Trong hệ thống điện truyền thống, điện năng được sản xuất tại các nhà máy tập trung, truyền tải qua lưới cao áp, rồi phân phối đến khách hàng. Quá trình này tạo ra dòng công suất một chiều từ nguồn đến tải, với cơ chế điều độ và bảo vệ được thiết kế xoay quanh giả định duy nhất đó.
Khi xuất hiện DER (Distributed Energy Resources), tức các nguồn điện phân tán như điện mặt trời áp mái, tua-bin gió nhỏ, pin lưu trữ hay máy phát cục bộ, khách hàng không còn chỉ tiêu thụ mà có thể trở thành “nhà máy điện nhỏ”. Việc đấu nối DER là quá trình kết nối những nguồn phân tán này vào lưới điện, tạo ra dòng công suất hai chiều và làm thay đổi bản chất vận hành truyền thống.
Xem thêm:
Bối cảnh và nguyên nhân biến động giá điện spot
Tại sao giá điện spot xuất hiện trong thị trường điện cạnh tranh
Đặt trưng dòng điện sự cố của nguồn năng lượng tái tạo
Hiện tượng phát sinh khi đấu nối nguồn điện phân tán.
Khi một hộ gia đình lắp điện mặt trời và phát nhiều hơn mức tiêu thụ, phần dư sẽ chảy ngược lên lưới. Sự đảo chiều công suất này khiến điện áp tại điểm đấu nối có thể tăng cao, gây vượt ngưỡng cho phép nếu không có điều tiết.
Ngoài ra, khi mây che nắng làm sản lượng giảm đột ngột, lưới phải phản ứng tức thì để cân bằng, tạo ra dao động tần số. Hiện tượng này chưa từng xảy ra trong mô hình truyền thống, nơi các nhà máy lớn được điều khiển tập trung và phụ tải hầu như chỉ biến đổi theo quy luật dự báo.
Việc đấu nối DER làm thay đổi vai trò của cả khách hàng lẫn đơn vị vận hành lưới. Người tiêu dùng trở thành “prosumer” – vừa sản xuất vừa tiêu thụ điện. Với quy mô lớn, hàng nghìn DER phân tán có thể ảnh hưởng đến độ ổn định điện áp, tần số, cũng như sự chọn lọc tác động của bảo vệ rơle.
Vì vậy, tiêu chuẩn IEEE 1547 ra đời nhằm quy định các yêu cầu tối thiểu để DER hòa lưới an toàn, bao gồm phản ứng trong điều kiện bất thường, chống đảo lưới, giới hạn sóng hài và chất lượng điện năng. Điều này có ý nghĩa không chỉ ở góc độ kỹ thuật, mà còn liên quan đến tính minh bạch, công bằng trong thị trường điện cạnh tranh.
Trước đây, công suất phát luôn lớn hơn phụ tải để đảm bảo dự phòng. Giờ đây, khi DER tham gia, có những thời điểm công suất phân tán vượt nhu cầu cục bộ, làm thay đổi luồng điện trong lưới phân phối. Các hệ thống bảo vệ vốn cài đặt theo hướng từ trạm xuống tải nay phải tính đến dòng ngược từ DER.
Thậm chí, trong tình huống lưới bị sự cố mất nguồn, các DER vẫn có thể duy trì một “đảo điện” (islanding). Nếu không có chức năng chống đảo lưới, việc này gây nguy hiểm cho nhân viên vận hành khi tưởng rằng lưới đã mất điện hoàn toàn.
Một chỉ số quan trọng trong phân tích đấu nối DER là tỷ số ngắn mạch (Short Circuit Ratio – SCR):
(1) 
Trong đó, S_sc là công suất ngắn mạch tại điểm đấu nối (MVA), còn P_D E R là công suất định mức của nguồn phân tán (MW). Giá trị SCR càng cao chứng tỏ lưới đủ “mạnh” để hấp thụ biến động từ DER mà không gây dao động lớn. Ngược lại, nếu SCR thấp, lưới yếu và dễ bị mất ổn định khi công suất DER thay đổi nhanh. Công thức này được IEEE 1547.7 sử dụng như cơ sở đánh giá mức độ tác động của DER lên hệ thống
Tiêu chuẩn điều chỉnh và khả năng tương tác
Bản gốc IEEE 1547 (2003) chỉ tập trung vào an toàn và tính kỹ thuật cơ bản. Nhưng đến 2014, Amendment 1 đã cho phép DER tham gia vào việc hỗ trợ lưới, bao gồm điều chỉnh điện áp và chịu đựng dao động tần số (ride-through).
Đồng thời, bộ tiêu chuẩn IEEE 2030 bổ sung khía cạnh tương tác, cho phép DER trao đổi dữ liệu, giám sát từ xa và tích hợp với công nghệ thông tin trong Smart Grid. Nhờ vậy, DER không chỉ đơn thuần là nguồn điện nhỏ lẻ, mà trở thành một phần hữu cơ trong hệ thống điện thông minh, có thể được điều khiển và tối ưu hóa theo thời gian thực.
Hệ quả vận hành và kinh tế
Sự phổ biến của DER khiến các đơn vị điều độ phải thay đổi chiến lược. Thay vì quản lý vài trăm nhà máy lớn, họ phải giám sát hàng trăm nghìn nguồn nhỏ. Điều này đặt ra yêu cầu cao về hạ tầng truyền thông và mô hình điều khiển phân tán.
Tuy nhiên, lợi ích mang lại cũng rất rõ ràng: giảm tải cho đường dây truyền tải, tăng độ linh hoạt, giảm phát thải và hỗ trợ mục tiêu phát triển năng lượng tái tạo. Về kinh tế, việc đấu nối DER minh bạch còn giúp hình thành các mô hình kinh doanh điện mới, nơi khách hàng có thể tham gia thị trường điện bán buôn thông qua các cơ chế đo đếm hai chiều.
Đấu nối DER không chỉ là một yêu cầu kỹ thuật, mà là bước ngoặt làm thay đổi cách vận hành lưới điện. Từ dòng một chiều truyền thống, hệ thống đã chuyển sang dòng hai chiều với sự tham gia chủ động của người tiêu dùng. Các tiêu chuẩn như IEEE 1547 và IEEE 2030 đóng vai trò trụ cột, đảm bảo rằng quá trình chuyển đổi này diễn ra an toàn, minh bạch và hiệu quả.
Trong thực tế, khi Việt Nam đang khuyến khích điện mặt trời mái nhà và microgrid, việc hiểu rõ và áp dụng đúng các quy định đấu nối DER sẽ là chìa khóa để xây dựng một lưới điện thông minh, bền vững và đáng tin cậy cho tương lai.
Nguồn: Báo cáo kỹ thuật của NREL (IEEE 1547 and 2030 Standards for Distributed Energy Resources Interconnection and Interoperability with the Electricity Grid)