Đánh giá mứ độ sóng hài trong lưới điện ó xét đến ảnh hưởng ủa nguồn điện phân tán, tính toán ho lưới điện mẫu ieee 30 nút

ớTuy nhiên, việc sử ụng lượng điệ d n phát từ các ngu n NLTT ngày càng ồnhiều đồng nghĩa với việc các thiết bị điện tử công suất cũng được thêm vào lưới điện ngày một gia tăng.. Trong cá

TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHU TH HÙNG Ế

Ngành K thu ỹ ật điệ n - H th ệ ống điệ n

Giả ng viên hư ng d n: T Nguy ớ ẫ S ễ n Quốc Minh

HÀ NỘI, 2020

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132205191000000

TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHU TH HÙNG Ế

Ngành K thu ỹ ật điệ n - H th ệ ống điệ n

Giảng viên hướng d n: TS Nguyẫ ễ n Quốc Minh

HÀ NỘI, 2020

Chữ ký c a GVHD ủ

C NG HÒA XÃ H I CH Ộ Ộ Ủ NGHĨA VIỆT NAM

Độ ậ – ực l p T do H nh phúc – ạ

B N XÁC NH N CH NH S A LU Ả Ậ Ỉ Ử ẬN VĂN THẠC SĨ

H và tên tác gi ọ ả luận văn: Chu Th Hùngế

Đề tài luận văn: Đánh giá mức độ sóng hài trong lưới điện có xét đế ản nh hưởng c a nguủ ồn điện phân tán, tính toán cho lưới điện m u IEEE 30 nút ẫChuyên ngành: K ỹthuật điện - H ệthống điện

Mã s h c viênố ọ : CB170164

Tác giả, Người hướng d n khoa h c và Hẫ ọ ội đồng ch m luấ ận văn xác nhận tác gi ả đã sửa ch a, b sung luữ ổ ận văn theo biên bản h p Họ ội đồng ngày 29/10/2020 v i các n i dung sau: ớ ộ

- B sung ph n giổ ầ ới hạn ph m vi nghiên c u cạ ứ ủa luận văn

- Hiệ chỉnh m t s n i dung tu ộ ố ộ ại các chương cho phù hợp và logic hơn

- Chuyển n i dung thông s ộ ố lưới điện IEEE 30 nút sang ph n Ph l c; ầ ụ ụ

- Sửa lỗi chính tả, m t s ộ ốthuật ngữ trong luận văn

Ngày tháng năm 2020

TS Nguy n Qu c Minh Chu Th Hùng ễ ố ế

CHỦ ỊCH HỘ T I Đ ỒNG

Đặc bi t em xin bày t lòng kính tr ng và g i l i cệ ỏ ọ ử ờ ảm ơn sâu sắc nh t t i TS ấ ớ

Nguyễn Qu c Minh, người đãố nhi t tình, t n t y và chân thành hư ng d n em ệ ậ ụ ớ ẫtrong suốt quá trình hoàn thành luận văn

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn ớt i các thành viên trong gia đình; b n bè, ạ

đồng nghi p ệ đã động viên, tạo điều ki n thu n l i giúp ệ ậ ợ em hoàn thành luận văn này

Mặc dù tôi đã có nhiều c gi ng, tuy nhiên không th tránh kh i nh ng thiố ắ ể ỏ ữ ếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí th y cô và các b n ầ ạ

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nộ , ngày tháng năm 2020 i

Tác giả

Chu Th ế Hùng

i

M ỤC LỤ C DANH M C B NG iii Ụ Ả

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ iv

DANH MỤC V ẾT TẮT VÀ KÍ HIỆI U vi

L I M Ờ Ở ĐẦU 1

CHƯƠNG 1. GI I THI U CHUNG 2 Ớ Ệ 1.1 Tổ ng quan năng lư ng tái t o 2 ợ ạ 1.1.1 Khái niệm năng lượng tái t o 2 ạ 1.1.2 Vai trò của năng lượng tái t o: 2 ạ 1.1.3 Phân loại năng lượng tái t o 3 ạ 1.1.4 Tình hình s dử ụng năng lượng tái t o 12 ạ 1.2 Nh ng vữ ấ n đ đặ ề t ra khi phát triển năng lượng tái t oạ 15

1.2.1 Ưu điểm 15

1.2.2 Nhược điểm 15

1.3 Bài toán đánh giá những ảnh hưởng của sóng hài khi kết nối các nguồn NLTT vào lưới điện 16

1.3.1 Tính c p thi t cấ ế ủa đề tài 16

1.3.2 Mục tiêu và nội dung của đề tài 17

1.3.3 Mô t bài toán 17 ả CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH K T N I CÁC NGUẾ Ố ỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TRÊN LƯỚI ĐIỆN 18

2.1 Mô hình kết nối lướ 18 i 2.2 H thệ ống pin mặt tr iờ 18

2.2.1 Hiệu ứng quang điện 18

2.2.2 Hi u su t c a quá trình biệ ấ ủ ến đổi năng lượng 20

2.3 H thệ ống Tuabin gió 20

2.3.1 Các phương trình đặc trưng của năng lượng gió 20

2.3.2 M i liên h gi a công su t và v n tố ệ ữ ấ ậ ốc của điện gió 21

2.3.3 Các loại máy phát điện gió 22

2.4 Ch vế độ ận hành của lưới điệ 24 n 2.5 Các b ộ chuyể n đ ổi năng lượng 24

CHƯƠNG 3 ẢNH HƯỞ NG C A SÓNG HÀI TỚ Ủ I CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI ĐIỆN 25

3.1 Những ả nh hư ởng c a nguủ ồ n năng lư ợng tái t o tạ ới chất lượ ng đi n ệ áp 25

3.2 Ả nh hư ng củ ở a sóng hài 26

ii

3.2.1 Định nghĩa sóng hài và phân tích sóng hài 26

3.2.2 Các tiêu chí đánh giá sóng hài 28

3.2.3 Tính toán sóng hài tại các nút trong lưới 30

3.2.4 Các ngu n sinh ra sóng hài trong h thồ ệ ống điện 31

3.2.5 Ảnh hưởng c a sóng hài 38 ủ 3.3 Các gi i pháp lo i trả ạ ừ ả nh hư ởng sóng hài trong hệ ố th ng đi n - Các ệ b l c ộ ọ 40

3.3.1 B l c th ng 41 ộ ọ ụ độ 3.3.1.3 Tính toán thông số ộ ọ b l c 43

3.3.2 B l c tích c c 46 ộ ọ ự 3.3.3 B l c tích c c lai 49 ộ ọ ự CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN MÔ PH ỎNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN IEEE 30 NÚT 51

4.1 Gi i thiớ ệu về phần mềm ETAP 51

4.2 Tổng quan về lưới điện IEEE 30 nút 52

4.3 Thông số lướ i đi n IEEE 30 nút 53 ệ 4.4 Phân tích phân b dòng công suố ất khi chưa có kết nối các nguồn NLTT 53

4.4.1 Phân b dòng công su t v i ph tố ấ ớ ụ ải ban đầu 54

4.4.2 Phân b dòng công su t v i k ch b n quá t i 55 ố ấ ớ ị ả ả 4.5 Phân tích hài khi có s tham gia cự ủa các nhà máy điện mặt tr iờ 55

4.5.1 Phân tích hài đố ới v i K ch b n 1 ị ả (Điện m t tr i t p trung t i 1 nút)ặ ờ ậ ạ 56

4.5.2 Phân tích đố ới v i K ch bị ản 2 (Điện m t tr i phân tán t i 2 nút) 58 ặ ờ ạ 4.5.3 Phân tích đố ới v i K ch bị ản 3 (Điện m t tr i phân tán t i 3 nút) 60 ặ ờ ạ 4.6 Thực hiện kế ố t n i các bộ ọ l c sóng hài 61

CHƯƠNG 5. K T LU N 65 Ế Ậ 5.1 Các kết quả chính đạt được của luận văn 65

5.2 Hướng phát tri n c a luể ủ ận văn 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PH L CỤ Ụ 69

iii

DANH M C B NG Ụ Ả

B ng 1.1 Tuabin gió tr c ngang ả ụ 11

B ng 3.1 Gi i hả ớ ạn độ méo sóng hài tại các cấp điện áp 29

B ng 3.2 So sánh mả ức độ gây ra t l biỉ ệ ến dạng điện áp c a hai công ngh 36ủ ệ

B ng 4.1 K t qu t ng quan phân b dòng công su t v i ph tả ế ả ổ ố ấ ớ ụ ải ban đầu 54

B ng 4.2 K t qu t ng quan phân b dòng công su t k ch b n quá t i 55ả ế ả ổ ố ấ ị ả ả

Bảng 4.3 ổng hợp các kịch bản nghiên cứu dự ến khi có nguồn NLTT phân tán: T ki 55

Bảng 4.4 Chi tiết độ méo sóng hài điện áp từng bậc trước và sau kết nối các bộ

l c 64ọ

iv

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Biểu đồ công suất điện NLTT bổ sung hàng năm (2012-2018) 4

Hình 1 2 Biểu đồ ổ t ng công suất điện NLTT trên th gi i 4 ế ớ Hình 1 3 Th ng kê s ố ố lượng công việc được tạo ra t NLTT 5 ừ Hình 1 4 Pin màng mỏng vô định hình 6

Hình 1 5 T m pin m t tr i công ngh ấ ặ ờ ệ đơn tinh thể 6

Hình 1 6 T m pin m t tr i công ngh ấ ặ ờ ệ đa tinh thể 7

Hình 1 7 Công ngh nhi t m t tr i 8 ệ ệ ặ ờ Hình 1 8 Công ngh tuabin gió trệ ục đứng 10

Hình 1 9 Nhà máy điện gió Phú L c t i Bình Thu n 11 ạ ạ ậ Hình 2 1 Mô hình t ng quan h ổ ệ thống NLTT k t nế ối lưới 18

Hình 2 2 Mô tả các vùng năng lượng của điệ ử ề ặn t b m t vật liệu rắn khi có tác động c a photon 19 ủ Hình 2 3 Đường cong giá tr hi u su t chuy n đổị ệ ấ ể i ph thu c mụ ộ ức năng lượng c a ủ v t li u 20 ậ ệ Hình 2 4 Tương quan giữa công su t và v n t c gió c a tuabin 22 ấ ậ ố ủ Hình 2 5 Máy phát điện gió có v n tậ ốc cố đị nh 22

Hình 2 6 Máy phát điện gió có vận tốc thay đổi giới hạn 23

Hình 2 7 Máy phát điện là m t b t o c m ng kép 23 ộ ộ ạ ả ứ Hình 2 8 Tua bin được đi u ch nh cao đ và có b chuy n đ i ngu n AC/DC/ACề ỉ ộ ộ ể ổ ồ 24

Hình 3 1 Phân tích Fourier c a sóng b méo d ng 26 ủ ị ạ Hình 3 2 D ng sóng v i thành phạ ớ ần cơ bản và hài bậc 3 27

Hình 3 3 a D ng sóng v i hài bạ ớ ậc lẻ b D ng sóng v i hài bạ ớ ậc chẵn 27

Hình 3 4 Điện áp sin qua t i phi tuy n tả ế ạo ra dòng điện không sin 32

Hình 3 5 Dòng điện của đèn huỳnh quang dùng chấn lưu điệ ửn t 32

Hình 3 6 Dạng sóng và phân tích hài dòng điện của bộ chỉnh lưu cầu ba pha 33

Hình 3 7 Dạng sóng đầu vào chỉnh lưu 6 xung của Inveter 34

Hình 3 8 C u trúc b ấ ộ chỉnh lưu trong Inverter 35

Hình 3 9 Đồ ị điệ th n áp và dòng c a công ngh ủ ệSPWM 35

Hình 3 10 Đồ ị điệ th n áp và dòng c a công ngh ủ ệSVPWM 36

Hình 3 11 Ph sóng hài c a công ngh ổ ủ ệ SVPWM 37

Hình 3 12 Mạch tương đương của bộ Inverter nối lưới 38

v

Hình 3 13 B l c th ng n i ti p (bù dộ ọ ụ độ ố ế ọc) 41

Hình 3 14 (a) Sơ đồ ạch m 42

Hình 3 15 Qui trình thi t k b lế ế ộ ọc STF 43

Hình 3 16 Mạch tương đương dùng để tính toán hi u qu lệ ả ọc hài của STF 45

Hình 3 17 Sơ đồ nguyên lí c a b l c tích c c 46 ủ ộ ọ ự Hình 3 18 B l c tích c c song song 47 ộ ọ ự Hình 3 19 B l c tích cộ ọ ực nố ếi ti p 48

Hình 3 20 B l c lai s d ng b l c tích c c ộ ọ ử ụ ộ ọ ự song song và l c th ọ ụđộng song song 49 Hình 3 21 Bộ ọ l c lai sử ụ d ng bộ ọ l c tích cực nối ti p và l c thế ọ ụ động song song 50

Hình 4 1 Sơ đồ lưới điện gốc cơ s cho lưới điệở n IEEE 30 nút 52

Hình 4 2.Sơ đồ lưới điện IEEE 30 nút v i m t nguớ ộ ồn bù được thêm t i nút 8 53 ạ Hình 4 3 K t qu phân b ế ả ố công suấ ạt t i các nút ph t i 54 ụ ả Hình 4 4 Thi t l p thông sế ậ ố ổ ợp điệ t h n m t tr i b sung vào nút Hancock 13_3.ặ ờ ổ 56

Hình 4 5 Thiết lập thông số ộ b chuyển đ i và sóng hài của tổ ợp điện mặt trời ổ h b sung vào nút Hancock 13_3 57 ổ Hình 4 6 Tổng độ méo sóng hài điện áp t ng nút trong k ch b n 1 57 ừ ị ả Hình 4 7 Độ méo sóng hài theo b c t i các nút 132 kV trong k ch b n 1 58 ậ ạ ị ả Hình 4 8 Dạng sóng điện áp các nút 132 kV khi có ngu n NLTT K ch b n 1 58 ồ ị ả Hình 4 9 Bi u di n vể ễ ị trí điểm đặt của các nguồ ổ ợp điện t h n mặt tr i phân tán ờ trong Kịch bản 2 59

Hình 4 10 So sánh ảnh hưởng của nguồ ổ ợp điện t h n m t tr i phân tán so vặ ờ ớ ếi k t n i tố ập trung (màu đỏ: Kịch b n 1, màu xanh: K ch b n 2) 59 ả ị ả Hình 4 11 Phổ méo sóng hài điện áp theo b c tậ ại các nút có THD (%) cao điện áp 132 kV lân c n nguậ ồn hài 60

Hình 4 12 Dạng sóng điện áp các nút lựa chọn theo hình 4.11 trong 1 chu k 60 ỳ Hình 4 13 So sánh THD (%) các nút tương ứng 3 k ch b n 61 ị ả Hình 4 14 Thiết kế ộ ọc tự độ b l ng theo bậc yêu cầu 62

Hình 4 15 V trí kị ết nối các bộ ọ l c sóng hài b c 11, 13, 23, 25 trên nút Kumis ậ 13_3 63

Hình 4 16 K t qu l c sóng hài b c 11, 13, trên nút Kumis 13_3 63 ế ả ọ ậ Hình 4 17 K t qu phân tích hài nút Kumis 13_3 vế ả ới các bộ ọ l c bao gồm đ méo ộ sóng hài từng bậc sau lọc và so sánh độ méo t ng bừ ậc trước và sau lọc 64

vi

DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU

PV: Pin năng lượng m t ặ trời (Photovoltaic)

SPWM: Điều ch r ng xung sin ế độ ộ

SVPWM: Vector không gian điều ch r ng xung ế ộ

PWM: Điều ch r ng xung ế độ ộ

GTO: Gate turn - off (thyristor đóng cắt)

MPPT: Điểm làm việc với công su t cấ ực đại

s dẽ ẫn đến ngu n vồ ốn đầu tư lớ và không ện hi u qu v m t kinh t ả ề ặ ế

Do đó, việc phát tri n các ngu n cung cể ồ ấp năng lượng nh t i ch c p ỏ ạ ỗ để ấđiện cho ph t i là m t giụ ả ộ ải pháp Trong đó sự phát triển năng lượ ng tái t o (NLTT) ạđược xem như là giải pháp t t ố và ngày càng được áp d ng t i nhiụ ạ ều nước trên th ế

gi i ớ

Tuy nhiên, việc sử ụng lượng điệ d n phát từ các ngu n NLTT ngày càng ồnhiều đồng nghĩa với việc các thiết bị điện tử công suất cũng được thêm vào lưới điện ngày một gia tăng Đó cũng là một trong nh ng nguyên nhân chính gây ra ữsóng hài vào lưới gây ảnh hưởng nhất định t i chớ ất lượng điện năng

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó và các kiến thức đã được học trong nhà trường Em đã thực hiện đồ án t t nghi p v tài “Đánh giá mứố ệ ề đề c đ sóng hài ộ trong lưới điện có xét đế ả n nh hư ng c a ngu n đi n phân tán, tính toán cho ở ủ ồ ệ lưới điện m u IEEE 30 nút” vẫ ới các nội dung sau:

- T ng quan v ổ ề năng lượng tái t o ạ

- Mô hình k t n i c a nguế ố ủ ồn NLTT vào lưới điện

- Ảnh hưởng c a sóng hài t i chủ ớ ất lượng điện năng trong lướ điệi n

- Tính toán mô phỏng trên lưới điện IEEE 30 nút

Trong quá trình th c hiự ện đồ án, em xin chân thành cảm ơn Th y-ầ TS

Nguyễn Quốc Minh cùng các thầy cô trong b môn H Thống Điện đã hướộ ệ ng d n ẫnhi t tình và tệ ạo điều ki n thu n l i cho em có th ệ ậ ợ ể hoàn thành đồ án này

2

1.1 Tổ ng quan năng lư ợng tái t o ạ

1.1.1 Khái niệm năng lượng tái t o ạ

Năng lượng tái tạo (NLTT): Nguồn năng lượng đượ ạc t o ra t ừcác quá trình

t nhiên và liên tự ục được bổ sung Ngu n t nhiên này g m ánh sáng m t trồ ự ồ ặ ời, địa nhiệt, thủy triều, nước và các dạng sinh khối khác nhau Nguồn năng lượng này không bị ạ c n ki t và không ngệ ừng được tái sinh Có m t sộ ố nguồn NLTT được coi

là mớ ối đ i với các nước đang phát triển như Điện m t trặ ời, điện gió, năng lượng đại dương…

1.1.2 Vai trò của năng lượng tái t o: ạ

 Môi trường

Công nghệ cho các loại năng lượng tái t o là công ngh sạch và nguyên liệu ạ ệ

s dử ụng hoặc đã có s n trong thiên nhiên và không tạo ra ôẵ nhiễm như mặt trời, gió, sóng bi n v.v ; phể ế ả th i từ các công ngh ệkhác thay vì c n ph i x lý, nay ầ ả ử được s d ng l i So sánh v i các nguử ụ ạ ớ ồn năng lượng khác, năng lượng tái t o có ạnhiều ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả tác hại, tác động đến môi trường trong quá trình khai thác các nhiên li u hóa thệ ạch S dụng năng lượử ng tái t o r ng ạ ộrãi và liên t c có th ụ ể tác động đến việc cả ại t o khí hậu Trái Đấ ềt v lâu dài, h n ch ạ ế

hi u ng nhà kính tác nhân làm biệ ứ ến đổi khí h u trên th gi i ậ ế ớ

 Kinh t ế xã hội

Góp p n phát tri n b n v ng kinh t và xã h i thầ ể ề ữ ế ộ ừ đó đem lại nhiều cơ h i ộ

vi c làm, doanh thu cao t việ ừ ệc sản xu t, cung c p, xây d ng, d ch v ấ ấ ự ị ụ năng lượng tái t o ạ

Tăng cường s linh ho t, ch ự ạ ủ động, đáp ứng c a h thủ ệ ống điện khi nhu c u ầđiện năng thay đổi, gi m s ph thu c và đầu tư vào nhậả ự ụ ộ p kh u nhiên liẩ ệu để ả s n

xuất điện năng

 Vai trò định hướng tương lai

Đây là dạng năng lượng dành cho các th h tương lai vì nguồế ệ n nguyên li u ệkhông bao gi b c n ki t ờ ị ạ ệ

Đa dạng hóa ngu n cung cồ ấp năng lượng Tái cân b ng c u trúc s d ng ằ ấ ử ụnăng lượng hóa th ch, ti t ki m h n ch s dạ ế ệ ạ ế ử ụng năng lượng nhiên li u hóa th ch ệ ạCân bằng “cán cân” năng lượng trên th gi i ế ớ

 Vai trò đảm b o an ninh qu c gia ả ố

3

Giúp các quốc gia tự chủ về nguồn năng lượng, không tạo ra khủng hoảng năng lượng khi có chiến tranh hoặc cấm vận từ các thế lực ngoại bang

Giảm mức sản xuất phóng xạ và sự lan rộng của vũ khí nguyên tử

Tránh xung đột gây ra chiến tranh về tranh chấp năng lượng

1.1.3 Phân loại năng lượng tái t o ạ

Các ngu n NLTT phồ ổ biến hi n nay bao gệ ồm năng lượng gió và năng lượng

m t tr i và m t s ngu n NLTT khác chi m t trặ ờ ộ ố ồ ế ỉ ọng ít hơn như điện sinh khối, địa nhiệt, điện đại dương Do đó trong phạm vi luận văn chỉ nghiên cứu về hai nguồn NLTT đại diện là năng lượng m t tr i ặ ờ và năng lượng gió

1.1.3.1 Năng lượng mặt tr i ờ

Hiện nay, nguồn năng lượng có ngu n g c hóa thồ ố ạch đang dần c n ki t kèm ạ ệtheo những tác động gây ô nhiễm môi trường và trái đất đang nóng lên từng ngày Việc tìm ra nguồn năng lượng mới thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống có thể giúp cân bằng giữa phát triển kinh tế, vấn đề năng lượng và môi trường là nhiệm vụ của tất cả các quốc gia trên thế giới, bao gồm cả Việt Nam Chính những điều này, năng lượng tái tạo là một giải pháp để cứu trái đất

Theo xu hướng chung c a th giủ ế ới, con người ngày càng s d ng nhi u các ử ụ ềnguồn năng lượng sạch, góp phần bảo vệ môi trường Trong các dạng của năng lượng tái tạo như: năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối, năng lượng gió, Năng lượng m t trặ ời mang đến nguồn năng lượng sạch, thường xuyên, thân thi n ệvới môi trường Năng lượng m t trặ ời đã góp phần gi i quy t nh ng v n đ b c xúc ả ế ữ ấ ề ứhiện nay như tình trạng ô nhiễm môi trường, ô nhi m ngu n không khí Năng lượng ễ ồ

mặt trời đã góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống người dân nhờ vào nguồn năng lượng s ch g n li n v i b o v ạ ắ ề ớ ả ệ môi trường r t phù h p v i xu th phát tri n ấ ợ ớ ế ểkinh t - ế xã hội và công cu c xây d ng nông thôn m i hi n na ộ ự ớ ệ y

Sản xuất điện năng từ nguồn năng lượng mặt trời (NLMT) là một ngành công nghiệp đã và đang phát triển r t mấ ạnh mẽ cùng v i sớ ự ế ti n b không ngộ ừng

v ề công nghệ chế ạo các thành phầ t n của nó, đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người ngày càng đáng kể ạ, t o ra hàng tri u vi c làm m i t chu i s n xu t, cung ệ ệ ớ ừ ỗ ả ấ

ứng và v n hành các h th ng NLMT ậ ệ ố

Biểu đồ sau về tăng trưởng sản lượng điện mặt trời toàn cầu hàng năm cho

ta th y sấ ự phát triển nguồn điện này nhanh nh t trong nhóm các ngu n đi n tái t o ấ ồ ệ ạ

4

Hình 1 1 Biểu đồ công suất điện NLTT bổ sung hàng năm (2012-2018) Dưới đây là danh sách 6 nước có công suất điệ ừn t NLTT lớn nhất thế ớ gi i:

Hình 1 2 Biểu đồ ổ t ng công suất điện NLTT trên th gi i ế ớ

Riêng ở châu Á, Trung Qu c, Nh t Bố ậ ản và Ấn Độ là các nư c có tốớ c đ ộtăng trưởng đầu tư lắp đặt nhà máy điện m t tr i PV nhi u nhặ ờ ề ất trong năm 2017 –

2018 Qua đó việc làm t ừ năng lượng m t trặ ời cũng được gia tăng Dưới đây là

b ng th ng kê t ng công viả ố ổ ệc được tạ a từ năng lượo r ng tái t o: ạ

5

Hình 1 3 Th ng kê s ố ố lượng công việc được tạo ra t NLTT ừ

Như vậy, tăng trưởng v ề đầu tư riêng NLMT đối v i các nướ ớc đang phát triển (+12%) là con số ấ ấn tượng, tạo niềm tin cho các nhà đầu tư về lĩnh vực r t này đố ới các nưới v c bắt đầu phát triển điện m t trặ ời như ở Vi t Nam ệ

Theo định lu t Swanson[1]ậ : Giá điện m t tr i s gi m 20% mặ ờ ẽ ả ỗi khi tăng gấp đôi sản lượng Và theo định luật này, người ta đã kiểm chứng được c ứ 10 năm thì giá điện m t tr i s gi m m t n a V i t c đ này, suặ ờ ẽ ả ộ ử ớ ố ộ ất đầ tư điệu n m t trặ ời càng ngày càng giảm mạnh, t o nên sạ ự ấ h p dẫ ớn đớ ớn l i v i các nhà đầu tư hiện nay

Việt Nam được xem là m t qu c gia có tiộ ố ềm năng rấ ớt l n v ề năng lượng mặt trời Đối với Việt Nam cho đến những năm gần đây, Chính phủ đã có cơ ch ếchính sách khuyến khích, ưu đãi Để ạo điề t u ki n cho s phát triệ ự ển năng lượng tái tạo trong tương lai Ngày 11/04/2017, Thủ tướng Chính phủ đã ký ban hành Quyết

định s ố 11/2017/QĐ-TTg v cơ ch khuy n khích phát tri n các d ề ế ế ể ự án điện m t ặ

trời tại Việt Nam[2], trong đó quy định hai cơ chế rất quan trọng là “Net-metering”

và giá mua đố ới v i toàn b sộ ản lượng điệ ừ các nhà máy điện t n m t tr i nặ ờ ối lưới là 9,35 Uscent/kWh (chưa bao gồm thu giá tr ế ị gia tăng) Tiếp theo sau đó, Bộ Công Thương ban hành Thông tư 16 ngày 12/9/2017 về hướng d n th c hi n Quy t định ẫ ự ệ ế

s ố 11/2017/QĐ-TTg và ban hành m u h p đẫ ợ ồng mua bán điện[3] Đây đư c coi là ợchìa khóa quan trọng mở ử c a cho s phát tri n m nh mự ể ạ ẽ điện mặt tr i trong thờ ời gian t i tớ ại Việt Nam

Hiện nay, tại Việt Nam cũng như trên ế ới đang được thương mạth gi i hóa

m t s công ngh ộ ố ệ pin mặt trời như sau:

 Công ngh pin m t tr i màng mệ ặ ờ ỏng vô định hình

6

Pin màng mỏng vô định hình g i t t là pin màng mọ ắ ỏng, hoặc pin vô định hình, có nhiều loại như: silic vô định hình (a Si) v i hi– ớ ệu suất 12 – 16%, đồng inđi diselenua (CIS) với hi u su t 10 – 12%, cadmi telurua (CdTe) v i hi u suệ ấ ớ ệ ất 6 – 8%, Ưu điểmcủa loại pin này là giá thành sản xuất ra 1 Watt thấp chỉ kho ng ả1,07 USD/Watt Tuy nhiên nó thể ện ngay nhược điể hi m hi u su t thệ ấ ấp đến hiện

tại vẫn chưa có bi n pháp khắc phục Chính vì thế, pin mặt trời loại này chỉệ phù

h p ợ ứng d ng cho các s n ph m trang trí, mô hình trình di n công ngh không yêu ụ ả ẩ ễ ệ

c u cao v hiầ ề ệu năng và công suất

Hình 1 4 Pin màng mỏng vô định hình

 Công ngh pin m t tr i tinh th t Silic ệ ặ ờ ể ừ

Bao g m hai loồ ại chính là đơn tinh thể và đa tinh thể Công nghệ đơn tinh

th ể (monocrystalline): dùng silic đơn tinh thể có hiệu suất chuyển hóa 18 – 24%

Để ch tế ạo ra sản phẩm yêu cầu silic đơn thể phải có đ nguyên chộ ất đạ ết đ n 99%, quá trình chế ạ t o c n nhiầ ệt độ cao đ ể làm tan chảy silic Độ nguyên ch t phấ ả ởi mức gần như tuyệt đố ểi đ đảm b o s di độả ự ng d dàng của điệ ửễ n t tạo ra dòng điện

Vì vậy nên giá thành cao nên và không được áp dụng rộng rãi Tuổi th ọ trên 25 năm

Hình 1 5 T m pin mấ ặt trời công ngh ệ đơn tinh thể

7

Công nghệ đa tinh thể được chế tạo ít tốn kém hơn vì không cần đ t đ n đ ạ ế ộnguyên chất như đơn tinh thể Nhưng silic đa tinh thể lại có nhiều đường biên tinh

th ể (crystalline boundary) cản trở ự di động của điện tử làm giảm hiệu suất Pin s

mặt trời giá rẻ Hiệu suất chuyển hóa cao 16 22% Silic đa tinh thể có thể– làm thành phim màng m ng v a ít t n kém nguyên li u v a có kh ỏ ừ ố ệ ừ ả năng hấp th ụ năng lượng m t trặ ời cao hơn 40 l n so vầ ới silic đơn tinh thể Tu i th ổ ọ trên 25 năm

Hình 1 6 T m pin mấ ặt trời công ngh ệ đa tinh thể

Đặc đi m c a h Pin m t tr i t p trung này là nó ch có th hể ủ ệ ặ ờ ậ ỉ ể ấp thụ được tia sáng tr c tiự ếp, do đó các hệ này cần dàn xoay theo hướng m t trặ ời để ậ t n d ng tụ ối

đa nguồn sáng tr c ti p Cùng v i b ph n quang hự ế ớ ộ ậ ọc, dàn xoay làm tăng thêm chi phí và mức đ ph c tạộ ứ p của hệ ống, đồ th ng thời đòi hỏi các công tác bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên hơn

- Ưu điểm:

o Tiết ki m nguyên li u (do di n tích t ệ ệ ệ ế bào quang điện nh ) ỏ

o Hiệu suất cao (sử ụng vật liệu bán dẫ d n đa tầng, cường đ ánh sáng cực ộ

l n) ớ

- Nhược điểm

o Chi phí s n xu t l n ả ấ ớ

Năng lượng gió là động năng của không khí di chuy n trong b u khí quy n ể ầ ểtrái đất Năng lượng gió là m t hình th c gián ti p cộ ứ ế ủa năng lượng m t tr i B c ặ ờ ứ

x mạ ặt trời chiếu xuống trái đất không đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều Bề ặt trái đất ban đêm bị m che khu t không nhấ ận được bức

x m t trạ ặ ời Thêm vào đó bức xạ ặt trờ ở vùng xích đạ m i o nhiều hơn ở các cực do

đó sự khác nhau v nhi t đ và v th khác nhau v áp suề ệ ộ ị ế ề ất mà không khí xích đạo

và hai cực như không khí giữa bề ặt ban ngày và ban đêm của trái đấy di độ m ng thành gió Và trái đất xoay tròn cũng góp phần vào vi c xoáy không khí vì tr c trái ệ ụđất nghiêng nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa N l c c a con ỗ ự ủngười trong việc khai thác năng lượng gió đã có t th i c i, khi h s d ng ừ ờ ổ đạ ọ ử ụthuyền và tàu di chuyển bằng sức gió Sau đó, năng lượng gió phục vụ con người làm hoạt động c i xay hố ạt và bơm nước Trong suốt sự ến đổ ừ bi i t nh ng d ng c ữ ụ ụthô sơ và nặng n n nh ng máy ph c t p và hi u qu , k thuề đế ữ ứ ạ ệ ả ỹ ật đã ả tr i qua nhi u ề

th i k phát tri n ờ ỳ ể

Vào thế ỷ k XIII, c i xay hố ạt được sử dụng hầu hế ở Châu.Âu Ngườt i Pháp

s dử ụng phổ ến kỹ bi thuật này vào năm 1105 sau Công Nguyên nhưng trước đó là người Anh vào năm 1191 trước Công Nguyên Ngượ ạ ớc l i v i m u thi t k trục dọc ẫ ế ế

của người Ba Tư, cối xay của Châu Âu lại có trục ngang[7] Người Hà Lan, với nhà thiết kế Jan Adriaenszoon, là những người đi tiên phong trong việc thiết kế ra

9

những loại cối xay này Chúng đã tạo nên sự phát triển trong lĩnh vực thi t k và ế ếphát minh vài lo i cạ ối xay Ngoài vi c xay h t, cệ ạ ối xay gió còn được dùng để tháo nước những vùng đầm l y Hà Lan Nh ng c i xay gió này du nh p vào M vào ầ ở ữ ố ậ ỹkhoảng giữa những năm 1700, nhờ vào th c dân Hà Lan Lo i này mô ph ng theo ự ạ ỏ

cối xay gió bơm nước, được cho rằng là một trong những ứng dụng thành công của năng lượng gió Tua bin gió nhi u cánh xu t hi n trong l ch sề ấ ệ ị ử năng lượng gió vào kho ng giả ữa những năm 1800 Roto tương đối nhỏ, có đường kính kho ng tả ừ

mộ ến vài mét, đượ ửt đ c s dụng trong thiết kế này Ứng dụng chủ ế y u đ bơm nước ể

t ừ vài mét dưới mặ ất đểt đ phục vụ cho nông nghiệp Những máy bơm nước này,

với những cánh quạt bằng kim loại và thiết kế máy tốt hơn đã hoạt động khá tốt Kho ng 6 triả ệu cái như vậy đã được sử ụ d ng

K ỷ nguyên của máy phát điện dùng sức gió bắt đầu vào cận những năm

1900 Tua bin gió hiện đại đầu tiên được thiết kế đặ c biệt cho máy phát điện được xây d ng bự ởi người Đan Mạch trong năm 1890 Nó cung cấp điện cho vùng nông thôn Lần đầu tiên, h p truyộ ền động gia tốc được gi i thi u trong m u thi t kớ ệ ẫ ế ế H ệ

thống này hoạt động trong 20 năm với công suất định mức là 12 kW[7] Nhiều phương pháp thiế ế khác nhau cũng đượ ứt k c ng d ng trong thi t k k thu t c a ụ ế ế ỹ ậ ủtua bin trong suốt giai đoạn này Với k t c u v ng ch c và cánh qu t thi t kế ấ ữ ắ ạ ế ế theo

động l c h c, nh ng h th ng này ự ọ ữ ệ ố đã hoạ ột đ ng m t cách ộ ấn tượng Năm 1910, vài trăm loại máy kiểu này đã cung cấp điện năng cho những ngôi làng ở Đan Mạch Vào khoảng năm 1925, máy phát điện b ng sằ ức gió đã có mặt trên th ị trường M ỹ

Nhà máy năng lượng gió th c nghiự ệm sau đó được xây d ng các nư c ự ở ớkhác như Mỹ, Đan Mạch, Pháp, Đức và Anh M t s phát triộ ự ển đáng chú ý trong

h th ng l n này là tua bin 1250 kW thi t k bệ ố ớ ế ế ởi Palmer C Putman Tua bin được

s d ng ử ụ ở riêng Mỹ vào khoảng năm 1850 và được sử ụng vào năm 1941 tại dGrandpa’s Knob gần Rutland, Vermont[5] Roto 53m của nó được thi t l p trên c t ế ậ ộcao 34m Tua bin gió này có thể đạ t vậ ốc ổn địn t nh bằng cách thay đổi góc pitch của cánh quạt và hoạ ột đ ng 1100h trong suốt 5 năm tiếp theo, đến khi cánh qu t b ạ ị

hỏng vào năm 1945 Công trình này được nhận xét là đã thành công vì nó có thểchứng minh tính kh thi v k thu t cả ề ỹ ậ ủa máy phát điện s c gió công su t l n M t ứ ấ ớ ộvài mẫu thiế ế ủa tua bin gió đượt k c c thực nghiệm trong giai đoạn này Darrieus G.J.M, m t kộ ỹ sư người Pháp, đã dồn s c vào mẫứ u thi t kế ế tua bin Darrieus năm

1920, và được c p b ng sáng ch M ấ ằ ế ở ỹ năm 1931[8] Nghiên c u t p trung v ứ ậ ềnguyên lý hoạt động của tua bin gió xu t hi n trong nhấ ệ ững năm 1950 Ví dụ nhưroto nh và có tẹ ốc đ c ộ ố định phát triể ở Đức vào năm 1968 Chúng có cánh làm n

10

b ng s i thằ ợ ủy tinh được gắn trên c t r ng c nh bộ ỗ ố đị ởi các dây cáp chằng Lo i lạ ớn

nhất có đường kính 15m và công su t là 100kW ấ

Bắt đầ ừu t những cối xay gió xa xưa, hiện nay v i s phát tri n nhanh chóng ớ ự ể

v ề công nghệ và vật liệu, trên thế giới đã xuất hiện nhiều loại tua bin gió khác nhau Về cơ b n theo công ngh s n xuấ , chúng đượả ệ ả t c chia làm hai lo i: tua bin ạgió trục đứng và tua bin gió tr c ngang ụ

 Tua bin gió trục đứng

Tua bin gió trục đứng có thể đón gió từ ọi hướ m ng nên hi u quệ ả cao hơn, cùng vớ ấi c u tạo đơn gi n hơn, các bả ộ phận đều có kích thước không quá l n nên ớ

vận chuyển và lắp ráp dễ dàng, độ ền cao, duy tu và bảo dưỡng cũng đơn giản bhơn Tuy nhiên loại tua bin này c ng có nhi u h n ch ũ ề ạ ế nên không được ph bi n ổ ế

r ng rãi ch ng hộ ẳ ạn như:

- Khó đặt tuabin th ng đ ng trên tháp cao, ch ẳ ứ ỉ đặt đượ ởc các vị trí thấp như

mặt đất, nóc nhà nơi có độ cao thấp, tua bin phải hoạt động trong dòng không khí xáo động nhiều hơn, ở ầ g n m t đặ ất có tốc độ gió thấp hơn nên năng lượng thu được

r t thấ ấp Do đó công suất hoạt động của tua bin cũng thấp hơn

- Tuabin gió trục đứng ph i sả ử ụ d ng các dây chằng để gi ữ cho hệ th ng ốđứng yên, đáy chịu toàn b năng lượộ ng c a rotor n m trên tr Các dây chằng được ủ ằ ụ

nối với đỉnh trụ làm giảm áp lực hướng xuống mỗi khi gió giật Với rotor đặt gần

mặt đất là nơi tốc đ gió thấp hơn nên cảộ n tr b mở ề ặt địa hình tua bin tr c đ ng ụ ứkhông sản xuất được nhiều điện như tua bin trục ngang ở cùng độ cao

Hình 1 8 Công ngh tuabin gió trệ ục đứng

 Tuabin gió tr c ngang ụ

Đây là loại tua bin đang được thương mại hóa và s d ng r ng rãi hi n nay ử ụ ộ ệLoại này thường có 3 cánh, đôi khi cũng có loại 2 cánh và 1 cánh Tua bin gió 3 cánh qu t hoạ ạt động theo chi u gió v i b m t cánh quề ớ ề ặ ạt hướng v ề chiều gió đang thổi Tua bin gió tr c ngang ti p c n gió mụ ế ậ ạnh hơn khi hướng gió hoặc tốc đ gió ộthay đổi

11

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại tua bin với công suất lớn nhỏ khác nhau, theo công su t có th chia tuabin gió thành các loấ ể ại như bảng sau:

B ng 1.1 Tuabin gió tr c ngang ả ụ

Lo i ạ Công su t ấ Đường kính rotor (m)

ho c nhặ ững nơi mà mạng điện không th kéo t i các khu vể ớ ực này

Các tua bin gió phát điện thường có công su t khá l n t 0,5-10 MW Tuy ấ ớ ừnhiên, cho đến nay, lo i tua bin gió pháạ t điện có công su t tấ ừ 800 kW đến 2500

kW đượ ức ng d ng ph bi n nhụ ổ ế ất Để có dãy công su t tua bin gió lấ ớn hơn các tua bin gió thường được xây d ng thành c m, t o thành các trang trự ụ ạ ại điện gió phát điện v i quy mô công suớ ất thường t 20 – 100 MW và có khả năng cung cấp năng ừlượng lớn hơn cho lưới điện Các tua bin gió có công su t lấ ớn hơn thường phát điện để ố ới lưới điệ n i v n qu c gia ố

Hình 1 9 Nhà máy điện gió Phú Lạc tại Bình Thuận

12

1.1.4 Tình hình sử ụng năng lượ d ng tái t o ạ

1.1.4.1.1 Tình hình s dử ụng năng lượng tái t o trên th gi i ạ ế ớ

 Tăng trưởng công su t và sấ ản lượng điện năng lượng tái t o: ạ

Năm 2015, sản lượng điệ ừ năng lượn t ng tái t o, không bao g m th y đi n, ạ ồ ủ ệchiếm 6,8% tổng sản lượng điện toàn cầu, trong đó bao gồ 3,5% điện gió, 1,9% m điện sinh khối và 1,0% điện m t trặ ời (quang điện) N u tính c thế ả ủy điện (16,0%) thì sản lượng điệ ừn t các nguồn năng lượng tái tạo đạ ớt t i 22,8%

Công su t nguấ ồn điện năng lượng tái t o toàn c u bao g m cạ ầ ồ ả ủ th y điện d ự

kiến sẽ tăng từ 2130 GW vào cuối năm 2016 lên hơn 2400 GW vào cuối năm 2018, trong đó 1300 GW thủy điện và 1100 GW t các nguừ ồn năng lượng tái t o ngoài ạthủy điện Tăng trưởng hàng năm công suất nguồn điện năng lượng tái tạo đã đạt

mức cao kỷ ục hơn 160 GW vào năm 2016 và dự ế l ki n sẽ đứ ng ở ức đó vào năm m

2017 và 2018 Châu Á, bao g m cồ ả Trung Quốc và Ấn Đ chiếm khoảng 60% tăng ộtrưởng công su t nguấ ồn điện năng lượng tái t o toàn c u ạ ầ

Điển hình là Trung Quốc từ năm 2015 đến năm 2016 lượng công suất năng lượng tái tạo tăng 70GW chi m kho ng 50% mế ả ức tăng trưởng toàn c u D ki n ầ ự ếtăng trưởng năm 2017 ở ứ m c g n 70 GW, bao gồm hơn 40 GW nguồn điệầ n m t ặtrời PV Tuy nhiên, vào năm 2018 mặc dù s ự tăng trưởng nguồn điện m t tr i PV ặ ờ

s vẽ ẫn duy trì ở ức của năm trước, nhưng sự tăng trưởng sẽ không chắc chắn do m

có sự thay đổi chuy n t chính sách Feedể ừ -in-Tariff (h tr ỗ ợ theo biểu giá quy định)sang chính sách The Renewables Portfolio Standard Tiêu chu n danh m( ẩ ục

các nguồn năng lượng tái t o)ạ , m rở ộng việc đấu giá th c hiự ện dự án và nâng cao tính ổn định

Mức tăng trưởng năng lượng tái tạo tạ Ấn Độ gia tăng một cách nhanh i chóng k t ể ừ năm 2014 Nguồn điện m t trặ ời PV được phát tri n m nh m do quể ạ ẽ ốc gia này có bức xạ ặ m t trời trong năm lớn, theo m c tiêu quụ ốc gia đ ềra là 175 GW (không kể các nhà máy thủy điện quy mô lớn) vào năm 2022 Công suất tăng trưởng hàng năm sẽ tăng gấp đôi từ ức 8 GW năm 2016 lên khoả m ng 15 GW vào năm 2017 và 2018, tập trung vào điện m t tr i PV Vào cuối năm 2018, Ấn Độ ỳặ ờ k

vọng có thể đạt công suất nguồn điện năng lượng tái t o 120 GW, vượạ t qua m c ứ

c a Nh t B n ủ ậ ả

Châu Âu đã tăng công suất nguồn điện năng lượng tái t o v i mạ ớ ức tăng công suấ ổn định hàng năm là 20 GW, tương ứt ng kho ng 4% k t ả ể ừ khi đạt m c ứtăng hơn 30 GW vào năm 2011 và dự ến cũng sẽ ki đạ ốt t c đ ộ tăng trưởng tương tựvào năm 2017 và 2018

13

Vương quốc Anh đã quyết định đình chỉ ỗ ợ h tr cho các nguồn năng lượng carbon thấp cho đến năm 2025 do sự tăng chi phí liên quan vượt quá m c ngân ứsách dự ế ki n, công su t nguấ ồn điện năng lượng tái tạo vào năm 2025 dự ế ki n sẽ tăng 25% so với năm 2016

Hoa Kỳ đã công bố ức tăng kỷ ụ m l c công su t nguấ ồn điện năng lượng tái

tạo trên 20 GW vào năm 2016 Mặc dù hiện nay việc xử lý các ưu đãi thuế ở ấ c p liên bang đố ới năng lượi v ng tái t o gạ ặp không ít khó khăn, tăng trưởng công su t ấnguồn điện năng lượng tái tạo vào năm 2017 và 2018 dự ế ki n vào kho ng 20 GW ả

do mở ộ r ng nguồn điện năng lượng m t trặ ời PV nhờ chính sách thúc đẩy năng lượng tái t o cấp bang và giảm các chi phí, các chính sách ưu đãi được ban hành ạ ở

 Xu hướng giảm chi phí điện m t trặ ời PV, điện gió và m r ng quy mô công ở ộ

su t: ấ

Theo báo cáo c a IEAủ (cơ quan năng lượng qu c t ), chi phí bình quân toàn ố ế

cầu về công suất tác dụng của các nhà máy điện mặt trời, không bao gồm trợ ấ c p,

giảm hơn 50% từ năm 2012 xuống còn 11 Cent/kWh vào năm 2016 và dự ến sẽ ki

giảm xuống mức 8,7 Cent/kWh vào năm 2022 Các yếu tố làm giảm chi phí gồm

có vi c thệ ực hiện đấu giá thị trường điệ tăng tính cạn nh tranh ở nhiều quốc gia khác nhau và giá mô-đun điện mặt tr i PV gi m mờ ả ạnh nhờ ệ vi c m r ng quy mô ở ộ

ti n hành trên toàn t ế ừ đó giúp giảm chi phí s n xuả ất mua bán điện

Việc gi m ả chi phí như dự ế ki n s m ẽ ở đường cho điện m t trặ ời PV và điện gió phát tri n rể ộng khắp trên toàn cầu với một tốc đ ổn địộ nh Tuy nhiên, việc mở

rộng các nguồn điện năng lượng tái tạo tự nhiên sẽ gây nên sự m t ấ ổn đ nh hệị

thống điện Do đó, các quốc gia cần phải có các biện pháp giữ ự ổ s n đ nh của hệị

thống điện khi kết nối với nguồn năng lượng tái từ đó trở thành tiền đề của việc

m rở ộng quy mô các nguồn điện năng lượng tái tạo tự nhiên Việc cải thiện này,

mặc dù kéo theo tăng chi phí hệ ống điện, có khả ăng tạo ra các mô hình kinh th ndoanh m i, tớ ạo nên xu hướng m i phát tri n h thớ ể ệ ống điện.\

14

1.1.4.1.2 Tình hình s dử ụng năng lượng tái t o ạ ở Việt Nam

Việt Nam là quốc gia có tiềm năng về NLTT tuy nhiên thực trạng cho thấy

sự phát triển của NLTT ở Việt Nam chưa tương xứng với tiềm năng đó Nguyên nhân chủ yếu do: vốn đầu tư NLTT còn khá cao so với các nguồn năng lượng truyền thống, hạn chế về các yêu cầu kỹ thuật khi kết nối với lưới điện

Chính phủ Việt Nam đã ban hành nhiều chính sách khuy n khích phát tri n ế ểnăng lượng tái tạo, đề ra m c tiêu s dụ ử ụng năng lượng tái tạo và hướng đến m t ộ

th ị trường điện cạnh tranh với nguồn đầu tư và mô hình kinh doanh đa dạng Th ủtướng Chính ph phê duy t Chiủ ệ ến lược phát triển Năng lượng tái t o qu c gia c a ạ ố ủViệt Nam đến năm 2020 tầm nhìn 2050, chính phủ khuyến khích việc phát triển và

s dử ụng năng lượng mới và năng lượng tái tạo; cung cấp các hỗ trợ tài chính cho nghiên c u s n xu t thứ ả ấ ử nghiệm và xây dựng những mô hình thí điểm; mi n thuễ ế

nh p khậ ẩu, thuế ả s n xuất và lưu thông

Chính phủ đã đề ra mục tiêu tăng thị phần điện sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo như gió và sinh khố ừi t 3.5% t ng sổ ản lượng điện s n xuả ất 6% năm

2030

Theo Quy hoạch điện VII, chỉ tiêu được đặt ra là tăng tỷ ệ ện năng sả l đi n

xu t t ấ ừ các nguồn NLTT chi m ế 3,5% năm 2010 lên 4,5% và 6% vào năm 2020 và năm 2030 Vớ ố ải b i c nh hi n nay và d báo trong th i gian t i c n có gi i pháp c ệ ự ờ ớ ầ ả ụ

th ể để nâng mức phát triển năng lượng tái tạo cao hơn

 Điện gió Vi t Nam: ở ệ

Bên cạnh các chính sách và quy định liên quan đến phát triển năng lượng tái t o, Chính phạ ủ đã ban hành Quyết định số 37/QĐ TTg ngày 29 tháng 6 năm -

2011 về Cơ ch h tr ế ỗ ợphát triển các dự án điện gió tại Việt Nam Quyết định đưa

ra mức giá điện gió được mua bởi Bên mua điện là 1614 đồng/kWh (chưa bao gồm thu ế giá trị gia tăng, tương đương 7,8 UScents/kWh), trong đó đã bao gồm khoản

tr cợ ấp 207 đồng/kWh (tương đương với 1,0 UScent/kWh) của Chính phủ thông qua Qu B o v ỹ ả ệ Môi trường Việt Nam

Chính phủ cũng đặ t ra các mục tiêu phát triển điện gió vào khoảng 1.000MW (tương đương khoảng 0,7% tổng công suất điện) vào năm 2020, và kho ng 6.200MW (kho ng 2,4% t ng công suả ả ổ ất điện) vào năm 2030

 Điện m t tr i Vi t Nam: ặ ờ ở ệ

Ngày 19/8/2016, Văn phòng Chính phủ thông báo ý ki n k t lu n c a Th ế ế ậ ủ ủtướng Chính ph tủ ại cuộc họ Thườp ng tr c Chính ph v ự ủ ề cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam Thủ tướng Chính phủ đồng ý với đề

tư và Xây dựng Thiên Tân (tại tỉnh Quảng Ngãi và Ninh Thuận) và dự án Tuy Phong do Công ty TNHH DooSung Vina (Hàn Quốc) đầu tư với quy mô 66 triệu USD, công suất 30 MW tại tỉnh Bình Thuận

Tập đoàn Điện lực Việt Nam cũng đang dự định triển khai nghiên cứu phát triển 2 dự án trên đất liền tại thủy điện Trị An (tỉnh Đồng Nai) và dự án nổi trên mặt nước tại hồ thủy điện Đa Mi (tỉnh Bình Thuận)

Ngoài ra EVN cũng vừa đề xuất với tỉnh Ninh Thuận về việc đầu tư dự án điện mặt trời với tổng vốn đầu tư khoảng 8.000 tỷ đồng, công suất 200 MW trên diện tích 400 ha tại xã Phước Thái, huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận Dự kiến

dự án này sẽ sớm được tiến hành khởi công

1.2 Nh ng vữ ấ n đ đặ ề t ra khi phát triển năng lượng tái t o ạ

1.2.1 Ưu điểm

- Nguồn năng lượng sạch, đa dạng, phong phú, dồi dào

- Nguồn năng lượng vô hạn, có khả năng tái tạo, không bị cạn kiệt

- Không xả rác thải gây ô nhiễm môi trường, thân thiện với môi trường

- Cân bằng “cán cân” năng lượng, giảm thiểu sử dụng nhiên liệu hóa thạch…

1.2.2 Nhược điểm

- Nguồn phân tán nhỏ lẻ

- Vốn đầu tư ban đầu lớn

- Công suất không ổn định phụ thuộc vào thời tiết và môi trường xung quanh

- Gặp nhiều khó khăn khi kết nối với hệ thống lưới điện…

- Việc giảm chi phí điện năng khả dụng của nguồn điện NLTT đòi hỏi thực hiện đồng bộ nhiều giải pháp từ khoa học công nghệ, chiến lược phát triển, tổ chức quản lý và cách thức thực hiện, trong đó có giải pháp nâng cao tính cạnh tranh trong việc thực hiện các dự án điện NLTT thông qua cơ chế đấu giá để lựa chọn

dự án có chất lượng tốt nhất, phù hợp nhất với giá cạnh tranh nhất Cần tiến hành các nghiên cứu về NLTT nhằm đạt kết quả cao khi ứng dụng tại Việt Nam

1.3 Bài toán đánh á những ảnh hưởng của sóng hài khi kết nối các nguồn gi

NLTT vào lưới điện

1.3.1 Tính cấp thiế ủa đềt c tài

Lưới điện phân phối nước ta đang trong quá trình xây dựng và phát triển Khối lượng phụ tải khu vực hằng năm tăng nhanh dẫn đến cơ sở hạ tầng về truyền tải khó đáp ứng được nhu cầu Các vấn đề Lưới điện phân phối hiện nay gặp phải trong quá trình phát triển:

- Một số khu vực nằm xa điện lưới quốc gia, mức đầu tư để đưa điện lưới đến là rất lớn, trong khi ở các khu vực khác nhu cầu sản xuất và phát triển cũng tăng nhanh khiến cho nguồn cung hiện hữu chưa đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế kỹ - thuật đặt ra

- Do phải truyền tải khoảng cách xa, nên mức tổn thất điện năg tại các lưới điện phân phối khá lớn, chất lượng điện năng chưa được đảm bảo

- Khả năng ổn định điện áp và độ dự trữ ổn định của nhiều hệ thống cung cấp điện còn ở mức thấp

Các vấn đề trên giảm chất lượng và độ tin cậy của lưới điện phân phối nhất

là các khu vực xa điện lưới điện Quốc gia Để khắc phục các hiện tượng này, hệ thống điện cần tăng cường công suất nguồn và khả năng truyền tải của đường dây Điều này dẫn đến vốn đầu tư lớn thiếu hiệu quả về mặt kinh tế Do đó, việc phát triển các nguồn cung cấp năng lượng nhỏ tại chỗ để cấp điện cho phụ tải, giảm áp lực về nguồn điện cho Lưới điện là giải pháp sẽ mang lại nhiều hiệu quả, và là một hướng đi mới trong vi c quy hoệ ạch năng lượng tại nước ta

Từ nhu cầu thực tế đó, hiện nay ở Việt Nam, Chính phủ đã đưa ra nhiều chính sách thúc đẩy phát triển NLTT như chính sách trợ giá, ưu đãi về vốn đầu tư

17

và thuế, ưu đãi về đất đai…, do đó các dự án NLTT đang phát triển mạnh mẽ với quy mô và số lượng lớn Bên cạnh đó các nghiên cứu, tính toán, phân tích cho hệ thống NLTT cũng được đẩy mạnh và quan tâm đặc biệt Các nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong thực tế để có thể nâng cao hiệu quả, lợi ích cũng như giải quyết các hạn chế kỹ thuật cho các hệ thống NLTT

1.3.2 M c tiêu và n i dung cụ ộ ủa đề tài

Do vậy em xin lựa chọn đề tài nghiên c u: “Đánh giá mứứ c đ sóng hài ộ trong lưới điện có xét đế ả n nh hư ng c a ngu n đi n phân tán, tính toán cho ở ủ ồ ệ lưới điện m u IEEE 30 nút” ẫ

Đố ới v i ảnh hưởng c a nguủ ồn điện phân tán đố ới lưới điệi v n m u, ph m vi ẫ ạ

luận văn chỉ ập trung vào phân tích trườ t ng h p ợ ảnh hưởng v i nguớ ồn năng lượng

m t tr i nặ ờ ối lưới

1.3.3 Mô tả bài toán

Đề tài nghiên c u ứ mô hình lưới phân ph i mố ẫu IEEE 30 nút trước và sau khi gắn h thệ ống NLTT có s n gẵ ồm t h p các phổ ợ ần t Pin m t trử ặ ời (PV) 50MVA

với nguồn hài mặc đ nh IEEE 12 Pulses2 lấy từ kho dữ ệu sẵn có của phần mề ị li mCác thông số được lấy theo tiêu chuẩn đấu lưới của lưới IEEE 30 nút và công suất được ch n phù h p v i th c t ọ ợ ớ ự ế

Bước 1: Dùng ETAP phân tích phân b dòng công suố ất khi chưa có kế ối t ncác nguồn NLTT i vđố ới lưới điện mẫu IEEE 30 nút

Bước 2: Xác định v trí k t n i nguị ế ố ồn NLTT vào lưới phù h p v ợ ề kĩ thuật Bước 3: Dùng ETAP phân tích sóng hài khi có s tham gia cự ủa t h p nhà ổ ợmáy điện m t tr i công su t l n ng v i t ng k ch b n t p trung và phân tán t i ặ ờ ấ ớ ứ ớ ừ ị ả ậ ạcác nút khác nhau (t hổ ợp điện m t tr i t p trung t i 1 nút, 2 nút và 3 nút) ặ ờ ậ ạ

Bước 4: Thi t k các b lế ế ộ ọc sóng hài để ạ ỏ lo i b sóng hài ng v i các k ch ứ ớ ị

b n ả

Mục đích chính trong nghiên cứu này ta xét đế các trườn ng h p ợ ảnh hưởng

c a nguủ ồn NLTT đến lưới điện v i m t s k ch bớ ộ ố ị ản định trước

Với nh ng yêu c u trên, trong bài nghiên c u này ta sữ ầ ứ ử ụ d ng ph n mầ ềm ETAP ETAP là phần mềm r t thân thi n vấ ệ ới người dùng các công c chính cụ ần thiết để phân tích sóng hài hiệu quả ất dễ ận hành để có thể có kết quả ốt hơn r v t

Nó cũng thực ti n trong vi c mô phễ ệ ỏng và đánh giá các hậu qu t vi c phân tích ả ừ ệcác mạng lưới điện trên đời th c ự

18

TÁI TẠO TRÊN LƯỚI ĐIỆN

2.1 Mô hình kết nối lưới

Với đặc tính c a các nguồn năng lượủ ng tái tạo như công suất phát hoàn toàn

ph thuụ ộc vào điều kiện thiên nhiên (vận tốc gió, bức xạ ặt trời) Trong nghiên mcứu này ta xem như nguồn NLTT bổ sung nguồn thêm vào lưới điện tăng công suất nguồn cho lưới

Dưới đây là mô hình tổng quan h thệ ống đượ ử ục s d ng nghiên cứu trong đềtài

Hệ thống tua bin gió( WIND )

Hệ thống pin mặt trời( PV ) AC

tr lở ại đây nh vào hiệu suất và giá thành phù hợp Mục này sẽ mô tảờ ngắn gọn về

t ng ổ quan cơ bản công ngh s n xu t pin m t trệ ả ấ ặ ời cũng như lịch s hình thành các ử

th h pin ế ệ

2.2.1 Hiệu ứng quang điện

Như đã nói ở trên, s phát hi n hi u ự ệ ệ ứng quang điện năm 1839 của A.E Becquerel là kh i ngu n cho công ngh pin m t trở ồ ệ ặ ời Năm 1883, Charles Fritts tạo

ra thi t bế ị thô sơ chuyển đổi quang điện v i hi u su t chớ ệ ấ ỉ 1% Đến năm 1946, Russell Ohl được coi là ngườ ạo ra pin năng lượi t ng m t trặ ời đầu tiên

19

Nguyên lý cơ bản c a hi u ủ ệ ứng quang điện là s mự ất năng lượng t ừ lượng

t ử ánh sáng photon để nâng mức trạng thái năng lượng của điện tử trong vật liệu bán dẫn Phương trình cân bằng năng lượng được viết như sau: = Trong đó, h: hằng s Planck, v: t n s c a b c x , Eố ầ ố ủ ứ ạ 1 và E2 là các mức năng lượng

của điệ ử trướn t c và sau khi h p th ấ ụ năng lượng photon

Trong các v t thậ ể ắn, do tương tác rấ r t m nh cạ ủa mạng tinh thể lên điện tử vòng ngoài, nên các mức năng lượng của nó bị tách ra nhi u mề ức năng lượng kết

ti p nhau và tế ạo thành vùng năng lượng như mô tả trong hình dưới đây

Hình 2 2 Mô tả các vùng năng lượng của điệ ử ề ặt vật liệ ắn khi có tác độn t b m u r ng

c a photon ủ

Vùng năng lượng th p b các đi n t chiấ ị ệ ử ếm đầy khi tr ng thái cân b ng g i ở ạ ằ ọ

là vùng hóa trị Vùng năng lượng ti p theo sau m c Ev hoàn toàn tr ng hoế ứ ố ặc chỉ

b chiị ếm một phần gọi là vùng dẫn Khoảng cách giữa vùng hóa trị và vùng dẫn là vùng với mức năng lượng Eg, là m c không t n t i mứ ồ ạ ức năng lượng cho phép nào

của điệ ửn t Khi các photon với năng lượng bhv ắn phá các điệ ử ởn t vùng hóa trị, các điệ ử ấn t h p th năng lượụ ng photon và có th chuy n lên vùng d n đ tr thành ể ể ẫ ể ởđiệ ử ựn t t do e- đồng thời để ạ ở l i vùng hóa tr m t l tr ng-ị ộ ỗ ố được coi là m t h t ộ ạmang điện tích dương, ký hiệu là h+ L tr ng này có th di chuyỗ ố ể ển và như thếtham gia vào quá trình dẫ điện Điền u kiện để điện t có thử ể ấ h p thụ năng lượng

của photon và chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, tạo ra cặp đi n tử trái dấu như ệtrên là: = = , ở đó, : bước sóng của photon, c: vận tốc ánh sáng Như vậy, có thể tính được bước sóng tới hạn của photon để có thể ạo ra tđược cặp điệ ử ựn t t do:

Song song v i quá trình kích thích tớ ạo cặp điệ ử ựn t t do, bản thân các điệ ử n tnày cũng tự độ ng tham gia vào quá trình ph c h i tr ng thái cân b ng ho c tr ng ụ ồ ạ ằ ặ ạthái trung hòa về điện trước khi có bức xạ Quá trình này x y ra r t nhanh và gây ả ấ

20

ra dao động m nh (t o ra các photon m i) Nhạ ạ ớ ững dao động này gây ra t n th t ổ ấnăng lượng: = Toàn bộ quá trình kích thích, ph c hồi như trên được ụ

g i là hi u ọ ệ ứng quang điện

2.2.2 Hiệu suất của quá trình biế n đ ổi năng lượng

Ta có thể xác định được hi u su t gi i h n v m t lý thuy t củệ ấ ớ ạ ề ặ ế a quá trình bi n ếđổi quang điện v i 2 mớ ức năng lượng như sau:

2.3.1 Các phương trình đặc trưng củ năng lượnga gió

- Động năng của không khí chuyển động với vận tốc v

= (2.3) Trong đó + m: là khối lượng dòng không khí chuyển động

+ v : Vận tốc chuyển động

- Khối lượng không khí đi qua một mặt phẳng hình tròn vuông góc với chiều gió

= = (2.4) Trong đó : + là mật độ không khí ( kg/ )

+ A là diện tích vòng quay cánh quạt

Với : + T: Nhiệt độ không khí

+ h: Độ cao của gió trên mựa nước biển (m)

Từ đó ta có động năng E và công suất P của gió là

+ Động năng

= = . . (2.5) + Công suất P của gió

= = (2.6) Với : A là điện tích mặt cắt ngang hình tròn, có bán kình r

2 . . .

Từ đó ta thấy công suất gió tăng theo lũy thừa bậc 3 vủa vận tốc gió Nên vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khi muốn sử dụng năng lượng gió

2.3.2 M liên h gi a công su t và vối ệ ữ ấ ận tốc của điện gió

H thệ ống điện gió có vai trò quan trọng của hệ ống nghiên cứu, khi là thngu n cung c p công su t l n nh t ồ ấ ấ ớ ấ

Kh ả năng phát công suất của tuabin gió phụ thuộc vào vận tốc gió tại mỗi thời điểm Khi vận tốc gió vượt qua giới hạn thấp (Vi), tuabin gió bắ ầt đ u s n sinh ảcông suất điện Khi v n t c gió quá giậ ố ới hạn cao (Vo), tuabin gió ng ng phát công ừ

min đ

22

V i ớ

3 3 in 3 in

đm tc

t

3 3 in c

Pa=

V -VVb=

Hình 2 4 Tương quan giữa công su t và v n t c gió c a tuabin ấ ậ ố ủ

2.3.3 Các loại máy phát điện gió

 Loại 1: Máy phát điện gió có v n t c cố địậ ố nh (máy phát c m ng v n t c c ả ứ ậ ố ốđịnh-FSIG)

- FISG sử dụng một máy phát điện c m ứả ng lồng sóc Khi máy phát vận hành

tại tốc đ quá đồng bộ với độ trượt từ 2% có thể xem như vận tốc không ộ

1-đổi ho c c định ặ ố

- Tốc độ quạt của tuabin gió cố định, xác định bởi tần số ủa lưới điện cung c

c p, t s truy n và thi t k ấ ỷ ố ề ế ế máy phát điện

- Hấp thụ CSPK để ạ t o ra t ừ trường =>l p đ t b t bù đểắ ặ ộ ụ cung c p ph n nhu ấ ầ

cầu CSPK của máy phát, gi m gánh nả ặng cho lưới điệ ại điển t m k t n i ế ố

Hình 2 5 Máy phát điện gió có v n tậ ốc cố đị nh

 Lo i 2: ạ Máy phát điện gió có vận tốc thay đổi giới hạn

- Sử dụng một máy phát cả ứng rotor dây quấn và một biến trở bên ngoài m được nối với mạch điện rotor Bi n trế ở ngoài được điều khi n bể ằng một

m ch ạ điện tử và được gắn trên rotor => có th ể thay đổi điện tr ở rotor do đó

kiểm soát được độ trượt => công su t cấ ủa động cơ được ki m soát ể

- Phạm vi điều khiển tốc độ của rotor phụ thuộc vào dải biến đ i biến trởổ ,

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

23

thông thường ph m vi t ạ ừ 0 đến 10% tốc độ đồ ng b ộ

- Loại này thâm nhập vào thị trường kém nh t ấ

Hình 2 6 Máy phát điện gió có vận tốc thay đổi giới hạn

 Loại 3: Máy là một bộ ạo cả t m ng kép ứ (DFIG), hoặc chuyển đổi một

ph n ầ Tua bin được điều chỉnh cao độ và có máy phát đ ệi n c m ng rôto ả ứ

với bộ chuyển đ i nguồn AC/DC/AC được kết nối giữa các cực của rôto và ổlưới Các cuộn dây stato máy phát được n i tr c ti p vố ự ế ới lưới điện B ộchuyển đổi năng lượng trong mạch rôto cho phép điều khiển độc lập mô-men xo n và tắ ừ thông c a máy ủ phát, cung c p khấ ả năng điều khi n công ể

su t ph n kháng và hoấ ả ạt động nhanh trên m t loộ ạt các tốc độ máy phát

Hình 2 7 Máy phát điện là m t b t o c m ng kép ộ ộ ạ ả ứ

 Loại 4: Tua bin được điều ch nh cao đ và có b chuy n đ i ngu n ỉ ộ ộ ể ổ ồAC/DC/AC thông qua đó toàn bộ công su t cấ ủa máy phát được xử lý Máy phát có th là lo i cể ạ ảm ứng hoặc đồng bộ B chuyộ ển đổi năng lượng cho phép điều khiển độ ập các dòng đầc l u ra tr c và c u tr c tr c ti p t i giao ụ ầ ụ ự ế ạ

diện lưới, cung cấp khả năng kiể soát công suất hoạt động và phả ứm n ng nhanh trên m t loộ ạt các tốc độ máy phát

24

Hình 2 8 Tua bin được điều chỉnh cao độ và có b chuyộ ển đổi ngu n ồ

AC/DC/AC Trong mô ph ng này turbin gió loỏ ại 4 được s d ngử ụ Vì đây là những lo i ạ

ph biổ ến hiện nay và có khả năng đáp ứng yêu c u c a h thầ ủ ệ ống Có khả năng nâng cao chất lượng điện năng đầu ra khi k t nế ối vào lưới điện

2.4 Ch vế độ ận hành của lưới điện

Khác so v i các nghiên c u khác, hớ ứ ệ ố th ng nghiên c u có k t n i vứ ế ố ới lưới

nh m ằ trao đổi công suất với lưới từ đó tạo ra lợi nhuận về ặt kinh tế thông qua m

việc mua bán điện năng

Lưới điện có 2 tr ng thái: ạ

- Nhận công suất: Một lư ng công suất được bơm vào lướợ i điện (được coi như tải tiêu th ) ụ

- Bơm công suất: lưới điện bán điện làm nhi m v là ngu n cung cệ ụ ồ ấp năng lượng, lúc này h thệ ống năng lượng tái tạo mua điệ ừ lưới điện t n

Trong phạm vi đ ềtài này thì chỉ xét đến m t tr ng thái cộ ạ ủa lưới đi n ch ệ ở ế

độ nh n công su t t các nguậ ấ ừ ồn năng lượng tái t o ạ

2.5 Các b ộ chuyể n đ ổi năng lượng

- B chuyộ ển đổi DC/AC: biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chi u về ới hiệu suất ηc

- B chuyộ ển đổi AC/DC: biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chi u về ới h ệi u suất ηa

25

ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI ĐIỆN

3.1 Nh ng ữ ả nh hư ởng của nguồn năng lượng tái tạo tới chất lượ ng đi n áp ệ

- Biên độ điện áp: Tác động đến quá trình điều khiển điện áp lưới Các ngu n ồnăng lượng này làm điện áp trên lưới tăng cao hoặ ục s t xu ng hoố ặc gây dao động điện áp trên lưới

- Các nguồn này có thể sinh ra công suất phản kháng, nếu như không được điều ch nh phù h p v i công su t tác d ng phát ra thì gây bi n đỉ ợ ớ ấ ụ ế ổi biên độ điện áp

tại điểm kết nối

- Sóng hài: Điện áp tại điểm bất kì có dạng sin với tần số danh định (50 z, H

60 Hz) Thực tế, trong hệ ống có các thành phần sóng hài làm biến dạng điện áp thNguồn sinh ra sóng hài có thể là các nguồn phân tán ử ụs d ng các bộ điều khiển điệ ửn t công suất lơn, Các lo i sóng hài tùy thu c vào công ngh các b biạ ộ ệ ộ ến đổi

và sơ đồ ế ối Đặ k t n c bi t v i nguệ ớ ồn điện gió ngu n sóng hài còn có th sinh ra ồ ể

bởi các máy phát điện quay…

- Độ nhấp nháy điện áp: nh ng dao ng nhanh c a ữ độ ủ điện trên áp lưới phân

ph i, ố làm gi m chả ất lượng điện năng cấp cho khách hàng khi ánh sáng t ừ bóng đèn

sợi đốt nhấp nháy thay vì là ánh sáng liên tục (những dao động với tần số kho ng ả8Hz tr xuở ống) Trong lịch sử phát triển của ngu n phân tán, nhồ ững dự án tua-bin gió đầu tiên chính là nguyên nhân gây ra nhấp nháy điện áp cho lưới phân phối Phần lớn các dự án điện gió hi n nay sử dụệ ng tua-bin gió có vận tốc thay đ i, công ổsuất phát của những máy phát loại này ổn định nên không còn gây ra nhấp nháy điện áp

- Dòng điện m t chi u: xuấộ ề t hiện trên lưới trung áp là nguyên nhân chính gây

ra bão hòa t trong cu n dây máy bi n áp Nguừ ộ ế ồn điện gió với những bộ ế bi n tần

đấu n i tr c tiố ự ếp vào lưới điện không qua máy bi n áp s phát mế ẽ ột lượng đáng kểdòng điện m t chiộ ều vào lưới điện phân ph i làm cu n dây trong máy bi n áp phân ố ộ ế

phối bị bão hòa, gây ra hiện tượng điện áp b méo, ảnh hưởị ng chất lượng điện năng

và gây ra t n th t ổ ấ điệ năng.n

- M ất cân bằng pha: Khi điện áp c a các ngu n đi n gió không cân b ng pha, ủ ồ ệ ằ

s gây mẽ ra ất cân bằng điện áp và dòng điện trong hệ thống Khi đó dòng và áp trong các pha sẽ không bằng nhau nữa Mất cân bằng điện áp gây ra quá nhi t trên ệđộng cơ và máy phát không đồng b ộ vì máy điện không đồng b có thành ph n ộ ầđiện kháng th t nghịch thấp Ngoài ra các máy điệ đồứ ự n ng b và các b chỉnh lưu ộ ộđiện tử cũng rất nh y cạ ảm với mất cân bằng điện áp

26

Trong nghiên cứu này ta xét đến một khía c nh bạ ị ảnh hưởng từ điện gió và

m t tr i t i chặ ờ ớ ất lượng điện áp trong lưới là Sóng hài

3.2 Ả nh hư ng củ ở a sóng hài

3.2.1 Định nghĩa sóng hài và phân tích sóng hài

Sóng hài là các dạng nhiễu không mong mu n, xu t hiố ấ ện dưới dạng các dòng điện hay điện áp có t n s b ng s nguyên l n t n s c a ngu n cung c p ầ ố ằ ố ầ ầ ố ủ ồ ấ(thường được g i là t n s ọ ầ ố sóng cơ bản)

Như ta đã biết, m t sóng tu n hoàn bộ ầ ất kì đều có th phân tích thành t ng ể ổcác sóng sin, trong đó có thành phần cơ bản (b c 1) và các thành ph n b c cao: ậ ầ ậ

Hình 3 1 Phân tích Fourier c a sóng b ủ ị méo dạng

Trong trường hợp lý tưởng, t t c sóng điện áp và dòng điệấ ả n trong h thống ệđiện có d ng hình sin v i t n s là t n s cơ b n ạ ớ ầ ố ầ ố ả Tuy nhiên, điệ áp và dòng điện n

thực tế trong hệ ống điện không thuần túy hình sin Ngay cả điện áp tại đầu cực thmáy phát cũng bị méo dạng, tuy nhiên độ méo này r t nh nên có th ấ ỏ ể được b qua ỏkhi xem xét Khi đó, có thể phân tích sóng điện áp và dòng điện là t ng c a sóng ổ ủhình sin tần số cơ bản và các sóng hài có b c là b i s cậ ộ ố ủa sóng cơ bản

Công cụ để phân tích mức độ méo của dạng sóng dòng điện có chu kỳ là phân tích Fourier Phương pháp này dựa trên nguyên lý là một dạng sóng méo, có chu kỳ không sin thì tương đương và có thể được thay thế bởi tổng của các dạng sóng điều hòa hình sin, chúng bao gồm:

- M t sóng hình sin v i t n s b n ộ ớ ầ ố cơ ả

- Một số các sóng hình sin khác với tần số cao hơn, là bội của tần số bcơ ản

27

Dạng sóng méo ở hình 3.1 được phân tích thành một sóng hài cơ bản và một thành phần sóng hài bậc ba Tổng giá trị hiệu dụng của dòng điện méo này được tính bằng căn bậc hai của tổng bình phương của dòng cơ bản và dòng hài

Dấu hiệu để xác định một dạng sóng méo có thành phần hài bậc chẵn hay bậc lẻ như sau:

- Hài bậc lẻ xu t hi n khi n a chu k âm cấ ệ ử ỳ ủa dạng sóng méo l p l i y h t nửa ặ ạ ệchu kỳ dương, nhưng với chi u âm Nói cách khác, hài bề ậc lẻ xuất hi n khi phệ ần

tư chu k u tiên và phỳ đầ ần tư chu kỳ ứ th ba là gi ng nhau, phố ần tư chu kỳ ứ th hai

và phần tư chu k ỳ thứ tư là giống nhau V i chớ ỉnh lưu cầu xu t hi n hài b c l , còn ấ ệ ậ ẻcác hài b c chậ ẵn bị tri t tiêu vì nệ ửa chu kỳ dương và nửa chu k ỳ âm là đối xứng nhau

- Hài bậc c ẵn xuất hiện khi nửa chu kỳ âm không lặp lại nửa chu kỳ dương h

Một đặc điểm khác khi có hài bậc chẵn đó là phần tư chu kỳ đầu tiên và phần tư chu kỳ ứ tư là giố th ng nhau, phần tư chu k th ỳ ứ hai và phần tư chu k th ỳ ứ ba là giống nhau Thường ít khi th y hài b c ch n trong các h thấ ậ ẵ ệ ống điện công nghi p ệ

Hình 3 3 a D ng sóng v i hài bạ ớ ậc lẻ b D ng sóng v i hài bạ ớ ậc chẵn

Hình 3 2 D ng sóng v i thành phạ ớ ần cơ bản và hài bậc 3

28

Lý thuy t Fourier cho chúng ta bi t r ng bế ế ằ ất kỳ ạ d ng sóng lặp đi lặp lại có

th ể được định nghĩa trong thuật ngữ ổng hợ t p dạng sóng hình sin là bội số nguyên (hoặc sóng hài) của tần số cơ bản Với mục đích ổn định dạng sóng trạng thái với

nửa chu kỳ dương và âm bằng nhau, chuỗi Fourier có thể được thể hiện như sau:[14]

( ) = + cos . + sin . (3.1) Trong đó: + f (t) là hàm mi n th i gian ề ờ

+ n là b c sóng hài (ch yêu c u giá tr l cậ ỉ ầ ị ẻ ủa n)+ + là vector c a hài bủ ậc n

V i ớ = + là biên độ sóng hài bâc n + T là độ dài c a mủ ột chu kỳ tính bằng giây (Tính từ n đế )

Còn khi hàm f(t) đối xứng chẵn, tức là f(t) = t) thì bf(- n bằng không với tất

cả các giá trị của n Chuỗi Fourier của một hàm chẵn chỉ có các thành phần cos

Một dạng sóng có thể là chẵn hoặc lẻ tùy thuộc vào khoảng thời gian tham chiếu được lựa chọn

Như vậy trong mạng lưới phân phối ba pha thường chỉ xuất hiện các sóng hài bậc lẻ Biên độ của sóng hài giảm khi tần số tăng Đối với các sóng hài bậc 50 trở lên được phép bỏ qua, các phép đo không còn ý nghĩa Các phép đo chính xác đầy đủ đạt được bằng cách chỉ đo các sóng hài có bậc dưới 30 Trên thực tế thường chỉ cần xử lý các sóng hài bậc 3, 5, 7, 11 và 13 Tuy nhiên, một số thiết bị đặc thù

có thể tạo nguồn hài có thành phần hài đáng chú ý ở các bậc cao hơn 30

3.2.2 Các tiêu chí đánh giá sóng hài

Nói chung, sự ế bi n d ng c a sóng hài có thạ ủ ể là đặc trưng bởi hai tham số,

đó là tỷ ệ l sóng hài và t ng méo hài ổ

29

- T l ỉ ệ sóng hài được xác định theo công th c ứ

= 100% = 100% (3.2) Trong đó, , là của cơ bản thành ph n và ầ , là thành ph n hài ầ

- Độ méo điều hòa t ng THD (Total Harmonic Distortion) ổ

Độ méo điều hòa tổng THD được xác định theo công th c: ứ

= ( ) 100% = ( ) 100% (3.3)

THD là một thước đo giá trị ệ hi u quả ủ c a thành ph n hài cầ ủa một sóng đã

b ị méo Giá trị ệu dụng của sóng tổng hợ hi p là căn b c hai của tổng bình phương ậcác thành ph n Bên cầ ạnh đó THD là một con số có ý nghĩa, nhìn vào THD ta có

th ể đánh giá được chất lượng điện áp trên lưới có vượt quá tiêu chuẩn không[11]

Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương về quy định tiêu chuẩn sóng hài của lưới phân phối như sau:

B ng 3.1 Gi i hả ớ ạn độ méo sóng hài t i các cạ ấp điện áp Điện áp t i nút ạ Độ ế bi n d ng riêng l (%) ạ ẻ THD (%)

- Độ méo yêu c u t ng (TDD: Total Demand Distortion) ầ ổ

Để tránh sự sai sót, các nhà phân tích đưa ra chỉ số độ méo yêu cầu tổng TDD, được xác định theo công thức:

=

Trong đó:

Ih: là biên độ dòng điện của thành phần điều hòa bậc h

IL: là giá trị cực đại hoặc đỉnh của dòng tải yêu cầu tại tần số cơ bản Nếu tải đã có trong hệ thống từ trước thì IL là giá trị trung bình của dòng tải yêu cầu lớn nhất của 12 tháng trước đây Nếu tải mới thì IL được tính bằng cách ước lượng dựa trên dữ liệu của tải

Tuy nhiên, hiện nay việc kiểm soát sóng hài chưa được thực hiện chặt chẽ đặc biệt là TDD chưa được quy định cụ thể tại Vi, dẫn tới một số vị trí có mức độ biến dạng sóng hài lớn hơn nhiều so với quy định

30

3.2.3 Tính toán sóng hài t i các ạ nút trong lưới

Độ méo sóng hài của các nút trong lưới điện được đo bằng THD c a m i ủ ỗđiện áp nút Do đó, cần phải có được biên độ và pha của điện áp hài nút Phù h p ợ

với sự tương tác giữa cơ bản và sóng hài, có ba phương pháp chính của phân tích dòng điện hài, là tuy n tính, phi tuy n và tách rế ế ời Phương pháp tách rờ ế ợi k t h p

lợi thế ủa hai phương pháp tuyến tính và phi tuyến, đó là phương pháp được áp cdụng rộng rãi Liên quan đến thành ph n cơ b n, t l của các thành phần điều hòa ầ ả ỷ ệ

là r t nh , vì v y chúng ta có th b ấ ỏ ậ ể ỏ qua tác động đến phân tích dòng điện cơ bản Sau đây là sơ đồ ủ c a thuật toán phân tích sóng hài trên lưới [14]

Phương trình ma trận chính

= [ ] .Trong đó ma trận [ ]như sau

Ma tr n cậ ủa dòng điện sóng hài như sau

Thu được b i các ngu n sóng hài ở ồ

T ừ đó ma trận điện áp hài được hình thanh như sau

T ừ đó theo công thức: = ( )

Ta có THD tại các nút trong lưới điện được thành lập theo sơ đồ thu t toán ậsau