Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Phân tích ảnh hưởng năng lượng mặt trời mái nhà và điều khiển tối ưu công suất phản kháng trên lưới phân phối có xét đến năng lượng mặt trời mái nhà

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

THÁI THANH NGUYÊN

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MÁI NHÀ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN PHÚC KHẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS VÕ NGỌC ĐIỀU

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS TRẦN HUỲNH NGỌC

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 09 tháng 01 năm 2022

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 Chủ tịch hội đồng: PGS TS NGUYỄN VĂN LIÊM 2 Thư ký: TS HUỲNH QUANG MINH

3 Phản biện 1: PGS TS VÕ NGỌC ĐIỀU 4 Phản biện 2: TS TRẦN HUỲNH NGỌC 5 Ủy viên: TS DƯƠNG THANH LONG

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

PGS TS Nguyễn Văn Liêm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: THÁI THANH NGUYÊN MSHV:1970421 Ngày, tháng, năm sinh: 11/04/1997 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 I TÊN ĐỀ TÀI:

 Phân tích ảnh hưởng năng lượng mặt trời mái nhà và điều khiển tối ưu công suất phản kháng trên lưới phân phối có xét đến năng lượng mặt trời mái nhà

 Analysis of the effect of solar rooftop & Optimized control of reactive power on the distribution network considering rooftop solar energy

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tìm hiểu về năng lượng mặt trời

 Phân tích ảnh hưởng năng lượng mặt trời mái nhà lên lưới phân phối (về tổn hao công suất, điện áp và phân bố công suất)

 Nghiên cứu điều khiển công suất phản kháng trên lưới phân phối (Volt-Var Control)

 Sử dụng thuật toán MFO – MFO cải tiến vào điều khiển tối ưu công suất phản kháng trên lưới phân phối

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/09/2021

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/12/2021 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN PHÚC KHẢI

LỜI CÁM ƠN  

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ của Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, khoa Điện - Điện tử và bộ môn Hệ thống điện đã hỗ trợ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành khóa học thạc sĩ và hoàn thành luận văn

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô của Khoa Điện - Điện Tử đã tận tình giảng dạy tôi trong suốt thời gian khóa học Đặc biệt là các thầy cô ở bộ môn Hệ thống điện đã tận tâm hướng dẫn, truyền đạt giúp tôi bổ sung thêm nhiều kiến thức chuyên ngành, phục vụ cho luận văn cũng như trong công việc hiện tại và sau này

Và lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy – TS Nguyễn Phúc Khải, thầy trực tiếp định hướng đề tài, hướng dẫn giải quyết các vấn đề và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình tôi thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn./

TÓM TẮT LUẬN VĂN 

Phân tích ảnh hưởng năng lượng mặt trời mái nhà & Điều khiển tối ưu công suất phản kháng trên lưới phân phối có xét đến năng lượng mặt trời mái nhà

Thời gian gần đây, số lượng điện mặt trời mái nhà nối lưới phân phối đã gia tăng một cách nhanh chóng Có nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để phân tích những tác động của sự xâm nhập cao của nguồn NLMT mái nhà này tới hoạt động và hiệu suất của lưới phân phối Luận văn tiến hành khảo sát xây dựng mô hình mạng phân phối điển hình ở Tp HCM, từ đó đánh giá ảnh hưởng dựa trên các tham số như: trào lưu công suất, điện áp tuyến dây, tổn hao hệ thống

Ngoài ra một mối quan tâm khác của lưới phân phối là việc điều khiển lượng công suất phản kháng sao cho tối ưu để giảm đi tổn hao công suất cũng như ổn định điện áp Luận văn nghiên cứu về việc điều khiển tối ưu công suất phản kháng trên lưới điện phân phối bằng thuật toán Moth-Flame Optimization (MFO)

ABSTRACT  

Analysis of the effect of solar rooftop & Optimized control of reactive power on the distribution network considering rooftop solar energy

Recently, the amount of rooftop solar power connected to the distribution grid has increased rapidly Many studies have been carried out to analyze the effects of this high penetration of rooftop solar PV on the operation and performance of the distribution grid The thesis conducts a survey to build a typical distribution network model in Ho Chi Minh City, from which to evaluate the influence based on parameters such as power flow, line voltage, system loss

In addition, another concern of the distribution network is to control the amount of reactive power optimally to reduce power loss as well as stabilize voltage The thesis studies on the optimal control of reactive power on the distribution grid using the Moth-Flame Optimization (MFO) algorithm

LỜI CAM ĐOAN  

Luận văn thạc sĩ này được thực hiện tại Trường Đại Học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Là công trình do tôi nghiên cứu, thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của Thầy – TS Nguyễn Phúc Khải

Tôi xin cam đoan phần trình bày dưới đây là đúng sự thật về quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn của tôi Trường hợp có khiếu nại gì liên quan tới luận văn tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Người thực hiện

Thái Thanh Nguyên

ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ NỐI LƯỚI 2

1.1 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ NỐI LƯỚI 2

1.1.1 Tấm pin mặt trời 3

1.1.2 INVERTER 5

1.1.3 GIẢI PHÁP ĐO ĐẾM ĐIỆN NĂNG 8

1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ NỐI LƯỚI 8

TỔNG QUAN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI KHI VẬN HÀNH HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 12

2.1 TỔNG QUAN 12

2.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối 12

2.1.2 Vận hành lưới điện phân phối 12

2.1.3 Nhiệm vụ lưới phân phối 13

2.2 Ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà nối lưới đến lưới phân phối 13

2.2.1 Ảnh hưởng đến điện áp 14

2.2.2 Ảnh hưởng đến tổn thất trên đường dây 14

2.2.3 Ảnh hưởng đến hoạt động các bộ VR, SC và OLTC 14

2.2.4 Ảnh hưởng đến bảo vệ relay 16

2.2.5 Mất cân bằng pha 16

2.2.6 Ảnh hưởng đến điện áp danh định 17

CHƯƠNG 3 ẢNH HƯỞNG ĐIỆN MẶT TRỜI CỤ THỂ TRÊN MỘT TUYẾN DÂY PHÂN PHỐI TP HCM 18

3.1 Tiêu chí phân tích đánh giá và phương pháp nghiên cứu 18

3.1.1 Các tiêu chí đánh giá 18

3.1.2 Phương pháp nghiên cứu 19

3.2 Xây dựng lưới điện thực tế 19

3.2.1 Thông số tuyến dây 20

3.2.2 Thông số tải – tụ bù – nguồn mặt trời mái nhà 21

3.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 21

3.3.1 Điện áp tại các nút 22

3.3.2 Tổn thất công suất Ploss 25

3.3.3 Phân bố công suất 27

TỔNG QUAN BÀI TOÁN TỐI ƯU & THUẬT TOÁN 32

4.1 Bài toán tối ưu 32

4.1.1 Tổng quan 32

4.1.2 Các dạng bài toán tối ưu 33

4.2 Điều độ tối ưu trong hệ thống điện 34

4.2.1 Điều độ kinh tế hệ thống điện 34

4.2.2 Điều độ phân bố tối ưu công suất 35

4.2.3 Điều độ tối ưu công suất phản kháng lưới phân phối 36

4.3 Các phương pháp tối ưu hóa trong hệ thống điện 36

4.3.1 Hệ chuyên gia 36

4.3.2 Mạng nơ-ron nhân tạo 37

4.3.3 Logic Mờ (Fuzzy logic) 37

4.3.4 Các phương pháp tìm kiếm 37

4.3.5 Các phương pháp lai 37

4.4 Một số phương pháp tìm kiếm tối ưu (Heuristics) 37

4.4.1 Thuật toán di truyền (Genetic Algorithm) 38

4.4.2 Thuật toán tối ưu bầy sói xám (GWO): 42

4.4.3 Thuật toán tìm kiếm chim tu hú 44

CHƯƠNG 5 46

THUẬT TOÁN MOTH-FLAME OPTIMIZATION 46

5.1 Giới thiệu 46

5.1.1 Định hướng ngang của bướm đêm 46

5.1.2 Hạn chế việc định hướng ngang của bướm đêm 47

5.2 Thuật toán MFO 48

5.2.1 Bướm đêm và ngọn lửa trong thuật toán MFO 48

5.2.2 Xây dựng thuật toán MFO 49

5.2.3 Thuật toán MFO cải tiến 54

5.2.4 Giải thuật thuật toán Moth-flame Optimization 56

5.3 Độ phức tạp của thuật toán MFO 57

5.4 Kết luận 57

CHƯƠNG 6 59

ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 59

6.1 Bài toán tối ưu phân bố công suất phản kháng lưới điện phân phối (Volt-Var

Control) 59

6.1.1 Giới thiệu 59

6.1.2 Volt-Var Control trong hướng nghiên cứu luận văn 60

6.2 Xây dựng bài toán Volt-Var Control 60

6.2.1 Hàm mục tiêu 60

6.2.2 Điều kiện ràng buộc 60

6.3 Ứng dụng thuật toán MFO vào giải quyết bài toán Volt-Var Control có nguồn năng lượng mặt trời mái nhà 61

6.3.1 Vector giải pháp 61

6.3.2 Khởi tạo giá trị đầu 62

6.3.3 Mô hình hóa các ràng buộc trong hàm mục tiêu 62

6.3.4 Các bài toán sẽ mô phỏng 63

7.2 Mô phỏng lưới thực tế cơ bản 66

7.3 Mô phỏng lưới thực tế đang vận hành 69

7.4 Sử dụng thuật toán MFO để tối ưu hóa lưới vận hành thực tế 72

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1.1 Hệ thống điện mặt trời mái nhà nối lưới 2

Hình 1.1.2 Hình ảnh Inverter 5

Hình 1.1.3 Thông số Inverter 6

Hình 1.1.4 Single – string Inverter 6

Hình 1.1.5 Multi – string Inverter 7

Hình 1.1.6 Giải pháp đo đếm điện năng 8

Hình 1.2.1 Năng lượng mặt trời bằng tải 9

Hình 1.2.2 Năng lượng mặt trời nhỏ hơn tải 9

Hình 1.2.3 Năng lượng mặt trời lớn hơn tải 10

Hình 1.3.1 Hệ thống giám sát – quản lý vận hành qua các thiết bị thông minh 10

Hình 3.2.1 Tuyến 476 Rạch Tra - trạm Đông Thạnh 19

Hình 3.2.2 Thông số dây AC240 20

Hình 3.2.3 Thông số cáp M240 20

Hình 3.2.4 Thông số cáp 2xM240 20

Hình 3.3.1 Điện áp nút với mức thâm nhập điện mặt trời 33% 23

Hình 3.3.2 Điện áp nút với mức thâm nhập điện mặt trời 50% 24

Hình 3.3.3 Điện áp nút với mức thâm nhập điện mặt trời 75% 25

Hình 3.3.4 Tổn thất công suất toàn tuyến dây 26

Hình 3.3.5 Phân bố công suất với mức thâm nhập điện mặt trời 33% 28

Hình 3.3.6 Phân bố công suất với mức thâm nhập điện mặt trời 50% 29

Hình 3.3.7 Phân bố công suất với mức thâm nhập điện mặt trời 75% 29

Hình 4.4.1 Sơ đồ di truyền trong tự nhiên 39

Hình 4.4.2 Lưu đồ thuật toán di truyền 41

Hình 4.4.3 Hệ thống phân cấp thống trị trong bầy sói xám 42

Hình 4.4.4 Quá trình săn mồi của sói xám 43

Hình 5.1.1 Định hướng ngang của bướm đêm 46

Hình 5.1.2 Bướm đêm bị thu hút bởi ngọn lửa - Điểm bất lợi của định hướng ngang 47Hình 5.2.1 Mô hình xoắn ốc, không gian tìm kiếm và vị trí ứng với tham số t 51

Hình 5.2.2 Một số vị trí xung quanh ngọn lửa mà bướm đêm có thể di chuyển đến 52

Hình 5.2.3 Mỗi con bướm ứng với một ngọn lửa 53

Hình 5.2.4 Đồ thị số ngọn lửa sau các lần lặp - MFO 55

Hình 5.2.5 So sánh số ngọn lửa qua mỗi vòng lặp của thuật toán MFO và thuật toán MFO cải tiến 56

Hình 7.1.1 Lưới 33 nút Boran & Wu 65

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1-1 Thông số các loại tấm pin khác nhau 3

Bảng 3.2-1 Thông số của tải, tụ bù và điện mặt trời mái nhà 21

Bảng 3.3-1 Điện áp tại các nút 22

Bảng 3.3-2 Tổn thất công suất Ploss 25

Bảng 3.3-3 Phân bố công suất các trường hợp 27

Bảng 7.2-1 Phụ tải max tại các nút 67

Bảng 7.2-2 Hàm mục tiêu FF - lưới cơ bản 68

Bảng 7.3-1 Công suất tải, tụ bù, điện mặt trời mái nhà tại các nút 70

Bảng 7.3-2 Hàm mục tiêu FF - lưới vận hành thực tế 72

Bảng 7.4-1 Hàm mục tiêu FF - sử dụng MFO 73

Bảng 7.4-2 Hàm mục tiêu FF - sử dụng MFO cải tiến 74

Bảng 7.5-1 Hàm mục tiêu FF - so sánh các trường hợp 76

PHẦN 1

ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN MẶT TRỜI ĐẾN LƯỚI PHÂN PHỐI

CHƯƠNG 1

ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ NỐI LƯỚI

1.1 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ NỐI LƯỚI

Hình 1.1.1 Hệ thống điện mặt trời mái nhà nối lưới

Nhu cầu về năng lượng của con người trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng tăng Vấn đề đảm bảo an ninh năng lượng là điều mà mỗi quốc gia luôn đặt ra cho tương lai Ngày nay, với sự nóng lên của khí hậu toàn cầu gây ra bởi hiệu ứng nhà kính và các hiện tượng ̣thời tiết cực đoan khác, cùng với sản lượng của nhiên liệu hóa thạch ngày càng giảm và có xu hướng cạn kiệt trong ̣tương lai, giá thành ngày càng tăng, việc sử dụng năng lượng thay thế, tái tạo như là một giải pháp được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới Do vậy, việc bổ sung các nguồn này vào lưới điện truyền thống là một vấn đề đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng Nguồn năng lượng điện mặt trời là một trong những nguồn thay thế quan trọng ̣đó, bởi đây là nguồn năng lượng được coi là vô tận, không ̣gây ô nhiễm môi trường

Với chi phí đầu tư và bảo trì thấp, hệ thống điện mặt trời mái nhà nối lưới là giải pháp hữu ích cho khu vực có điện lưới, giúp giảm chi phí tiêu thụ điện từ lưới và góp

phần bảo vệ môi trường Sử dụng năng lượng sạch là xu thế chung và tất yếu trên thế giới và ở Việt Nam

Cấu hình của một hệ thống mặt trời mái nhà nối lưới gồm:  Tấm pin năng lượng mặt trời

 Inverter nối lưới

 Thiết bị đo đếm và bảo vệ

1.1.1 Tấm pin mặt trời

Hiện nay, công nghệ năng lượng mặt trời không ngừng có những nghiên cứu phát triển tìm thêm giải pháp mới để khai thác nguồn năng lượng mặt trời tối ưu hơn Các thiết kế mô-đun được tiêu chuẩn hóa, tối ưu hóa để tạo ra một hệ thống điện mặt trời với chi phí thấp nhất có thể cạnh tranh với điện truyền thống

Bảng 1.1-1 Thông số các loại tấm pin khác nhau

Các tấm PV được chứng nhận theo tiêu chuẩn IEC/CE/UL là cần thiết Tuy nhiên, các tấm PV có thể hoạt động khác nhau dưới các điều kiện: cường độ bức xạ, nhiệt độ, độ che bóng và điện áp Do đó, một số tiêu chí để lựa chọn tấm pin mặt trời được đưa ra như sau:

tấm pin

Tấm PV có hiệu suất cao sẽ tiết kiệm được diện tích lắp đặt, dây cáp và kết cấu giá đỡ tấm pin trên mỗi kWp được lắp đặt hơn khi sử dụng tấm PV với hiệu suất thấp

Dung sai công suất

Công suất của các tấm năng lượng mặt trời được cung cấp với sai số công suất đầu vào so với định mức Phần lớn các tấm pin năng lượng mặt trời loại tinh thể có dung sai (từ 0/+3% đến 0/+5%), trong khi một số tấm pin loại CdTe, CIGS đạt giá trị +5% Đối với một nhà máy công suất lớn, dung sai của tấm năng lượng mặt trời lớn có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của nhà máy

Tổn thất nhiệt Giá trị của công suất thay đổi theo nhiệt độ sẽ được cân nhắc khi lắp đặt tấm PV tại khu vực có khí hậu nóng

Suy giảm công suất

Các nhà sản suất tấm năng lượng mặt trời sẽ cung cấp các nguồn thông tin về khả năng hoạt động lâu dài và sự suy giảm hiệu suất của tấm PV

Số lượng bypass diodes

Chức năng của bypass diodes là làm giảm tổn thất do ảnh hưởng che bóng lên bề mặt tấm PV

Điều khoản bảo hành

Các điều khoản bảo hành sản phẩm và bảo hành công suất của các nhà sản xuất là rất quan trọng trong việc lựa chọn tấm PV

Điện áp lớn nhất

Khi chọn số lượng các PV trong một chuỗi với các tấm pin với điện áp hở mạch (Voc), cần kiểm tra xem điều kiện nhiệt độ cực đại và cực tiểu đảm bảo không vượt quá điện áp hệ thống tối đa (1500V) Tiêu chí khác Chi phí cho các tấm PV và tuổi thọ

1.1.2 INVERTER

Hình 1.1.2 Hình ảnh Inverter

Hệ thống pin mặt trời biến đổi năng lượng mặt trời thành điện một chiều, vì vậy cần phải có các bộ biến đổi điện một chiều từ pin mặt trời thành điện xoay chiều để đấu nối vào hệ thống lưới điện

Các bộ Inverter này được sử dụng để đạt được nguồn điện xoay chiều ở điện áp được sử dụng trong lưới chính mặc dù có sự thay đổi liên tục, trong đó tín hiệu điện lưới được sử dụng để đồng bộ hóa Inverter với lưới

Ngoài ra, hiện nay các bộ Inverter này thường bao gồm các giao diện ghi dữ liệu /giám sát cơ bản/tinh vi và cũng có cả chức năng “test”

1.1.2.1 Các thông số của INVERTER

 Efficiency curve: Inverter hoạt động với hiệu suất khác nhau tùy thuộc vào tỉ lệ công suất ngõ ra với công suất định mức của Inverter

 Max input current: dòng điện DC lớn nhất cho phép

 Number of independent MPP inputs: số ngõ vào điểm công suất cực đại, khi cần lắp đặt ở hai hay nhiều hướng mái nhà khác nhau thì các điều kiện về góc phương vị (góc lệch của tấm pin so với hướng Nam), bóng che, gió, … nên dẫn đến điểm công suất cực đại sẽ khác nhau vì vậy ta cần nhiều ngõ vào điểm công suất cực đại khác nhau cho mỗi mái

Hình 1.1.3 Thông số Inverter

 Ngõ ra AC:

 Rated power: công suất AC định mức  Nominal AC voltage: điện áp AC định mức  AC power frequency: tần số AC định mức

 Max output current: dòng điện AC lớn nhất ngõ ra cho phép  Max efficiency: hiệu suất lớn nhất

1.1.2.2 Các loại INVERTER

 Inverter một string ngõ vào (Single – string Inverter):

Hình 1.1.4 Single – string Inverter

 Loại Inverter này ngõ vào được kết nối bởi một string các tấm pin ghép nối tiếp  Công suất định mức từ 0.7kW đến 3kW

 Mỗi Inverter chỉ có một bộ dò điểm công suất cực đại MPP

 Các tấm pin ghép nối tiếp thành một string nối vào Inverter phải cùng đặc tính về công nghệ và về điện

 Inverter nhiều string ngõ vào (Multi – string Inverter):

Hình 1.1.5 Multi – string Inverter

 Các bộ Inverter này là sự kết hợp của nhiều bộ biến tần đơn với trung tâm Công suất định mức của chúng là khoảng từ 3kW đến 20 kW Về phía các tấm pin, chúng bao gồm một số bộ biến tần chuỗi đơn nhưng ở phía lưới chúng giống như bộ biến tần trung tâm

 Mỗi Inverter có nhiều bộ dò điểm công suất cực đại MPP

 Mỗi Inverter có thể có nhiều string tấm pin được kết nối, mỗi string có định hướng, độ nghiêng và công suất định mức khác nhau

1.1.2.3 Chọn Inverter dựa trên tấm pin mặt trời

 Chọn Inverter phải tương thích với hệ thống các tấm pin mặt trời theo các tiêu chí sau:

 Công suất biểu kiến định mức (VA) không được nhỏ hơn 100% hoặc lớn hơn 110% của công suất hệ thống tấm pin ở điều kiện bình thường STC

 Phạm vi điện áp MPP ở phía DC của Inverter phải được căn chỉnh với phạm vi của điện áp hệ thống tấm pin trong khi hoạt động để có thể đạt được công suất lớn nhất có thể

 Biến tần phải có khả năng xử lý điện áp và dòng điện đầu vào DC tối đa từ hệ thống tấm pin

 Đối với hệ thống pin mặt trời được thiết kế tốt, công suất của biến tần phải phù hợp với công suất của hệ thống tấm pin

 Hệ số tỉ lệ công suất giữa Inverter và hệ thống tấn pin:

 Tỉ số công suất = Công suất ngõ vào lớn nhất cho phép của Inverter/Công suất hệ thống tấm pin ở điều kiện bình thường

 Đối với các hệ thống được lắp đặt ở độ nghiêng và hướng tối ưu, công suất đầu vào tối đa của Inverter (VA) không được nhỏ hơn 90% hoặc lớn hơn 120% công suất danh định của hệ thống tấm pin (W)

1.1.3 GIẢI PHÁP ĐO ĐẾM ĐIỆN NĂNG

Hình 1.1.6 Giải pháp đo đếm điện năng

1.1.3.1 Nguyên lý hoạt động

Tương tự như nguyên lý hoạt động của các loại đồng hồ đo đếm hiện nay, tuy nhiên đối với phương pháp đo đạc các nguồn điện từ điện lưới, năng lượng mặt trời và tải sẽ được thực hiện trên 1 đồng hồ đo điện thông minh (Smart meter), qua đó giúp chúng ta dễ dàng quản lý và phân tích hệ thống một cách đơn giản

Đồng hồ điện thông minh này gồm các tính năng thông minh như:

 ĐoWchế độ lưu trữ các thời gian sử dụng điện, các biểu giá điện theo từng thời điểm

1.1.3.2 Ưu điểm

 Hệ thống đơn giản, gọn nhẹ  Khả năng lưu trữ thông tin tốt

 Khả năng giám sát, thu thập thông tin từ xa

1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ NỐI LƯỚI

1.2.1 Nguyên lý

Các tấm pin năng lượng mặt trời chuyển đổi bức xạ mặt trời thành dòng điện một chiều (DC) Dòng điện DC đó sẽ được chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều (AC) bởi

Inverter được trang bị thuật toán MPPT (Maximum Power Point Tracking) nhằm tối ưu hóa năng lượng tạo ra từ hệ thống pin mặt trời

Nguồn điện AC từ hệ thống pin năng lượng mặt trời sẽ được kết nối với tủ điện chính của khu vực lắp đặt, hòa đồng bộ vào lưới điện hiện hữu, cung cấp điện năng song song với nguồn điện lưới, giúp giảm điện năng tiêu thụ từ lưới của khu vực sử dụng

Khi điện lưới bị mất, Inverter sẽ nhanh chóng ngắt kết nối với lưới điện Điều này đảm bảo chắc chắn trong trường hợp lưới mất điện, hệ thống pin năng lượng mặt trời không phát vào lưới điện gây nguy hiểm cho nhân viên sửa chữa Chức năng này gọi là anti-islanding

1.2.2 PHÂN BỐ CUNG CẤP ĐIỆN NĂNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MÁI NHÀ NỐI LƯỚI CHO NHU CẦU PHỤ TẢI

 Năng lượng mặt trời đáp ứng vừa đủ nhu cầu tải:

Hình 1.2.1 Năng lượng mặt trời bằng tải

Nếu năng lượng tải bằng với năng lượng của hệ pin mặt trời tạo ra thì tất cả năng lượng từ hệ pin mặt trời sẽ ưu tiên cung cấp trực tiếp cho tải sử dụng

 Năng lượng mặt trời chỉ đáp ứng một phần nhu cầu tải

Hình 1.2.2 Năng lượng mặt trời nhỏ hơn tải

Trường hợp năng lượng tải lớn hơn so với năng lượng tạo ra của hệ pin mặt trời thì Inverter sẽ có chế độ thông minh tự động chuyển nguồn điện từ điện lưới bù vào năng lượng còn thiếu của tải, đảm bảo luôn cung cấp đủ năng lượng cho tải

 Năng lượng mặt trời tạo ra nhiều năng lượng hơn so với tải

Hình 1.2.3 Năng lượng mặt trời lớn hơn tải

Trường hợp năng lượng tải nhỏ hơn so với năng lượng tạo ra của hệ PV thì Inverter sẽ chuyển hóa nguồn năng lượng thừa này và trả ngược lại điện lưới, giúp chúng ta giảm thiểu chi phí phải trả cho điện lưới và phía EVN sẽ căn cứ theo số điện trả ngược lại lưới mà hoàn tiền lại cho chúng ta (hay còn gọi là bán điện)

1.3 HỆ THỐNG GIÁM SÁT THÔNG TIN – QUẢN LÝ DỮ LIỆU VẬN HÀNH

Hình 1.3.1 Hệ thống giám sát – quản lý vận hành qua các thiết bị thông minh

Tất cả thông số hoạt động của hệ thống như: công suất, bức xạ mặt trời, nhiệt độ, điện năng tạo ra, trạng thái hoạt động…sẽ liên tục cập nhật trên hệ thống giám sát thông qua Ethernet hoặc GSM Hệ thống Scada sẽ giám sát, phân tích hoạt động và đưa ra khuyến nghị cần thiết cho hệ thống hoạt động tốt nhất Người vận hành có thể giám sát hoạt động của hệ thống mọi lúc, mọi nơi Cho phép nhiều kiểu kết nối về server khác nhau: Ethernet, Wifi hoặc 3G/4G Cho phép truy cập trên nền tảng Web và ứng dụng di động trên điện thoại thông minh, máy tính bảng Có chức năng tự cập nhật dữ liệu sau khi xảy ra hiện tượng sự cố về điện/mất kết nối

 Các chức năng chính của hệ thống SCADA:

 Năng lượng tạo ra của hệ thống pin mặt trời nối lưới (kW)  Thể hiện các thông số năng lượng bằng các biểu đồ

 Lượng giảm phát thải CO2 (kg)  Công suất tải yêu cầu (kWh)

 Điện áp (V), dòng điện (A) của hệ thống pin năng lượng  Nhiệt độ môi trường

 Bức xạ mặt trời

 Trạng thái các tấm pin, Inverter  Điện áp AC, dòng điện AC

 Hệ số công suất AC (AC Power Factor)

 Cảnh báo ngắn mạch chạm đất (Earth fault detection)

 Tổng sản lượng điện tích lũy được trong ngày, trong tháng, trong năm  Biểu đồ công suất phát điện mỗi ngày

2.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối

Hệ thống phân phối điện năng được xây dựng và lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ

Theo thông tư 30/2019/TT-BCT “Quy định về hệ thống điện phân phối” lưới điện phân phối gồm có 3 phần:

 Lưới phân phối cao áp có cấp điện áp 110kV cung cấp cho các trạm trung gian cao/trung áp

 Lưới phân phối trung áp có các cấp điện áp 1-35kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung/hạ áp và các phụ tải trung áp

 Lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 0.38kV

Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ ít gây ra mất điện nhất Bằng các biện pháp cụ thể như có thể có nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có nguồn thay thế như máy phát, …

Lưới điện phân phối vận hành dễ dàng linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lưới điện trong tương lai

Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp Độ biến thiên điện áp cho phép là  5% Uđm

Đảm bảo chi phí tu dưỡng, bảo dưỡng là nhỏ nhất

2.1.2 Vận hành lưới điện phân phối

LĐPP có cấu trúc hình tia hoặc mạch vòng nhưng vận hành trong trạng thái hở trong mọi trường hợp vì các lí do:

 Tổng trở của LĐPP vận hành hở lớn hơn so với vận hành vòng kín nên dòng ngắn mạch bé khi có sự cố

 Dòng ngắn mạch bé khi vận hành hở dẫn đến việc chi phí đầu tư thiết bị giảm  Trong vận hành hở, các relay bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các loại relay đơn giản, rẻ

tiền như relay quá dòng vô hướng, thấp áp, …mà không nhất thiết phải trang bị các loại relay phức tạp như định hướng, khoảng cách, so lệch, … nên việc phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng hơn và mức đầu tư cũng giảm xuống

 Chỉ cần dùng cầu chì tự rơi (FCO: Fuse Cut Out) hay cầu chì tự rơi kết hợp cắt có tải (LBFCO: Load Beak Fuse Cut Out) để bảo vệ các nhánh rẽ hình tia trên cùng một đoạn trục và phối hợp với Recloser để tránh sự cố thoáng qua

 Khi có sự cố, do vận hành hở, nên sự cố không lan truyền qua các phụ tải khác, giảm phạm vi cắt điện tạm thời khi sự cố

 Điều khiển điện áp trên từng tuyến dây dễ dàng hơn và giảm được phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố

 Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lưới phân phối, thì phương án kinh tế là các lưới hình tia

2.1.3 Nhiệm vụ lưới phân phối

Lưới điện phân phối có các nhiệm vụ sau:

 Cung cấp phương tiện để truyền tải năng lượng điện đến hộ tiêu thụ

 Cung cấp phương tiện để các công ty điện lực phục vụ điện năng đến người tiêu thụ điện

 Đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện  Đảm bảo một số yêu cầu an toàn trong giới hạn cho phép

2.2 Ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà nối lưới đến lưới phân phối

Hệ thống điện vận hành bình thường theo cơ chế truyền công suất từ nguồn đến hộ tiêu thụ Do việc tích hợp lượng lớn PV mái nhà lên lưới nên việc trào lưu công suất có khả năng truyền theo hai chiều Bên cạnh tác động tích cực tới lưới cũng có những tác động tiêu cực Nhiều nghiên cứu trên thế giới về ảnh hưởng của PV mái nhà đã được tiến hành để điều tra tác động của hệ thống PV mái nhà

Nhiều tác giả trên thế giới đã tập trung nghiên cứu vào tác động của PV đối với lưới điện phân phối, đã tiếp cận vấn đề từ các góc độ khác nhau và hầu hết các kết luận được đưa ra đều thống nhất với nhau Tuy nhiên mỗi công bố đều bổ sung một góc nhìn

mới về các yếu tố tác động hoặc môi trường mô phỏng và thử nghiệm Một số phát hiện chính được trình bày trong các phần sau đây

2.2.1 Ảnh hưởng đến điện áp

Trong tuyến dây phân phối một chiều truyền thống, cường độ điện áp ở cuối tuyến dây nhỏ hơn điện áp nguồn, cần phải duy trì mức điện áp trong giới hạn nhất định Việc điều chỉnh điện áp có thể đạt được theo hai cách (một là thiết kế hệ thống thích hợp như lựa chọn dây dẫn, cài đặt trạm biến áp nấc máy biến áp phân phối, và đặt các tụ điện cố định, hai là sử dụng các thiết bị điều khiển như VR và OLTC) Khi PV được lắp đặt tại lưới điện phân phối, chúng có thể gây nhiễu cho cả hai phương pháp này, điều này có thể ảnh hưởng đến điện áp dọc theo tuyến dây Ngay cả lúc mức thâm nhập thấp trào lưu ngược không xảy ra, cường độ dòng điện trong tuyến dây và bề mặt có thể giảm từ đó làm giảm độ sụt áp Tuy nhiên điện áp nút có thể tăng lên, có thể trầm trọng hơn ở điều kiện tải thấp

Nếu không được phối hợp đúng cách, sự can thiệp của PV với cơ chế điều khiển của VR, SC và OLTC có thể gây ra vấn đề cho việc điều khiển điện áp Để khắc phục, tiêu chuẩn IEEE 1547 gần đây cho phép các PV chủ động điều chỉnh điện áp tại điểm ghép nối chung (PCC) bằng cách điều chỉnh phát công suất phản kháng vào lưới điện để tăng/giảm điện áp nút

2.2.2 Ảnh hưởng đến tổn thất trên đường dây

Tổn hao đường dây tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện chạy trên đường dây Vì vậy, tổn thất có thể đạt đến giá trị tối thiểu khi công suất do PV đưa vào bằng với công suất được hấp thụ bởi tải Bất kỳ sự gia tăng nào trong mức thâm nhập PV vượt quá mức đó có thể dẫn đến dòng công suất ngược và tổn thất tăng dần Trên thực tế, có một quy luật ngón tay cái rằng tổn thất đường biểu diễn theo mức thâm nhập sẽ giống như đường cong hình chữ U

2.2.3 Ảnh hưởng đến hoạt động các bộ VR, SC và OLTC

VR, SC và OLTC thay đổi một cách cơ học vị trí nấc của chúng hoặc trạng thái chuyển đổi để điều chỉnh điện áp PV có thể ảnh hưởng đến tần suất của các trường hợp hoạt động này và có thể ảnh hưởng đến các sơ đồ kiểm soát của chúng Tất nhiên, cường độ của nhiễu này sẽ phụ thuộc vào thuật toán điều khiển được thông qua và các tín hiệu phản hồi được sử dụng Ví dụ, nếu SC thay đổi trạng thái công tắc của nó dựa trên dòng điện đo được, các PV nằm ở giữa SC và cuối đường dây sẽ gây trở ngại trong hoạt động của nó vì chúng sẽ bù đắp dòng điện Sự cố này có thể được khắc phục nếu thuật toán

điều khiển của SC được điều chỉnh dựa trên giám sát công suất phản kháng, với điều kiện các PV không tham gia hỗ trợ công suất phản kháng

Một vấn đề khác có thể xảy ra với điều khiển bù sụt dòng của VR trong đó mục tiêu là điều khiển vị trí nấc dựa trên cường độ dòng điện và các thông số đường dây để duy trì điện áp tại một vị trí cuối đường dây Có ba chế độ điều khiển cho VR, cụ thể là, chế độ hai chiều bình thường (NBM), chế độ đồng phát (CGM) và chế độ hai chiều phản ứng (RBM) Chế độ NBM nhạy cảm với hướng công suất Khi không có dòng công suất ngược trong tuyến dây, một VR hoạt động dựa trên NBM sẽ điều chỉnh điện áp ở phía cuối nguồn Trong trường hợp này, nguồn điện PV sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của VR Tuy nhiên, khi dòng điện ngược xảy ra, VR có thể bắt đầu điều chỉnh điện áp trên trạm biến áp, tức là ở phía thượng nguồn của vị trí của nó Đương nhiên, điện áp của trạm biến áp được quy định bởi hệ thống truyền dẫn (bus vô hạn) và sẽ không phản ứng với các hoạt động của VR Tác động thực của VR sẽ là tăng điện áp ở hạ nguồn Điều này sẽ làm vấn đề trở nên xấu hơn vì dòng điện ngược rất có thể đã gây ra sự gia tăng điện áp và bây giờ ảnh hưởng tiêu cực của nó sẽ được kết hợp với phản ứng của VR

Vấn đề này liên quan đến chế độ NBM có thể được giải quyết bằng cách chuyển sang chế độ CGM vì nó điều khiển điện áp hạ nguồn bất kể hướng dòng công suất Tuy nhiên, cài đặt của bộ bù giảm dòng (LDC) được chọn dựa trên cấu hình tải dự kiến của tuyến Vì PV thay đổi cấu hình tải trên tuyến, nó có thể ảnh hưởng đến hoạt động của VR Một vấn đề khác có thể xảy ra với CGM khi lưới điện được cấu hình lại ví dụ trong các tình huống khẩn cấp khi bộ trung chuyển có thể được cung cấp từ phía hạ lưu Ở đây, một VR hoạt động dựa trên chế độ CGM sẽ cố gắng kiểm soát điện áp ở phía thượng nguồn có thể có vấn đề Nếu PV không tham gia hỗ trợ công suất phản kháng, tất cả các vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách vận hành ở chế độ RBM, vì bộ điều khiển sẽ chỉ nhạy cảm với công suất phản kháng Tuy nhiên, khi PV bắt đầu tham gia hỗ trợ công suất phản kháng, nó sẽ thay đổi hồ sơ công suất phản kháng dự kiến của tuyến, do đó gây nhiễu VR Ngoài ra, chế độ RBM nhạy cảm với hướng công suất phản kháng và nó sẽ gây nên các vấn đề tương tự như NBM khi xảy ra đảo chiều công suất phản kháng Vị trí của PV là một yếu tố quan trọng khác xác định mức độ ảnh hưởng của nó đến hoạt động của VR Như trong trường hợp LDC, mục tiêu là bù đắp cho sự sụt giảm điện áp dự kiến giữa bus nơi VR được lắp đặt và một bus khác được quan tâm PV được cài đặt ở giữa VR và bus quan tâm sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của VR Tuy nhiên, dạng giao thoa sẽ khác nếu PV này được lắp đặt gần vị trí của VR hơn

Tương tự như VR, OLTC có thể được trang bị điều khiển LDC, mặc dù có thời gian trễ khác Trước đó, PV thể hiện tác động tương tự đối với hoạt động đổi nấc của OLTC Ở mức thâm nhập cao của PV, điện áp tại PCC có thể tăng lên, khiến OLTC giảm điện áp trên tuyến Thiếu sót của kịch bản này là điều khiển điện áp trên tuyến dây trở nên chủ yếu phụ thuộc vào nguồn điện PV Vì vậy, nếu một nhóm PV ngắt kết nối hoặc giảm lượng điện bơm lên do điều kiện nhiều mây, điều này có thể dẫn đến độ võng điện áp, trong các tình huống khắc nghiệt, có thể dẫn đến sự cố rơle bảo vệ tác động (báo động) sai

2.2.4 Ảnh hưởng đến bảo vệ relay

Kết nối nguồn điện phân tán (ở đây là điện mặt trời nối lưới) với lưới điện phân phối làm thay đổi đặc tính của nó Cấu hình điện áp và hành vi động bị thay đổi Công suất ngắn mạch tăng lên và đường dẫn dòng điện trở nên phức tạp hơn Kết quả là, các kỹ thuật bảo vệ cổ điển trở nên không phù hợp Các vấn đề liên quan đến tính chọn lọc, bảo vệ quá dòng, bảo vệ chống rò rỉ chạm đất, ngắt kết nối của máy phát, đảo và kết nối một pha

2.2.4.1 Tính chọn lọc

Không có PV trên lưới phân phối, dòng điện chạy theo một hướng, trong quá trình hoạt động bình thường cũng như khi xảy ra sự cố Điều này cho phép tạo ra một hệ thống chọn lọc bằng cách phối hợp thời gian cho các rơle quá dòng

Khi có hệ thống PV, một tình huống có thể xảy ra là một phân đoạn bình thường bị cắt ra bởi rơ le bảo vệ phân đoạn đó vì PV góp phần tạo ra dòng điện ngắn mạch chạy qua sự cố dù sự cố đó nằm ở phân đoạn khác trong cùng một tuyến dây

2.2.4.2 Bảo vệ quá dòng (50/51 và 50/51N)

Sự hiện diện của PV làm giảm dòng ngắn hoặc quá dòng ở đầu tuyến dây hoặc Nếu mức giảm này đủ lớn, dòng điện ở đầu tuyến dây có thể quá thấp để kích hoạt việc cắt nhanh Điều này có thể dẫn đến thời gian ngắn mạch kéo dài, dẫn đến quá nhiệt và hư hỏng thiết bị, đường dây, …

2.2.5 Mất cân bằng pha

Các hệ thống PV nhỏ khi nối lưới chỉ nối vào 1 pha, nếu không có sự phân bổ hợp lí thì sẽ ảnh hưởng đến sự cân bằng của dòng điện ba pha, dẫn đến tăng dòng điện trong dây dẫn trung tính và dòng điện nối đất Điều này có thể nguy hiểm với người sử dụng khi chạm tay vào vỏ thiết bị được nối đất do có hiệu điện thế do dòng dây trung tính và dòng trong đất gây nên Dòng điện này nên được giới hạn để tránh quá tải và đảm bảo an toàn cho con người

2.2.6 Ảnh hưởng đến điện áp danh định

Một số nhà nghiên cứu đã nghiên cứu ảnh hưởng của PV đối với các mức điện áp danh định khác nhau Các tác giả nhận thấy rằng việc tăng điện áp danh định của lưới điện làm giảm độ nhạy của nó đối với hệ số công suất của PV Điều này có nghĩa là PV tham gia điều chỉnh điện áp hiệu quả hơn trong lưới điện hạ áp hơn lưới điện trung áp Ngược lại, nếu các PV không tham gia hỗ trợ công suất phản kháng, dung lượng cho phép của lưới điện trung thế với PV sẽ cao hơn lưới hạ áp

CHƯƠNG 3 ẢNH HƯỞNG ĐIỆN MẶT TRỜI CỤ THỂ TRÊN MỘT TUYẾN DÂY PHÂN PHỐI TP HCM

Hiện nay lưới điện Quốc gia nói chung đã đạt tới giới hạn truyền tải, cũng như giới hạn công suất phát của các nhà máy, điều này đòi hỏi lưới điện quốc gia cẩn phải cải thiện hơn nữa để đảm bảo vấn đề an ninh năng lượng Một trong những giải pháp đã được thực hiện là xây dựng các dự án năng lượng tái tạo Tuy nhiên những dự án này nằm xa tâm phụ tải và phải đấu nối vào lưới truyền tải, điều này đòi hỏi chúng ta phải nâng cấp hệ thống truyền tải Đây là một vấn đề lớn, đòi hỏi chi phí và thời gian

Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay được coi là tâm phụ tải của khu vực Miền Nam, lượng điện tiêu thụ trong ngày nắng nóng lên tới 90 triệu kWh (24/4/2019) Điều này đã không những gây qua tải hệ thống truyền tải mà còn làm cho một số trạm trung gian 110/22kV trên địa bàn Thành phố bị quá tải Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) đã phải lên phương án để sa thải một số phụ tải không quan trọng trong trường hợp cấp thiết Việc xây dựng thêm các trạm 110/22kV ở địa bàn thành phố cũng không được khả thi do vấn đề chi phí, môi trường…

Tuy nhiên với tiềm năng về lượng bức xạ mặt trời lớn (cường độ 5.4kWh/m2/ngày), khu vực thành phố lại thuận lợi cho việc phát triển nguồn điện mặt trời ngay tại tâm phụ tải, đặc biệt là các hệ thống điện mặt trời mái nhà

3.1 Tiêu chí phân tích đánh giá và phương pháp nghiên cứu

3.1.1 Các tiêu chí đánh giá

Luận văn này thực hiện việc phân tích, đánh giá các yếu tố:

 Điện áp: xem sự ảnh hưởng của điện mặt trời đến độ lớn của điện áp xuyên suốt tuyến dây

 Trào lưu công suất: Trong hệ thống phân phối, dòng điện thường là một chiều từ hệ thống 110kV đến trung thế và đến hạ thế Tuy nhiên, ở mức độ thâm nhập cao của các hệ thống điện mặt trời, có những thời điểm khi điện mặt trời sản xuất nhiều hơn nhu cầu tiêu thụ, đặc biệt là tại buổi trưa và kết quả là hướng của dòng điện là đảo ngược từ hệ thống điện mặt trời mái nhà sang phía hạ thế và sang phía trung thế 22kV Dòng điện ngược này có thể gây ảnh hưởng tới mức tải cũng như tổn thất trên tuyến dây

 Tổn hao công suất: Các hệ thống nguồn phân tán nhìn chung là có tác dụng giảm tổn thất hệ thống khi chúng đưa nguồn phát đến gần phụ tải Tuy nhiên nhận xét này là đúng cho đến khi trào lưu công suất ngược bắt đầu xảy ra

3.1.2 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu xác định Tức giả định các trường hợp xảy ra trên một mô hình lưới cụ thể (lưới điện Tp HCM), từ đó xem các giá trị điện áp, trào lưu công suất và tổn hao trên đường dây ứng với các trường hợp mô phỏng:

 Trường hợp 1: Điện mặt trời tập trung ở đầu tuyến dây  Trường hợp 2: Điện mặt trời tập trung ở giữa tuyến dây  Trường hợp 3: Điện mặt trời tập trung ở cuối tuyến dây  Trường hợp 4: Điện mặt trời phân bố dọc tuyến dây

Ứng với từng trường hợp sẽ khảo sát ảnh hưởng của điện mặt trời ứng với các mức độ thâm nhập khác nhau (thực tế, 33%, 50% và 75%)

3.2 Xây dựng lưới điện thực tế

Tiến hành việc mô phỏng dựa trên cơ sở dữ liệu thực tế của Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Thành phố Hồ Chí Minh của tuyến dây phân phối 22kV – tuyến 476 Rạch Tra, trạm trung gian Đông Thạnh

Hình 3.2.1 Tuyến 476 Rạch Tra - trạm Đông Thạnh

3.2.1 Thông số tuyến dây

 Số nút: 23  Loại dây:

 3xAC240: dây dẫn trên không 3 pha tiết diện 240mm2  3xM240: cáp ngầm tiết diện 240mm2

 2x3xM240: cáp ngầm đôi tiết diện 240mm2

Trong đó các thông số của các loại dây (tính trên 1 km chiều dài) được lấy từ phần mềm Aspen như các hình dưới đây:

Hình 3.2.2 Thông số dây AC240

Hình 3.2.3 Thông số cáp M240

3.2.2 Thông số tải – tụ bù – nguồn mặt trời mái nhà

Công suất các tải, tụ bù và các nguồn điện mặt trời mái nhà trên lưới điện được thống kê như bảng sau:

Bảng 3.2-1 Thông số của tải, tụ bù và điện mặt trời mái nhà

Ụ

3.3.1 Điện áp tại các nút

Bảng 3.3-1 Điện áp tại các nút

B U S

THỰC TẾ

DỌC TUYẾN ĐẦU TUYẾN GIỮA TUYẾN CUỐI TUYẾN 33%

MẶT TRỜI

50% MẶT TRỜI

75% MẶT TRỜI

33% MẶT TRỜI

50% MẶT TRỜI

75% MẶT TRỜI

33% MẶT TRỜI

50% MẶT TRỜI

75% MẶT TRỜI

33% MẶT TRỜI

50% MẶT TRỜI

75% MẶT TRỜI 1 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 2 0.9998 0.9999 1.0000 1.0000 0.9999 1.0000 1.0000 0.9999 1.0000 1.0000 0.9999 1.0000 1.0000 3 0.9950 0.9973 0.9989 1.0014 0.9966 0.9976 0.9993 0.9975 0.9989 1.0014 0.9974 0.9988 1.0011 4 0.9950 0.9972 0.9989 1.0014 0.9966 0.9976 0.9993 0.9974 0.9989 1.0014 0.9974 0.9988 1.0011 5 0.9948 0.9972 0.9989 1.0015 0.9965 0.9974 0.9991 0.9973 0.9987 1.0012 0.9972 0.9986 1.0010 6 0.9948 0.9971 0.9989 1.0015 0.9964 0.9974 0.9991 0.9973 0.9987 1.0012 0.9972 0.9986 1.0010 7 0.9948 0.9971 0.9988 1.0014 0.9964 0.9974 0.9991 0.9972 0.9987 1.0012 0.9972 0.9986 1.0009 8 0.9948 0.9971 0.9988 1.0014 0.9964 0.9974 0.9991 0.9972 0.9987 1.0012 0.9972 0.9986 1.0009 9 0.9950 0.9973 0.9989 1.0015 0.9966 0.9976 0.9993 0.9974 0.9989 1.0014 0.9974 0.9988 1.0011 10 0.9950 0.9973 0.9990 1.0015 0.9966 0.9976 0.9993 0.9974 0.9989 1.0014 0.9974 0.9988 1.0011 11 0.9936 0.9964 0.9986 1.0017 0.9952 0.9962 0.9979 0.9968 0.9987 1.0019 0.9967 0.9985 1.0016 12 0.9926 0.9959 0.9984 1.0021 0.9942 0.9952 0.9969 0.9963 0.9985 1.0022 0.9963 0.9984 1.0021 13 0.9905 0.9951 0.9985 1.0036 0.9921 0.9931 0.9948 0.9953 0.9981 1.0030 0.9958 0.9989 1.0042 14 0.9894 0.9948 0.9987 1.0047 0.9911 0.9920 0.9937 0.9947 0.9978 1.0032 0.9957 0.9993 1.0055 15 0.9892 0.9946 0.9986 1.0046 0.9908 0.9918 0.9935 0.9946 0.9977 1.0032 0.9957 0.9994 1.0059 16 0.9889 0.9944 0.9985 1.0046 0.9905 0.9915 0.9932 0.9944 0.9975 1.0031 0.9957 0.9997 1.0065 17 0.9887 0.9943 0.9984 1.0046 0.9903 0.9913 0.9930 0.9942 0.9973 1.0029 0.9958 1.0000 1.0071 18 0.9886 0.9942 0.9984 1.0046 0.9903 0.9912 0.9929 0.9941 0.9973 1.0028 0.9959 1.0002 1.0075 19 0.9886 0.9942 0.9983 1.0046 0.9902 0.9912 0.9929 0.9940 0.9972 1.0028 0.9960 1.0003 1.0078 20 0.9884 0.9941 0.9983 1.0045 0.9901 0.9911 0.9928 0.9939 0.9971 1.0027 0.9961 1.0005 1.0081 21 0.9882 0.9938 0.9980 1.0043 0.9898 0.9908 0.9925 0.9936 0.9968 1.0024 0.9963 1.0010 1.0092 22 0.9880 0.9937 0.9978 1.0042 0.9897 0.9906 0.9923 0.9935 0.9967 1.0022 0.9965 1.0015 1.0100 23 0.9880 0.9937 0.9978 1.0041 0.9897 0.9906 0.9923 0.9935 0.9967 1.0022 0.9966 1.0015 1.0100

3.3.1.1 Khi mức thâm nhập là 33%

Hình 3.3.1 Điện áp nút với mức thâm nhập điện mặt trời 33%

Khi có điện mặt trời giúp cải thiện điện áp tại các nút:

 Đối với khi điện mặt trời phân bố chủ yếu ở đầu tuyến thì điện áp được cải thiện tuy nhiên mức cải thiện khi càng về cuối tuyến không cao so với khi phân bố giữa tuyến, dọc tuyến và cuối tuyến

 Trong đó khi điện mặt trời phân bố cuối tuyến giúp cải thiện điện áp tại các nút đều cải thiện đáng kể và tổng độ rơi áp suốt tuyến dây là thấp nhất

3.3.1.2 Khi mức thâm nhập là 50%

Hình 3.3.2 Điện áp nút với mức thâm nhập điện mặt trời 50%

 So với mức thâm nhập điện mặt trời 33% thì khi điện mặt trời tăng lên 50% thì điện áp tại các nút cũng được cải thiện gần với điện áp đầu tuyến hơn

 Tuy nhiên đối với trường hợp điện mặt trời phân bố tập trung chủ yếu ở cuối tuyến làm cho điện áp từ giữa tuyến đến cuối tuyến có sự tăng đáng kể và càng về cuối tuyến điện áp đã vượt hơn so với điện áp đầu tuyến

3.3.1.3 Khi mức thâm nhập là 75%

Hình 3.3.3 Điện áp nút với mức thâm nhập điện mặt trời 75%

 Điện áp bắt đầu tăng hơn so với điện áp đầu tuyến đối với các trường hợp điện mặt trời phân bổ dọc tuyến, giữa tuyến và cuối tuyến trong đó cuối tuyến luôn có mức tăng điện áp cao nhất trong các trường hợp

3.3.2 Tổn thất công suất Ploss

Bảng 3.3-2 Tổn thất công suất Ploss

Hình 3.3.4 Tổn thất công suất toàn tuyến dây

 Khi có điện mặt trời vào lưới phân phối thì góp phần làm giảm tổn thất công suất trên cả tuyến dây

 Khi mức độ thâm nhập điện mặt trời là 33%, 50% thì tổn thất tổng cả tuyến dây khi điện mặt trời phân bố ở cuối tuyến dây là nhỏ nhất

 Tuy nhiên khi mức độ thâm nhập điện mặt trời càng lớn thì tổn thất công suất khi điện mặt trời phân bố ở cuối tuyến dây có xu hướng giảm chậm nhất và có thể sẽ tăng lên lại khi điện áp các điểm ở cuối tuyến dây vượt điện áp ở đầu tuyến dây từ đây sẽ gây nên tổn thất cho các đoạn dây ở giữa và cuối tuyến

 Trong các trường hợp khác nhau trong cách phân bố điện mặt trời thì khi phân bố dọc tuyến dây cho các kết quả khá tốt khi mức độ thâm nhập của điện mặt trời ngày càng lớn hơn Lượng tổn thất công suất giảm đều đặn và gần như là tốt nhất trong các trường hợp phân bố khác nhau

3.3.3 Phân bố công suất

Bảng 3.3-3 Phân bố công suất các trường hợp

NHÁNH THỰC

TẾ DỌC TUYẾN ĐẦU TUYẾN GIỮA TUYẾN CUỐI TUYẾN S

T T

từ nút