Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Đánh giá ảnh hưởng của mức độ thâm nhập của nguồn điện mặt trời trên lưới điện phân phối huyện Gia Lâm

Chia sẻ: Cảnh Phương Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:77

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Đánh giá ảnh hưởng của mức độ thâm nhập của nguồn điện mặt trời trên lưới điện phân phối huyện Gia Lâm" nhằm đánh giá ảnh hưởng của mức độ thâm nhập của nguồn mặt trời tới phân bố điện áp của xuất tuyến trung áp nói trên. Khuyến cáo về mật độ hoặc vị trí đặt các nguồn điện mặt trời trên xuất tuyến trung áp nói trên. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Đánh giá ảnh hưởng của mức độ thâm nhập của nguồn điện mặt trời trên lưới điện phân phối huyện Gia Lâm

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC TRƢƠNG ĐẠI DƢƠNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ THÂM NHẬP CỦA NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN GIA LÂM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN HÀ NỘI, 2023
BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC TRƢƠNG ĐẠI DƢƠNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ THÂM NHẬP CỦA NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN GIA LÂM Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số : 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Trần Anh Tùng HÀ NỘI, 2023
LỜI CẢM ƠN Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới TS. Trần Anh Tùng đã tận tình hƣớng dẫn để hoàn thành luận văn, đồng thời tác giả cũng bày tỏ lòng cảm ơn tới Thầy/Cô giảng dạy trong suốt quá trình học tập tại trƣờng Đại học Điện lực. Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho công việc học tập và nghiên cứu. Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới các Công ty Điện lực Gia Lâm đã giúp đỡ, cung cấp số liệu phục vụ cho quá trình nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023 Tác giả Trƣơng Đại Dƣơng
LỜI CAM ĐOAN Tác giả cam đoan đã sử dụng các tài liệu tham khảo của các tác giả, các nhà khoa học và các luận văn đƣợc trích dẫn trong phụ lục ―Tài liệu tham khảo‖ cho việc nghiên cứu và viết luận văn của mình. Tác giả cam đoan về các số liệu và kết quả tính toán đƣợc trình bày trong luận văn là hoàn toàn do tác giả tự tìm hiểu và thực hiện trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn của mình, không sao chép và chƣa đƣợc sử dụng cho đề tài luận văn nào khác. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023 Tác giả Trƣơng Đại Dƣơng
MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................... i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ i DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................... ii DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................... iii I. MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................1 3. Nhiệm vụ nghiên cứu: ..........................................................................................1 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................2 5. Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................................2 II. NỘI DUNG .................................................................................................. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ......................................................... 3 1.1. Tổng quan nghiên cứu trong nƣớc ..................................................................3 1.2. Tổng quan nghiên cứu ngoài nƣớc ..................................................................5 1.2.1. Tổn thất công suất .......................................................................................6 1.2.2. Trào lƣu công suất ngƣợc ...........................................................................6 1.2.3. Sự tăng điện áp ............................................................................................7 1.2.4. Biến động công suất phản kháng ................................................................7 1.2.5. Tần số ..........................................................................................................8 1.2.6. Ổn định động của điện áp ...........................................................................8 1.2.7. Dòng điện sự cố ..........................................................................................9 1.2.8. Phát hiện sự cố ..........................................................................................10 1.3. Nghiên cứu các tiêu chuẩn về chất lƣợng điện áp trên lƣới điện phân phối ..................................................................................................................................10 1.3.1. Tiêu chuẩn Việt Nam ................................................................................10 1.3.2. Tiêu chuẩn IEC 60038-2009 .....................................................................13 1.3.3. Tiêu chuẩn Châu Âu .................................................................................21 1.3.4. Tiêu chuẩn IEEE .......................................................................................25 1.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của chất lƣợng điện áp tới phụ tải và hệ thống điện ..................................................................................................................................28 i
1.4.1. Ảnh hƣởng đến phụ tải tiêu thụ điện .........................................................28 1.4.2. Ảnh hƣởng đến hệ thống điện ...................................................................29 1.5. Một số giải pháp để nâng cao mức độ thâm nhập của điện mặt trời trên lƣới điện ...................................................................................................................30 1.5.1. Quản lý nhu cầu ........................................................................................30 1.5.2. Bộ điều áp dƣới tải ....................................................................................31 1.5.3. Điều khiển công suất phản kháng .............................................................32 1.5.4. Hệ thống tích trữ năng lƣợng ....................................................................33 1.5.5. Bộ biến tần thông minh .............................................................................33 1.6. Đặc điểm bức xạ mặt trời tại Việt Nam ........................................................34 1.7. Kết luận chƣơng 1 ........................................................................................... 36 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI BẰNG CHƢƠNG TRÌNH QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ ................................. 37 2.1. Giới thiệu chƣơng trình quá độ điện từ EMTP-RV.....................................37 2.2. Mô hình mô phỏng xuất tuyến 483E1.38 của công ty điện lực Gia Lâm ...38 2.2.1. Mô phỏng các phần tử của lƣới điện .........................................................42 2.2.2. Mô hình mô phỏng xuất tuyến trong các kịch bản có mức độ thâm nhập PV khác nhau ......................................................................................................44 2.3. Kết luận chƣơng 2 ........................................................................................... 48 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ẢNH HƢỞNG NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI ĐẾN XUẤT TUYẾN 483E1.38 ........................................ 49 3.1. Ảnh hƣởng của mức độ thâm nhập của điện mặt trời tới điện áp .............49 3.2. Ảnh hƣởng của mức độ thâm nhập của điện mặt trời tới tổn thất công suất trên lƣới ...........................................................................................................52 3.3. Ảnh hƣởng của mức độ thâm nhập của điện mặt trời tới dòng điện ngắn mạch .........................................................................................................................53 3.4. Kết luận chƣơng 3 ........................................................................................... 58 III. KẾT LUẬN .............................................................................................. 59 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................. 61 ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nguyên nghĩa 1 DG Distributed Generation 2 PV Photovoltaic 3 RPF Reverse Power Flow 4 BVRL Bảo vệ rơ le 5 PCC Point of Common Coupling 6 OLTC On Load Tap Changer i
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Sự thay đổi của dòng ngắn mạch phụ thuộc vào mức độ thâm nhập của PV. .........................................................................................................................9 Bảng 1-2: Độ biến dạng sóng hài điện áp. ....................................................................12 Bảng 1-3: Mức nhấp nháy điện áp. ...............................................................................12 Bảng 1-4: Hệ thống điện xoay chiều có điện áp danh định từ 100 V tới 1000 V ..........15 Bảng 1-5: Hệ thống điện dùng cho phƣơng tiện vận tải dùng điện một chiều và phƣơng tiện vận tải dùng điện xoay chiều .................................................................17 Bảng 1-6: Hệ thống xoay chiều ba pha có điện áp danh định trong khoảng 1÷35 kV và các thiết bị liên quan. ....................................................................................18 Bảng 1-7: Hệ thống ba pha xoay chiều có điện áp danh định trong khoảng 35 kV÷230kV và các thiết bị liên quan .............................................................. 19 Bảng 1-8: Hệ thống ba pha xoay chiều có điện áp cao nhất dùng cho thiết bị vƣợt quá 245 kV ...........................................................................................................20 Bảng 1-9: Hệ thống điện dùng cho phƣơng tiện vận tải dùng điện một chiều và phƣơng tiện vận tải dùng điện xoay chiều .................................................................21 Bảng 1-10: Hệ thống ba pha xoay chiều có điện áp danh định trong khoảng 1÷35 kV và thiết bị có liên quan ..................................................................................22 Bảng 1-11: Hệ thống ba pha xoay chiều có điện áp danh định trên 35 kV nhƣng không vƣợt quá 230 kV và thiết bị có liên quan* ....................................................23 Bảng 1-12: Thiết bị có điện áp danh định thấp hơn 120V xoay chiều hoặc thấp hơn 750V một chiều ............................................................................................. 23 Bảng 2-1: Các kịch bản về công suất trạm biến áp có PV và vị trí đặt của nguồn mặt trời trên xuất tuyến. .......................................................................................38 Bảng 2-2: Thông số mô phỏng nguồn điện. ..................................................................42 Bảng 3-1: Mức độ quá áp trong các kịch bản có mức độ thâm nhập PV khác nhau trên xuất tuyến 483E1.38......................................................................................52 Bảng 3-2: Tổn thất công suất tác dụng trong các kịch bản có mức độ thâm nhập PV khác nhau. .....................................................................................................53 ii
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Ƣớc tính lƣợng công suất PV đến năm 2023 .............................................5 Hình 1-2: Mật độ bức xạ mặt trời tại các khu vực của Việt Nam [61].....................35 Hình 2-1: Minh họa mô phỏng lƣới điện tích hợp nguồn điện mặt trời bằng EMTP- RV .............................................................................................................38 Hình 2-2: Thông số mô phỏng các module PV trên xuất tuyến. ...............................39 Hình 2-3: Đặc tính V-P của các tấm pin mặt trời đƣợc mô phỏng. .........................39 Hình 2-4: Thông số bộ điều khiển inverter. ..............................................................40 Hình 2-5: Sơ đồ khối thuật toán vòng khóa pha PLL. ..............................................41 Hình 2-6: Thông số mô phỏng của một cụm điện mặt trời điển hình trên xuất tuyến 483E1.38. ..................................................................................................42 Hình 2-7: Thông số các đoạn đƣờng dây trên xuất tuyến 483E1.38. .......................43 Hình 2-8: Thông số mô phỏng phụ tải tại 1 trạm biến áp trên xuất tuyến 483E1.38. ..................................................................................................................44 Hình 2-9: Mô hình xuất tuyến 483E1.38 khi không có nguồn mặt trời (kịch bản cơ sở). ............................................................................................................45 Hình 2-10: Mô hình xuất tuyến 483E1.38 trong các kịch bản 2, 4, 6, 8 với nguồn mặt trời nằm giữa xuất tuyến. ..................................................................46 Hình 2-11: Mô hình xuất tuyến 483E1.38 trong các kịch bản 3, 5, 7, 9 với nguồn mặt trời nằm đầu và cuối xuất tuyến. .......................................................47 Hình 3-1: Phân bố điện áp trên xuất tuyến trong các kịch bản 1;2 và 3..................49 Hình 3-2: Phân bố điện áp trên xuất tuyến trong các kịch bản 1;4 và 5..................50 Hình 3-3: Phân bố điện áp trên xuất tuyến trong các kịch bản 1;6 và 7..................51 Hình 3-4: Phân bố điện áp trên xuất tuyến trong các kịch bản 1;8 và 9..................51 Hình 3-5: Mô phỏng ngắn mạch 3 pha trên xuất tuyến. ...........................................54 Hình 3-6: Thông số ngắn mạch ba pha trên xuất tuyến............................................55 Hình 3-7: Dòng ngắn mạch 3 pha (pha A) của kịch bản cơ sở (màu xanh) và kịch bản 7,5MVA PV nằm giữa xuất tuyến. .....................................................55 Hình 3-8: Dòng ngắn mạch 3 pha (pha A) của kịch bản cơ sở (màu xanh) và kịch bản 10MVA PV nằm giữa xuất tuyến. ......................................................56 iii
Hình 3-9: Dòng ngắn mạch 3 pha (pha A) của kịch bản cơ sở (màu xanh) và kịch bản 12,5 MVA PV nằm giữa xuất tuyến. ..................................................56 Hình 3-10: Dòng ngắn mạch 3 pha (pha A) của kịch bản cơ sở (màu xanh) và kịch bản 30 MVA PV nằm giữa xuất tuyến. .....................................................57 Hình 3-11: Tổng hợp trị số dòng ngắn mạch trong các kịch bản có và không có các hệ PV.........................................................................................................57 iv
I. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Sự phát triển của nguồn điện phân tán nói chung và nguồn điện mặt trời nói riêng là tất yếu trong bối cảnh các nguồn năng lƣợng truyền thống dần cạn kiệt cũng nhƣ để đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày càng lớn. Sự có mặt của các nguồn điện mặt trời ngày càng sâu rộng trên lƣới điện phân phối bên cạnh lợi ích rất lớn về khả năng đáp ứng nhu cầu điện năng, giảm tổn thất nhờ rút ngắn khoảng cách tải điện, hiệu ứng xanh cho môi trƣờng còn dẫn đến một số vấn đề kỹ thuật cần đƣợc nghiên cứu làm rõ. Các vấn đề này xoay quanh khả năng thích ứng của lƣới điện phân phối trong hình thái mới khi lúc này ngoài nguồn điện từ các trạm biến áp 110kV còn xuất hiện thêm rất nhiều nguồn điện phân tán đặt trên xuất tuyến đấu nối vào các đƣờng trục hoặc nhánh rẽ thông qua các máy biến áp phân phối. Trong bối cảnh đó, khả năng tải của các đƣờng dây cần phải đƣợc xem xét và kiểm tra cẩn thận. Mặt khác, vấn đề bảo vệ lƣới điện khi sự cố xảy ra cũng thay đổi về bản chất khi xuất hiện các dòng công suất ngƣợc trong lƣới. Bên cạnh đó, sự phân bố điện áp trong lƣới điện lúc này cũng thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào mật độ nguồn mặt trời tính theo đơn vị diện tích và công suất của các cụm nguồn này. Trƣớc những thách thức trên, việc nghiên cứu mức độ thâm nhập của nguồn điện mặt trời đến các chỉ tiêu kỹ thuật là hết sức cần thiết cho công tác quy hoạch, thiết kế và vận hành lƣới điện phân phối trong tình hình mới. 2. Mục đích nghiên cứu Đánh giá ảnh hƣởng của mức độ thâm nhập của nguồn mặt trời tới trào lƣu công suất (khả năng tải) của một xuất tuyến trung áp. Đánh giá ảnh hƣởng của mức độ thâm nhập của nguồn mặt trời tới phân bố điện áp của xuất tuyến trung áp nói trên. Khuyến cáo về mật độ hoặc vị trí đặt các nguồn điện mặt trời trên xuất tuyến trung áp nói trên. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu: Tổng hợp các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về các vấn đề liên quan đến mục tiêu nghiên cứu của đề tài; 1
Thu thập dữ liệu đặc tính bức xạ mặt trời tại khu vực địa lý nghiên cứu; thu thập dữ liệu các hệ thống pin mặt trời điển hình; Nghiên cứu các mô hình mô phỏng nguồn điện, nguồn mặt trời, tải, đƣờng dây trong chƣơng trình quá độ điện từ EMTP-RV; Phân tích kịch bản xuất hiện nguồn mặt trời trên xuất tuyến nghiên cứu. 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Xác định mức độ thâm nhập tối đa của nguồn mặt trời trên xuất tuyến này. Xác định ảnh hƣởng của từng mức độ thâm nhập của nguồn mặt trời tới phân bố điện áp của xuất tuyến trung áp nói trên. Sau khi xác định đƣợc mức độ thâm nhập tối đa sẽ đánh giá về ảnh hƣởng của vị trí nguồn mặt trời tới tổn thất công suất, dòng ngắn mạch của xuất tuyến. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp tổng hợp dữ liệu. Phƣơng pháp mô phỏng sử dụng chƣơng trình quá độ điện từ EMTP-RV. Phƣơng pháp phân tích và đánh giá. II. NỘI DUNG Luận văn bao gồm: Phần mở đầu, kết luận, phụ lục, danh mục tài liệu tham khảo, và nội dung của đề tài có 03 chƣơng sau: CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CHƢƠNG II: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI BẰNG CHƢƠNG TRÌNH QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ CHƢƠNG III: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ẢNH HƢỞNG NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI ĐẾN XUẤT TUYẾN 483E1.38 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. Tổng quan nghiên cứu trong nƣớc Việt Nam đƣợc xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lƣợng mặt trời, ở khu vực miền trung và miền nam của đất nƣớc, với cƣờng độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2/ngày, đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh miền trung và miền nam vào khoảng 300 ngày/năm. Năng lƣợng mặt trời đƣợc sử dụng chủ yếu cho các mục đích sản xuất điện và cung cấp nhiệt. Tính đến năm 2020, tổng công suất lắp đặt năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam đã vƣợt 16,6 GW, chiếm 24 % tổng công suất lắp đặt của lƣới điện quốc gia. Theo dự thảo gần đây của Quy hoạch Năng lƣợng Việt Nam (PDP) VIII, đến năm 2030 điện mặt trời 18,6 GW và điện gió là 18 GW (30% tổng công suất lắp đặt sẽ đƣợc kết nối vào lƣới điện). Theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh, Chính phủ chủ trƣơng khuyến khích đẩy nhanh phát triển nguồn điện sử dụng NLMT, bao gồm cả nguồn tập trung lắp đặt trên mặt đất và nguồn phân tán lắp đặt trên mái nhà; đƣa tổng công suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể từ năm 2016 lên khoảng 850 MW vào năm 2020, khoảng 4.000MW vào năm 2025 và khoảng 12.000 MW vào năm 2030. Tuy nhiên, trong 2 năm gần đây triển khai Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg của Thủ tƣớng Chính phủ, về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam, đã tạo ra ―cú hích‖ với hàng loạt dự án đầu tƣ sắp đi vào hoạt động. Dữ liệu đến hết tháng 9/2018 của Bộ Công Thƣơng cho biết, 121 dự án đƣợc phê duyệt bổ sung vào quy hoạch điện quốc gia và cấp tỉnh với tổng công suất phát điện đến 2020 là 6.100 MW và 2030 là 7.200 MW. Trong số này 25 dự án đã ký hợp đồng mua bán điện (PPA) với Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và 70 dự án thẩm định thiết kế cơ sở. Ngoài ra, còn 221 dự án đang xếp hàng chờ phê duyệt, công suất đăng ký hơn 13.000 MW. Nhƣ vậy tổng công suất đã bổ sung và đăng ký lên tới gần 26.000MW vƣợt hơn gấp đôi so với Quy hoạch điện VII điều chỉnh. Đặc biệt trong năm 2019, rất nhiều nhà đầu tƣ chạy đua với mục tiêu đƣợc cấp chứng nhận vận hành thƣơng mại (COD) trƣớc ngày 30/6/2019. Theo kế hoạch có 88 nhà máy điện mặt trời đóng điện trong quý 2/2019. Đến hết tháng 5/2019 đã có 47 dự án điện mặt trời với công suất 2.300 MW đƣợc đấu nối vào lƣới điện quốc gia. Dự kiến, 41 dự án còn lại sẽ đóng điện trong tháng 6 với tổng công suất 2.500 MW, với tốc độ đóng điện trung bình 10 nhà máy/tuần. Với nhu cầu điện tăng trƣởng khoảng 10%/năm, Việt Nam cần bổ sung khoảng 3.500-4.000 MW công suất nguồn điện mới mỗi năm. Và việc bổ sung nhanh chóng 3
nguồn điện mặt trời là vô cùng cần thiết. Tuy nhiên, NLMT có tính chất không ổn định gây không ít khó khăn trong việc vận hành hệ thống điện để cân đối cung – cầu, đảm bảo an ninh năng lƣợng quốc gia. Ngoài ra khi NMĐMT tham gia vào hệ thống còn ảnh hƣởng đến độ ổn định của hệ thống, thay đổi hệ thống rơle bảo vệ, chất lƣợng điện năng. Do đó nhà máy điện mặt trời khi nối lƣới phải đáp ứng một số yêu cầu nhƣ: khả năng điều chỉnh tần số, khả năng điều chỉnh công suất phản kháng và điện áp, thành phần thứ tự nghịch, sóng hài, độ nhấp nháy điện áp, yêu cầu về ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố. Một số công trình nghiên cứu đã đề cập đến các khía cạnh của vấn đề này nhƣ nghiên cứu sử dụng chƣơng trình PSS/E đánh giá ảnh hƣởng của điện mặt trời tới lƣới điện phân phối huyện Đức Phổ [1]. Mức độ mang tải của các đƣờng dây lân cận nhà máy điện mặt trời Đầm An Khê với công suất 8,5MW đƣợc đánh giá không thay đổi nhiều khi có sự tham gia của điện mặt trời. Mức biến động dòng tải trong chế độ cực đại dao động từ -14% đến 21%. Bên cạnh đó, mức độ tổn thất điện áp giảm khi có sự tham gia của điện mặt trời. Ảnh hƣởng của nhà máy điện mặt trời Fujiwara đến dòng ngắn mạch của lƣới điện phân phối tỉnh Bình Định đƣợc làm rõ trong nghiên cứu sử dụng chƣơng trình PSCAD [1]. Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng nhà máy điện mặt trời Fujiwara Bình Định đảm bảo yêu cầu duy trì đƣợc khả năng phát điện trong khoảng thời gian 150ms khi có sự cố ngắn mạch nặng nề nhất tại thanh cái nhà máy và đang phát ở công suất 42MW. Khi sự cố đƣợc giải trừ trong khoảng thời gian này nhà máy tiếp tục phát công suất để ổn định chế độ vận hành. Đánh giá ảnh hƣởng của nhà máy điện mặt trời Phong Điền đến lƣới điện phân phối tỉnh Thừa Thiên Huế đƣợc giới thiệu trong nghiên cứu [2]. Các tác giả đã phân tích ổn định động của hệ thống điện đƣợc cải thiện khi có sự tham gia của nhà máy Phong Điền với dao động tần số khi có sự cố trên lƣới điện giảm từ 0,15% xuống 0,02%. Tuy nhiên, điện áp của lƣới điện dao động tăng cao rõ rệt do dƣ thừa công suất phản kháng khi nhà máy bị tách khỏi lƣới. Bên cạnh đó, khía cạnh ảnh hƣởng của nguồn điện mặt trời tới hệ thống bảo vệ rơ le đƣợc báo cáo trong nghiên cứu [3]. Khi mức độ thâm nhập của PV cao, đặc biệt vị trí đấu nối gần phía nguồn lƣới hệ thống, sẽ ảnh hƣởng tới độ nhạy và tính chọn lọc cũng nhƣ sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ. Bảo vệ rơ le có thể tác động chậm, tác động sai, tác động không đúng vùng cài đặt. Vị trí đấu nối của nguồn PV cũng có ảnh hƣởng rất lớn. Điểm đấu nối càng gần đầu nguồn thì ảnh hƣởng càng lớn. Bài báo cũng có thể phát triển thêm theo hƣớng đánh giá ảnh hƣởng của chiều dài đƣờng dây tới sự làm việc của BVRL. 4
Chất lƣợng điện năng của lƣới điện do ảnh hƣởng các hệ thống điện mặt trời áp mái công suất nhỏ cũng đƣợc báo cáo trong nghiên cứu [4]. Các tác giả thực hiện mô phỏng hệ thống điện áp mái có công suất 0,48MW bằng chƣơng trình PSCAD. Các kết quả chỉ ra tổng độ méo sóng hài THD ở mức 2,8%, thấp hơn so với mức độ tối đa cho phép trên lƣới điện phân phối Việt Nam. 1.2. Tổng quan nghiên cứu ngoài nƣớc Theo báo cáo Solar Power Europe 2019 [5] trong Hình 1-1, hệ thống điện mặt trời (PV) gắn trên mái nhà vào năm 2023 đƣợc ƣớc tính là 44 GW với xác suất thấp và 76,5 GW với xác suất cao. Ngoài năng lƣợng thƣơng mại đầu tƣ, hệ thống PV trên mái nhà hoặc nhà máy là một giải pháp hiệu quả hơn để đáp ứng nhu cầu năng lƣợng. Hình 1-1: Ƣớc tính lƣợng công suất PV đến năm 2023. Gần đây, xu hƣớng toàn cầu đối với việc lắp đặt hệ thống PV trên mái nhà, và kết nối với lƣới điện phân phối tăng lên. Ngoài tính bền vững, chi phí hiệu quả, thân thiện với môi trƣờng, hệ thống PV cũng có những tác động tiêu cực tới lƣới điện nhƣ điện áp tăng, dao động điện áp, dòng công suất ngƣợc (RPF), sóng hài, biến dạng tần số, ổn định hệ thống, sự cố hệ thống và các vấn đề bảo vệ rơle, ảnh hƣởng đến điện áp và chất lƣợng điện năng của hệ thống điện. 5
Các ảnh hƣởng của hệ thống điện mặt trời tới lƣới điện phân phối có thể đƣợc tóm lƣợc qua các nghiên cứu sau đây. 1.2.1. Tổn thất công suất Tổn thất công suất phát sinh từ các bộ phận tích hợp hệ thống PV vào lƣới điện, việc sử dụng các tấm PV có đặc điểm I&V khác nhau trong cùng một hệ thống, che nắng và ô nhiễm bề mặt bảng điều khiển, tăng mức độ thâm nhập của PV [6,7]. Một trong những các kỹ thuật đƣợc sử dụng để giảm tổn thất công suất trong các hệ thống năng lƣợng tái tạo là phân tán các nguồn DG cho hệ thống. Khi DG đƣợc thêm vào hệ thống năng lƣợng tái tạo, nó phải đƣợc đặt đúng vị trí và tính toán công suất phù hợp. Nếu không, nó có thể khiến bộ nạp bị quá tải, có thể dẫn đến tổn thất công suất [8]. Nếu năng lƣợng đƣợc tạo ra từ các tấm PV vƣợt quá nhu cầu của ngƣời tiêu dùng, nó đƣợc trả lại cho lƣới điện và kết quả là, dòng điện xuất tuyến thay đổi [9]. Sự thay đổi của dòng công suất luân chuyển trong lƣới có thể đƣợc kích hoạt hơn nữa với sự thâm nhập PV ở mức độ cao [10] và kết quả là tổn thất công suất tăng lên. Trong [11], các tác giả đã đề xuất một cách tiếp cận quản lý điện áp và nhu cầu, đó là tăng đáng kể năng lực của mạng lƣới phân phối để hấp thụ và sử dụng điện năng PV cho các kho lƣu trữ pin phân tán. Các mô phỏng đã đƣợc thực hiện trong một sự mất cân bằng mạng phân phối ba pha bởi các tải thay đổi cứ sau 15 phút trong khoảng thời gian 24 giờ. Các tác giả đã phát hiện ra rằng do kết quả của bốn trƣờng hợp khác nhau, tổn thất giảm đáng kể, độ ổn định điện áp tăng lên, và do đó, chúng có thể đƣợc vận hành với chất lƣợng tốt hơn và điện áp ở mức an toàn hơn. 1.2.2. Trào lƣu công suất ngƣợc Thông thƣờng, điện năng vào lƣới điện chảy từ điện áp cao đến điện áp thấp. Điện năng tạo ra bởi PV không đƣợc sử dụng bởi ngƣời tiêu dùng đảo ngƣợc hƣớng của dòng công suất và do đó, hƣớng dòng điện thay đổi [12]. Nói chung, các hệ thống PV trên mái nhà đƣợc kết nối trực tiếp với mạng lƣới điện phân phối. Tuy nhiên, các thiết bị lƣu trữ hỗ trợ giảm sự tăng của điện áp và đảo ngƣợc dòng công suất. Mặc dù mức giảm này bị giới hạn bởi kích thƣớc của thiết bị lƣu trữ, nhƣng về cơ bản nó có thể là giảm với công suất lƣu trữ thích hợp. Trong báo cáo [13] nơi có hệ thống điện mặt trời trên mái nhà có và không có hệ thống lƣu trữ đã đƣợc quan sát, các tác giả đã kết luận rằng việc sử dụng hệ thống lƣu trữ giảm RPF xuống 44%. Trong [14], các tác giả đã đề xuất một lịch trình tiêu thụ năng lƣợng tự trị thuật toán để loại bỏ phụ tải cực đại của mức thâm nhập PV cao trên mái nhà và giảm RPF. Họ đã xây dựng chƣơng trình ngẫu nhiên do PV tạo ra một lƣợng không cố 6
định công suất. Nó đã đƣợc quan sát thấy rằng thuật toán đề xuất có thể làm giảm vấn đề gia tăng điện áp và tỷ lệ đỉnh/trung bình của tổng tải. Trong [15], một kỹ thuật giám sát đã đƣợc cải thiện để xác định trạng thái của RPF đƣợc thử nghiệm với các mức độ thâm nhập PV ở các mức cao hơn khác nhau. Những thay đổi do mức độ thâm nhập gây ra cũng nhƣ ảnh hƣởng của chuyển động của đám mây trên hệ thống đã đƣợc kiểm tra với kỹ thuật phát triển này. Khả năng năng động của kỹ thuật này đã đƣợc kiểm tra trong lƣới phân phối ba pha IEEE 34 nút. Nhờ kỹ thuật phát triển này, những thay đổi nhỏ về mức độ thâm nhập của PV có thể đƣợc dễ dàng phát hiện và có thể quan sát thấy ảnh hƣởng của việc di chuyển đám mây trên hệ thống PV. 1.2.3. Sự tăng điện áp Tăng điện áp là thách thức phổ biến nhất do RPF gây ra. Khi có công suất đƣợc tạo ra từ PV vƣợt quá mức tiêu thụ của ngƣời tiêu dùng, điện áp tại điểm đấu nối (PCC) của biến tần và lƣới tăng [16]. Giảm sự tăng điện áp trong mạng là kỹ thuật phù hợp nhất để giảm các yếu tố tiêu cực của mức độ PV cao [17]. Về vấn đề này, rất nhiều phƣơng pháp kiểm soát đã đƣợc đề xuất. Nghiên cứu [18] đã phát triển một phƣơng pháp điều khiển tích hợp sử dụng bộ bù đồng bộ tĩnh và BESS để tránh quá điện áp trong hệ thống PV, [19] đã phát triển một bộ điều khiển phối hợp của ESS phân tán với Bộ điều chỉnh điện áp (VR) thông thƣờng liên quan đến điều áp dƣới tải (OLTC) và Step VR. Trong [20] một phƣơng pháp điều khiển thông minh cho chức năng sạc/xả đã đƣợc cải thiện để sử dụng hiệu quả pin hiện có với mục đích giảm bớt vấn đề tăng điện áp. Trong [21], các tác giả đã phát triển một phƣơng pháp dựa trên chỉ số để kiểm tra tác động đối với sự gia tăng điện áp do RPF gây ra trong quá trình thâm nhập PV ở mức độ cao trong lƣới phân phối. Bằng cách kết hợp phƣơng pháp này với giảm thiểu tăng điện áp do RPF có thể đƣợc tối ƣu hóa. 1.2.4. Biến động công suất phản kháng Biến động dòng công suất phản kháng trong hệ thống DG tích hợp PV xảy ra do thƣờng xuyên bật/tắt các tụ điện, OLTC và VR đƣờng dây [22]. Mức độ cao của PV và sự biến đổi của bức xạ mặt trời tiếp tục kích hoạt sự gia tăng dao động dòng công suất phản kháng [23]. Trong [24], một công thức OPF đa mục tiêu mới đã đƣợc cải tiến để sắp xếp các dao động công suất phản kháng của bộ nghịch lƣu PV trong một PV cấp cao đƣợc tích hợp hệ thống. Cách tiếp cận đƣợc phát triển đã cho thấy sự tăng đáng kể khả năng khả năng ổn định công suất phản kháng. Điều khiển công suất tác dụng linh hoạt (APC)/công suất phản kháng theo phƣơng pháp kiểm soát (RPC) đã đƣợc phát triển dựa trên APC/RPC tức thời và trung bình bằng các phƣơng pháp để ngăn chặn đáng kể dao động công suất trong [25]. Hiệu quả của phƣơng pháp đã đƣợc kiểm tra và xác nhận thông qua phần mềm PSCAD/EMTDC. Trong [26], các tác giả đã phát triển một chiến lƣợc đƣợc tính toán về tham chiếu dòng biến tần PV để loại bỏ một số mức độ dao động công suất tác dụng ở một mức 7
độ nào đó công suất phản kháng trong điều kiện không cân bằng sụt áp. Kết quả thử nghiệm của phƣơng pháp đã phát triển xác nhận tính hợp lệ của phƣơng pháp và chỉ ra rằng nó có thể đƣợc thực hiện trong một biến tần đƣợc kết nối mạng để giải quyết các vấn đề dao động. 1.2.5. Tần số Tần số ảnh hƣởng đáng kể đến chất lƣợng điện năng. Một sự thay đổi của tải dẫn đến độ lệch tần số trong lƣới và tần số bị suy giảm hơn nữa, vì công suất hoạt động ở đầu ra PV thay đổi do bức xạ mặt trời [27]. Công suất thực tế có thể đƣợc tăng lên bởi tần số giảm đƣợc tạo ra bởi tổn thất trong quá trình phát và tăng tải. Hơn nữa, máy phát điện điều khiển mô phỏng thực hiện điều này bằng cách điều khiển biến tần giảm công suất thực đƣợc tạo ra, khi tần số đƣờng dây tăng lên [28]. Trong thời kỳ tiêu thụ năng lƣợng cao, nhu cầu năng lƣợng tăng, và tần số giảm hơn nữa. Hệ thống PV nối lƣới yêu cầu tần số ổn định để hoạt động bình thƣờng và biến tần phải có độ lệch tần số dƣới 2% [29]. Trong các hệ thống PV gắn trên lƣới, BESS giải quyết nhiều vấn đề cũng nhƣ các vấn đề về tần số [30]. Ảnh hƣởng của PV đến tần số hệ thống trong lƣới phân phối 20 kV tích hợp PV ở Indonesia đã đƣợc kiểm tra và một nghiên cứu đã đƣợc thực hiện để chỉ định mức đỉnh của PV [31]. Theo kết quả mô phỏng, mức đỉnh của PV mà có thể đƣợc kích hoạt để tích hợp vào lƣới điện là 20% và do đó tần số thấp nhất là 48 Hz. Bên cạnh đó, luồng dữ liệu lớn qua mạng gây ra những khó khăn về không gian mạng vật lý và cuộc tấn công mạng đƣợc thực hiện với tín hiệu điều khiển và giao tiếp với biến tần thông minh tham gia với hệ thống PV có thể gây ra sự mất ổn định điện áp và tần số [32]. Trong [33], một chiến lƣợc kiểm soát tần số đã đƣợc trình bày để kiểm soát tần số tải thay đổi trong một hệ thống điện trong đó hệ thống PV đƣợc kết nối với nhau và BESS tích hợp. 1.2.6. Ổn định động của điện áp Ổn định động của điện áp đƣợc mô tả là khả năng trở lại hoạt động ở trạng thái ổn định trong và sau khi thay đổi tức thời hoặc gián đoạn nhƣ ngắn mạch, đứt dây, máy phát điện mất và tắt bất kỳ phần tử nào của hệ thống điện [34]. Tấm PV đƣợc đặt trên mái ảnh hƣởng tiêu cực đến ổn định động của điện áp. Trong khi các tấm PV công suất nhỏ hầu nhƣ không ảnh hƣởng đến sự ổn định của hệ thống, hệ thống thâm nhập PV mức cao gây rối loạn ổn định hệ thống. Các hệ thống PV phải có công suất và vị trí chính xác để tăng cƣờng sự ổn định và độ tin cậy. Vì các hệ thống PV có thể đƣợc bố trí gần trung tâm phụ tải hơn các nhà máy điện khác, chúng có xu hƣớng tăng độ tin cậy của lƣới [35]. Sự ổn định động của điện áp bị ảnh hƣởng không chỉ bởi sự thâm nhập PV cao mà còn bởi bức xạ mặt trời, nhiệt độ, tốc độ che phủ và mô hình động của các tấm pin mặt trời [36]. Những ảnh hƣởng này cần đƣợc xem xét trong quá trình lập kế hoạch và mô hình hóa hệ thống PV trên mái nhà. Một tình huống khác ảnh hƣởng ổn định động điện áp là sụp đổ điện áp. Các tấm PV chỉ cung cấp năng lƣợng hoạt động cho lƣới mà chúng đƣợc 8
tích hợp. Với các điều kiện tải ngày càng tăng trong hệ thống, nhu cầu công suất phản kháng tăng. Khi không truyền đủ công suất phản kháng đến tải, hiệu suất động của lƣới bị ảnh hƣởng [37]. Điện áp động hỗ trợ đƣợc khuyến nghị nhƣ một chức năng của bộ biến tần PV để tăng cƣờng độ ổn định trong báo cáo [38]. Phƣơng pháp này bơm công suất tác dụng và phản kháng bằng cách sử dụng hệ thống PV trong khi duy trì giá trị hiện tại danh nghĩa của biến tần. Do đó, phƣơng pháp mới đƣợc phát triển cung cấp hỗ trợ điện áp tốt hơn, đồng thời hiệu quả hơn trong việc cải thiện ổn định điện áp. 1.2.7. Dòng điện sự cố Phân tích sự cố là cần thiết trong các hệ thống tích hợp PV để cung cấp sự an toàn cho lƣới điện và nhân sự, để duy trì năng lƣợng, giảm chi phí bảo trì-sửa chữa, và nâng cao hiệu quả. Mức độ dòng điện sự cố tăng lên do sự thâm nhập của PV tăng lên (Bảng 1-1), vị trí đặt PV không tối ƣu và dòng sự cố bổ sung từ biến tần đƣợc báo cáo trong [39]. Điều quan trọng là xác định khu vực bị sự cố một cách chính xác và nhanh chóng. Nếu không, sự cố hiện tại có nguy cơ dẫn đến các vấn đề an ninh nghiêm trọng và nguy cơ hỏa hoạn trong các mảng PV. Nếu PV dòng sự cố tại điểm đấu nối nhỏ hơn 10% tổng dòng sự cố trong hệ thống PV, không có vấn đề phát sinh trong việc bảo vệ hệ thống. Mặc dù đóng góp của dòng điện sự cố từ các hệ thống điện mặt trời trên mái nhà quy mô nhỏ không cao trên hệ thống bảo vệ, nó đã đƣợc quan sát thấy rằng đóng góp tập thể gây ra sự gia tăng đáng kể với mức độ thâm nhập PV ngày càng tăng [40]. Vì lý do này, một kế hoạch bảo vệ dựa trên về phối hợp quá dòng đƣợc khuyến nghị cho các hệ thống PV trên mái nhà có độ thâm nhập cao, xem xét tốc độ loại trừ sự cố và yêu cầu của phần tử định hƣớng [41]. Hơn nữa, sự đóng góp dòng sự cố xảy ra trong một xuất tuyến ảnh hƣởng đến dòng sự cố trong các xuất tuyến khác sau thanh cái. Ngoài ra, khi dòng điện sự cố phát sinh từ PV là cùng với dòng sự cố máy biến áp trong một đƣờng dây, đƣợc giảm bởi máy cắt máy biến áp và việc giảm này làm giảm độ nhạy của rơle trong hệ thống. Điều này có thể gây lo ngại trong các hệ thống tích hợp PV cao. Bảng 1-1: Sự thay đổi của dòng ngắn mạch phụ thuộc vào mức độ thâm nhập của PV. Tài liệu Mức độ PV Dòng ngắn mạch (kA) [42] 0 6,06 1996 kW 6,42 3993 kW 6,77 5900 kW 7,09 7986 kW 7,39 [43] 0 7,73 60% 7,79 9
1.2.8. Phát hiện sự cố Tăng cƣờng tích hợp PV ảnh hƣởng đáng kể đến các vấn đề bảo vệ lƣới điện. Dòng sự cố (n-1) của n chuỗi nối song song có thể đƣợc tính bằng x (dòng điện ngắn mạch của mỗi chuỗi) [44]. Việc điều khiển hệ thống có thể phức tạp hơn với sự thâm nhập của PV tăng lên. Phát hiện và loại bỏ sự cố nhanh chóng làm tăng độ tin cậy của hệ thống PV. Giám sát các hệ thống PV là một phƣơng pháp đƣợc sử dụng để kiểm tra trong thời gian thực, liệu các mảng PV có vận hành tốt hay không. Vì hoạt động của các mảng PV bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố nhƣ năng lƣợng mặt trời bức xạ và nhiệt độ, những ảnh hƣởng này phải đƣợc tính đến khi phát triển các thuật toán phát hiện lỗi để có thể phát triển phƣơng pháp phát hiện nhanh hơn. Lỗi nối đất Bộ ngắt dò (GFDI) thƣờng đƣợc sử dụng trong hệ thống nối đất với PV. Giá trị lớn nhất của dòng điện chạm đất của thiết bị GFDI là 5A. Tuy nhiên, nếu lỗi xảy ra trong Hệ thống PV dƣới 5A, GFDI không thể tác động do không phát hiện đƣợc lỗi. Độ chênh này trong các cầu chì phát hiện và cảm biến lỗi thông thƣờng đƣợc gọi là ―điểm mù‖ [45]. Lỗi điểm mù rất nguy hiểm vì nó tạo ra một đƣờng dẫn dòng bỏ qua đối với bộ GFDI. Biên độ dòng sự cố của GFDI thay đổi tùy thuộc vào vị trí sự cố chạm đất xảy ra trong mạng và dòng sự cố chạm đất tăng với tốc độ tƣơng tự nhƣ trị số điện áp tại vị trí sự cố tăng lên. Để giải quyết tình trạng này, Local Outlier Factor đã đƣợc phát triển, cho thấy khả năng phát hiện lỗi đƣợc cải thiện. Ƣu điểm của việc sử dụng Yếu tố ngoại lệ cục bộ là nó rất dễ áp dụng và phù hợp với hoạt động thời gian thực, nhƣng không yêu cầu thông tin thời tiết. Nhƣ một kết quả của ứng dụng, nó đã đƣợc quan sát thấy rằng vấn đề của phát hiện lỗi đã đƣợc cải thiện. Sơ đồ phát hiện lỗi dựa trên đa độ phân giải hệ thống suy luận mờ và phân tách tín hiệu đã đƣợc cải thiện để xác định DC lỗi ngắn mạch bên trong hệ thống quang điện với kết nối nối tiếp/song song. Việc sử dụng MPPT trong các hệ thống PV khiến khó phát hiện lỗi trong điều kiện bức xạ thấp. Nhƣ một kết quả nghiên cứu, kỹ thuật phát hiện lỗi là hiệu quả và đáng tin cậy trong việc xác định các lỗi mà khó phát hiện do sử dụng MPPT. 1.3. Nghiên cứu các tiêu chuẩn về chất lƣợng điện áp trên lƣới điện phân phối 1.3.1. Tiêu chuẩn Việt Nam Ngày 18/11/2015 Bộ Công Thƣơng đã ban hành văn bản thông tƣ 39/2015/TT- BCT quy định hệ thống điện phân phối. Thông tƣ đã nêu chi tiết tiêu chuẩn đánh giá 10