Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn năng lượng tái tạo tới lưới điện 110kv tỉnh thanh hóa

Trang 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN ĐỨC THUẬN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TỚI LƯỚI ĐIỆN 110KV TỈNH THANH HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN ĐỨC THUẬN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN NĂNG

LƯỢNG TÁI TẠO TỚI LƯỚI ĐIỆN 110KV

TỈNH THANH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Thái Nguyên – 2022

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN ĐỨC THUẬN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN NĂNG

LƯỢNG TÁI TẠO TỚI LƯỚI ĐIỆN 110KV

TỈNH THANH HÓA

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 852.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

TS Lê Tiên Phong

Thái Nguyên - 2022

MỤC LỤC

Contents

LỜI CAM ĐOAN 4

LỜI CẢM ƠN 5

DANH MỤC KÝ HIỆU 6

DANH MỤC VIẾT TẮT 7

MỤC LỤC HÌNH VẼ 8

MỤC LỤC BẢNG 10

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1 12

TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ LƯỚI ĐIỆN 110 kV TỈNH THANH HÓA 12

1.1 Tổng quan về nguồn pin mặt trời và nhà máy thủy điện 12

1.1.1 Tổng quan về năng lượng tái tạo 12

1.1.2 Tổng quan về nguồn PV 13

1.1.3 Tổng quan về nguồn thủy điện 14

1.2 Quy định đấu nối nguồn PV và nguồn thủy điện trong hệ thống điện 16

1.2.1 Quy định về điện áp trong hệ thống điện phân phối 16

1.2.2 Quy định đấu nối nguồn PV trong hệ thống điện Việt Nam 17

1.2.2.1 Đối với mạng điện trung áp trở lên 17

1.2.2.2 Đối với mạng điện hạ áp 19

1.2.3 Quy định đấu nối nguồn thủy điện trong hệ thống điện Việt Nam 20

1.3 Giới thiệu lưới điện 110 kV Thanh Hóa 21

1.3.1 Nguồn cấp điện 21

1.3.2 Khối lượng quản lý vận hành 22

1.3.3 Mức độ mang tải 23

1.4 Đề xuất hướng nghiên cứu 23

1.5 Kết luận chương 1 27

CHƯƠNG 2 28

MÔ HÌNH HÓA LƯỚI ĐIỆN VÀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO THAM GIA VÀO LƯỚI ĐIỆN 110 kV TỈNH THAN HÓA 28

2.1 Đặt vấn đề 28

2.2 Mô hình hóa lưới điện 110 kV Thanh Hóa 28

2.2.1 Phương pháp mô hình hóa lưới điện 28

2.2.1.1 Giới thiệu chung 28

2.2.1.2 Thay thế các phần tử của hệ thống điện 29

2.2.1.3 Thành lập ma trận tổng dẫn nút cho hệ thống điện 32

2.2.1.4 Thành lập hệ phương trình cân bằng công suất nút 34

2.2.1.5 Ứng dụng phương pháp Newton-Raphson giải tích lưới ở chế độ xác lập 35

2.3.2 Mô hình hóa lưới điện 110 kV Thanh Hóa khu vực được đánh giá trên phần mềm ETAP 39

2.3 Mô hình hóa nguồn PV và nguồn thủy điện 54

2.3.1 Mô hình hóa nguồn pin mặt trời 54

2.3.1.1 Sơ đồ tương đương và các chế độ làm việc đặc trưng của nguồn PV 54

2.3.1.2 Thông số của nguồn PV 57

2.3.1.3 Cấu trúc ghép nối nguồn PV với lưới điện 58

2.3.1.4 Mô hình hóa nguồn PV trên phần mềm ETAP 59

2.3.1.5 Cấu trúc nguồn PV tại trạm 110 kV PV Yên Định 60

2.3.2 Mô hình hóa nguồn thủy điện 64

2.3.2.1 Cấu trúc chung của nguồn thủy điện 64

2.3.2.2 Mô hình hóa nguồn thủy điện trên phần mềm ETAP 66

2.3.2.5 Cấu trúc nguồn thủy điện tại trạm 110 kV thủy điện Bá Thước69 2.4 Kết luận chương 2 71

CHƯƠNG 3 73

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN TÁI TẠO TỚI LƯỚI ĐIỆN 110 kV TỈNH THANH HÓA 73

3.1 Đặt vấn đề 73

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện tái tạo tới lưới điện hiện tại 74

3.3 Đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện tái tạo tới lưới điện tương lai 81

3.4 Đề xuất giải pháp nâng cao ảnh hưởng tích cực của nguồn điện tái tạo tới lưới điện 85

3.4.1 Xây dựng trung tâm điều độ hệ thống chặt chẽ 85

3.4.2 Thiết lập kho điện tại trạm 110 kV PV Yên Định 87

3.4.3 Tăng tiết diện cho đường dây tải điện 90

3.5 Kết luận chương 3 93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

1 Kết luận 94

2 Kiến nghị 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của ai Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Tác giả

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao học kỹ thuật điện của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, đã giúp tác giả nhận thức sâu sắc về cách thức nghiên cứu, phương pháp tiếp cận các đối tượng nghiên cứu và lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp cao học; đồng thời góp phần nâng cao kiến thức chuyên môn vững vàng, nâng cao năng lực thực hành, khả năng thích ứng cao trước sự phát triển của khoa học, kĩ thuật và kinh tế; có khả năng phát hiện, giải quyết độc lập những vấn đề thuộc chuyên ngành được đào tạo và phục vụ cho công tác được tốt hơn Việc thực hiện nhiều bài tập nhóm trong thời gian học đã giúp tác giả sớm tiếp cận được cách làm, phương pháp nghiên cứu, tạo tiền đề cho việc độc lập trong nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

TS Lê Tiên Phong đã giúp đỡ, hướng dẫn hết sức chu đáo, nhiệt tình trong quá trình thực hiện để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này;

Các cán bộ Phòng Đào tạo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình tiến hành thực hiện và bảo vệ luận văn thạc sĩ;

Các đồng chí lãnh đạo và đồng nghiệp của Công ty Điện lực Thanh Hóa đã giúp đỡ tác giả thực hiện việc nghiên cứu, thu thập các số liệu để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này; các đồng nghiệp đã dành thời đóng góp, chỉnh sửa cho luận văn thạc sĩ này hoàn thiện tốt hơn;

Gia đình, bạn bè của tác giả đã giúp đỡ, tạo điều kiện về thời gian, động viên tác giả trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này;

Tác giả mong muốn tiếp tục nhận được sự chia sẻ, hỗ trợ và tạo điều kiện của Hội đồng Chấm luận văn thạc sĩ, để bản luận văn này hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cám ơn!

Thanh Hóa, ngày 12 tháng 5 năm 2022

DANH MỤC KÝ HIỆU

DANH MỤC VIẾT TẮT

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 12

Hình 1 2 14

Hình 1 3 15

Hình 1 4 24

Hình 2 1 30

Hình 2 2 30

Hình 2 3 31

Hình 2 4 32

Hình 2 5 38

Hình 2 6 42

Hình 2 7 43

Hình 2 8 46

Hình 2 9 47

Hình 2 10 47

Hình 2 11 48

Hình 2 12 49

Hình 2 13 50

Hình 2 14 50

Hình 2 15 51

Hình 2 16 51

Hình 2 17 52

Hình 2 18 52

Hình 2 19 54

Hình 2 20 55

Hình 2 21 55

Hình 2 22 56

Hình 2 23 59

Hình 2 24 60

Hình 2 25 61

Hình 2 26 62

Hình 2 27 62

Hình 2 28 63

Hình 2 29 63

Hình 2 30 64

Hình 2 31 65

Hình 2 32 66

Hình 2 33 67

Hình 2 34 68

Hình 2 35 69

Hình 2 36 71

Hình 3 1 75

Hình 3 2 75

Hình 3 3 79

Hình 3 4 79

Hình 3 5 80

Hình 3 6 83

Hình 3 7 83

Hình 3 8 84

Hình 3 9 84

Hình 3 10 85

Hình 3 11 88

Hình 3 12 88

Hình 3 13 91

Hình 3 14 91

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1 1 17

Bảng 1 2 25

Bảng 1 3 26

Bảng 2 1 44

Bảng 2 2 45

Bảng 2 3 48

Bảng 2 4 48

Bảng 2 5 61

Bảng 2 6 63

Bảng 2 7 66

Bảng 2 8 70

Bảng 2 9 70

Bảng 3 1 76

Bảng 3 2 76

Bảng 3 3 77

Bảng 3 4 77

Bảng 3 5 81

Bảng 3 6 82

Bảng 3 7 82

Bảng 3 8 89

Bảng 3 9 92

MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự biến đổi về môi trường và các nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, trong khi nhu cầu về sản lượng điện ngày một tăng cao Điều này làm cho các hệ thống điện truyền thống bị tăng gánh nặng, do đó năng lượng tái tạo dần trở thành một bộ phận quan trọng và ngày càng phát triển mạnh mẽ trong hệ thống điện quốc gia Năng lượng mặt trời được xem là một lựa chọn thích hợp hiện nay, với chi phí đầu tư thấp hơn năng lượng gió Tại Việt Nam, với chính sách khuyến khích năng lượng mặt trời, các dự án nhà máy điện mặt trời ngày một phát triển ở nhiều tỉnh trong đó có tỉnh Thanh Hóa

Lưới điện 110kV do điện lực Thanh Hóa quản lý vận hành gồm 19 trạm biến

áp, 38 đường dây (số lộ đơn/kép:13/25) với tổng chiều dài 617,18 km ngoài ra còn

có 10 trạm biến áp khách hàng kết nối vào lưới

Nguồn năng lượng tái tạo trong tuyến đường dây 110kV Yên Định-Bá Thước của lưới điện 110kV Thanh Hóa có sự tham gia của 1 nhà máy điện mặt trời và 1 nhà máy thủy điện nhỏ Nhà máy điện pin mặt trời Yên Định hiện tại có công suất lắp đặt 30 MW và đang chuẩn bị lắp đặt dự án giai đoạn 2 thêm 30 MW Bên cạnh

đó, điện mặt trời mái nhà cũng đã tham gia vào tuyến đường dây này với công suất

9 MW vào trạm 110 kV Thiệu Yên và 10 MW vào trạm 110 kV Yên Định Nhà máy thủy điện nhỏ Bá Thước 1 đã được lắp đặt với công suất định mức 60 MVA (4 máy phát, mỗi máy 15 MVA) Các nguồn năng lượng tái tạo này đều có những ảnh hưởng đến trào lưu công suất, điện áp, tổn thất công suất/điện áp và đặc biệt là khả năng huy động nguồn đáp ứng cho phụ tải trong những trường hợp vận hành khác nhau Khi nhà máy điện mặt trời Yên Định hoàn thành lắp đặt thêm 30 MW, việc đánh giá ảnh hưởng của nguồn này và các nguồn tái tạo đã có tới lưới điện 110 kV

là một trong những yêu cầu cấp bách đối với công tác điều độ hệ thống điện

Những cơ sở phân tích trên đây là lý do lựa chọn đề tài Thạc sỹ chuyên ngành kỹ thuật điện khóa học K22 áp dụng với một lưới điện phân phối cụ thể Đề

tài có tên gọi là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn năng lượng tái tạo tới lưới

điện 110kV Tỉnh Thanh Hóa”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ

LƯỚI ĐIỆN 110 kV TỈNH THANH HÓA

1.1 Tổng quan về nguồn pin mặt trời và nhà máy thủy điện

1.1.1 Tổng quan về năng lượng tái tạo

Trong bối cảnh các nguồn điện truyền thống được chuyển đổi từ nguồn nhiên liệu sơ cấp ở dạng hóa thạch như than, dầu, khí, ngày càng cạn kiệt và các ảnh hưởng xấu tới môi trường, năng lượng tái tạo (NLTT) được xem là nguồn năng lượng sơ cấp thay thế ưu việt nhất NLTT hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường tự nhiên và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật cho một mục đích nào đó của con người Các quy trình này luôn được duy trì

và thúc đẩy từ mặt trời Hầu hết các dạng năng lượng tái tạo đều có thể được chuyển hóa thành điện năng Một ưu điểm khác của dạng năng lượng này đó là có thể được xem như nguồn tự nhiên phân tán, cung cấp năng lượng cho các vùng mà hệ thống truyền tải năng lượng không đáp ứng được Thống kê sự tham gia của loại nguồn điện (cả tái tạo và không tái tạo) năm 2018 được thể hiện như trên Hình 1 1 [16]

Hình 1 1 Tỷ lệ công suất ước tính sản lượng điện năng cuối năm 2018

Kết quả thống kê năm 2018 cho thấy nguồn thủy điện, nguồn điện gió và pin mặt trời (nguồn PV) là những nguồn chiếm tỷ trọng lớn nhất trong các nguồn NLTT trên thế giới Tại Việt Nam, nguồn thủy điện và nguồn PV chiếm tỷ trọng lớn hơn

cả do thuận lợi về địa hình (nhiều đồi núi với độ dốc lớn) và cường độ bức xạ mặt trời lớn Chính vì vậy, nguồn thủy điện và nguồn PV sẽ được phân tích cụ thể hơn trong các nội dung tiếp theo

1.1.2 Tổng quan về nguồn PV

Năng lượng mặt trời hiện nay được khai thác trực tiếp để phát điện dưới hai dạng là nhiệt điện mặt trời và nguồn PV

Có hai loại công nghệ nhiệt điện mặt trời phổ biến hiện nay được kể đến đó là

sử dụng bộ thu (parabolic trough collector) và sử dụng gương phản xạ ánh sáng mặt trời vào tháp (heliostat/solar power towers) Trong đó, quy mô nhỏ tương ứng với dải công suất (10÷50) kW được xem là khả thi cho các bộ thu parabol với nhiệt độ

Hiệu suất nhiệt-điện trong khoảng (20÷40)% phụ thuộc vào việc thiết kế, với tổng thể hiệu suất chuyển đổi mặt trời-điện trong khoảng (13÷25)% Cả hai công nghệ trên đều phụ thuộc trực tiếp vào tia sáng mặt trời nên chúng chỉ hoạt động được trong những khoảng thời gian nhất định và không thể luôn phát được công suất định mức Đồng thời, nhiệt điện mặt trời chỉ phù hợp với những vị trí có nhiều bức xạ mặt trời như sa mạc nên không được phát triển phổ biến

Nguồn PV là loại nguồn sử dụng các chất có khả năng biến đổi năng lượng của ánh sáng thành điện năng Thuật ngữ nguồn PV được dùng trong tài liệu để gọi chung cho một cấu hình bất kỳ như 1 cell, 1 module, 1 panel, 1 array, nhiều array

Dù được chế tạo theo công nghệ nào, thành phần nhỏ nhất của loại nguồn này luôn

là các PV cell (tế bào quang điện) Có rất nhiều loại PV cell đã được phát triển trong quá khứ, có loại đã được phát triển từ lâu nhưng cũng loại mới được phát triển nhưng chỉ có một số loại đã được thương mại hóa do phải đáp ứng với nhiều yêu cầu khác nhau về vật liệu, tuổi thọ, chi phí sản xuất, môi trường, Cho đến thời điểm hiện tại, nguồn PV với cấu trúc tinh thể Si vẫn là loại phổ biến nhất, có thể lắp

đặt ở mọi nơi trên trái đất nên loại nguồn PV này sẽ là đối tượng được phân tích chi tiết trong các nội dung tiếp theo Đặc trưng của loại nguồn này là công suất phát ra phụ thuộc hoàn toàn vào bức xạ mặt trời Hình 1 2 cho thấy khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh trái đất, các chùm tia bức xạ bị hấp thụ và tán xạ bởi tầng ozon, hơi nước và bụi trong khí quyển [7]

Hình 1 2 Quá trình truyền bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của trái đất

Số liệu trên Hình 1 2 cho thấy chỉ một phần năng lượng được truyền trực tiếp tới trái đất (công suất của bức xạ mặt trời rơi trên bề mặt đất tối đa chỉ khoảng 1000

chế độ làm việc của nguồn PV

Công suất lắp đặt của nguồn PV trên thế giới và tại Việt Nam đang ngày càng tăng Tại Việt Nam, nguồn PV được lắp đặt dưới dạng nhà máy điện tập trung (cánh đồng pin quang điện) hoặc trên mái nhà với nhiều chính sách khuyến khích khác nhau Điều này đã khiến nguồn PV là một trong những loại nguồn có tốc độ lắp đặt rất lớn và thiếu đồng bộ với những đánh giá tác động của nó đến lưới điện Vì vậy, nguồn PV sẽ là một trong những loại nguồn được nghiên cứu chuyên sâu trong luận văn

1.1.3 Tổng quan về nguồn thủy điện

Nguồn thủy điện là một tổ hợp các hạng mục công trình được tạo ra để biến đổi năng lượng từ thủy năng thành điện năng như mô tả trên Hình 1 3

Hình 1 3 Mô hình biến đổi năng lượng (Thuỷ năng→Cơ năng→Điện năng)

Ban đầu, một quá trình thủy công được tạo ra có thể là tự nhiên (thủy triều, hải lưu) hay nhân tạo (hồ đập) để có được một dòng chảy năng lượng lớn Tiếp theo là một turbine tiếp nhận năng lượng của dòng nước biển đổi thành cơ năng (mô men

và tốc độ) trên trục quay Cuối cùng là một MF nối đồng trục với turbine, chuyển hóa cơ năng thanh điện năng (3 pha xoay chiều)

công suất nhỏ (< 15 MW) [8]

Dù được phân chia thành các loại khác nhau nhưng các loại nguồn này đều được xem là nguồn NLTT do sử dụng nguồn năng lượng sơ cấp với đặc điểm lặp lại của chu kỳ nước Trong đó, nguồn thủy điện nhỏ vận hành dựa trên chu kỳ lặp kỳ lặp lại ngắn hạn và thường không có hồ chứa hoặc hồ chứa dung tích nhỏ trong khi nguồn thủy điện lớn vận hành dựa trên chu kỳ lặp lại dài hạn và có hồ chứa dung tích lớn

Trong tự nhiên, sự phân bố lưu lượng của dòng chảy là ngẫu nhiên nên khi lưu lượng dòng chảy giảm, dẫn đến công suất của nhà máy giảm xuống và có thể thấp hơn nhu cầu đặt ra Ngược lại khi lưu lượng dòng chảy tăng có thể dẫn đến vượt quá công suất của nhà máy Đó là lý do mà các nguồn thủy điện lớn luôn phải xây dựng một con đập tạo ra hồ chứa thượng lưu và hồ chứa hạ lưu để điều tiết và phân phối năng lượng của dòng chảy thích hợp Kèm theo đó là công trình xả lũ khi dòng

chảy vào hồ thượng lưu vượt ngưỡng cảnh báo nguy hiểm Vì vậy, thủy điện lớn có khả năng điều tiết công suất điện cho hệ thống tốt hơn so với thủy điện nhỏ

Với đặc điểm giá thành điện năng thấp và có thể đem lại nhiều lợi ích tổng hợp khác, thủy điện vẫn là một trong những nguồn chủ đạo của nhiều hệ thống điện trên thế giới và tại Việt Nam Trong đó, xây dựng các nhà máy thủy điện công suất vừa và nhỏ là xu hướng tất yếu do có thể tận dụng được các dòng chảy không lớn và

có thể lắp đặt vào các vị trí khác nhau của mạng điện Điều này có thể giúp cải thiện khả năng vận hành hệ thống và bảo vệ môi trường tốt hơn so với nguồn thủy điện lớn Dựa trên các phân tích trên, nguồn thủy điện công suất vừa sẽ là một trong những loại nguồn được nghiên cứu trong luận văn này

1.2 Quy định đấu nối nguồn PV và nguồn thủy điện trong hệ thống điện

1.2.1 Quy định về điện áp trong hệ thống điện phân phối

- Các cấp điện áp danh định (định mức) trong hệ thống điện phân phối [1]: Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối bao gồm 110 kV, 35

kV, 22 kV, 15 kV, 10 kV, 06 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 [1]:

Tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện là ± 05 %;

Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là + 10% và - 05 %;

Trường hợp nhà máy điện và khách sử dụng điện đấu nối vào cùng một thanh cái trên lưới điện phân phối thì điện áp tại điểm đấu nối do Đơn vị phân phối điện quản lý vận hành lưới điện khu vực quyết định đảm bảo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật vận hành lưới điện phân phối và đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng

sử dụng điện

- Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn định sau sự cố, cho phép mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện bị ảnh hưởng trực tiếp do sự cố trong khoảng + 05 % và - 10 % so với điện áp danh định

- Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự

cố, cho phép mức dao động điện áp trong khoảng ± 10 % so với điện áp danh định

- Trường hợp Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có yêu cầu chất lượng điện áp cao hơn so với quy định tại Khoản 2 Điều này, Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có thể thỏa thuận với Đơn vị phân phối điện hoặc Đơn vị phân phối

và bán lẻ điện

1.2.2 Quy định đấu nối nguồn PV trong hệ thống điện Việt Nam

1.2.2.1 Đối với mạng điện trung áp trở lên

* Nhà máy điện mặt trời phải có khả năng vận hành phát công suất tác dụng trong dải tần số từ 49 Hz đến 51 Hz theo các chế độ sau [1]:

Chế độ phát tự do: vận hành phát điện công suất lớn nhất có thể theo sự biến

đổi của nguồn năng lượng sơ cấp (mặt trời)

Chế độ điều khiển công suất phát:

Nhà máy điện mặt trời phải có khả năng điều chỉnh phát công suất tác dụng theo lệnh của Cấp điều độ có quyền điều khiển phù hợp với sự biến đổi của nguồn năng lượng sơ cấp trong thời gian không quá 30 giây với độ sai số trong dải ±1% công suất định mức, cụ thể như sau:

- Phát công suất theo đúng lệnh điều độ trong trường hợp nguồn sơ cấp biến thiên bằng hoặc lớn hơn giá trị dự báo;

- Phát công suất lớn nhất có thể trong trường hợp nguồn sơ cấp biến thiên thấp hơn giá trị dự báo

* Nhà máy điện mặt trời tại mọi thời điểm đang nối lưới phải có khả năng duy trì vận hành phát điện trong thời gian tối thiểu tương ứng với các dải tần số vận hành theo quy định tại Bảng 1 1

Bảng 1 1 Thời gian tối thiểu duy trì vận hành phát điện tương ứng với các

dải tần số của hệ thống điện

n m

ΔP (MW) là mức giảm công suất phát tác dụng;

Pm (MW) là công suất tác dụng tương ứng với thời điểm trước khi thực hiện giảm công suất;

 Nhà máy điện mặt trời đấu nối vào lưới điện phân phối phải có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng như sau [1]:

- Trường hợp nhà máy điện phát công suất tác dụng lớn hơn hoặc bằng 20% công suất tác dụng định mức và điện áp nằm trong dải vận hành bình thường, nhà máy điện phải có khả năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng trong dải hệ số công suất 0,95 (ứng với chế độ phát công suất phản kháng) đến 0,95 (ứng với chế

độ nhận công suất phản kháng) tại điểm đấu nối ứng với công suất định mức;

- Trường hợp nhà máy điện phát công suất tác dụng nhỏ hơn 20% công suất định mức, nhà máy điện có thể giảm khả năng nhận hoặc phát công suất phản kháng phù hợp với đặc tính của tổ máy;

- Trường hợp điện áp tại điểm đấu nối nằm trong dải ± 10% điện áp định mức, nhà máy điện phải có khả năng điều chỉnh điện áp tại điểm đấu nối với độ sai lệch không quá ±0,5% điện áp định mức (so với giá trị đặt điện áp) trong toàn bộ dải làm việc cho phép của máy phát và hoàn thành trong thời gian không quá 2 phút;

- Trường hợp điện áp tại điểm đấu nối nằm ngoài dải ±10% điện áp định mức, nhà máy điện phải có khả năng phát hoặc nhận công suất phản kháng (theo tỷ lệ so với công suất phản kháng định mức) bằng tối thiểu 2 lần tỷ lệ thay đổi điện áp tại điểm đấu nối

* Nhà máy điện mặt trời tại mọi thời điểm đang nối lưới phải có khả năng duy trì vận hành phát điện tương ứng với dải điện áp tại điểm đấu nối trong thời gian như sau [1]:

- Điện áp dưới 0,3 pu (pu là hệ đơn vị tương đối thể hiện tỷ lệ giữa giá trị điện

áp thực tế so với giá trị điện áp định mức), thời gian duy trì tối thiểu là 0,15 giây

- Điện áp từ 0,3 pu đến dưới 0,9 pu, thời gian duy trì tối thiểu được tính

T min  4U  0, 6

U (pu): Điện áp thực tế tại điểm đấu nối tính theo đơn vị pu

- Điện áp từ 0,9 pu đến dưới 1,1 pu, nhà máy điện mặt trời phải duy trì vận hành phát điện liên tục;

- Điện áp từ 1,1 pu đến dưới 1,15 pu, nhà máy điện điện mặt trời phải duy trì vận hành phát điện trong thời gian 3 giây;

- Điện áp từ 1,15 pu đến dưới 1,2 pu, nhà máy điện mặt trời phải duy trì vận hành phát điện trong thời gian 0,5 giây

* Nhà máy điện mặt trời phải đảm bảo không gây ra thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha tại điểm đấu nối quá 1% điện áp danh định Nhà máy điện mặt trời phải có khả năng chịu được thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha tại điểm đấu nối tới 3% điện áp danh định đối với cấp điện áp 110 kV hoặc tới 5% điện áp danh định đối với cấp điện áp dưới 110 kV

1.2.2.2 Đối với mạng điện hạ áp

* Công suất đấu nối [1]

- Tổng công suất đặt của hệ thống điện mặt trời đấu nối vào cấp điện áp hạ áp của trạm biến áp hạ thế không được vượt quá 30% công suất đặt của trạm biến áp đó;

- Hệ thống điện mặt trời có công suất dưới 3 kVA trở xuống được đấu nối vào lưới điện hạ áp 1 pha hoặc 3 pha;

- Hệ thống điện mặt trời có công suất từ 3 kVA đến 100 kVA (nhưng không vượt quá 30% công suất đặt của trạm biến áp hạ thế đấu nối) được đấu nối vào lưới điện hạ áp 3 pha

* Hệ thống điện mặt trời phải có khả năng duy trì vận hành phát điện liên tục trong dải tần số từ 49 Hz đến 51 Hz Khi tần số hệ thống điện nằm ngoài dải từ 49

Hz đến 51 Hz thì hệ thống điện mặt trời phải có khả năng duy trì vận hành phát điện trong thời gian tối thiểu 0,2 giây

* Hệ thống điện mặt trời phải có khả năng duy trì vận hành phát điện liên tục khi điện áp tại điểm đấu nối trong dải từ 85% đến 110% điện áp định mức Khi điện

áp tại điểm đấu nối nằm ngoài dải từ 85% đến 110% điện áp định mức thì hệ thống điện mặt trời phải có khả năng duy trì vận hành phát điện trong thời gian tối thiểu

02 giây

* Hệ thống điện mặt trời không được gây ra sự xâm nhập của dòng điện một chiều vào lưới điện phân phối vượt quá giá trị 0,5% dòng định mức tại điểm đấu nối

* Hệ thống điện mặt trời phải trang bị thiết bị bảo vệ đảm bảo loại trừ sự cố và vận hành an toàn hệ thống điện mặt trời Đối với hệ thống điện mặt trời có công suất từ 10 kVA trở lên, khách hàng có đề nghị đấu nối phải thống nhất các yêu cầu

về hệ thống bảo vệ với Đơn vị phân phối điện

* Hệ thống điện mặt trời đấu nối vào lưới điện hạ áp phải tuân theo các quy định về điện áp, cân bằng pha, sóng hài, nhấp nháy điện áp và chế độ nối đất quy định

1.2.3 Quy định đấu nối nguồn thủy điện trong hệ thống điện Việt Nam

* Yêu cầu đối với tổ máy phát điện của nhà máy thủy điện và nhà máy nhiệt điện (bao gồm cả các nhà máy điện sinh khối, khí sinh học và nhà máy điện sử dụng chất thải rắn) có tổng công suất lắp đặt từ 30 MW trở xuống [1]:

- Có khả năng phát công suất tác dụng định mức liên tục trong dải tần số từ 49

Hz đến 51 Hz Trong dải tần số từ 47,5 Hz đến 49 Hz, mức giảm công suất không được vượt quá giá trị tính theo tỷ lệ yêu cầu của mức giảm tần số hệ thống điện, phù hợp với đặc tuyến quan hệ giữa công suất tác dụng và tần số của tổ máy Thời gian tối thiểu duy trì vận hành phát điện tương ứng với các dải tần số của hệ thống theo quy định tại Bảng 1 1

- Tổ máy phát điện đấu nối vào lưới điện phân phối phải có khả năng phát và nhận liên tục công suất phản kháng với hệ số công suất 0,9 (ứng với chế độ phát công suất phản kháng) đến 0,95 (ứng với chế độ nhận công suất phản kháng) ứng với công suất định mức và giữ được độ lệch điện áp trong dải quy định

- Tổ máy phát điện đấu nối vào lưới điện phân phối phải có khả năng chịu được mức mất đối xứng điện áp trong hệ thống điện theo quy định và chịu được thành phần dòng điện thứ tự không và thứ tự nghịch không nhỏ hơn thời gian loại trừ ngắn mạch pha-pha và pha-đất gần máy phát bằng bảo vệ dự phòng có liên hệ với điểm đấu nối;

- Trong trường hợp điểm đấu nối được trang bị thiết bị tự động đóng lại, hệ thống rơ le bảo vệ của nhà máy điện phải đảm bảo phối hợp được với thiết bị tự động đóng lại của Đơn vị phân phối điện và phải được thiết kế để đảm bảo tách được tổ máy phát điện ra khỏi lưới điện phân phối ngay sau khi máy cắt, thiết bị tự động đóng lại hoặc dao phân đoạn của lưới điện phân phối mở ra lần đầu tiên và duy trì cách ly tổ máy phát điện khỏi lưới điện phân phối cho tới khi lưới điện phân phối được khôi phục hoàn toàn;

- Các nhà máy điện có tổng công suất lắp đặt từ 30 MW trở xuống đấu nối vào lưới điện cấp điện áp 110 kV phải trang bị bộ điều tốc có khả năng làm việc với các giá trị hệ số tĩnh của đặc tính điều chỉnh trong dải từ 3% đến 5% và dải chết của bộ điều tốc trong phạm vi ± 0,05 Hz

1.3 Giới thiệu lưới điện 110 kV Thanh Hóa

1.3.1 Nguồn cấp điện

Hiện nay lưới điện 110 kV tỉnh Thanh Hóa nhận điện từ các nguồn sau [2]:

+ Trạm biến áp (TBA) 220 kV Ba Chè, công suất định mức 500 MVA

+ TBA 220 kV Nghi Sơn, công suất định mức 500 MVA

+ TBA 220 kV Bỉm Sơn, công suất định mức 500 MVA

+ TBA 220 kV Nông Cống, công suất 125 MVA

+ Các nhà máy điện với tổng công suất định mức 410 MVA:

Thủy điện Cửa Đạt với công suất định mức 97 MVA đấu nối vào TBA 220 kV

Ba Chè và qua thủy điện Xuân Minh về trạm biến áp 110 kV Thọ Xuân;

Thủy điện Xuân Minh công suất định mức 15 MVA đấu nối về TBA 110 kV Thọ Xuân;

Nhiệt điện Ninh Bình công suất định mức 100 MVA cấp nối vòng về TBA

110 kV Long Sơn và TBA 220 kV Bỉm Sơn;

Thủy điện Bá Thước 2 với công suất định mức 80 MVA đấu nối vào TBA 220

1.3.2 Khối lượng quản lý vận hành

Tính đến hết tháng 12 năm 2020, lưới điện 110 kV khu vực tỉnh Thanh Hoá quản lý bao gồm [2]:

Tài sản ngành điện:

19 TBA 110 kV với tổng công suất đặt là 1313 MVA;

38 đường dây với tổng chiều dài là: 617,98km

Trong đó, có 31 đường dây liên lạc khép vòng, 7 đường dây cấp điện hình tia

Tài sản khách hàng:

TBA 110 kV: 09 TBA/18 MBA với tổng dung lượng 719,5 MVA;

Đường dây là tài sản khách hàng mạch kép: 105,8 km; mạch đơn: 3,46 km

1.3.3 Mức độ mang tải

Trong năm 2020 với 19 TBA 110 kV công suất đặt 1313 MVA chưa đảm bảo cấp điện cho khu vực tỉnh Thanh Hoá, mức độ mang tải bình quân của các MBA đạt 75,3% Tuy nhiên do đặc điểm phụ tải các khu vực huyện khác nhau, nhiều TBA

110 kV có MBA không đủ điều kiện vận hành song song như T1, T2 Núi Một; T1,

đang vận hành điện áp nút thấp không san tải cho MBA T1 được; T2 Tĩnh Gia vận hành điện áp thấp do cấp điện cho nhà máy lọc hoá Dầu [2]

Các đường dây 35 kV liên kết giữa các TBA 110 kV khả năng cấp hỗ trợ bị hạn chế nên khó khăn cho kết lại lưới để san tải giữa các TBA 110 kV dẫn tới mức

độ mang tải của MBA không đồng đều, nhiều MBA bị quá tải cục bộ trong đợt cấp điện nắng nóng 2020 Mặc dù Công ty Điện lực Thanh Hoá đã tính toán phương thức kết lưới hợp lý để đảm bảo cấp điện, hạn chế tối đa quá tải cục bộ MBA, quá tải dây dẫn, tuy nhiên vẫn xảy ra đầy và quá tải cục bộ đối với các MBA: T1,T2 trạm 110 kV Núi Một; T1, T2 trạm 110 kV Sầm Sơn, vào cao điểm mùa hè ; T2 trạm 110 kV Hà Trung ; T1, T2 trạm 110 kV Thiệu Yên; T1 Nông Cống; T2 Tĩnh

Gia; T1 Triệu Sơn; T1 Yên Định; T1 Tây thành phố

1.4 Đề xuất hướng nghiên cứu

Lưới điện 110 kV tỉnh Thanh Hóa được kết cấu với nhiều nguồn từ các TBA

220 kV, nguồn thủy điện, nguồn PV và nguồn nhiệt điện Ngoại trừ nguồn từ các TBA 220 kV, các nguồn còn lại được xem là các nguồn điện phân tán kết nối vào lưới điện 110 kV của tỉnh Thanh Hóa, trong đó nguồn PV có cả dạng nhà máy điện kết nối vào lưới 110 kV và dạng kết nối vào lưới điện hạ áp (điện mái nhà) Trong quá trình vận hành, các nguồn phân tán này có thể làm ảnh hưởng đến thông số vận hành của lưới điện (công suất truyền tải trên đường dây và điện áp nút) nên cần có những đánh giá chi tiết của các loại nguồn này đến lưới điện

Với mục tiêu đánh giá ảnh hưởng của nguồn PV và nguồn thủy điện đến lưới điện 110 kV tỉnh Thanh Hóa, luận văn sẽ định hướng xét cho một khu vực cụ thể là nhánh TBA 220 kV Ba Chè, TBA 110 kV Yên Định, TBA 110 kV Nhà máy điện mặt trời Yên Định, TBA 110 kV Thiệu Yên, TBA 110 kV Ngọc Lặc, TBA 110 kV

Bá Thước, thủy điện Bá Thước 1 (sau đây gọi tắt là nhánh Ba Chè-Bá Thước) Đây

là nhánh 110 kV có đầy đủ các đặc trưng cơ bản của lưới điện có sự tham gia của cả nguồn PV và nguồn thủy điện và được biểu diễn trên Hình 1 4 [2]

Hình 1 4 Sơ đồ lưới điện 110 kV tỉnh Thanh Hóa nhánh Ba Chè-Bá Thước

Đặc điểm của lưới điện 110 kV tỉnh Thanh Hóa nhánh Ba Chè-Bá Thước:

- Nguồn PV được xét đến bởi hai dạng [2]:

Dạng thứ nhất, nhà máy điện tập trung (cánh đồng pin quang điện) với công suất lắp đặt là 30 MW phát điện vào cấp điện áp 110 kV;

Dạng thứ hai, phân tán tại các hộ gia đình trong mạng điện 22&35 kV của trạm biến áp 110 kV Yên Định và 110 kV Thiệu Yên Trong đó, công suất nguồn

PV tham gia vào phía 22 kV của trạm biến áp 110 kV Yên Định là 10 MW và của trạm biến áp 110 kV Thiệu Yên là 9 MW (công suất lớn nhất)

- Nguồn thủy điện Bá Thước 1: 4 tổ máy, mỗi tổ có công suất định mức 15

MW Nguồn này được xem là thủy điện công suất vừa với tổng công suất lắp đặt 60

MW

- Phụ tải của các TBA trung gian trong nhánh Ba Chè-Bá Thước được thể hiện trong Bảng 1 2 (được thống kê trong khoảng thời gian từ tháng 6/2020 đến 5/2021) [2]

Bảng 1 2 Thông số phụ tải của các TBA

Tên TBA Phụ tải cực đại Phụ tải cực tiểu Phụ tải đặc trưng (12h

ngày 16/4/2021) Trung áp Hạ áp Trung áp Hạ áp Trung áp Hạ áp

cos=0,94 4,2 MW

Tại các thời điểm phụ tải cực đại, phụ tải quan trọng phải duy trì cấp điện chiếm 60% phụ tải tại mỗi nút

- Đường dây từ Ba Chè đến Thiệu Yên bố trí dây dẫn 3 pha trên mặt phẳng ngang trong khi các đoạn đường dây còn lại bố trí dây dẫn 3 pha trên 3 đỉnh tam giác

Bảng 1 3 Thông số đường dây 110 kV nhánh Ba Chè-Bá Thước

(mm2)

Chiều dài (km)

Dòng điện tải cho phép ở điều kiện tiêu chuẩn (A)

Các phân tích trên cho thấy đối tượng nghiên cứu của luận văn là lưới điện

110 kV nhánh Ba Chè-Bá Thước có sự tham gia của nguồn PV và nguồn thủy điện nhỏ có những đặc trưng khác biệt Luận văn sẽ tập trung phân tích ảnh hưởng của nguồn PV và nguồn thủy điện tới thông số của toàn bộ lưới điện thông qua quá trình phân tích các thông số của lưới điện ở trạng thái vận hành không có/có nguồn NLTT ở các thời điểm phụ tải cực đại, cực tiểu

Từ các kết quả trên, luận văn sẽ đề xuất giải pháp vận hành cho lưới điện 110

kV tỉnh Thanh Hóa nhánh Ba Chè-Bá Thước trong các điều kiện vận hành khác nhau đặc biệt là khi lưới điện được mở rộng trong tương lai (tương ứng với kế hoạch nâng cấp trạm biến áp 110 kV Yên Định)

Cách tiếp cận của luận văn là sẽ thực hiện nghiên cứu, phân tích các vấn đề của lưới điện đang xét trong trường hợp không có sự tham gia của các nguồn tái tạo (đặc trưng cho trường hợp lưới điện phải vận hành ở trạng thái nặng nề nhất: nhà máy thủy điện bị sự cố hoặc không có nước trong khi nguồn PV cũng không tham gia phát điện ở những thời điểm không có bức xạ mặt trời)

1.5 Kết luận chương 1

Chương 1 đã nghiên cứu được một số vấn đề sau:

- Tổng quan về nguồn năng lượng tái tạo nói chung và hai loại nguồn có tỷ trọng lớn nhất hiện nay là nguồn PV, nguồn thủy điện nhỏ

- Quy định đấu nối và vận hành của hệ thống điện Việt Nam khi có sự tham gia của 2 nguồn trên trong các loại mạng điện khác nhau

- Phân tích đặc điểm của lưới điện 110 kV tỉnh Thanh Hóa

- Đề xuất được đối tượng nghiên cứu và hướng nghiên cứu cụ thể cho luận văn

Từ các nội dung trên, chương 2 sẽ làm rõ đặc điểm của mỗi loại nguồn, mô hình hóa các loại nguồn và lưới điện Đồng thời, nghiên cứu phương pháp giải tích lưới điện trên phần mềm ETAP và phân tích thông số giải tích được khi không có

sự tham gia của hai loại nguồn trên Chương 3 sẽ thực hiện đánh giá ảnh hưởng của mỗi loại nguồn và đồng thời cả hai nguồn đến lưới điện đang xét Qua đó chỉ ra những vấn đề còn tồn tại của lưới điện và đề xuất giải pháp vận hành cho phù hợp

- Toàn bộ lưới điện được mô hình hóa bằng các công cụ toán học Thuật toán Newton-Raphson được thiết lập để làm rõ phương pháp giải tích lưới điện trên phần mềm ETAP Việc này sẽ giúp phân tích được bản chất của các kết quả khi thực hiện giải tích thông qua một phần mềm chuyên dụng như ETAP Đưa ra các kết quả

mô phỏng trong trường hợp lưới điện không có sự tham gia của các nguồn NLTT

- Nghiên cứu mô tả toán học và cách cấu trúc để có được một nguồn PV thực

tế Từ đó, chỉ ra được đặc điểm làm việc và phương pháp khai thác công suất của loại nguồn này trong những điều kiện làm việc thực tế

- Nghiên cứu cấu trúc của hệ turbine - máy phát thủy điện và mô hình hóa loại nguồn này để chỉ ra phương pháp vận hành trong những điều kiện thực tế

2.2 Mô hình hóa lưới điện 110 kV Thanh Hóa

2.2.1 Phương pháp mô hình hóa lưới điện

2.2.1.1 Giới thiệu chung

Hệ thống điện được đặc trưng bởi các nguồn điện, máy biến áp, đường dây truyền tải và phụ tải điện Để đảm bảo vận hành ổn định, hệ thống điện cần phải

đảm bảo cân bằng về công suất tác dụng và phản kháng giữa các nguồn cung cấp với phụ tải

Mặc dù hệ thống điện có thể có rất nhiều nút nhưng các nút này có thể được

Với nút PV (nút nguồn - điều chỉnh điện áp), công suất tác dụng P và điện áp

U đã cho trước Đây là các nhà máy điện với điện áp được duy trì bởi thiết bị điều chỉnh điện áp hay các trạm bù công suất phản kháng Điện áp của nút nguồn được duy trì bởi công suất phản kháng của nguồn phát, vì vậy ở nút này, thông số công suất phản kháng thay đổi, chỉ cố định giá trị công suất tác dụng P và module điện

áp Tuy nhiên giá trị của Q cũng chỉ điều chỉnh trong khoảng giới hạn (do điều kiện giới hạn của dòng stator, dòng kích từ, và điều kiện làm việc ổn định ở chế độ thiếu kích thích)

Với nút PQ (nút tiêu thụ công suất), có 2 thông số đã biết trước là công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q tiêu thụ tại nút

nhà máy điện làm nhiệm vụ điều chỉnh tần số và có nhiệm vụ cân bằng công suất do tổn thất công suất phát sinh trong lưới

Như vậy, thông số đặc trưng cho hệ thống điện cũng chính là các thông số đặc trưng cho nút như module và góc pha điện áp, công suất tác dụng và phản kháng Một hệ thống có N nút thì sẽ có 2N biến Khi kích thước của hệ thống điện tăng lên thì cần phải sử dụng các công cụ toán học như Newton-Raphson, Gauss-Seidel để xác định các thông số nút và dòng công suất/dòng điện trên các đường dây Việc giải tích lưới điện giúp người vận hành có những đánh giá về thông số chế độ của toàn hệ thống trước khi đưa ra các bản quy hoạch lưới điện hoặc đưa ra các quyết định về chế độ vận hành của từng thiết bị trong lưới trước khi thao tác thực tế, qua

đó giúp duy trì vận hành ổn định cho toàn hệ thống điện

2.2.1.2 Thay thế các phần tử của hệ thống điện

 Đường dây tải điện (Hình 2 1) [3], [4], [5]:

Hình 2 1 Sơ đồ thay thế đường dây tải điệntrong đó:

Hình 2 1a áp dụng cho đường dây trên không điện áp ≤ 35 kV,

Hình 2 1b áp dụng cho đường dây cáp điện áp ≤ 35 kV, đường dây điện áp đến 220 kV hoặc đường dây ngắn điện áp đến 500 kV,

Hình 2 1c áp dụng cho đường dây đường dây dài điện áp trên 220 kV,

Rdd () là điện trở của đường dây,

Xdd () là điện kháng của đường dây,

trong đó:

Rb () là điện trở của MBA,

 MBA 3 cuộn dây (Hình 2 3) [3], [4], [5]:

trong đó:

RC, RT, RH () là điện trở cuộn dây cao áp, trung áp và hạ áp của MBA,

thất trong lõi thép (tổn thất không tải) Tổn thất này thường không lớn nên trong các tính toán gần đúng có thể bỏ qua các thành phần này

Thành phần điện trở và điện kháng của đường dây, MBA được xét chung thành tổng trở Z=R+jX

 Phụ tải điện [5], [12]:

Các phụ tải trong hệ thống điện được xây dựng dựa trên mô hình tổng trở hằng (constant Z), dòng điện hằng (constant I), công suất hằng (constant PQ) Công suất của phụ tải tương ứng với các mô hình này được xác định theo (2 1):

a 0 0 b 0 0

V

V V

a=b=0 với mô hình công suất hằng;

a=b=1 với mô hình dòng điện hằng;

a=b=2 với mô hình tổng trở hằng

Trong quá trình mô hóa, có thể có sự tổng hợp của nhiều mô hình cho một đối tượng hoặc một nút phụ tải Sự đa dạng về mô hình của mỗi nút phụ tải có thể ảnh hưởng đến công suất tiêu thụ tại nút phụ tải đó khi điện áp thay đổi, đặc biệt là khi điện áp nút nhỏ hơn định mức

2.2.1.3 Thành lập ma trận tổng dẫn nút cho hệ thống điện

Một hệ thống điện tổng quát sẽ bao gồm (N+1) nút, trong đó có N nút thông thường và 1 nút đất (ký hiệu 0) Hình 2 1, Hình 2 2 và Hình 2 3 cho thấy một nhánh bất kỳ trong hệ thống điện được xác định bởi một đường dây hay một MBA Hai loại nhánh này có thể được định nghĩa bởi một nhánh chuẩn như trên Hình 2 4 [5], [12]

Trên Hình 2 4a và Hình 2 4b, nguồn dòng (từ máy phát) bơm vào nút, ký

ij

ij i

' i ij

Iˆ

IˆU

U

đường dây tải điện thì Kij=1

Áp dụng định luật Kirchhoff 1, phương trình cân bằng dòng điện tại nút i được xác định theo (2 2):

a Nút i nối trực tiếp với MBA lý tưởng

a Nút i nối gián tiếp với MBA

lý tưởng qua tổng trở

Chuyển biểu thức (2 2) sang tính với dòng I’ij ta có (2 3):

i ij

i j 0 j

j ij k

Giá trị của Y ii, Y ji được xác định bởi (2 5) và (2 6):

j ij

2 ij ii

Thực hiện tương tự với Hình 2 4b, ta có biểu thức tương tự (2 4), trong đó chỉ

có sự khác biệt về Y ii Giá trị của

j ij ii

Z

1

Trong trường hợp tổng quát hơn một nút i được nối với m nút trực tiếp qua

j ij

2 ij k

i j 0

j ij ii

Z

KZ

Khi tại nút i có nhiều nhánh nối vào thì phương trình cân bằng dòng nút tại nút

i viết ở dạng khai triển có dạng như (2 9):

N 1 N

N 2 22

21

N 1 12

11

Y Y Y

.

.

Y Y Y

Y Y Y

2.2.1.4 Thành lập hệ phương trình cân bằng công suất nút

Ta đã biết có 3 loại nút và mỗi loại nút này sẽ có những loại biến khác nhau,

cụ thể với nút i bất kỳ [5], [12]:

Với nút PQ: đã biết trước Ploadi và Qloadi; chưa biết Ui và i

Với nút PV (máy phát điện): đã biết trước PFi và Ui; chưa biết QFi và i

Với nút V (nút cân bằng công suất): đã biết trước Ui và i; chưa biết PFi và

QFi

Với nút i bất kỳ, nhân 2 vế của mỗi phương trình trong (2 9) với trị số liên hợp của điện áp nút tương ứng (đại lượng liên hợp được quy định có dấu mũ) ta có (2 11):

) Q j P ( Q j P

U Y

U ˆ U Y

U ˆ

U

Y

.

U ˆ U Y U Y

U ˆ

U

Y

) Q j P ( Q j P

U ˆ U Y

U ˆ U Y

U

Y

FN FN

loadN loadN

2 N NN N

2 2 N N

1

1

N

2 F 2

F 2 load 2

load 2 N N 2 2

2 22 2

1

21

1 F 1 F 1 load 1

load 1 N N 1 1

2 12 2

điện tham gia thì các giá trị này cho bằng 0

2 1

1

2 n n 2

22 1

21

1 n n 2

12 1 11

JUY

UYUY

UYUY

JUY

UYUY

Các đại lượng điện áp và tổng dẫn có thể được viết lại dưới dạng lượng giác như trên (2 12) và (2 13):

) sin j (cos U U

) sin j (cos y y

Sử dụng (2 12) và (2 13), N phương trình trong (2 11) sẽ được viết tách thành 2N phương trình Dạng tổng quát của 2N phương trình được biểu diễn trên (2 14) và (2 15):

Fi N

i j 1 j

loadi ij

j i ij j i ii

ii 2

i j 1 j

loadi ij

j i ij i i ii

ii 2

2.2.1.5 Ứng dụng phương pháp Newton-Raphson giải tích lưới ở chế độ xác lập

Trong các bài toán tính toán dòng công suất lớn với nhiều nút, phương pháp Newton-Raphson có thể được sử dụng để giải hệ phương trình phi tuyến của hệ thống điện [5], [12], [15]

Ta đã biết bản chất của phương pháp Newton-Raphson là tuyến tính hóa và sử dụng phép lặp để tìm nghiệm gần chính xác Áp dụng cho bài toán giải tích lưới, các phương trình (2 16) và (2 17) phục vụ tính toán được sử dụng xuất phát từ hệ phương trình (2 14) và (2 15):

i N

i j 1 j

Fi loadi ij

j i ij j i ii

i Fi loadi ij

j i ij i i ii

ii

2

i y sin U U y sin( ) Q Q Q

Pi và Qi là độ lệch công suất tác dụng và phản kháng tại nút i

) k ( i 1 ) k ( i

) k ( i

Q

PJ

2 1

J J

J J

) k ( N )

k ( 1

) k ( N

) k ( N

) k ( 1 )

k ( 1

) k ( 1

1

P

) k ( N )

k ( 1

) k ( N

) k ( N

) k ( 1 )

k ( 1

) k ( 1 2

U

P

U P

U P

) k ( N )

k ( 1

) k ( N

) k ( N

) k ( 1 )

k ( 1

) k ( 1

3

Q

) k ( N )

k ( 1

) k ( N

) k ( N

) k ( 1 )

k ( 1

) k ( 1 4

U

Q

U Q

U Q

) k ( i )

k ( i

) k ( i ) 1 k ( i

) 1 k ( i

UU

Q

ngay sau khi đã đạt sai số cho phép Tuy nhiên, chương trình có thể thực hiện tính thêm một số thông số của chế độ đang xét như công suất và dòng điện trên các nhánh

ij

Y  (đặc trưng bởi thành phần G và B), dòng điện trên đường dây được xác định theo (2 25):

2

YUY)UU(I

' ij i ij j i ij

Tổn thất công suất trên đường dây ij được xác định theo (2 28):

) Q Q ( j P P Q j

Pji  ji  ij ji ij ji

Từ các công thức trên, thuật toán giải tích lưới điện ứng dụng phương pháp Newton-Rahpson được mô tả trên Hình 2 5 [5], [12], [15]

Hình 2 5 Thuật toán giải tích lưới điện ứng dụng phương pháp

Newton-Raphson

Một trong những khó khăn của các phương pháp Newton-Raphson là xác định giá trị khởi đầu cho các nghiệm Giá trị khởi đầu càng gần nghiệm thực thì khả năng hội tụ (tìm được nghiệm) càng lớn Với bài toán giải tích lưới điện, nghiệm khởi

góc pha lấy bằng 0) Chính vì luôn có gợi ý về giá trị khởi đầu này và có sự trợ giúp của máy tính, phương pháp Newton-Raphson cho phép tính toán các thông số của lưới điện một cách nhanh chóng, chính xác và luôn hội tụ Phương pháp này đã

Nhập dữ liệu ban đầu

- Thông số hệ thống: điện áp định mức, thông số nhánh, MBA, công suất nút,

- Sai số cho phép  (về công suất)