nghỉ đại tu vào lúc nào. Đại tu một tổ máy lớn mất vài tuần, nên phải xếp vào mùa phụ tải thấp hoặc mùa nước nhiều. Lịch cắt điện để sửa chữa đường dây cũng được xếp ở nhịp này.

Tuần và ngày

Mỗi ngày, bộ phận phương thức dự báo phụ tải cho ngày hôm sau theo từng chu kỳ (thường là từng giờ hoặc nửa giờ), dựa trên thời tiết, ngày trong tuần, lễ Tết. Từ đó lập lịch huy động: tổ máy nào chạy, chạy ở công suất nào, lúc nào khởi động thêm. Đây cũng là lúc cân nhắc giới hạn truyền tải: có khi điện ở miền Trung rẻ nhưng đường dây không chở được thêm ra Bắc, đành phải chạy nhà máy đắt hơn ở gần nơi dùng.

Giờ và phút

Trong ca trực, điều độ viên bám theo biểu đồ thực tế. Phụ tải lệch so với dự báo, mây kéo qua một vùng điện mặt trời, một tổ máy báo trục trặc: mỗi lần như vậy họ ra lệnh cho nhà máy tăng hoặc giảm công suất, gọi thêm tổ máy dự phòng.

Giây

Ở thang giây, con người không kịp phản ứng. Việc cân bằng được giao cho bộ điều tốc của từng tổ máy và hệ thống tự động điều chỉnh công suất (AGC) do trung tâm điều độ cài đặt. Điều độ viên đặt quy tắc, máy móc thi hành.

Trong phòng điều khiển có gì

Hình ảnh quen thuộc của mọi trung tâm điều độ là một bức tường màn hình lớn hiển thị sơ đồ lưới điện, các đường dây đổi màu theo mức mang tải. Phía sau bức tường ấy là hệ thống SCADA/EMS: SCADA thu thập dữ liệu đo đếm từ trạm biến áp và nhà máy vài giây một lần, gửi lệnh điều khiển xuống; EMS là bộ phần mềm tính toán trào lưu công suất, đánh giá an ninh lưới, mô phỏng "nếu đường dây này cắt thì chuyện gì xảy ra".

Một ca trực điển hình có trưởng ca (điều độ viên chính), một hoặc vài điều độ viên phụ, kỹ sư theo dõi phương thức, và bộ phận kỹ thuật SCADA trực hỗ trợ. Mọi cuộc gọi trên đường dây điều độ đều được ghi âm. Mọi lệnh được ghi vào sổ nhật ký vận hành kèm giờ phút. Ca sau nhận ca bằng cách đọc nhật ký, nghe bàn giao trực tiếp về các thiết bị đang sửa chữa, các điểm cần chú ý.

Điều độ viên được đào tạo nhiều năm và phải qua sát hạch mới được trực chính. Nhiều trung tâm trên thế giới dùng máy mô phỏng huấn luyện (DTS), dựng lại các sự cố cũ để học viên xử lý trên mô hình trước khi gặp thật.

Khi có sự cố: thứ tự ưu tiên

Khi một đường dây nhảy hoặc một tổ máy lớn rớt, điều độ viên không có nhiều thời gian. Nguyên tắc xử lý của hầu hết các hệ thống điện đều theo một thứ tự tương tự:

1. An toàn cho người và thiết bị trước hết: không đóng lại một đường dây khi chưa chắc không có người đang làm việc hay sự cố chưa được loại trừ.
2. Ngăn sự cố lan rộng: giảm tải cho các đường dây đang quá tải, huy động dự phòng để kéo tần số về.
3. Giữ điện cho phụ tải quan trọng: bệnh viện, hệ thống cấp nước, thông tin liên lạc.
4. Khôi phục từng bước phần lưới bị mất điện, theo trình tự đã tính sẵn.
5. Tìm nguyên nhân và ghi nhận để rút kinh nghiệm, sau khi lưới đã ổn định.

Phần lớn sự cố hằng ngày diễn ra mà người dùng không hề hay biết: một đường dây 220 kV bị sét đánh, máy cắt tự đóng lại sau chưa đầy một giây, lưới vẫn chạy. Chỉ những sự cố chồng sự cố mới lọt ra thành mất điện.

Điều độ "kinh tế" và điều độ "an ninh"

Hai mục tiêu của nghề luôn kéo nhau. Mục tiêu kinh tế muốn huy động nhà máy rẻ nhất trước, theo thứ tự gọi là "thứ tự huy động" (merit order). Mục tiêu an ninh lại đòi giữ một số tổ máy chạy non tải để làm dự phòng, giữ điện áp ở vùng xa, hoặc phân bố công suất sao cho đường dây không bị quá tải nếu một phần tử bất kỳ hỏng (tiêu chí N-1).

Từ khi có thị trường điện cạnh tranh, phần "kinh tế" được quyết định một phần qua giá chào của các nhà máy. Nhưng điều độ vẫn có quyền can thiệp khi an ninh hệ thống bị đe doạ. Câu quen thuộc trong nghề: thị trường quyết định ai phát, vật lý quyết định có phát được không.

Góc nhìn hôm nay: người dùng điện liên quan gì

Người dùng điện bình thường không bao giờ nói chuyện với điều độ viên quốc gia. Nhưng có vài điều đáng biết:

• Lịch cắt điện để sửa chữa mà công ty điện lực địa phương thông báo trước chính là sản phẩm của khâu lập kế hoạch nói trên. Xem lịch đó để chuẩn bị nước, sạc điện thoại, sắp việc.
• Giờ cao điểm trên hoá đơn tồn tại vì lưới phải huy động những nhà máy đắt nhất vào khung giờ đó. Dời việc dùng điện nặng (giặt, bơm nước, sạc xe) ra ngoài khung giờ ấy là cách người dùng góp phần trực tiếp vào việc cân bằng.
• Khi mất điện, gọi tổng đài chăm sóc khách hàng của điện lực địa phương để báo. Đừng tự lại gần dây điện đứt hay tủ điện; đó là việc của thợ có trang bị.

Muốn tìm hiểu sâu hơn, có thể đọc các quy định về quy trình điều độ hệ thống điện do Bộ Công Thương ban hành, vốn được công khai trên cổng văn bản pháp luật. Nhiều trung tâm điều độ nước ngoài như của Pháp, Anh, Úc công bố số liệu phụ tải, cơ cấu nguồn theo thời gian thực trên trang web; ngồi xem biểu đồ đó một ngày là hiểu được nhịp sống của một lưới điện.