(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu các yêu cầu kỹ thuật khi kết nối nguồn điện phân tán với lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Phạm Văn Tuyền NGHIÊN CỨU CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI KẾT NỐI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN VỚI LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Chuyên ngành : Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC T.S Nguyễn Xuân Hoàng Việt Hà Nội – 2014 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu .3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 1.1 Định nghĩa phân loại nguồn điện phân tán .4 1.1.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán 1.1.2 Đặc tính cơng suất nguồn điện phân tán 1.1.3 Phân loại nguồn phân tán .6 1.2 Các công nghệ phát điện phân tán 1.2.1 Tổ hợp máy phát điện - động đốt 1.2.2 Tổ hợp máy phát điện – tuabin khí .8 1.2.3 Thủy điện nhỏ 10 1.2.4 Nguồn điện sử dụng lượng mặt trời (NLMT) 12 1.2.5 Nguồn điện sử dụng lượng gió .14 i 1.2.6 Pin nhiên liệu (Fuel cell) 17 1.2.7 Điện sinh khối (Biomass) 18 1.3 Tác động nguồn điện phân tán đến hệ thống điện 19 1.3.1 Lợi ích nguồn điện phân tán .19 1.3.2 Ảnh hưởng nguồn điện phân tán 20 1.4 Bài toán vận hành lưới điện phân phối có nguồn phân tán .21 CHƯƠNG 2: YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẤU NỐI VÀO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 23 2.1 Yêu cầu kỹ thuật Việt Nam nguồn điện phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp [1] 23 2.2 Quy định kỹ thuật số quốc gia giới 28 2.2.1 Quy định đấu nối hệ thống điện nước Bắc Âu [3] .28 2.2.2 Quy định đấu nối nguồn điện phân tán vào hệ thống điện bang Texas, Hoa Kỳ [4] 30 2.2.3 Quy định đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện IEEE [2] 33 2.2.4 Quy định thông số bảo vệ đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện số quốc gia khác .34 2.3 Đánh giá quy định kỹ thuật nguồn điện phân tán .36 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Ở VIỆT NAM 38 3.1 Xu hướng phát triển DG lưới điện phân phối (LĐPP) Việt Nam 3.2 Phân tích ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến lưới điện phân phối Việt Nam .39 3.2.1 Mơ hình nghiên cứu 39 ii 38 3.2.2 Phân tích ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến điện áp lưới điện 42 3.2.3 Phân tích ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến bảo vệ hệ thống 46 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 4.1 Kết luận .50 4.2 Kiến nghị đề xuất .51 4.3 Hướng phát triển đề tài 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 64 iii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan, vấn đề trình bày luận văn nghiên cứu riêng cá nhân tơi, có tham khảo số tài liệu báo tác giả nước xuất Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm có sử dụng kết người khác Tác giả Phạm Văn Tuyền iv LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tác giả nhận nhiều giúp đỡ đóng góp ý kiến thầy cô Viện Điện, Viện Sau Đại Học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, bạn đồng nghiệp tập thể lớp cao học Hệ thống điện 2012B cung cấp kiến thức, tài liệu thơng tin có liên quan đến đề tài Đặc biệt tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt tận tình giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu hồn thiện luận văn Tơi chân thành cảm ơn tập thể quan, bạn bè, gia đình người thân tơi, người bên cạnh an ủi nguồn động viên to lớn giúp tơi vượt qua khó khăn thời gian qua Trong khuôn khổ luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật, chắn chưa đáp ứng cách đầy đủ vấn đề nêu Tôi xin chân thành cảm ơn tiếp thu nghiêm túc ý kiến đóng góp nhà khoa học bạn đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành cảm ơn! v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DCS Distributed Control System (Hệ thống điều khiển phân tán) D-FACTS Distribution-Flexible AC Transmission System (Hệ thống truyền tải điện linh hoạt dùng cho lưới phân phối) HTĐ Hệ thống điện LĐPP Lưới điện phân phối NLMT Năng lượng mặt trời MBA Máy biến áp PV Photovoltaic – Pin lượng mặt trời RTU Remote Terminal Unit (Thiết bị đầu cuối từ xa) SCADA Supervisory Control And Data Acquisition (Hệ thống thu thập số liệu để phục vụ việc giám sát, điều khiển vận hành hệ thống điện) TĐL Tự động đóng lại TBA Trạm biến áp vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Đặc tính kỹ thuật số loại pin nhiên liệu 17 Bảng 2.1: Quy định vùng tần số điện áp làm việc nguồn điện lưới 31 Bảng 2.2: Giới hạn dòng hài theo IEEE 519-1992 32 Bảng 2.3: Yêu cầu trang bị hệ thống bảo vệ hệ thống thông tin liên lạc đấu nối nguồn điện phân tán 32 Bảng 2.4: Quy định dải điện áp làm việc nguồn điện lưới 33 Bảng 2.5: Quy định vùng tần số nguồn điện lưới 33 Bảng 2.6: Giới hạn dòng hài 34 Bảng 2.7: Quy định hòa đồng máy phát đồng .34 Bảng 2.8: Quy định thông số bảo vệ đấu nối nguồn phân tán vào lưới điện Vương Quốc Anh [5], [6] 34 Bảng 2.9: Quy định thông số bảo vệ đấu nối nguồn phân tán vào lưới điện số quốc gia khác [7] 35 Bảng 3.1: Thơng số nhà máy thủy điện Suối Sập 40 Bảng 3.2: Điện áp nút đường trục 373 chế độ vận hành nhà máy thủy điện Suối Sập phát công suất lớn không vận hành 42 Bảng 3.3: Điện áp nút đường trục 373 chế độ vận hành nhà máy thủy điện Suối Sập Suối Sập phát công suất lớn 44 Bảng 3.4: Điện áp nút đường trục 373 chế độ phụ tải cực tiểu nhà máy thủy điện Suối Sập Suối Sập tiêu thụ công suất phản kháng 45 Bảng 3.5: Ngắn mạch ba pha lưới trung áp TBA 110kV Phù Yên 47 Bảng 3.6: Dòng ngắn mạch đầu xuất tuyến 373 TBA 110kV Phù Yên có nhà máy thủy điện Suối Sập trường hợp cố nút Đèo Chẹn .48 Bảng 3.7: Dòng ngắn mạch đầu xuất tuyến 373 TBA 110kV Phù Yên hai nhà máy thủy điện vận hành trường hợp cố nút Đèo Chẹn Bảng 3.8: Dòng ngắn mạch xuất tuyến 373 TBA 110kV Phù Yên có cố xuất tuyến 371 xuất tuyến 375 49 vii 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ phân loại loại nguồn phân tán Hình 1.2 Mơ hình tổ máy phát điện điêzen Hình 1.3 Mơ hình máy phát điện tuabin khí chu trình hỗn hợp Hình 1.4: Mơ hình nhà máy thủy điện kiểu đập .11 Hình 1.5: Mơ hình nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn 11 Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện NLMT 13 Hình 1.7: Mơ hình tuabin gió với tốc độ cố định .14 Hình 1.8: Mơ hình tuabin gió có vận tốc biến đổi chỉnh lưu tồn phần 15 Hình 1.9: Mơ hình tuabin gió với tốc độ thay đổi có biến đổi nối trực tiếp stato lưới 16 Hình 1.10: Cấu trúc tốn nghiên cứu ảnh hưởng DG đến LĐPP 22 Hình 2.1: Quy định tần số điện áp làm việc nguồn điện lưới .29 Hình 2.2: Quy định khả hoạt động nguồn điện cố cố 30 Hình 3.1: Sơ đồ lưới điện trung áp trạm biến áp 110kV Phù Yên .41 Hình 3.2: Phân bố điện áp nút đường trục lộ 373 TĐ Suối Sập không phát điện 43 Hình 3.3: Phân bố điện áp nút đường trục lộ 373 TĐ Suối Sập phát công suất lớn 43 Hình 3.4: Phân bố điện áp nút đường trục lộ 373 TĐ Suối Sập Suối Sập phát công suất lớn .44 Hình 3.5: Phân bố điện áp nút đường trục lộ 373 TĐ Suối Sập Suối Sập tiêu thụ công suất phản kháng 45 viii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, với phát triển mạnh mẽ kinh tế xã hội gia tăng phụ tải điện, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư xây dựng nhà máy điện phát triển hoàn thiện hệ thống truyền tải phân phối.Vấn đề đặt khó giải triệt để vốn đầu tư cao, thời gian thu hồi vốn lớn, việc xây dựng hay kéo dài đường dây truyền tải để cung cấp điện cho khu vực có mật độ phụ tải nhỏ khó đảm bảo tiêu kinh tế chất lượng điện áp Do đó, hướng giải đánh giá có nhiều hiệu xu phát triển nguồn điện phân tán (Distributed Generation - DG) như: Điêzel, thuỷ điện nhỏ, điện mặt trời, điện gió để cung cấp điện chỗ cho phụ tải, góp phần giảm áp lực nguồn cho lưới điện Quốc gia Ở nước ta thời gian gần đây, DG phát triển mạnh mẽ, số lượng lớn nguồn DG triển khai xây dựng đấu nối vào lưới điện phân phối Nhưng qua thực tế vận hành lưới điện phân phối với DG đặt nhiều vấn đề cần giải Thông tư số 32/2010/TT-BCT Bộ Công Thương ban hành ngày 30 tháng năm 2010 “Quy định hệ thống điện phân phối” đưa quy định kĩ thuật vận hành nguồn điện lưới phân phối tần số, điện áp bảo vệ hệ thống điện.Tuy nhiên quy định chưa yêu cầu xem xét cụ thể đến thay đổi ảnh hưởng đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối Trong thực tế số nguồn điện phân tán vận hành đấu nối vào lưới phân phối gây nên ảnh hưởng đến lưới điện phân phối điện áp lưới tăng cao, thu hẹp phạm vi bảo vệ rơle Qui định thông tư 32/2010/TT-BCT áp dụng cho cấp điện áp 110kV, trung áp hạ áp gây nên khó khăn định cho đơn vị phân phối điện nhà máy điện Đó chưa kể đến ảnh hưởng có đấu nối nguồn điện từ lượng tái tạo khác tương lai Trong nước số báo, nghiên cứu khoa học luận án tốt nghiệp sau