(Đồ án tốt nghiệp) TÍNH TOÁN tác ĐỘNG của hệ THỐNG NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI hỗn hợp tới lưới điện TRUNG THẾ 22KV 2

TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HỖN HỢP

Tổng quan về điện năng lượng mặt trời

1.1.1 Tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời

1.1.1.1 Tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời trên thế giới

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận và dồi dào mà chúng ta có thể khai thác Các chuyên gia dự đoán rằng điện năng lượng mặt trời sẽ có khả năng thay thế các nguồn năng lượng truyền thống, giúp cải thiện đời sống của con người Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới đang tích cực phát triển năng lượng mặt trời để đáp ứng nhu cầu năng lượng bền vững.

Hoa Kỳ hiện đang dẫn đầu thế giới về tốc độ phát triển năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, lĩnh vực đã được đầu tư từ nhiều năm trước Năm 1979, Hoa Kỳ xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế giới với công suất 1 MW, nhờ vào việc khai thác hiệu quả các điều kiện tự nhiên lý tưởng như các sa mạc rộng lớn và khí hậu nắng nóng quanh năm.

Năm 2013, Hoa Kỳ đã hoàn thành hai nhà máy điện năng lượng mặt trời lớn: Trạm năng lượng điện mặt trời Topaz với công suất 550 MW và tổng đầu tư khoảng 2,45 tỷ USD, được đưa vào hoạt động vào tháng 10/2013, với 8,5 triệu tấm pin mặt trời trên diện tích gần 24 km² Nhà máy điện mặt trời Ivanpah, có công suất 392 MW và tổng vốn đầu tư khoảng 2,2 tỷ USD, được xây dựng tại sa mạc Mojave, khởi công vào tháng 10/2010 và bắt đầu hoạt động từ tháng 1/2015, cung cấp điện cho 145.000 hộ gia đình khi đạt công suất tối đa.

Trung Quốc hiện đang dẫn đầu thế giới về năng lực sản xuất điện năng lượng mặt trời, với công suất sản xuất đạt mức cao.

Trung Quốc hiện đang dẫn đầu thế giới về năng lượng mặt trời với công suất lên tới 1,600 GW mỗi năm, sở hữu nhiều dự án điện năng lượng mặt trời lớn nhất toàn cầu.

Năm 2019, Trung Quốc đã chiếm một nửa tổng công suất năng lượng mặt trời mới toàn cầu, trở thành quốc gia đầu tiên lắp đặt hơn 120 GW công suất, tương đương với sản lượng điện của 80 nhà máy thủy điện, nhiệt điện và hạt nhân Đến giữa năm 2020, Trung Quốc sở hữu 7 trong 11 công ty sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới Sự thành công trong nghiên cứu và phát triển các dự án năng lượng mặt trời của Trung Quốc được thúc đẩy bởi vị thế là nhà sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời hàng đầu thế giới, với quy mô sản xuất hiện tại vượt qua các mục tiêu lắp đặt và vận hành mà chính phủ đề ra.

Nhật Bản, một trong những cường quốc hàng đầu về khoa học kỹ thuật, đã nhận thức rõ lợi ích của năng lượng tái tạo trong phát triển kinh tế Chính phủ Nhật Bản đã triển khai các chính sách hỗ trợ vay vốn cho người dân mua nhà và lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời, với thời gian trả nợ lên đến 15 năm Các hộ gia đình cải tạo nhà để sử dụng năng lượng mặt trời có thể vay tối đa 5 triệu yên Ngoài ra, chính phủ cũng mua điện từ năng lượng mặt trời với giá cao hơn thị trường và giảm giá tấm pin năng lượng mặt trời Nhật Bản cam kết duy trì mục tiêu đa dạng hóa nguồn năng lượng.

Đến năm 2030, Nhật Bản dự kiến sẽ có cơ cấu nguồn điện với tỷ lệ năng lượng tái tạo chiếm từ 23% đến 25%, trong khi nguồn nhiên liệu hóa thạch sẽ chiếm 56% và năng lượng hạt nhân từ 21% đến 23%.

Hiện nay, Malaysia đang dẫn đầu khu vực Đông Nam Á trong việc khai thác và sử dụng điện năng lượng mặt trời Theo các chuyên gia về Năng lượng Tái tạo Quốc tế, vào năm 2015, Malaysia xếp thứ 16 toàn cầu với tổng công suất sản xuất hơn 2.800 MW, vượt trội hơn tất cả các quốc gia Đông Nam Á khác.

1.1.1.2 Tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời ở Việt Nam

Hiện nay, các quốc gia trên thế giới đang đối mặt với cuộc chiến chống biến đổi khí hậu bằng cách giảm sản xuất và sử dụng năng lượng từ nguyên liệu hóa thạch Việt Nam, mặc dù chịu tác động lớn từ biến đổi khí hậu, lại sở hữu tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo phong phú Khi các nguồn năng lượng truyền thống như thủy điện và dầu khí ngày càng cạn kiệt, việc phát triển năng lượng tái tạo sẽ giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch nhập khẩu, giảm khí thải nhà kính, đảm bảo an ninh năng lượng và hỗ trợ sự phát triển kinh tế bền vững.

Việt Nam có tiềm năng lớn trong khai thác điện mặt trời nhờ vào lượng bức xạ mặt trời dồi dào quanh năm, đặc biệt là ở thành phố Hồ Chí Minh và các vùng Tây Bắc như Lai Châu, Sơn La, Lào Cai Năng lượng mặt trời không chỉ sạch và an toàn cho người sử dụng, mà còn có chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp Sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất pin năng lượng mặt trời sẽ giúp thay thế các nguồn năng lượng truyền thống, giảm khí thải nhà kính và bảo vệ môi trường, khẳng định giá trị của năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng quý giá và bền vững trong tương lai.

Việt Nam được đánh giá là một quốc gia có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt là tại miền Trung và miền Nam, với cường độ bức xạ mặt trời trung bình đạt khoảng 5kWh/m².

Nguồn điện mặt trời chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành dòng điện một chiều Để kết nối nguồn điện mặt trời với hệ thống điện xoay chiều tần số 50Hz, cần lắp đặt bộ nghịch lưu để chuyển đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều Tại Việt Nam, nguồn năng lượng mặt trời rất phong phú và phân bố rộng rãi, với trung bình khoảng 300 ngày nắng mỗi năm ở các tỉnh miền Trung và miền Nam.

Bảng 1.1 Số liệu bức xạ mặt trời ở Việt Nam.[1]

Vùng Giờ nắng trong năm (h)

Cường độ bức xạ môi trường (kWh/m 2 , ngày) Ứng dụng Đông Bắc 1600 - 1750 3,3 – 4,1 Trung bình

Nam Trung Bộ 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt

Trung bình cả nước 1700 – 2500 4,6 Tốt

1.1.1.3 Các dự án năng lượng mặt trời

Vào năm 2018, Dự án nhà máy điện năng lượng mặt trời Phước Hữu được đầu tư với tổng giá trị 1.450 tỷ đồng, trong đó chi phí thiết bị chiếm 840 tỷ đồng Nhà máy sử dụng thiết bị điện từ các thương hiệu nổi tiếng toàn cầu và được xây dựng tại vị trí có bức xạ mặt trời trung bình hàng năm đạt 1.980 kW/m2 Trong năm đầu tiên hoạt động, nhà máy đã sản xuất được 98,25 triệu kWh điện năng.

Năm 2019, Việt Nam ghi nhận sự đăng ký đầu tư xây dựng nhiều dự án trạm điện năng lượng mặt trời, với tổng công suất lên tới 16.500 MW.

Và một số nhà máy điện mặt trời khác ở Việt Nam:[2]

Hình 1.1.1 Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng ở Tây Ninh.[2]

Hình 1.1.2 Nhà máy điện mặt trời Hàm Phú 2.[2]

Hình 1.1.3 Nhà máy điện mặt trời TTC Krông Pa ở Gia Lai.[2]

Nhà máy điện mặt trời tại tỉnh Bình Thuận:

- Dự án điện mặt trời Hồng Phong 1 có công suất 100 MW.

- Nhà máy điện mặt trời Tuy Phong có công suất 30 MW.

- Nhà máy điện mặt trời Phong Phú có công suất 42 MW.

Các dự án điện mặt trời tại Ninh Thuận:

- Nhà máy điện mặt trời Phước Hữu có công suất 50 MW.

- Nhà máy điện mặt trời Mỹ Sơn có công suất 50 MW.

Các dự án điện mặt trời tại Phú Yên:

- Nhà máy điện mặt trời Hòa Hội có công suất xây dựng là 16 MW.

- Nhà máy điện mặt trời Xuân Thọ có tổng công suất 49,6 MW.

- Nhà máy điện mặt trời Europlast Phú Yên có tổng công suất 50 MW.

Các dự án điện mặt trời ở Khánh Hòa:

- Nhà máy điện mặt trời Cam Lâm có công suất 50 MW.

- Nhà máy điện mặt trời Ami Khánh Hòa có công suất 50 MW.

- Nhà máy điện mặt trời sông Giang có công suất 50 MW.

Kết luận

Việt Nam hiện đang phát triển mạnh mẽ nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, nhờ vào việc tận dụng hiệu quả các yếu tố tự nhiên trong lãnh thổ Sự gia tăng các dự án nhà máy điện mặt trời là minh chứng cho tiềm năng lớn của năng lượng tái tạo tại nước ta Theo số liệu bức xạ mặt trời, vùng Tây Nguyên và Nam Việt Nam có số giờ nắng cao và cường độ bức xạ mạnh, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển năng lượng tái tạo.

Bộ và Nam Trung Bộ là khu vực lý tưởng cho việc phát triển các nhà máy năng lượng mặt trời, trong khi Bắc Trung Bộ cũng cho thấy tiềm năng tốt trong sản xuất điện mặt trời Việt Nam sở hữu nguồn năng lượng mặt trời phong phú, với hầu hết các vùng có cường độ bức xạ cao và thời gian tiếp nhận năng lượng dồi dào trong năm.

TÌM HIỂU CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HỖN HỢP

Pin năng lượng mặt trời

2.1.1 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời là thiết bị bán dẫn chứa nhiều diode p-n, có khả năng tạo ra dòng điện khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời thông qua hiệu ứng điện quang Hiện nay, pin mặt trời phổ biến nhất được chế tạo từ vật liệu tinh thể bán dẫn silicon với hóa trị 4 Để sản xuất vật liệu silicon loại n, người ta pha trộn silicon với tạp chất arsenic, trong khi vật liệu silicon loại p được tạo ra bằng cách pha silicon với tạp chất boron.

Hình 2.1.4 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời.[5]

Tùy thuộc vào cấu trúc tinh thể sẽ có 3 loại:

Tế bào silicon đơn tinh thể được chế tạo từ silicon tinh khiết, hay còn gọi là tinh thể Mono Nhờ vào độ tinh khiết hoàn hảo và không chứa tạp chất, tế bào này có hiệu suất vượt trội hơn so với các loại tế bào khác.

Tế bào silicon đa tinh thể, hay còn gọi là tinh thể Poly, được sản xuất từ silicon lỏng Quá trình đúc (hóa rắn) tạo ra các khối silicon đa tinh thể với mức độ tinh thể không đồng đều, dẫn đến hiệu suất thấp hơn so với tế bào silicon đơn tinh thể.

Tế bào silicon vô định hình được sản xuất bằng cách phun một lớp màng silicon mỏng lên bề mặt như tấm thủy tinh, với độ dày lớp màng này nhỏ hơn 1 µm (0,001 mm).

Hình 2.1.5 Các loại pin mặt trời.[5]

Khi hai lớp bán dẫn p và n tiếp xúc, sự chênh lệch mật độ hạt dẫn tạo ra gradient hóa thế khiến điện tử khuếch tán từ bán dẫn n sang p, trong khi lỗ trống khuếch tán ngược lại từ p sang n Quá trình này dẫn đến việc bán dẫn n gần lớp tiếp xúc tích điện dương và bán dẫn p đối diện tích điện âm Kết quả là trong miền tiếp xúc hình thành điện trường Utx hướng từ n sang p, ngăn cản sự khuếch tán tiếp tục của các hạt dẫn qua lớp tiếp xúc.

Khi chiếu sáng lớp tiếp xúc p-n, cặp điện tử - lỗ trống được tạo ra và tách ra dưới tác dụng của điện trường tiếp xúc Utx Sự tách rời này tạo ra một sức điện động quang điện, phụ thuộc vào bản chất của chất bán dẫn, nhiệt độ lớp tiếp xúc, cũng như bước sóng và cường độ ánh sáng chiếu tới.

Lớp bán dẫn p-n hoạt động như một diode, cho phép điện tử và lỗ trống di chuyển qua vùng tiếp xúc về phía bán dẫn n và p Khi nối hai đầu bán dẫn bằng dây dẫn, dòng quang điện I sẽ xuất hiện, di chuyển từ bán dẫn p qua tải và trở về bán dẫn n.

Hình 2.1.6 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời.[5]

2.1.3 Hiệu suất của pin mặt trời

Hiệu suất biến đổi năng lượng của pin mặt trời được xác định bằng tỷ lệ giữa điện năng sản xuất và năng lượng nhận từ ánh sáng mặt trời Hiệu suất càng cao, pin mặt trời càng sản xuất được nhiều năng lượng hơn, và điều này phụ thuộc vào cấu tạo của pin.

Phương pháp đo lượng ánh sáng mặt trời giúp xác định hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời, được biểu thị dưới dạng tỷ lệ phần trăm Hiệu suất không chỉ phản ánh lượng năng lượng mà pin mặt trời sản xuất mà còn phụ thuộc vào phổ, cường độ ánh sáng mặt trời và nhiệt độ của pin Do đó, việc kiểm soát cẩn thận các yếu tố này là cần thiết để so sánh hiệu suất giữa các thiết bị khác nhau.

2.1.4 Các yếu tố làm ảnh hưởng đến hiệu suất của pin mặt trời

Hiện nay, tấm pin mặt trời chỉ có khả năng chuyển đổi khoảng 25% năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện Ánh sáng mặt trời bao gồm nhiều bước sóng khác nhau, mỗi bước sóng có cường độ riêng Một số bước sóng quá yếu không đủ sức giải phóng electron, trong khi một số khác lại quá mạnh đối với pin năng lượng.

Hiệu suất của hệ thống pin mặt trời là yếu tố quan trọng cần xem xét khi sử dụng năng lượng mặt trời Tấm pin mặt trời có tỷ lệ chuyển đổi 8% sẽ cần gấp đôi diện tích so với tấm pin có tỷ lệ 16% Do đó, nhiều người lựa chọn tấm pin mặt trời đơn hoặc đa tinh thể vì chúng có hiệu suất cao và tiết kiệm không gian lắp đặt.

Pin mặt trời hiện nay được ứng dụng rộng rãi trên toàn cầu, đặc biệt là ở những vùng không có lưới điện Chúng không chỉ phục vụ cho sản xuất mà còn cho đời sống hàng ngày, bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra nước nóng Nguồn nước nóng từ quang năng có thể được áp dụng trong cả ngành công nghiệp và dân dụng Việc sản xuất điện mặt trời trở nên đơn giản với hệ thống phát điện lắp đặt trên mái nhà Bên cạnh đó, đèn chiếu sáng năng lượng mặt trời cũng đang thay đổi cách thiết kế kiến trúc và được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày cũng như trong ngành công nghiệp.

Pin mặt trời đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị như ô tô, máy tính cầm tay, điện thoại di động và thiết bị bơm nước Sự phổ biến của các ngôi nhà sử dụng điện mặt trời áp mái đang gia tăng và dự kiến sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai.

Đấu nối pin năng lượng mặt trời

Các tấm pin mặt trời được sản xuất với công suất và hiệu điện thế cụ thể Để đạt được công suất và hiệu điện thế mong muốn, cần phải kết nối nhiều tấm pin lại với nhau Có ba phương pháp ghép nối cơ bản để thực hiện điều này.

 Ghép nối tiếp các tấm pin lại sẽ cho điện áp đầu ra lớn hơn.

Hình 2.2.7 Ghép nối tiếp các tấm pin.[5]

 Ghép song song các tấm pin lại sẽ cho dòng điện lớn hơn.

Hình 2.2.8 Ghép song song các tấm pin.[5]

 Ghép hỗn hợp các tấm pin lại sẽ cho cả dòng điện và điện áp lớn hơn.

Hình 2.2.9 Ghép hỗn hợp các tấm pin.[5]

2.3 Điểm công suất cực đại MPP (Max Power Point) và MPPT (Maximum Power Point Tracker)

2.3.1 Điểm công suất cực đại (MPP)

Các tấm pin năng lượng mặt trời được làm từ vật liệu Silicon, do đó dòng điện và điện áp của chúng có mối liên hệ chặt chẽ Mỗi mức điện áp sẽ tương ứng với một mức dòng điện nhất định, tạo thành Đường cong đặc tính V-I của pin mặt trời Tại mỗi điểm làm việc, ta có thể xác định giá trị điện áp (V) và dòng điện (I) tương ứng, từ đó tính được công suất tác dụng là p = VI.

Hình 2.3.10 Đặc tính I-V pin mặt trời và đặc tính tải.[6]

Khi điểm làm việc của tấm pin mặt trời thay đổi, công suất P cũng sẽ thay đổi Điểm mà tại đó P đạt giá trị lớn nhất được gọi là điểm công suất cực đại (Maximum Power Point - MPP) Đường cong đặc tính dòng điện - điện áp của tấm pin mặt trời thể hiện mối quan hệ giữa I và V, từ đó giúp xác định MPP của tấm pin.

2.3.2 Dò tìm điểm công suất cực đại (MPPT)

MPPT (Maximum Power Point Tracking) là thuật toán được sử dụng trong bộ điều khiển sạc để tối ưu hóa hiệu suất hấp thụ và chuyển đổi năng lượng từ các tấm pin năng lượng mặt trời Khi bức xạ mặt trời thay đổi, điểm công suất cực đại (MPP) trên tấm pin cũng thay đổi theo Vi xử lý trong bộ điều khiển sạc liên tục theo dõi mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện (V-I), điều này cho phép điều chỉnh điểm công suất cực đại, giúp tấm pin thu nhận năng lượng tối đa từ nguồn năng lượng mặt trời.

MPPT (Máy theo dõi điểm công suất tối đa) là thiết bị tối ưu hóa công suất của hệ thống, hoạt động bằng cách điều khiển chu kỳ đóng mở của khóa điện tử trong bộ biến đổi DC/DC.

Hình 2.3.11 Bộ điều khiển MPPT trong hệ thống pin mặt trời.[6]

Phương pháp MPPT (Maximum Power Point Tracking) được sử dụng phổ biến trong các hệ thống năng lượng mặt trời độc lập và ngày càng được áp dụng trong hệ quang điện kết nối lưới Thiết bị MPPT giúp tối ưu hóa công suất từ các tấm pin năng lượng mặt trời bằng cách điều chỉnh công suất đầu ra để phù hợp với điều kiện làm việc thay đổi, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của toàn bộ hệ thống.

Hệ thống điện mặt trời

2.4.1 Tổng quan về hệ thống điện năng lượng mặt trời Điện năng lượng mặt trời là ý tưởng tuyệt vời Lấy năng lượng từ mặt trời và chuyển thành điện năng cung cấp cho các thiết bị Một nguồn năng lượng sạch được tạo ra nhờ vào ánh sáng mặt trời chiếu vào các panel pin mặt trời tạo ra nguồn điện 1 chiều DC qua các bộ biến tần chỉnh thành các nguồn điện xoay chiều AC cung cấp cho các thiết bị điện.[8]

Các hệ thống điện mặt trời thường được sử dụng:

 Hệ thống điện mặt trời độc lập.

 Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới hoàn toàn.

 Hệ thống năng lượng mặt trời hỗn hợp (hybrid).

2.4.1.1 Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới hoàn toàn

Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới đang trở nên phổ biến tại Châu Âu và Hoa Kỳ nhờ vào việc giảm chi phí lắp đặt và tạo thêm thu nhập từ việc bán điện cho công ty điện lực Hệ thống này hoạt động hiệu quả nhất ở những khu vực có lưới điện ổn định và khí hậu nóng, nhiều ánh nắng.

Hình 2.4.12 Hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện.[8]

Hệ thống điện mặt trời cho phép sử dụng năng lượng vào ban ngày, với lượng điện dư thừa được bán lại cho các công ty điện lực Vào buổi chiều và tối, người dùng có thể sử dụng điện từ lưới điện, giúp giảm thiểu năng lượng sản xuất từ các nguồn gây ô nhiễm.

+ Hệ thống không dùng pin lưu trữ nên giúp giảm được khá nhiều chi phí đầu tư ban đầu và chi phí bảo trì cho hệ thống.

Khai thác năng lượng mặt trời hiệu quả nhất bao gồm việc thu nhận, biến đổi và bổ sung điện năng trực tiếp vào lưới điện mà không gặp tổn hao từ acquy dự trữ.

Việc lắp đặt dễ dàng và chi phí bảo trì thấp giúp rút ngắn thời gian thu hồi vốn tối đa, đảm bảo hiệu quả theo tính toán đầu tư ban đầu.

Hệ thống này không thể sản xuất năng lượng điện khi lưới điện bị cắt, đặc biệt vào ban đêm hoặc trong điều kiện ánh sáng yếu.

2.4.1.2 Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập

Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là loại hệ thống phổ biến nhất toàn cầu, chủ yếu nhằm cung cấp điện cho các khu vực không có lưới điện quốc gia hoặc nguồn điện khác.

Hình 2.4.13 Hệ thống điện mặt trời độc lập ngoài lưới điện.[8]

+ Hệ thống này sẽ đơn giản, dễ thiết kế và thường dùng trong các khu vực chưa có lưới điện hoặc nơi thường xuyên bị cắt điện liên tục.

Hệ thống này phụ thuộc nhiều vào cường độ ánh sáng mặt trời do không có lưới điện hoặc nguồn điện dự phòng, điều này làm cho hiệu suất hoạt động của nó chịu ảnh hưởng lớn từ điều kiện thời tiết.

Hệ thống điện năng cần cung cấp công suất lớn hơn mức tiêu thụ để nạp pin lưu trữ Nhờ đó, vào ban đêm khi các tấm pin mặt trời không hoạt động, các phụ tải vẫn có thể tiếp tục hoạt động nhờ nguồn điện đã được lưu trữ trước đó.

2.4.2 Hệ thống năng lượng mặt trời hỗn hợp

Hệ thống điện mặt trời nối lưới với pin lưu trữ, hay còn gọi là hệ thống tương tác lưới, kết hợp giữa năng lượng mặt trời và các acquy Khi có ánh nắng, hệ thống sẽ sử dụng năng lượng từ các panel pin mặt trời và bán điện dư cho công ty điện lực qua lưới điện Đặc biệt, dãy acquy sẽ cung cấp điện ngay khi lưới điện bị cắt đột ngột, đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục mà không bị gián đoạn.

Hình 2.4.14 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ.[8]

2.4.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống năng lượng điện mặt trời hỗn hợp

Khi khởi động hệ thống, acquy (ắc quy) được ưu tiên nạp điện từ năng lượng mặt trời cho đến khi đạt mức đầy Sau khi acquy đầy, hệ thống tự động chuyển đổi điện DC từ pin mặt trời thành điện AC 220V để cung cấp cho các thiết bị sử dụng.

Hệ thống sẽ hòa lưới điện để bán phần năng lượng điện dư thừa cho công ty điện lực, với điện áp và tần số của hệ thống phải trùng khớp với điện lưới, có thể là 1 pha hoặc 3 pha.

Khi xảy ra mất điện lưới, hệ thống sẽ tự động chuyển đổi điện DC từ acquy và pin mặt trời thành điện AC 220V để cung cấp cho các tải ưu tiên.

Hệ thống cung cấp điện liên tục, ngay cả khi lưới điện gặp sự cố, đảm bảo nguồn năng lượng ổn định Ngoài ra, phần điện năng dư thừa có thể được bán cho công ty điện lực, giúp rút ngắn thời gian hoàn vốn đầu tư.

Hệ thống này kết hợp lý thuyết giữa điện mặt trời độc lập và điện mặt trời nối lưới, tạo nên một cấu trúc phức tạp.

+ Chi phí tốn kém hơn rất nhiều và bảo trì khó khăn.

Một số yêu cầu khi kết lưới của nhà máy điện mặt trời

2.5.1 Hệ thống điện mặt trời nối lưới điện quốc gia cần phải tuân thủ theo các quy định về yêu cầu vận hành hệ thống điện phân phối

Trích thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 của Bộ trưởng Bộ Công Thương về Quy định hệ thống điện phân phối.

Tần số danh định của hệ thống điện quốc gia là 50 Hz, với dao động trong khoảng ± 0,2 Hz trong điều kiện bình thường Khi hệ thống điện chưa ổn định, tần số có thể dao động trong phạm vi ± 0,5 Hz so với tần số danh định.

Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối bao gồm 110 kV, 35 kV, 22 kV, 15 kV, 10 kV, 6 kV và 0,4 kV.

Trong chế độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định như sau:

 Tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện là ± 5 %.

 Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là + 10% và - 5 %.

Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc khi khôi phục vận hành ổn định, mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện có thể cho phép thay đổi trong khoảng +5% và -10% so với điện áp danh định, nhằm đảm bảo sự ổn định và an toàn cho hệ thống.

Trong chế độ sự cố nghiêm trọng của hệ thống điện truyền tải hoặc trong quá trình khôi phục sự cố, mức dao động điện áp được cho phép trong khoảng ± 10% so với điện áp danh định.

Trong điều kiện làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không được vượt quá 3% điện áp danh định đối với cấp điện áp 110 kV, và không quá 5% đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp.

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp (THD) được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm giữa giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp và giá trị hiệu dụng của điện áp bậc cơ bản.

THD : Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp.

Vi : Giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp bậc i và N là bậc cao nhất của sóng hài cần đánh giá.

V1 : Giá trị hiệu dụng của của điện áp tại bậc cơ bản (tần số 50 Hz).

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong bảng 2.1 như sau:

Bảng 2.1 Độ biến dạng sóng hài điện áp.[9]

Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ

Cho phép đỉnh nhọn điện áp bất thường trên lưới điện phân phối vượt quá mức biến dạng sóng hài quy định trong thời gian ngắn, miễn là không gây hư hỏng cho thiết bị của lưới điện phân phối.

Trong điều kiện vận hành bình thường, mức nhấp nháy điện áp tại tất cả các điểm đấu nối phải tuân thủ giới hạn quy định trong bảng 2.2.

Bảng 2.2 Mức nhấp nháy điện áp.[9]

Cấp điện áp Mức nhấp nháy cho phép

Mức nhấp nháy điện áp ngắn hạn (Pst) là giá trị đo được trong khoảng thời gian

Trong 10 phút, thiết bị đo tiêu chuẩn theo IEC868 xác định Pst95% là ngưỡng giá trị của Pst, đảm bảo rằng trong 95% thời gian đo (tối thiểu một tuần) và 95% số vị trí đo, Pst không vượt quá giá trị này Mức nhấp nháy điện áp dài hạn (Plt) được tính từ 12 kết quả đo Pst liên tiếp trong khoảng thời gian 02 giờ, theo công thức đã quy định.

Plt95% là ngưỡng giá trị của Plt sao cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất 01 tuần) và 95 % số vị trí đo Plt không vượt quá giá trị này.

Tại các điểm đấu nối trung và hạ áp, tiêu chuẩn IEC1000-3-7 quy định rằng mức nhấp nháy ngắn hạn (Pst) không được vượt quá 0,9, trong khi mức nhấp nháy dài hạn (Plt) không được vượt quá 0,7.

+ Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố:

Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố của bảo vệ chính được quy định trong bảng 2.3 như sau:

Bảng 2.3 Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố.[9] Điện áp

Dòng ngắn mạch lớn nhất (kA)

Thời gian tối đa loại trừ sự cố của bảo vệ chính (ms)

Thời gian chịu đựng tối thiểu của thiết bị (s) Áp dụng tới ngày 31/12/2017 Áp dụng từ ngày 01/01/2018

Hệ thống điện 110 kV 31,5 150 03 phục vụ cho lưới điện trung áp tại các khu đô thị đông dân cư với nhiều phân đoạn Việc phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị đóng cắt gặp khó khăn, do đó cho phép thời gian loại trừ sự cố của bảo vệ chính tại một số vị trí lớn hơn quy định nhưng không quá 1 giây, đồng thời đảm bảo an toàn cho thiết bị và lưới điện Đơn vị phân phối điện cần thông báo giá trị dòng ngắn mạch cực đại cho phép tại điểm đấu nối để khách hàng lớn có thể phối hợp trong quá trình đầu tư và lắp đặt thiết bị.

Chế độ nối đất trung tính trong hệ thống điện phân phối được quy định trong bảng 2.4 như sau:

Bảng 2.4 Chế độ nối đất.[9]

Cấp điện áp Điểm trung tính

110 kV Nối đất trực tiếp.

35 kV Trung tính cách ly hoặc nối đất qua trở kháng.

15 kV, 22 kV Nối đất trực tiếp (3 pha 3 dây) hoặc nối đất lặp lại

6 kV, 10 kV Trung tính cách ly.

Dưới 1000 V Nối đất trực tiếp (nối đất trung tính, nối đất lặp lại, nối đất trung tính kết hợp).

Trong trường hợp chế độ nối đất trung tính trong hệ thống điện phân phối không thực hiện theo quy định tại Khoản 1, cần có sự đồng ý bằng văn bản của Đơn vị điều độ hệ thống điện quốc gia.

+ Hệ số sự cố chạm đất:

Hệ số sự cố chạm đất tối đa cho lưới điện phân phối không được vượt quá 1,4 đối với lưới điện có trung tính nối đất trực tiếp Đối với lưới điện có trung tính cách ly hoặc nối đất qua trở kháng, hệ số này không được vượt quá 1,7.

Độ tin cậy cung cấp điện và tổn thất điện năng là những yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của lưới điện Các chỉ số về độ tin cậy cung cấp điện, cùng với các chỉ số tính toán liên quan đến độ tin cậy của lưới điện phân phối, giúp xác định khả năng cung cấp điện liên tục và giảm thiểu tổn thất năng lượng.

+ Các chỉ số về độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối bao gồm:

 Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối (System Average Interruption Duration Index - SAIDI).

 Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối (System Average Interruption Frequency Index - SAIFI).

 Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối (Momentary Average Interruption Frequency Index - MAIFI).

+ Các chỉ số về độ tin cậy của lưới điện phân phối được tính toán như sau:

SAIDI được tính bằng tổng thời gian mất điện kéo dài hơn 05 phút của khách hàng sử dụng điện và đơn vị phân phối, bán lẻ điện, chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện và đơn vị phân phối, bán lẻ điện Công thức tính SAIDI như sau:

Ti: Thời gian mất điện lần thứ i kéo dài trên 5 phút trong quý j

Ki là số lượng khách hàng sử dụng điện cùng với các đơn vị phân phối và bán lẻ điện, chịu ảnh hưởng từ sự cố mất điện lần thứ i trong quý j n đại diện cho số lần mất điện kéo dài trên 5 phút trong quý j.

K: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện trong quý j

SAIDIt (phút): Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối trong tháng t.

SAIDIy (phút): Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối trong năm y.

MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN TÁC ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HỖN HỢP TỚI LƯỚI ĐIỆN 22KV

Lưới phân phối và đặc điểm của lưới điện phân phối 22kV

Lưới điện phân phối là hệ thống nhận điện từ các trạm nguồn của lưới truyền tải và cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Tại Việt Nam, các cấp điện áp phân phối phổ biến là 6, 10, 15, 22 và 35 kV, trong đó cấp 22 kV đã được Bộ Năng lượng chọn làm cấp điện áp phân phối chính thức do mang lại lợi ích về kinh tế và chất lượng điện năng Lưới phân phối thường có chiều dài ngắn, dưới 60 km, phục vụ cho các khu vực nhỏ như vùng dân cư và khu chế xuất Trong tổng thể hệ thống điện quốc gia, lưới phân phối chiếm tỉ trọng lớn với số lượng máy biến áp gấp 2.5 đến 3 lần so với máy biến áp truyền tải, và chiều dài tổng cộng của lưới phân phối gấp 3 đến 4 lần chiều dài đường dây truyền tải Hệ thống cũng bao gồm nhiều thiết bị như máy cắt, dao cách ly, chống sét, thiết bị bảo vệ và đo đếm.

3.1.2 Đặc điểm của lưới phân phối

Lưới phân phối đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực kinh tế và đời sống, đặc biệt trong bối cảnh kinh tế thị trường hiện nay Sự chú trọng đến lưới phân phối không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình lưu thông hàng hóa mà còn nâng cao hiệu quả kinh doanh và đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.

Công nghiệp là khách hàng tiêu thụ điện lớn nhất, với các công ty và xí nghiệp đang cạnh tranh khốc liệt về chất lượng và giá thành sản phẩm Điện năng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lỗ, lãi và sự phát triển của các doanh nghiệp Chất lượng điện thấp không chỉ ảnh hưởng đến sản phẩm mà còn gây hư hỏng, do đó, đảm bảo độ tin cậy trong cấp điện và nâng cao chất lượng điện năng là ưu tiên hàng đầu trong các dự án cung cấp điện cho nhà máy và xí nghiệp.

Trong nền kinh tế thị trường hiện nay, thương mại và dịch vụ đang gia tăng mạnh mẽ, trở thành khách hàng quan trọng của ngành điện lực Sự mở rộng quy mô của bệnh viện và sự phát triển mạnh mẽ của các trung tâm dịch vụ khám chữa bệnh, cùng với sự gia tăng số lượng khách sạn và cao ốc, đã thu hút nhiều khách trong và ngoài nước đến nghỉ ngơi, hội họp và làm việc Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về chất lượng điện, các khu vực này cần đảm bảo cung cấp điện ổn định và không bị mất điện.

Nông thôn là khu vực tiêu thụ điện năng lớn nhất tại Việt Nam, với 80% dân số phụ thuộc vào nghề nông Điện năng ở nông thôn chủ yếu phục vụ cho sinh hoạt, tưới tiêu, chế biến nông sản và xay xát Đặc điểm phụ tải thường tập trung vào ban đêm và theo mùa, do đó cần cân nhắc kỹ lưỡng trong thiết kế hệ thống điện Ngoài ra, mật độ dân cư không đồng đều và vấn đề sụt áp, tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối cũng cần được chú trọng.

Phụ tải sinh hoạt tại các khu đô thị hiện nay đang gia tăng nhanh chóng do sự thay đổi trong đời sống và mức sống ngày càng được nâng cao Nhu cầu sử dụng điện cho các thiết bị hiện đại ngày càng tăng, dẫn đến yêu cầu về độ tin cậy và chất lượng điện năng, đặc biệt là điện áp, cũng trở nên cấp bách hơn.

Những yêu cầu của lưới điện phân phối

Mục tiêu chính là đảm bảo cho hộ tiêu thụ điện luôn đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép theo quy định

Có các yêu cầu chính sau đây:

3.2.1 Độ tin cậy cấp điện

Mức độ cung cấp điện liên tục và đáng tin cậy khác nhau tùy thuộc vào loại và mục đích sử dụng của các phụ tải Các loại phụ tải bao gồm nhiều dạng khác nhau, mỗi loại có yêu cầu riêng về nguồn điện.

Phụ tải loại 1 bao gồm các hộ tiêu thụ mà việc ngừng cấp điện có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng đến tính mạng con người và thiệt hại kinh tế lớn Những địa điểm như hội trường quốc hội, nhà khách chính phủ, đại sứ quán, sân bay, bệnh viện, hầm mỏ và khu công nghệ cao thuộc nhóm này Để đảm bảo an toàn, các hộ loại 1 cần được cung cấp điện với độ tin cậy cao nhất, thường thông qua nhiều nguồn điện, đường dây kép và hệ thống nguồn dự phòng để xử lý khi xảy ra sự cố mất điện Thời gian mất điện được tính dựa trên thời gian khôi phục nguồn dự trữ.

Phụ tải loại 2 bao gồm các hộ tiêu thụ điện mà việc ngừng cung cấp điện sẽ gây ra thiệt hại kinh tế do ảnh hưởng đến sản xuất, hư hỏng sản phẩm và lãng phí lao động, như các phân xưởng cơ khí và xí nghiệp công nghiệp nhẹ Các hộ này có thể sử dụng nguồn dự phòng hoặc không, và có thể kết nối qua đường dây đơn hoặc kép Ngoài ra, hộ loại 2 cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian nguồn dự trữ được đóng bằng tay.

Phụ tải loại 3 là những hộ tiêu thụ điện có mức độ tin cậy cung cấp điện năng thấp hơn so với hộ loại 1 và 2 Hộ loại này cho phép mất điện trong quá trình sửa chữa, bảo trì hoặc thay thế thiết bị gặp sự cố Các hộ tiêu thụ thuộc loại này có thể sử dụng một nguồn điện hoặc một đường dây đơn lẻ.

Chất lượng điện năng của mạng lưới điện được đánh giá qua tần số và điện áp, với tiêu chuẩn chất lượng điện áp và tần số mang tính cục bộ Các công ty điện lực cần đảm bảo chất lượng điện năng cho người sử dụng, đặc biệt là đối với điện áp lưới trung thế và hạ áp, chỉ cho phép dao động quanh giá trị định mức ±5% Đối với các xí nghiệp yêu cầu chất lượng điện áp cao như may, hóa chất, cơ khí chính xác và điện tử, mức dao động điện áp chỉ cho phép là ±2.5%.

Công trình thiết kế cấp điện cần đảm bảo tính an toàn cao cho người vận hành, người sử dụng và các thiết bị điện Người thiết kế mạng lưới điện phải không chỉ tính toán chính xác và lựa chọn thiết bị phù hợp mà còn phải nắm vững các quy định an toàn điện cùng với đặc tính kỹ thuật của đối tượng cấp điện Bên cạnh đó, khâu lắp đặt cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hoặc giảm thiểu tính an toàn của hệ thống điện.

Chỉ tiêu kinh tế cao của mạng lưới điện là do:

- Giá vốn đầu tư, bảo trì sửa chữa và vận hành là thấp nhất.

- Tổn thất công suất, điện áp dọc theo đường dây là ít nhất.

Khi thiết kế hoặc cải tạo hệ thống điện, người thiết kế cần xem xét nhiều phương án khác nhau Phương án kinh tế không chỉ dựa vào vốn đầu tư thấp nhất mà còn phải đảm bảo thời gian thu hồi vốn nhanh nhất Do đó, phương án tối ưu sẽ được lựa chọn.

Tổng quan về lưới điện tỉnh KonTum

Hoạt động mạng điện 22 kV cấu trúc ba pha trung tính trực tiếp nối đất:[11] Ưu điểm:

Cách điện pha của đường dây và thiết bị được thiết kế theo điện áp pha giúp giảm đáng kể chi phí xây dựng mạng điện và thiết bị, mang lại hiệu quả kinh tế cao.

 Bảo vệ rơle đơn giản, tin cậy khi có một pha chạm đất.

Khi xảy ra ngắn mạch một pha, thiết bị bảo vệ rơ le sẽ tự động cắt mạch điện, dẫn đến việc cung cấp điện bị gián đoạn Hệ quả là độ tin cậy trong việc cung cấp điện sẽ giảm sút.

 Do dòng điện ngắn mạch một pha rất lớn nên thiết bị nối đất phức tạp và đắt tiền.

Nghiên cứu và phân tích tác động của năng lượng mặt trời đối với lưới điện phân phối là vô cùng cần thiết và thực tiễn, nhờ vào những đặc điểm nổi bật của nguồn năng lượng này.

Trong đồ án, lưới điện huyện TuMơRong, tỉnh KonTum được mô phỏng là lưới điện nông thôn tích hợp năng lượng mặt trời, nhằm tính toán và đánh giá các chế độ làm việc ở tải cực đại và cực tiểu bằng phần mềm Etap Hệ thống năng lượng mặt trời bao gồm 180 tấm pin với công suất 280W mỗi tấm, tạo ra tổng công suất khoảng 1MW Nhà máy điện năng lượng mặt trời này kết nối với máy biến áp T458 và thanh cái Bus1562.

Lưới điện phân phối của huyện TuMơRong tỉnh KonTum

Lưới điện phân phối huyện TuMơRong, tỉnh KonTum, hoạt động với điện áp 22kV, bao gồm cả đường dây cáp ngầm và đường dây trên không Hệ thống này có 98 máy biến áp và 98 phụ tải, với công suất tối đa lên đến 160kVA.

Hình 3.4.1 Sơ đồ lưới điện huyện TuMơRong tỉnh KonTum.[11]

Chương trình mô phỏng cân bằng công suất

3.5.1 Chế độ vận hành khi lưới điện chưa kết nối với nhà máy năng lượng mặt trời

3.5.1.1 Chế độ lưới điện vận hành tải cực đại

 Không vận hành tụ bù.

 Không kết nối với nhà máy năng lượng mặt trời.

Hình 3.5.1 Phân bố công suất chế độ phụ tải cực đại.

Bảng 3.1 Thông số phụ tải cực đại.

STT Phụ tải Bus Máy

Công suất Máy Biến Áp (kVA)

Công suất phụ tải (kVA)

Hệ số công suất (Cos φ)

Kết quả mô phỏng Etap:

 Phương pháp Adaptive Newton-Raphson và Newton-Raphson:

Hình 3.5.2 Kết quả phân bố công suất của chế độ phụ tải cực đại bằng phương pháp

Adaptive Newton-Raphson và Newton-Raphson.

Hình 3.5.3 Kết quả phân bố công suất của chế độ phụ tải cực đại bằng phương pháp

Total Demand : tổng phụ tải

Total Motor Load : tổng tải động cơ.

Total Static Load : tổng tải tĩnh.

Apparent Losses : tổn thất công suất.

System Mismatch : Công suất lệch giữa nguồn và tải.

Giá trị tổn thất công suất tính toán theo các phương pháp đều tương đương, với tổn thất công suất tác dụng nhỏ khoảng 127kW, cho thấy lưới điện huyện TuMơRong được tính toán hiệu quả Tuy nhiên, giá trị tổn thất thực tế thường lớn hơn kết quả mô phỏng khoảng 5% do ảnh hưởng từ các yếu tố bên ngoài Do đó, việc chọn một trong những phương pháp tính toán là hợp lý, vì tất cả đều đáp ứng yêu cầu của bài toán.

Việc sử dụng tải tĩnh trong mô phỏng và điều chỉnh đầu phân áp cho phép điện áp thanh cái ở các phụ tải không lệch quá ±5% Điều này dẫn đến lượng công suất phản kháng dư 23kVAr với giá trị âm, do chạy ngược chiều với công suất tác dụng Hơn nữa, phụ tải nông thôn chủ yếu là phụ tải sinh hoạt với mật độ công suất thấp, tạo ra hệ số công suất cao, khiến cho công suất phản kháng do dung dẫn đường dây trở nên dư thừa và phát ngược về nguồn.

Tổn thất trong lưới điện chủ yếu xảy ra ở máy biến áp và trên các đường dây tải điện Hệ số cosφ cao nhất đạt 87,6% tại thanh cái Bus 1525 của phụ tải Tê Xô Trong.

1 (81%) và nhỏ nhất là 76,6% tại Bus 31 và Bus 223 của phụ tải Đăktơkan 4 (81%).

Tổn thất điện áp trên các Bus có giá trị lớn nhất là 4,9% tại phụ tải Long Láy 2

Các trạm điện bao gồm: Ba Tu 1 (33 + j24 kVA), Ba Tu 2 (33 + j24 kVA), Long Láy 3 (10 + j7 kVA), Mô Pả 2 (33 + j24 kVA), Thôn Mô Za (16 + j12 kVA), và Tê Xăng 1 (107 + j75 kVA) Tổn thất điện áp tại phụ tải Long Hy 3 chỉ là 0,5%, với công suất biểu kiến đạt 36 + j27 kVA.

3.5.1.2 Chế độ lưới điện vận hành tải cực tiểu

 Phụ tải cực tiểu ( công suất phụ tải cực tiểu = 50% công suất phụ tải cực đại ).

 Không vận hành tụ bù.

 Không kết nối với nhà máy năng lượng mặt trời.

Hình 3.5.4 Phân bố công suất chế độ phụ tải cực tiểu.

Bảng 3.2 Thông số phụ tải cực tiểu.

STT Phụ tải Bus Máy

Công suất Máy Biến Áp (kVA)

Công suất phụ tải (kVA)

Hệ số công suất Cos φ

Kết quả mô phỏng Etap:

 Phương pháp Adaptive Newton-Raphson và Newton-Raphson:

Hình 3.5.5 Kết quả phân bố công suất của chế độ phụ tải cực tiểu bằng phương pháp

Adaptive Newton-Raphson và Newton-Raphson.

Total Demand : tổng phụ tải

Total Motor Load : tổng tải động cơ.

Total Static Load : tổng tải tĩnh.

Apparent Losses : tổn thất công suất.

System Mismatch : Công suất lệch giữa nguồn và tải.

Với phân bố công suất tối thiểu chỉ bằng 50% công suất tối đa, tổn thất công suất tác dụng ở chế độ phụ tải tối thiểu là 31kW, thấp hơn nhiều so với 127kW ở chế độ phụ tải tối đa Do các phương pháp tính toán đều cho kết quả tổn thất công suất giống nhau, ta có thể chọn một phương pháp để giải quyết bài toán Trong lưới điện nông thôn, hầu hết phụ tải là sinh hoạt với hệ số công suất cao hơn 0.8, dẫn đến mật độ công suất ở chế độ phụ tải tối thiểu thấp, tạo ra công suất phản kháng dư thừa lớn (153kVAr) và có giá trị âm do chạy ngược chiều với công suất tác dụng.

Tổn thất trong lưới điện chủ yếu xảy ra ở máy biến áp và trên đường dây tải điện Hệ số cosφ cao nhất đạt 94,9% tại thanh cái Bus 812 của phụ tải Đăk Na 5 (Đăkre 1,2) (80%), trong khi hệ số thấp nhất là 79% tại Bus 31 và Bus 223 của phụ tải Đăktơkan 4 (81%).

Tổn thất điện áp trên các Bus có giá trị lớn nhất là 3,6 % tại phụ tải Long Hy 1

Các trạm điện như Long Hy 3, Măng Ri 1, Măng Ri 5, và CH.Tam đều có công suất biểu kiến là 17 + j12 kVA, trong khi Măng Ri 4 có công suất 8 + j6 kVA và Pu Ta là 10 + j7 kVA Đặc biệt, trạm T.Ngọc La có công suất lớn nhất là 34 + j25 kVA Đáng chú ý, giá trị tổn thất điện áp nhỏ nhất được ghi nhận là 1,9% tại phụ tải Ðăktơkan 1 với công suất 18 + j12 kVA.

3.5.2 Chế độ vận hành khi lưới điện kết nối với nhà máy năng lượng mặt trời

3.5.2.1 Chế độ lưới điện vận hành tải cực đại

 Phụ tải cực đại (thông số phụ tải theo như Bảng 3.1).

 Không vận hành tụ bù.

 Kết nối với nhà máy năng lượng mặt trời.

+ Nhà máy điện năng lượng mặt trời gồm 180 tấm pin có công suất 280W/tấm.

+ Tổng công suất của nhà máy điện năng lượng mặt trời là 1MW bằng 40% so với tổng công suất của phụ tải cực đại ( 2,526 MW ).

+ Kết nối với thanh cái Bus 1562 và máy biến áp T458.

Hình 3.5.6 Nhà máy năng lượng mặt trời ở chế độ phụ tải cực đại mô phỏng bằng Etap.

Hình 3.5.7 Phân bố công suất chế độ phụ tải cực đại kết nối năng lượng mặt trời.

Kết quả mô phỏng Etap:

 Phương pháp Adaptive Newton-Raphson và Newton-Raphson:

Hình 3.5.8 Kết quả phân bố công suất của chế độ phụ tải cực đại kết nối năng lượng mặt trời bằng phương pháp Adaptive Newton-Raphson và Newton-Raphson.

Total Demand : tổng phụ tải

Total Motor Load : tổng tải động cơ.

Total Static Load : tổng tải tĩnh.

Apparent Losses : tổn thất công suất.

System Mismatch : Công suất lệch giữa nguồn và tải.

%Mag: Phần trăm điện áp của thanh cái khi chưa có Nhà máy năng lượng mặt trời

%Mag - NLMT:Phần trăm điện áp của thanh cái khi có Nhà máy năng lượng mặt trời

Hình 3.5.9 Điện áp thanh cái trước và sau khi có Nhà máy điện năng lượng mặt trời -

Chế độ phụ tải cực đại.

Tổn thất công suất tác dụng phụ tải cực đại đã giảm 27%, từ 127kW xuống còn 92kW sau khi lắp đặt pin mặt trời Các phương pháp tính toán tổn thất công suất đều đáp ứng yêu cầu bài toán, do giá trị tổn thất công suất không thay đổi Tổn thất công suất phản kháng không có sự chênh lệch đáng kể so với trường hợp không kết nối pin năng lượng mặt trời, với nguồn tiêu thụ chủ yếu là các máy biến áp Khi pin mặt trời hòa vào lưới với công suất 1MW, nguồn phát ra của lưới giảm từ 2,668MW xuống 1,608MW, và công suất phản kháng giảm từ 1,806MVAr xuống 1,168MVAr.

Theo hình 3.5.9, điện áp tại các thanh cái đã tăng rõ rệt, giúp giảm tổn thất trên lưới điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Tổn thất điện áp cao nhất đạt 4,7% tại các phụ tải Ba Tu 1, Ba Tu 3, Ch.Tam, Long Hy 1 và Long Hy 3, trong khi giá trị thấp nhất là 2,9% tại Đăk Sao 5, TTCX Đăk Sao 4 và Kạch Lớn II Đáng chú ý, tổn thất điện áp đã giảm 0,2% khi chưa kết nối nguồn năng lượng mặt trời, từ 4,9% xuống mức thấp hơn.

Hệ số công suất lớn nhất là 96,8% tại thanh cái Bus 1426 của phụ tải T.M.Rông

5 (82%) và nhỏ nhất là 79,3% tại Bus 1410 và Bus 1412 của phụ tải Đăk Năng (80%).

Hệ số công suất tăng từ 87,6% lên 96,8% khi được kết nối nguồn năng lượng mặt trời.

3.5.2.2 Chế độ lưới điện vận hành tải cực tiểu

 Phụ tải cực tiểu (thông số phụ tải theo như Bảng 3.2).

 Không vận hành tụ bù.

 Kết nối với nhà máy năng lượng mặt trời.

+ Nhà máy điện năng lượng mặt trời gồm 180 tấm pin có công suất 280W/tấm.

+ Tổng công suất của nhà máy điện năng lượng mặt trời là 1MW bằng 75% so với tổng công suất của phụ tải cực tiểu ( 1,346 MW ).

+ Kết nối với thanh cái Bus 1562 và máy biến áp T458.

Hình 3.5.10 Nhà máy năng lượng mặt trời ở chế độ phụ tải cực tiểu mô phỏng bằng Etap.

Hình 3.5.11 Phân bố công suất chế độ phụ tải cực tiểu kết nối năng lượng mặt trời.

Kết quả mô phỏng Etap:

 Phương pháp Adaptive Newton-Raphson và Newton-Raphson:

Hình 3.5.12 Kết quả phân bố công suất của chế độ phụ tải cực tiểu kết nối năng lượng mặt trời bằng phương pháp Adaptive Newton-Raphson và Newton-Raphson.

Total Demand : tổng phụ tải

Total Motor Load : tổng tải động cơ.

Total Static Load : tổng tải tĩnh.

Apparent Losses : tổn thất công suất.

System Mismatch : Công suất lệch giữa nguồn và tải.

%Mag: Phần trăm điện áp của thanh cái khi chưa có Nhà máy năng lượng mặt trời

%Mag - NLMT:Phần trăm điện áp của thanh cái khi có Nhà máy năng lượng mặt trời

Hình 3.5.13 Điện áp thanh cái trước và sau khi có Nhà máy điện năng lượng mặt trời -

Chế độ phụ tải cực tiểu.

Khi công suất cực tiểu chỉ đạt 50% công suất cực đại, tổn thất công suất tác dụng phụ tải cực tiểu không giảm so với trước khi lắp đặt pin mặt trời Nếu phụ tải cực đại kết nối với pin mặt trời có dung lượng nhỏ hơn 50% dung lượng tải, tổn thất công suất sẽ giảm Tuy nhiên, với chế độ phụ tải cực tiểu có công suất pin mặt trời lớn hơn 50% dung lượng phụ tải, việc kết nối pin năng lượng mặt trời chỉ làm giảm nhu cầu công suất phát từ lưới mà không làm giảm tổn thất trong lưới Khi nguồn năng lượng mặt trời hòa vào lưới với công suất 1MW, nguồn lưới cần phát ra sẽ giảm từ 1,343MW xuống còn 0,368MW, và công suất phản kháng cũng giảm từ 0,79MVAr xuống 0,229MVAr.

Điện áp tại các thanh cái đã tăng rõ rệt, góp phần giảm tổn thất trên lưới điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Tổn thất điện áp lớn nhất ghi nhận là 3,4% tại phụ tải Đăktơkan 4 (9+ j6 kVA), trong khi giá trị thấp nhất là 1% tại phụ tải Tê Xăng 1 (58+ j40 kVA) Khi chưa kết nối nguồn năng lượng mặt trời, tổn thất điện áp là 3,6%, nhưng đã giảm 0,2% xuống còn 3,4% sau khi kết nối Đồng thời, tổn thất điện áp thấp nhất cũng giảm từ 1,9% xuống còn 1% khi hệ thống được kết nối với pin mặt trời.

Hệ số công suất cos lớn nhất là 97,7% tại thanh cái Bus 1362 của phụ tải Đăk

Hà 1 (81%) và nhỏ nhất là 79,6% tại Bus 229 của phụ tải Đăktơkan 6 (80%) Hệ số công suất cos tăng từ 94,9% lên 97,7% khi được kết nối nguồn năng lượng mặt trời.

Khi nhà máy điện năng lượng mặt trời kết nối với lưới điện, nó phát cả công suất tác dụng và công suất phản kháng Trong quá trình vận hành hoặc mô phỏng, bộ Inverter được thiết lập để phát ra cả hai loại công suất này Như hình 3.5.10 minh họa, công suất phản kháng chiếm 60% công suất tác dụng (cos φ = 0,6), điều này giúp ổn định điện áp trong quá trình vận hành, đảm bảo điện áp chỉ dao động trong khoảng 95% đến 105%.

Bảng 3.3 tổng kết kết quả mô phỏng cho chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu, so sánh giữa trạng thái chưa kết nối và đã kết nối với nguồn năng lượng mặt trời.

Khi chưa nối nguồn năng lượng mặt trời

Khi đã được nối nguồn năng lượng mặt trời ΔP(kW) ΔQ(kVar) ΔUmax% ΔP(kW) ΔQ(kVar) ΔUmax%

3.5.2.3 Chế độ lưới điện bị sự cố ngắn mạch

 Mô phỏng sự cố khi ngắn mạch tại điểm N1.

Ngắn mạch 3 pha tại Bus 1583

Hình 3.5.14 Ngắn mạch 3 pha tại bus 1583.

Hình 3.5.15 Kết quả mô phỏng điểm ngắn mạch tại Bus 1583.

Khi sự cố ngắn mạch xảy ra tại Bus 1583, máy cắt CB172 được điều khiển bởi relay 1 đã cắt ra trong 29,8 ms sau khi nhận tín hiệu từ relay 1 Relay 2 phối hợp bảo vệ cùng relay 1 với thời gian tác động 38,5 ms, dài hơn thời gian 19,8 ms của relay 1, nhằm đảm bảo an toàn trong trường hợp relay 1 không hoạt động.

 Mô phỏng sự cố khi ngắn mạch tại điểm N2.

Ngắn mạch 3 pha tại phía sơ cấp máy biến áp T439.

Hình 3.5.16 Ngắn mạch 3 pha tại phía sơ cấp máy biến áp T439.

Hình 3.5.17 Kết quả mô phỏng điểm ngắn mạch tại phía sơ cấp máy biến áp T439.

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch tại phía sơ cấp máy biến áp T439, máy cắt CB185 được relay 9 điều khiển cắt ra trong thời gian 96,2 ms sau khi nhận tín hiệu Relay 10 và 11 phối hợp bảo vệ với relay 9, với thời gian tác động lần lượt là 164 ms và 247 ms.

Kết luận

Tổn thất công suất, tổn thất điện áp và hiện tượng ngắn mạch đều gây ra ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống điện Phần mềm Etap hỗ trợ người dùng trong việc tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện áp tại các nút, cũng như dòng điện trên các nhánh trong trường hợp xảy ra ngắn mạch Điều này giúp kiểm tra ổn định động và ổn định nhiệt của thiết bị, dây dẫn, đồng thời phục vụ cho việc chỉnh định rơle và lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp.

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ SÓNG HÀI