Luận văn thạc sĩ Quản lý năng lượng: Tính toán ảnh hưởng của điện mặt trời đến chất lượng điện năng của lưới điện phân phối huyện Ba Tri

Mục đích nghiên cứu

Trước dự báo về cạn kiệt năng lượng hóa thạch thời điểm trong tương lại, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng được đề xuất thay thế và đang phát triển nhanh nhất trong vòng 5 năm vừa qua Công suất năng lượng tái tạo toàn cầu đã tăng lên khoảng 2.378 GW vào năm 2018 Trong năm thứ tư liên tiếp, việc bổ sung công suất năng lượng tái tạo vượt trội so với việc năng lượng hóa thạch và năng lượng hạt nhân kết hợp Khoảng 100 GW năng lượng mặt trời đã được lắp đặt, chiếm 55% công suất năng lượng tái tạo, tiếp theo là năng lượng gió (28%) và thủy điện (11%) Năng lượng tái tạo đã tăng lên chiếm hơn 33% tổng công suất phát điện lắp đặt trên toàn thế giới

(theo báo cáo Renewables 2019 Global Report) Trong đó năng lượng mặt trời đã phát triển nhanh chóng thành một ngành công nghiệp hoàn thiện và bùng nổ toàn cầu

Việt Nam được đánh giá là nước có tiềm năng rất lớn phát triển năng lượng mặt trời, đặc biệt ở vùng Trung và Nam bộ Theo đánh giá của Hiệp hội năng lượng sạch Việt Nam, Việt Nam là một trong những quốc gia có ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong bảng đồ bức xạ mặt trời thế giới, trung bình tổng năng lượng mặt trời dao động từ 4,3 – 5,7 kWh/m 2 Ở các tỉnh Tây Nguyên, Nam Trung bộ, số giờ nắng khá cao, đạt từ 2.000 – 2.600 giờ/năm Bức xạ mặt trời trung bình 150kcal/m 2 chiếm khoảng 2.000 – 5.000 giờ/năm

Tỉnh Bến Tre với vị trí địa lý thuận lợi, giáp biển Đông , nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, có 2 mùa mưa nắng rõ rệt, nhiệt độ trung bình dao động từ 26,5 o C - 27,5- o C, số giờ nắng trung bình 7,6 giờ/ngày từ tháng 12 – tháng 4, và 5,1 giờ/ngày từ tháng 5- tháng 11, mức bức xạ trung bình năm khá cao 1.825 kWh/m 2 và cường độ bức xạ trung bình của Bến Tre là 5 kWh/m 2 / ngày, rất phù hợp và hấp dẫn với các dự án nhà máy năng lượng mặt trời (nguồn: Meteonorm V7.2.93.31876) Hiện nay Bộ Công thương đang xem xét đưa vào quy hoạch các dự án ĐMT TTC Bến Tre (30 MWp), ĐMT Thới Thuận (30 MWp), ĐMT An Điền (30 MWp), ĐMT 216 (105 MWp), ĐMT

Thạnh Phước (50 MWp) trong đó có 02 dự án ở Huyện Ba Tri là VPL Bến Tre (30 MWp ở xã An Thủy, huyện Ba Tri) ĐMT Sao Mai 3 (50MWp, ở xã Bảo Thạnh huyện

Ba Tri) Các dự án đều đấu nối vào hệ thống điện tỉnh Bến Tre ở cấp điện áp 110kV

Huyện Ba Tri nằm ở phía cuối cù lao Bảo, có diện tích 354,8 km², nằm cách thành phố Bến Tre khoảng 36km về hướng đông nam Huyện Ba Tri có 1 TBA 110kV (2x40MVA), 05 phát tuyến 22kV, khối lượng quản lý đường dây trung thế: 305,262 km (TSĐL 275,955 km, TSKH 29,307 km); đường dây hạ thế: 516,977 km (TSĐL 516,977 km, TSKH 0 km); 788 trạm biến áp (TSĐL 470 TBA, TSKH 318 TBA); tổng dung lượng trạm biến áp phân phối: 75,625 MVA (TSĐL 28,675 MVA, TSKH 46,950 MVA), hiện tại Ba Tri đã phát triển 22 khách hàng sử dụng năng lượng mặt trời áp mái với tổng công suất là 674.94 kWp, dự kiến trong thời gian tới có rất nhiều dự án điện mặt trời mái nhà từ nay đến cuối năm 2020

Một số nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời có thể gây ra dao động điện áp và tần số của hệ thống điện khi nối lưới Điều này là do tính chất không liên tục của các nguồn năng lượng này, trong đó đặc biệt là các nguồn năng lượng mặt trời, tạo ra những thách thức mới trong hệ thống điện, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng, thay đổi điện áp, sóng hài và tần số

Các hệ thống PV được kết nối lưới sử dụng biến tần điện tử công suất, bơm dòng điện hài vào hệ thống điện, chuyển DC thành AC Tuy nhiên, lượng lớn sự thâm nhập của PV kết nối vào mạng phân phối, số lượng lớn các bộ biến tần gây ra dòng điện hài được đưa vào lưới cũng rất lớn Ngành Điện đối mặt với vấn đề quan trọng là sóng hài trong lưới hạ thế Nhược điểm của nó khiến một số thiết bị điện và thiết bị cục bộ trong mạng phân phối (như máy biến áp, tụ điện) bị hỏng hoặc có nguy cơ hư hỏng

Do đó, ngành điện cần nghiên cứu và phân tích các vấn đề về chất lượng điện năng (ở đây tôi phân tích về sự thâm nhập của sóng hài) để tối ưu hóa PV thâm nhập trong mạng phân phối để giảm thiểu tác động của PV lên mạng lưới điện có cấp điện áp cao hơn

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV Bùi Tấn Thiện

Với lý do đó tác giả chọn đề tài “ tính toán ảnh hưởng của điện mặt trời đến chất lượng điện năng của lưới điện phân phối huyện Ba Tri” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn của mình.

Phạm vi và ý nghĩa thực hiện

Tìm hiểu, thu thập dữ liệu lưới điện phân phối, năng lượng mặt trời Huyện Ba Tri (công suất từ vài kW đến vài MW) Để thực hiện đánh giá ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà đến chỉ số sóng hài, điện áp và tổn thất tôi thực hiện khảo sát trên hai kịch bản đang xảy ra ở địa phương:

Kịch bản 1: Điện áp đầu nguồn không bị méo dạng: khi đó sẽ cho nguồn năng lượng mặt trời xâm nhập dần từ 1MW, 3MW, 5MW, 7MW để có đánh giá chỉ số sóng hài điện áp và dòng điện trong các trường hợp

Kịch bản 2: Điện áp đầu nguồn bị méo: thực hiện tương tự như kịch bản 1 về độ xâm nhập của nguồn năng lượng mặt trời

Thay đổi công suất ngõ ra của hệ thống điện mặt trời lần lượt là: 0%; 30%; 50%; 75% và 100% để đánh giá độ sụt áp và tổn thất điện năng trên đường dây

Tính toán ảnh hưởng đến chất lượng điện năng thông qua việc mô phỏng hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới phân phối ở từng trường hợp, phân tích đánh giá và đề xuất kiến nghị biện pháp cải thiện, khắc phục đưa ra lộ trình cho phù hợp cho các cấp quản lý.

NHU CẦU NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI

Trên thế giới

Sự phát triển của dân số thế giới trong những thập kỷ đầu của thế kỷ 21, phát sinh trên thế giới những vấn đề không chỉ mang tính quốc gia mà còn mang tính toán cầu như: tăng trưởng kinh tế, tài chính-thương mại; phát triển y tế; sự xuất hiện các dịch bệnh mang tính toàn cầu; khoa học kỹ thuật tiếp tục có những bước tiến vượt bậc; sự thiếu hụt dần các nguồn tài nguyên thiên nhiên cũng như vấn đề môi trường; và vấn đề năng lượng - đặc biệt là năng lượng điện cũng không đứng ngoài tình trạng hiện thời của thế giới Với những yêu cầu khắc khe hơn về vấn đề môi trường ngày một được thế giới quan tâm và đề xuất, vấn đề tài nguyên phục vụ nhu cầu sản xuất năng lượng và sự phát triển của khoa học kỹ thuật kéo theo sự thay đổi không chỉ trong cơ cấu sản xuất cũng như phương hướng phát triển trong ngành điện trong thời gian hiện tại cũng như tương lai

Nhu cầu năng lượng điện toàn cầu năm 2018 tăng gần 4% tương đương 900 TWh, tốc độ này tăng nhanh gấp đôi so với nhu cầu năng lượng chung của thế giới Đây cũng là mức tăng nhanh nhất kể từ năm 2010, kể từ khi nền kinh tế toàn cầu khôi phục sau khủng hoảng tài chính [1]

Sự thay đổi chính sách của các quốc gia cũng như sự phát triển của khoa học kỹ thuật nhất là trong lĩnh vực khoa học vật liệu và khoa học máy tính đã làm cho tình hình sản xuất năng lượng điện trên thế giới có những sự thay đổi

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV Bùi Tấn Thiện Nguồn phát điện bằng năng lượng tái tạo (Solar PV và gió) tăng trưởng đạt 7% năm 2018, từ mức 6% năm 2017 Solar PV, gió và thủy điện chiếm 30% tỷ lệ phát điện của nguồn năng lượng tái tạo, phần còn lại đến từ năng lượng sinh học [1]

Trong năm 2018, nguồn năng lượng tái tạo đóng góp gần 450 TWh trong cơ cấu phát điện trên thế giới Năng lượng tái tạo đáp ứng gần như 45% mức độ tăng trưởng trong sản lượng phát điện trên thế giới Chiếm khoảng 25% sản lượng điện toàn cầu, đứng thứ hai sau than đá Trung Quốc chiếm hơn 40% mức độ tăng trưởng trong lĩnh vực phát điện bằng năng lượng tái tạo, đứng sau đó lần lượt là Liên minh châu Âu với 25%, Hòa Kỳ và Ấn Độ có tổng đóng góp là 13% [1]

Nói riêng đối với lĩnh vực phát điện bằng năng lượng mặt trời-solar PV, trong năm 2018 ước tính đã tăng hơn 30% lên đến hơn 580 TWh Với sự tăng trưởng này, lần đầu tiên thị phần điện mặt trời trong sản xuất điện toàn cầu vượt 2% Là công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo đứng thứ 4 sau thủy điện, điện gió trên bờ và năng lượng sinh học [2]

Biểu đồ 1 2: Sản lượng điện phát bằng nguồn năng lượng tái tạo 2017-2018 [1]

Trong năm 2018, tổng công suất bổ sung của điện năng lượng mặt trời trên toàn cầu là 97 GW, mức độ này đã từng tăng gấp đôi trong năm 2016 đến 2017, trong năm

2018 thì vẫn duy trì ổn định Điều này có nguyên nhân chính từ những thay đổi trong các ưu đãi điện mặt trời của Trung Quốc nhằm hạn chế chi phí cũng như giải quyết các thách thức tích hợp lưới điện để đạt được sự mở rộng bền vững hơn của nguồn năng lượng mặt trời Bên cạnh đó, Liên minh châu Âu, Mexico, khu vực Trung Đông và châu Phi cũng tham gia vào phần còn lại của thị trường năng lượng mặt trời Cùng với đó giá bán trung bình của các mô đun của các tấm pin quang điện cũng liên tục giảm khoảng 10-15% trên toàn cầu [2]

Cũng theo như kịch bản trong Biểu đồ 1.3, sản lượng điện từ nguồn năng lượng mặt trời tăng từ 570 TWh trong năm 2018 lên đến gần 3.300 TWh trong năm 2030 Trong thời gian tới, bằng những chính sách hỗ trợ từ các chính phủ cũng như mức giá ngày càng cạnh tranh hiện nay, sự phát triển của điện năng lượng mặt trời được kỳ vọng phát triển mạnh mẽ, dẫn đầu là Trung Quốc, tiếp đến là Liên minh châu Âu, Hoa

Kỳ, Ấn Độ và Nhật Bản

Biểu đồ 1 3: Sản lượng điện của Solar PV trong kịch bản phát triển bền vững

Ở Việt Nam

Quỹ tiền tệ quốc tế (IMF) kỳ vọng nền kinh tế Việt Nam sẽ tăng trưởng 6,5% trong giai đoạn 2019-2020, đều này hoàn toàn có cơ sở đối với một quốc thuộc khu vực có tốc độ tăng trưởng nhanh như hiện nay Cùng với đó việc hướng tới nguồn năng lượng tái tạo như hiện nay là một xu thế chung trên thế giới nhằm đảm bảo nhu cầu về cả năng lượng cũng như môi trường đang ngày một cấp bách

Vào năm 2017, tổng công suất hệ thống điện chủ yếu dựa vào thủy điện, chiếm 38%, tiếp theo là điện than (34%) và khí thiên nhiên (18%) Nhu cầu đầu tư vào nguồn điện trong thời gian tới rất lớn, dự kiến Việt Nam sẽ tăng công suất nguồn từ 42 GW lên 100 GW vào năm 2030 Do hầu hết các nguồn thủy điện trong nước đều đã khai thác và theo quy hoạch giảm phát triển điện than, Việt Nam đặt mục tiêu ưu tiên phát triển năng lượng tái tạo cho điện mặt trời và điện gió (18 GW) năm 2030 [3]

Ngành điện mà đơn vị chính là EVN (Tập đoàn Điện lực Việt Nam) cũng như Chính phủ đã xác định rõ vai trò và tầm quan trọng của sự có mặt của cơ cấu nguồn năng lượng tái tạo từ trong QHĐ 7, khi đó xác định rõ quy hoạch phát triển nguồn điện là ưu tiên phát triển nguồn năng lượng tái tạo (điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối, ), phát triển nhanh, từng bước gia tăng tỷ trọng của điện năng sản xuất nguồn năng lượng tái tạo [4]

Với mục tiêu đã đề ra, việc hỗ trợ tích cực về chính sách cho các dự án năng lượng tái tạo đã mang lại những kết quả khả quan cho bức tranh ngành điện trong thời gian qua Tình hình cung cấp điện năm 2018 có tổng công suất đặt hệ thống điện là 48.563 MW, trong đó năng lượng tái tạo là 3.466 MW chiếm 7,1% Về tình hình cung ứng điện các năm 2019-2020 dự kiến đưa vào vận hành khoảng 6.900

MW, trong đó các dự án năng lượng tái tạo khoảng 3.800 MW (điện mặt trời khoảng 2.500 MW, điện gió 350 MW) [5]

Biều đồ 1.4 cho thấy Việt Nam đang đứng đầu khu vực về lặp đặt điện mặt trời khi có sự thay đổi trong giai đoạn giữa năm 2018 đến giữa năm 2019 khi tổng công suất lắt đặt năng lượng mặt trời tăng vượt bậc từ 86 MW đến 4.450 MW nhờ vào những ưu đãi của chính sách về giá mua bán điện mặt trời được BCT và Chính phủ phê duyệt

Tuy nhiên việc phát triển các dự án điện mặt trời có đặc điểm chung là chủ yếu phát triển tập trung ở các khu vực có nhu cầu phụ tải tại chỗ rất thấp, do đó tại các địa phương đã được bổ sung quy hoạch các dự án điện mặt trời với quy mô công suất lớn thì hầu như công suất phát của các dự án sẽ phải thực hiện thu gom, đấu nối lưới điện truyền tải và đưa đến các khu vực yêu cầu phụ tải lớn Do đó yêu cầu nâng cao khả năng truyển tải của lưới điện trong thời gian sắp tới cần phải phù hợp với quy hoạch phát triển các dự án điện năng lượng tái tạo để tránh lãng phí công suất từ các dự án

Một số nhà máy điện mặt trời tiêu biểu:

Biểu đồ 1 4: Quá trình lắp đặt năng lượng mặt trời ở các nước khu vực Đông Nam Á (số liệu trích từ ASEAN Centre of Energy)

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV Bùi Tấn Thiện Nhà máy điện năng lượng mặt trời BIM với tổng công suất 330 MWp do chủ đầu tư Công ty năng lượng BIM Energy đã chính thức phát điện hòa lưới vào ngày 27/04/2019

Dự án nhà máy điện mặt trời Cư Jut được xây dựng tại thị trấn EA T’ling, huyện Cư Jut, tỉnh Đăk Nông, với quy mô công suất 50 MWp; do Công ty Cổ phần thủy điện miền Trung (EVNCHP) làm chủ đầu tư đã đóng điện nghiệm thu 20/04/2019

Hình 1 1: Cánh đồng các tấm Pin năng lượng mặt trời của nhà máy BIM Energy – Ninh Thuận

Hình 1 2: Cánh đồng các tấm Pin năng lượng mặt trời của nhà máy Cư Jut-Đăk Nông

Dự án nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng được xây dựng tại lòng hồ Dầu Tiếng, tỉnh Tây Ninh với quy mô công suất 420 MWp do EVNCHP (Công ty Cổ phần thủy điện miền Trung) làm chủ đầu tư đã dóng điện nghiệm thu vào tháng 6/2019

Bên cạnh những dự án điện mặt trời quy mô lớn, hình thức phát triển điện mặt trời áp mái ở hộ tiêu thụ gia đình, nhà xưởng, xí nghiệp cũng được ưu tiên phát triển Năm 2017, Ngân hàng Thế giới đã tiến hành phân tích không gian địa lý và đánh giá tiềm năng kỹ thuật của điện mặt trời trên mái nhà cho thành phố Hồ Chí Minh và Đà Nẵng Trên diện tích 370 km 2 tại thành phố Hồ Chí Minh và 175 km 2 tại Đà Nẵng, kết hợp với dự liệu bức xạ mặt trời Global Solar Atlas để đánh giá công suất tương ứng (công suất tính bằng MW) và tổng phát điện tiềm năng (năng lượng tính bằng MWh) Kết quả cho thấy, Thành phố Hồ Chí Minh có thể phát triển công suất pin mặt trời lên đến 6,4 GW Khoảng 25% tiềm năng này tương ứng với các tòa nhà công cộng và công nghiệp, phù hợp với diện tích mái nhà và khả năng của chủ sở hữu đối với hệ thống pin năng lượng mặt trời Đối với Đà Nẵng con số cho thấy là 1,1 GW, trong đó 41% tương ứng với các tòa nhà công cộng và công nghiệp

Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVNSPC) thống kê cho thấy từ đầu năm

Hình 1 3: Cánh đồng các tấm Pin năng lượng mặt trời được lắp đặt trên lòng hồ

2020 đến hết tháng 5/2020 tổng sản lượng điện nhận từ các nhà máy điện mặt trời (ĐMT) là 1.370,7 triệu kWh; chiếm 4,32% tổng lũy kế điện nhận toàn hệ thống 5 tháng năm 2020 Lũy kế đến hết tháng 5/2020 phát triển là 4.495 khách hàng, tổng công suất tấm pin lắp đặt là 138.508 kWp Sản lượng điện của khách hàng phát lên lưới trong tháng 5/2020 là 26,42 triệu kWh, lũy kế đến tháng 5/2020 là 97,67 triệu kWh

Triển khai điện mặt trời áp mái có thể đóng góp phần nào vào việc làm giảm nhu cầu sản xuất điện mới để đáp ứng các yêu cầu phụ tải đỉnh, đặc biệt là ở miền Trung và miền Nam Chính phủ hiện nay đang đặt mục tiêu phát triển chương trình quốc gia về điện mặt trời áp mái để mở rộng công nghệ cho sử dụng dân dụng, thương mại và công nghiệp

Từ những thông tin trên cho thấy phát triển năng lượng tái tạo mà một trong số đó là sử dụng năng lượng mặt trời đã và đang có những bước phát triển mạnh mẽ ở không chỉ trên thế giới mà còn ở Việt Nam Bên cạnh những điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phát triển điện mặt trời ở miền Trung và miền Nam của Việt Nam như bức xạ của Việt Nam theo phương ngang dao động từ 897 kWh/m 2 /năm đến 2018

Hình 1 4: Kỹ Sư ngành điện lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời mái nhà kWh/m 2 /năm Tương ứng đối với ngày, giá trị nhỏ nhất đạt được 2,46 kWh/m 2 /ngày và lớn nhất 5,77 kWh/m 2 /ngày [7], kết hợp với những chính sách có tính chiến lược từ phía cơ ban ngành liên quan đã mang đến sức hấp dẫn cho lĩnh vực đầu tư năng lượng mặt trời, tạo điều kiện phát triển cho xã hội

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV: Bùi Tấn Thiện

KHẢO SÁT DIỆN TÍCH KHẢ DỤNG LẮP ĐẶT ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI VÀ TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM PVSYST 6.70

Xác định khu vực khảo sát

Khu vực khảo sát tập trung ở khu vực nội ô của trung tâm xã An Thủy, nơi được thông qua thành Thị trấn Tiệm Tôm, các cơ quan ban ngành của xã, cơ quan Quân sự, trường học Để khảo sát đánh giá diện tích khả dụng lắp đặt điện năng lượng mặt trời áp mái tôi tập trung vào các khu vực như sau:

Khối cơ quan, ban ngành, kinh doanh, trường học [1]

Khối khu vực dân cư [2]

Phương pháp thực hiện: tôi sử dụng Google map làm công cụ để khảo sát đo đạc diện tích Sau đó dùng phương pháp thống kê diện tích có được sử dụng phần mềm PVsyst để tính toán và tổng hợp công suất lắp đặt cũng như sản lượng điện có

Hình 2 1: Khu vực khảo sát có diện tích xấp xỉ 1,19 km2 thể đạt được Bên cạnh đó, việc tính toán diện tính được tôi áp dụng một số tiêu chí như: loại bỏ những khu vực bị che khuất, làm mất mỹ quan công trình hoặc các vị trí của các thiết bị viễn thông, điều hòa không khí, chống sét, Số liệu diện tích được đi kèm với hệ số lắp đặt 0,2 đối với Khối khu vực dân cư (cho mức độ lắp đặt điện mặt trời áp mái thấp) và hệ số lắp đặt 0,8 đối với các Khối còn lại (cho mức độ lắp đặt điện mặt trời áp mái cao)

Ví dụ 1: Xí nghiệp Thủy sản Ba Tri (khu vực chợ Tiệm Tôm, xã An Thủy) Bước 1: Xác định khu vực khảo sát

Bước 2: Áp dụng các tiêu chí khi đo đạc để bỏ qua các khu vực gây khó khăn cho việc lắp đặt, trường hợp ở Xí nghiệp Thủy Sản Ba Tri là máy tole, trống nên không cần bỏ qua khu vực gây khó khăn cho việc khảo sát

Bước 3: Phần diện tích đo đạt được:

Hình 2 2 : Khu vực Xí nghiệp Thủy sản Ba Tri

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV: Bùi Tấn Thiện Diện tích đo đạt được như hình trên là 2242 m 2 Vậy diện tích tương ứng để thực hiện tính toán với hệ số lắp đặt 0,8 là:

Ví dụ 2: Khu vực dân cư khu tái định cư An Thủy

Bước 1: Xác định khu vực khảo sát

Bước 2: Đo đạt diện tích:

Hình 2 3: Kết quả thu được

Hình 2 4 : Khu vực được khảo sát

Diện tích đo đạt được là 19078m 2

Vậy diện tích tương ứng để thực hiện tính toán với hệ số lắp đặt là 0,2 là:

Các kết quả tính toán còn lại tôi trình bày trong “PHỤ LỤC TINH TOÁN” ở phần sau của luận văn.

Sử dụng phần mềm Pvsyst để thực hiện tính toán khả năng phát điện từ nguồn điện mặt trời mái nhà

nguồn điện mặt trời mái nhà:

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Pvsyst 6.70

PVsyst được thiết kế dành cho nhiều đối tượng sử dụng như sinh viên, kiến trúc sư, kỹ sư hay nhà nghiên cứu nhằm phục vụ công tác thiết kế, học tập, nghiên cứu liên quan đến phát triển công nghệ năng lượng mặt trời một cách hiệu quả và tin cậy

Hình 2 5: Diện tích đo đạt được

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV: Bùi Tấn Thiện Phần mềm cung cấp 4 phần chính cho người dùng:

Preliminary design - Thiết kế sơ bộ: Cung cấp đánh giá cơ bản về tiềm năng cũng như những hạn chế có thể có của một dự án trong một điều kiện cụ thể Phần này rất có ích cho việc định lượng hệ thống điện mặt trời độc lập (Stand- alone) và hệ thống Bơm (Pumping system) Đối với hệ thống điện mặt trời nối lưới (Grid-connected), phần này chỉ giúp kiến trúc sư có cái nhìn cơ bản về tiềm năng điện mặt trời cho tòa nhà, độ chính xác của mục này được giới hạn và không dành để làm báo cáo cho đối tượng khách hàng

Project design - Thiết kế dự án: Là phần chính của phần mềm, được sử dụng để nghiên cứu và đánh giá toàn bộ một dự án Các yếu tổ ảnh hưởng đến dự án như điều kiện khí tượng, thiết kế hệ thống, nghiên cứu bóng che, xác định tổn thất và đánh giá kinh tế đều được đề cập trong mục này Mô phỏng thực hiện trong cả năm theo các bước hàng giờ và cung cấp một báo cáo hoàn thiện bên cạnh bổ sung nhiều kết quả khác

Hình 2 6: Giao diện phần mềm

Database - Cơ sở dữ liệu: Việc quản lý dữ liệu khí hậu hàng tháng và hàng giờ, các giá trị tổng hợp theo giờ cũng như được nhập từ bên ngoài Cơ sở dữ liệu cũng xác định thông số liên quan đến hệ thống điện mặt trời như mô đun các tấm pin, inverters, hệ thống lưu trữ,

Tool - Công cụ: Cung cấp một số công cụ để nhanh chóng ước tính và

Hình 2 7: Phần Project design-Thiết kế dự án

Hình 2 8: Phần Databases-Cơ sở dữ liệu

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV: Bùi Tấn Thiện hình dung hành vi của hệ thống năng lượng mặt trời cài đặt Nó cũng chứa một bộ công cụ chuyên dụng cho phép đo dữ liệu của hệ thống năng lượng mặt trời cài đặt với thông số mới nhập để so sánh chặt chẽ với mô phỏng

2.2.2 Nhập dữ liệu và thực hiện tính toán khả năng phát điện của điện mặt trời mái nhà trên khu vực bằng phần mềm Pvsyst

Khu vực khảo sát: Châu Á, Việt Nam Có tọa độ địa lý sử dụng để khảo sát là 10°04’ Bắc - 109°59’ Đông

Hình 2 9: Phần Tool – Công cụ

Hình 2 10: Thông số địa lý của khu vực thực hiện khảo sát

Dự liệu khí tượng lấy trong luận văn tôi lấy theo nguồn Meteonorm 7.1 (dữ liệu được khảo sát từ 8/1992 đến 2000) Bên cạnh đó phần mềm cũng cung cấp một nguồn khác từ NASA-SSE (dữ liệu được khảo sát từ 1983 đến 2005) Hai nguồn dữ liệu này có sự khác nhau không nhiều do đó tôi lựa chọn một trong hai làm cơ sở

Global Irrad: Tổng năng lượng bức xạ - kWh/m 2 mth Diffuse : Năng lượng khuếch tán - kWh/m 2 mth Temper: Nhiệt độ không khí trung bình

Wind Vel: Tốc độ gió trung bình

Việc tính toán khả năng phát điện năng lượng mặt trời được thực hiện theo mô hình điện mặt trời áp mái nối lưới (Grid-connected) như Hình 2.12

Hình 2 12: Mô hình điện mặt trời nối lưới Hình 2 11: Dữ liệu về khí tượng của khu vực thực hiện khảo sát

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV: Bùi Tấn Thiện Theo như vị trí địa lý của khu vực thực hiện khảo sát nằm ở bán cầu Bắc và yêu cầu lắp đặt cho mái bằng nên ta chọn góc nghiêng là 11° và hường về phía Nam (phần thấp của pin hướng về phía Nam) để đạt được hiệu quả tối ưu theo tính toán từ phần mềm

Trong luận văn tôi sử dụng:

Tấm Pin năng lượng mặt trời của hãng JINKO SOLAR loại Si-mono

Inverter của nhà sản xuất ABB Áp dụng tính toán: Đối với Ví dụ 1 – Xí nghiệp Thủy Sản Ba Tri có diện tích lắp đặt 1794 m 2 Tấm Pin năng lượng mặt trời được sử dụng là JKM 300M-60 300 Wp

Inverter có thông số: ABB PVS800-57 TL, 100 kW 450 - 825 V, 50/60 Hz Công suất phát điện từ nguồn năng lượng mặt trời áp mái của Xí nghiệp Thủy sản là 297 kW tương ứng với 328 kWp Sản lượng điện từ hệ thống trên tạo ra trong một năm là 487 MWh Đối với Ví dụ 2 –Một cụm Khu vực tái định cư An Thủy có diện tích lắp đặt

Tấm Pin năng lượng mặt trời được sử dụng là JKM 300M-60 300 Wp

Inverter có thông số: ABB UN0-4.2-TL-OUTD, 4.2 kW 350-820, 50 Hz

Công suất phát điện từ nguồn năng lượng mặt trời áp mái của Khu tái định cư

Hình 2 13: Nhập góc nghiêng và hướng của tấm pin để có hiệu quả tối ưu

An Thủy là 529kW tương ứng với 583 kWp Sản lượng điện từ hệ thống này tạo ra trong một năm là 856 MWh

Hình 2 15: Tính toán công suất phát điện mặt trời mái nhà của Xí nghiệp Thủy Sản Ba Tri

Hình 2 14: Sản lượng điện năng lượng mặt trời của Xí nghiệp thủy sản Ba Tri

Hình 2 16: Tính toán công suất phát điện mặt trời mái nhà của khu dân cư khu vực tái định cư An

Kết quả tính toán công suất lắp đặt cũng như sản lượng điện phát ra trong một năm của khu vực khảo sát được tính toán bằng phần mềm PVsyst tôi trình bày ở mục “PHỤ LỤC TINH TOÁN” nằm ở phần sau của Luận văn

Hình 2 17: Sản lượng điện năng lượng mặt trời của khu dân cư khu vực tái định cư An Thủy

Đánh giá kết quả tính toán

Kết quả tính toán được thực hiện được tôi so sánh với một vài vị trí đã có nguồn điện mặt trời áp mái trong khu vực khảo sát được thu thập từ trang thông tin điện tử của thực tế của Điện lực Ba Tri

Từ bảng trên tôi nhận thấy kết quả tính toán được lớn hơn so với giá trị lắp đặt thực tế Kết quả này có thể khác nhau là do: việc đo đạc tính toán diện tích từ Google Map có sự chính xác ở mức độ tương đối; việc lựa chọn thông số tấm pin năng lượng mặt trời và Inverter từ phần mềm Pvsyst khác biệt so với thực tế lắp đặt; việc tính toán tôi thực hiện xét trên toàn bộ công trình mà không tính đến chi phí đầu tư hay nhu cầu lắp đặt phù hợp với khách hàng

Tổng hợp kết quả tính toán diện tích lắp đặt, công suất lắp đặt và sản lượng điện mặt trời phát trong năm từ “Phụ lục tính toán”, được trình bày trong như sau:

Phần lớn diện tích được tính toán và công suất lăp đặt thuộc khối [2], tuy

Bảng 2 1: So sánh kết quả thực tế và tính toán

Tên Công suất lăp đặt tính toán

Công suất lăp đặt thực tế

(kWp) Điện lực Ba Tri 42 48.2

Khối Tổng diện tích đo đạc (m 2 )

Tổng diện tích tính toán (m 2 )

Tổng công suất lắp đặt (kW)

Tổng công suất lắp đặt (kWp)

Tổng sản lượng điện phát (MWh/năm) Khối cơ quan, ban ngành, doanh

Khối Khu vực dân cư [2]

Bảng 2 2: Bảng tổng kết Phụ lục tính toán

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV: Bùi Tấn Thiện nhiên với khối [2] là khu vực dân cư và mức độ tiếp cận đến với điện mặt trời áp mái còn chưa nhiều, Tổng sản lượng điện phát của điện mặt trời áp mái trên địa bàn khảo sát khoảng 16,9 GWh/năm, trong khi đó tổng công suất lắp đặt dự kiến khoảng hơn 11 MWp Đối lưới điện trên địa bàn huyện Ba Tri hiện tại đang được cung cấp từ trạm biến áp 110/22 kV Ba Tri tương ứng 2x40 MVA, tổng khả năng cung cấp điện cho phụ tải địa phương là 31.92 MVA Do đây là một Huyện Vùng biển của tỉnh Bến Tre, với mức độ tập trung dân cư và mức thương mại hóa chưa cao như các đô thị lớn nên mức độ tiêu thu điện năng chưa phải ở mức vượt quá khả năng cung cấp hiện tại của nguồn Việc xem xét kết hợp lên kế hoạch phát triển chất lượng cũng như khả năng cung cấp điện trên địa bàn trong tương lai có kết hợp với khả năng phát của điện mặt trời áp mái có thể được xem xét Để liên kết phát triển khả năng ảnh hưởng của nguồn năng lượng mặt trời lên lưới điện, tiếp trong chương 3, tôi xem xét khu vực xã An Thủy, một trung tâm xã, dân cư tập trung đông, dự kiến phát triển lên thị trấn Tiệm Tôm, kinh tế phát triển, có khả năng phát triển và lắp đặt nguồn năng lượng mặt trời mái nhà cao, tuy nhiên hiện nay tỉ lệ lắp đặt năng lượng mặt trời rất thấp, nên việc đưa ra kịch bản được xem xét để tính toán ảnh hưởng của nguồn năng lượng mặt trời lên lưới điện phân phối, tôi tập trung vào ảnh hưởng của sóng hài của lưới điện phân phối khi có nguồn điện mặt trời áp mái bằng phần mềm Etap 12.6, ở đây xét khả năng phát triển ở khu vực có nguồn năng điện năng lượng mặt trời mái nhà có công suất từ 1MW tăng dần đến 7MW, tương đối phù hợp với kết quả khảo sát ở khu vực bằng phần mềm Pvsyst (khảo sát bằng phần mềm Pvsyst là khoảng 10 MW, tuy nhiên việc khảo sát mang tính tham khảo, cộng với việc đăng ký của khách hàng lắp 5MW ở khu vực này, tôi chọn phương án lớn nhất ở khu vực là 7MW để đưa vào khảo sát chương 3)

KIỂM TRA GIÁ TRỊ SÓNG HÀI CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Sóng hài và các thông số đặc trưng

Khi một tín hiệu điện được hiển thị trên máy hiện sóng (oscilloscope), dạng sóng này được quan sát trong miền thời gian Các đại lượng đặc trưng cho tín hiệu điện này là biên độ tại từng thời điểm theo thời gian và chu kỳ của tín hiệu đó Đại lượng nghịch đảo của chu kỳ sẽ cho giá trị tần số của tín hiệu đó Tín hiệu điện này còn có thể được biểu diễn trong miền tần số để phục vụ cho việc phân tích đánh giá Công cụ phổ biến được sử dụng trong kỹ thuật phân tích trong miền tần số là phép biến đổi Fourier [10]

Trong trạng thái cơ bản, tín hiệu điện trên hệ thống điện (truyền tải và phân phối) có giá trị ở tần số 50 Hz hoặc 60 Hz (tùy thuộc vào cơ sở kỹ thuật từng khu vực hay quốc gia) Tuy nhiên trong thực tế, trong tín hiệu điện cũng xuất hiện các giá trị ở các tần số khác

Nguồn điện cơ bản phát ra dạng sóng thuần sin biến thiên tuần hoàn theo thời gian Nhưng khi điện áp thuần sin đặt lên phụ tải phi tuyến, dòng điện của phụ tải này tạo ra lại có dạng không thuần sin Nếu giá trị tổng trở nguồn có một giá trị xác định mà không phải là một giá trị vô cùng bé thì dòng điện này cùng với tổng trở nguồn sẽ tạo ra điện áp không thuần sin ở các cực của phụ tải nói trên Đây được xem là nguyên nhân phát sinh méo dạng sóng điện áp tại cực phụ tải - phát sinh sóng hài

Hình 3 1: Nguyên nhân gây ra hiện tượng sóng hài

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV: Bùi Tấn Thiện Các phụ tải khác (ở đây là phụ tải tuyến tính) khi làm việc với dạng điện áp bị méo dạng sinh ra méo dòng điện tương ứng

Theo Thông tư 39/2015/TT-BCT - Quy định hệ thống điện phân phối của Bộ Công thương đã nêu ra thuật ngữ sóng hài là sóng điện áp và dòng điện hình sin có tần số là bội số của tần số cơ bản (giá trị cơ bản này ở Việt Nam tương ứng với 50 Hz)

Việc đặt ra các quy chuẩn để đánh giá các vần đề liên quan đến sòng hài cũng như méo dạng sóng được quan tâm ở nhiều quốc gia, các bộ quy chuẩn mang tính quốc tế được công nhận đến từ các tổ chức uy tín như: bộ tiêu chuẩn IEC-61000 của Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế về các tiêu chuẩn về tương thích điện từ (Electromagnetic Compatibility - EMC); bộ tiêu chuẩn IEEE-519 của Hiệp hội Kỹ thuật điện Hoa Kỳ là hệ thống các tiêu chuẩn cung cấp các hướng dẫn cũng như khuyến cáo liên quan đến sóng hài

Tại Việt Nam vấn đề sóng hài và méo dạng sóng đã và đang ngày một quan tâm Những văn bản, thông tư quy định về vấn đề này được đặt ra nhằm phục vụ công tác đo đạt, đánh giá, cải tạo nhằm nâng cao chất lượng cho hệ thống điện:

- Thông tư 39/2015/TT-BCT - Quy định hệ thống điện phân phối;

- Thông tư 25/2016/TT-BCT - Quy định hệ thống điện truyền tải;

Hình 3 2: Ảnh hưởng làm méo dạng sóng của thành phần sóng hài bậc 3

- Thông tư 30/2019/TT-BCT - Sửa đổi, bổ sung một số điều của Thông tư số 25/2016/TT-BCT ngày 30/11/2016 của Bộ trưởng Bộ Công thương quy định hệ thống điện truyền tải và Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 của Bộ trưởng Bộ Công thương quy định hệ thống điện phân phối

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

Hài bậc lẻ xuất hiện khi nửa chu kỳ âm của dạng sóng méo lặp lại y hệt nửa chu kỳ dương, nhưng với chiều âm Nói cách khác, hài bậc lẻ xuất hiện khi phần tư chu kỳ đầu tiên và phần tư chu kỳ thứ ba là giống nhau, phần tư chu kỳ thứ hai và thứ tư là giống nhau Hài bậc lẻ xuất hiện với chỉnh lưu cầu vì nửa chu kỳ dương và nửa chu kỳ âm là đối xứng nhau

Hài bậc chẵn xuất hiện khi nửa chu kỳ âm không lặp lại nửa chu kỳ dương Một đặc điểm khác khi có hài bậc chẵn đó là phần tư thứ nhất và thứ tư là giống nhau, phần tư thứ hai và thứ ba là giống nhau

Mức độ méo sóng hài sinh ra do bộ VSD (bộ điều chỉnh tốc độ động cơ Variable Speed Drive) phụ thuộc vào rất nhiều biến số và nhiều biến số rất khó để định lượng, ví dụ:

- Biên dộ của dòng điện chảy qua bộ biến đổi

- Cấu trúc của mach điện tử công suất (6 xung, 12 xung)

- Đặc tính và trở kháng của hệ thống cung cấp điện nối đến tải

Hình 3 3: Sóng hài bậc lẻ (a) và chẵn (b)

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV: Bùi Tấn Thiện Nguyên nhân chính tại sao bộ biến đổi điện tử công suất sinh ra dòng điện hài là vì dòng điện không liên tục trong mỗi pha Xét về khía cạnh sinh ra sóng hài thì việc cầu chỉnh lưu dùng van diode hay van thyristor đều không quan trọng vì chúng đều hoạt động tương tự nhau Trong một cầu chỉnh lưu, chỉ có hai thyristor (hoặc diode) được dẫn tại một thời điểm bất kỳ và khoảng giời gian được dẫn này sẽ lần lượt đến phiên các thyristor (diode) kế tiếp Trong một chu kỳ của điện áp nguồn cấp, mỗi một pha trong ba pha đều dẫn một xung dương trong 120 độ và một xung âm trong 120 độ

Các dòng điện pha gián đoạn này kết hợp lại ở phía một chiều để tạo ra dòng điện một chiều DC nhấp nháy (rippled), dòng điện này được làm trơn bằng một cuộn kháng ở phía một chiều Như vậy, bộ chỉnh lưu có thể được xem như một nguồn phát sóng hài về phía lưới

Các bộ biến đổi điện tử công suất không sinh ra tất cả các bậc hài mà chỉ một số bậc hài nhất định Bậc và biên độ của một sóng hài dòng điện sinh ra bởi bộ biến đổi điện tử công suất phụ thược vào 3 yếu tố chính sau:

Số xung của một bộ biến đổi (p) Số xung của bộ biến đổi là số xung một chiều ở đầu ra của bộ chỉnh lưu trong một chu kỳ của điện áp nguồn cấp Bậc của sóng hài sinh ra được xác định theo công thức:

Kiểm tra sóng hài lưới điện phân phối khi có nguồn điện mặt trời

Bên cạnh những ưu điểm của điện mặt trời áp mái mang lại như giải quyết phần nào nhu cầu cung cấp điện, giảm đỉnh phụ tải trong những ngày nắng nóng thì với cấu tạo cơ bản của hệ thống điện mặt trời áp mái để chuyển đổi nguồn điện một chiều từ các tấm pin năng lượng mặt trời sang nguồn điện xoay chiều để nối vào lưới điện cần thông qua bộ chuyển đổi - Inverter Với bản chất là bộ biến đổi điện tử công suất, là nguồn sinh ra sóng hài trong lưới điện, do đó việc đánh giá việc xuất hiện của các bộ biến đổi này đối với lưới điện là cần thiết, nhằm đảm bảo chất lượng điện năng cho khách hàng sử dụng và có biện pháp khắc phục khi các điều kiện về chất lượng điện năng bị ảnh hưởng

Do đó, tôi thực hiện việc khảo sát lưới điện ở phát tuyến 478, một phát tuyến có phụ tải cao của Điện lực Ba Tri, theo đó, các thông số cơ bản như sau:

Phát tuyến 478 dài có bán kính cấp điện dài khoảng 11,2 km, công suất đặt 27,8 MVA, công suất Pmax = 10.5 MW, tuyến 478 gồm 209 trạm biến áp, trong đó

119 trạm công cộng (công suất 9,3MVA), 90 trạm chuyên dùng (18,5MVA), cấp điện cho các xã An Bình Tây (một phần), Thị trấn Ba Tri (một phần), Vĩnh An (một phần), An Hòa Tây (một phần), Vĩnh Hòa, Tân Thủy, An Thủy, Bảo Thuận huyện

Hình 3 9: Sơ đồ xuất tuyến 478 Để thực hiện đánh giá ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà đến chỉ số sóng

GVHD: TS Huỳnh Quốc Việt HV: Bùi Tấn Thiện hài, tôi thực hiện khảo sát dựa trên kết quả tính toán công suất lặp đặt khả dụng ở chương 2 Khu vực xã An Thủy có khả năng phát 7 MW điện mặt trời mái nhà, khu vực này nằm ở cuối của xuất tuyến khảo sát Hai kịch bản giả định khảo sát:

Kịch bản 1: Điện áp đầu nguồn không bị méo dạng;

Kịch bản 2: Điện áp đầu nguồn bị méo

Các trường hợp khảo sát trong hai kịch bản trên như sau:

Trường hợp Điểm đấu nối Công suất lắp đặt

Bảng 3 3: Các trường hợp khảo sát trong 2 kịch bản

Thông số pin năng lượng mặt trời được áp dụng theo nhà sản xuất Jinko Solar, loại pin JKM300M-60

SCT (Irrandiance 1000W/m 2 ; Cell temperature 25°C; AM=1,5)

Maximum system voltage 1000 VDC (IEC)

Bảng 3 4: Thông số pin năng lượng mặt trời được áp dụng theo nhà sản xuất JinkoSolar, loại pin

Hình 3 10: Thông số Pin JKM 300M-60 nhập vào

Inverter sử dụng cho việc kiểm tra theo số liệu của loại inverter PV-110.0-DE (110 kW) được cung cấp từ library.e.abb.com của hãng ABB

Bảng 3 5: bảng thong số Inverter ABB PV-110.0-DE 110kW

Kịch bản này giả định trong lưới điện hiện tại không có hiện tượng sóng hài xảy ra Nguồn phát sinh sóng hài chỉ đến từ inverter của hệ thống điện mặt trời

Nguồn điện mặt trời 1 MW đấu nối vào Bus212 như hình vẽ:

Hình 3 11: Nguồn điện mặt trời đấu nối vào Bus 212

Kết quả tính toán sóng hài từ chương trình ETAP ở khu vực lắp đặt nguồn điện mặt trời 1 MW

Hình 3 12: Kết quả tính toán sóng hài từ chương trình Etap ở khu vực lắp đặt nguồn điện mặt trời

Kết quả phổ điện áp và dạng sóng điện áp tại một số Bus:

Bus Cấp điện áp (kV) THD (%)

Bảng 3 6: THD (%) của một số Bus ở cấp điện áp 22kV và 0.4kV

Hình 3 13: Dạng sóng điện áp tại một số Bus như đã nêu trên ở cấp 22kV

Hình 3 14: Dạng phổ sóng điện áp tại các Bus ở cấp điện áp 22kV

Nhận xét ở cấp điện áp 22 kV: Với mức độ xâm nhập công suất 1 MW điện mặt trời vào lưới điện đang khảo sát, mức độ ảnh hưởng đến chỉ số sóng hài không đáng kể Hầu như không xuất hiện độ méo dạng sóng điện áp ở các Bus Mức độ ảnh hưởng sóng hài ở Bus đầu nguồn-Bus22 không đáng kể; mức độ ảnh hưởng lớn nhất tại điểm đấu nối Bus212

Hình 3 15 Dạng sóng điện áp tại một số Bus ở cấp 0.4kV

Hình 3 16Dạng phổ sóng điện áp tại các Bus ở cấp điện áp 0.4kV

Nhận xét ở cấp điện áp 0,4 kV: mức độ ảnh hưởng sóng hài điện áp tập trung chủ yếu ở điểm đấu nối nguồn điện mặt trời, gây ra sự méo dạng điện áp ở BusPV1 Các khu vực khác mức độ ảnh hưởng không đáng kể Ảnh hưởng độ méo dạng sóng dòng điện cũng được xem xét:

Bảng 3 7: TDD (%) ở các đoạn đường dây mạch chính, đường dây nhánh rẽ và đường dây tại điểm đấu nối

Hình 3 17: Dạng sóng dòng điện tại một số đường dây cho trong bảng trên

Hình 3 18: Dạng sóng phổ dòng điện của các đoạn đường dây nêu trên

Nhận xét: Nguồn sóng hài do điện mặt trời gây ra làm ảnh hưởng lớn đến dòng điện trên đoạn dây tại điểm đấu nối (207-212), các đoạn dây ở trục chính (66- 80) và nhánh rẽ (131.1-131.2) chịu ảnh hưởng không lớn

Trường hợp 2:Tương tự trường hợp 1, bổ sung thêm 2 MW vào Bus212 Các kết quả được trình bày như sau:

Bảng 3 8: THD (%) của một số Bus ở cấp điện áp 22kV và 0.4kV khi bổ sung thêm 2MW nguồn điện năng lượng mặt trời

Hình 3 19: Dạng phổ sóng điện áp tại một số Bus ở cấp 22kV ở trường hợp 2

Hình 3 20: Dạng sóng điện áp tại các Bus ở cấp điện áp 22kV trong trường hợp 2

Nhận xét ở cấp điện áp 22 kV: Với mức độ xâm nhập công suất 3 MW điện mặt trời vào lưới điện trong trường hợp này thì mức độ ảnh hưởng đến chỉ số sóng hài không lớn Hầu như không xuất hiện độ méo dạng sóng điện áp ở các Bus Mức độ ảnh hưởng sóng hài ở Bus đầu nguồn-Bus22 không đáng kể; mức độ ảnh hưởng lớn nhất tại điểm đấu nối Bus212

Hình 3 21: Dạng phổ sóng điện áp tại một số Bus ở cấp 0.4kV ở trường hợp 2

Hình 3 22: Dạng sóng điện áp tại một số Bus ở cấp 0.4kV ở trường hợp 2

Nhận xét ở cấp điện áp 0,4 kV: mức độ ảnh hưởng sóng hài điện áp tập trung chủ yếu ở điểm đấu nối nguồn điện mặt trời, gây ra sự méo dạng điện áp ở BusPV1 Các khu vực khác mức độ ảnh hưởng không đáng kể, tương tự như trường hợp 1

Kết quả xem xét ảnh hưởng chỉ số méo dạng dòng điện:

Hình 3 23: Dạng phổ sóng dòng điện tại một số đường dây cho trong bảng trên ở trường hợp 2

Hình 3 24: Dạng sóng dòng điện tại một số đường dây cho trong bảng trên ở trường hợp 2

Trường hợp 3 xem xét bổ sung thêm 2 MW tại điểm đấu nối Bus207, nâng mức độ xâm nhập của điện mặt trời là 5 MW, vị trí đấu nối như hình vẽ:

Hình 3 25: Hình thức đấu nối điện mặt trời vào Bus 207 để nâng mức độ xâm nhập lên 5MW

Bảng 3 10: kết quả phổ điện áp THD (%) của một số Bus ở cấp 22kV và 0,4kV

Hình 3 26: Dạng phổ sóng điện áp tại các Bus ở cấp điện áp 22kV trong trường hợp 3

Nhận xét: trường hợp mức xâm nhập 5 MW điện mặt trời vào lưới điện như trên gây ra ảnh hưởng đến độ méo dạng sóng điện áp ở lưới điện không lớn, tác động chủ yếu của nguồn sóng hài tập trung tại điểm đấu nối nguồn công suất điện mặt trời

Hình 3 28: Dạng phổ sóng điện áp tại các Bus ở cấp điện áp 0.4kV trong trường hợp 3

Hình 3 29: Dạng sóng điện áp tại các Bus ở cấp điện áp 0.4kV trong trường hợp 3

Kết quả xem xét ảnh hưởng chỉ số méo dạng dòng điện:

Hình 3 30: Dạng phổ sóng dòng điện tại một số đường dây cho trong bảng trên ở trường hợp 3

Hình 3 31: Dạng sóng dòng điện tại một số đường dây cho trong bảng trên ở trường hợp 3

Trường hợp xem xét khả năng lắp đặt 7 MW điện mặt trời của khu vực xã An Thủy Các kết quả tính toán được trình bày như sau:

Bảng 3 12: Bảng kết quả phổ điện áp THD (%) ở cấp điện áp 22kV và 0.4kV

Kết quả phổ điện áp và dạng sóng điện áp tại một số bus:

Hình 3 32: Dạng phổ sóng điện áp tại các Bus ở cấp điện áp 22kV trong trường hợp 4

Hình 3 34: Dạng phổ sóng điện áp tại các Bus ở cấp điện áp 0.4kV trong trường hợp 4

Hình 3 35: Dạng sóng điện áp tại các Bus ở cấp điện áp 0.4kV trong trường hợp 4

Kết quả phổ dòng điện và sóng dòng điện trên một số dây dẫn:

Bảng 3 13: Thông số TDD (%) ở các đoạn đường dây trong trường hợp 4

Hình 3 36: Dạng phổ sóng dòng điện tại các đường dây trong trường hợp 4

Hình 3 37: Dạng sóng dòng điện tại các đường dây trong trường hợp 4

Với giả định nguồn cung cấp cho lưới điện không bị méo dạng và chỉ có nguồn sóng hài từ các inverter của các hệ thống điện mặt trời có giá trị được sử dụng Các chỉ số sóng hài điện áp ghi nhận được ở các trường hợp đấu nối khác nhau đều nhỏ hơn mức cho phép theo quy định của theo thông tư 30/2019/TT-BCT của Bộ Công thương Đối với cấp điện áp 22 kV, các bus ở đầu đường dây, trên trục dây chính và các nhánh rẽ ít chịu ảnh hưởng bởi nguồn sóng hài của inverter Các bus ở điểm đấu nối có sự thay đổi lớn hơn và mức tăng tương ứng với mức xâm nhập công suất điện mặt trời Ở các điểm đấu nối nguồn điện mặt trời ở cấp 0,4 kV, chỉ có các bus này có giá trị méo dạng sóng điện áp lớn, các bus ở khu vực khác có mức ảnh hưởng không đáng kể Với khả năng đấu nối 7 MW điện mặt trời ở địa bàn

An Thủy vẫn đảm bảo chất lượng sóng hài theo quy định trong kịch bản này

Hình 3 38: THD (%) của các Bus ở cấp 22kV khi tăng dần sự xâm nhập của nguồn năng lượng mặt trời

Hình 3 39: THD (%) của các Bus ở cấp 0.4kV khi tăng dần sự xâm nhập của nguồn năng lượng mặt trời

Dựa trên Kịch bản 1, kịch bản này xem xét nguồn điện cung cấp cho lưới điện có giá trị sóng hài điện áp xác định Việc tính toán các giá trị sóng hài điện áp được thực hiện qua các trường hợp tương tự như ở Kịch bản 1

Hình 3 40: Nguồn điện có hài

Kết quả tính toán tại các bus trong lưới điện trong trường hợp nguồn điện bị méo dạng như sau:

Hình 3 41: THD (%) của các Bus ở cấp 22kV khi có sự đấu nối của nguồn năng lượng mặt trời

Hình 3 42: THD (%) của các Bus ở cấp 0.4 kV khi có sự đấu nối của nguồn năng lượng mặt trời Ở trường hợp nguồn cung cấp có sự méo dạng:

Nhận xét: Ở cấp điện áp 22 kV, giá trị sóng hài điện áp ở đầu đường dây không thay đổi nhiều (Bus22) Biến dạng sóng hài ở trục chính đường dây (Bus109; Bus130), các nhánh vẽ (Bus131.1; Bus107.17) và khu vực lân cận điểm đấu nối thay đổi tuy nhiên không tỷ lệ với mức tăng công suất nguồn điện mặt trời Ở cấp điện áp 0,4 kV, hầu như chỉ xảy ra biến dạng sóng điện áp ở điểm đấu nối nguồn điện mặt trời

CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG SUẤT NGÕ RA CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ĐỐI VỚI THÔNG SỐ LÀ ĐIỆN ÁP VÀ

Cơ sở khảo sát

Một mạch điện đơn giản mô tả dòng công suất của nguồn điện mặt trời (PV) khi đấu nối vào lưới như Hình vẽ Đường dây truyền tải lượng công suất P+jQ từ trạm biến áp V0 đến phụ tải, với thông số đường dây là R+jX, và phụ tải là PL+jQL Bên cạnh đó nguồn điện mặt trời được đấu nối vào phía phụ tải sinh ra nguồn công suất P0+jQ0

Sau khi nguồn lặp đặt nguồn điện mặt trời dòng công suất truyền tải thay đổi như sau:

Và tổn thất trên đường dây có được là:

Do đó, việc công suất phát của nguồn điện mặt trời thay đổi sẽ làm ảnh hưởng đến giá trị điện áp và tổn thất trong lưới điện Một nguyên nhân chủ yếu làm thay đổi công suất ngõ ra của hệ thống điện mặt trời là bức xạ mà tấm pin nhận được Nội dung chương này thực hiện khảo sát sự ảnh hưởng của công suất ngõ ra của hệ thống điện mặt trời đối với hai thông số cơ bản là điện áp và tổn thất trong lưới điện.

Kết quả khảo sát

Với xuất tuyến 478 và khả năng lắp đặt 7 MW công suất điện mặt trời ở khu vực An Thủy Các trường hợp thay đổi công suất ngõ ra của hệ thống điện mặt trời lần lượt là: 0%; 30%; 50%; 75% và 100% với vị trí lắp đặt tương tự như ở chương

Các điều kiện bức xạ khác nhau được thay đổi để có được các công suất ngõ ra của tấm pin như yêu cầu

Hình 4 1: Tổn thất điện áp tại các Bus ứng với sự thâm nhập của nguồn năng lượng mặt trời Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của điện áp một số bus khi bức thay đổi làm ảnh hưởng đến công suất ngõ ra của hệ thống điện mặt trời, khi công suất ngõ ra của hệ thống điện mặt trời lớn kéo theo việc gia tăng điện áp các bus trong lưới điện Các bus nằm ờ đầu đường dây (Bus10, Bus20) và các bus trên các nhánh rẽ (Bus107.10, Bus109.12) có sự thay đổi giá trị điện áp thấp Các bus là vị trí đấu nối hay lận cận nguồn điện mặt trời cho thấy giá trị tăng điện áp cao

Hình 4 2: tổn thất kW trên đường dây khi có nguồn năng lượng mặt trời xâm nhập vào

Tổng tổn thất trong lưới điện không tỷ lệ với mức độ gia tăng công suất ngõ ra của nguồn điện mặt trời nhưng tổn thất trên đường dây giảm dần khi gia tăng công suất ngõ ra của hệ thống điện mặt trời Việc có các nguồn điện mặt trời công suất xấp xỉ 1 MW làm xuất hiện thêm các MBA do yêu cầu của việc thiết kế hệ thống điện mặt trời Làm phát sinh thêm tổn thất MBA trong toàn lưới.

Tiêu đề	Tính toán ảnh hưởng của điện mặt trời đến chất lượng điện năng của lưới điện phân phối huyện Ba Tri
Tác giả	Bùi Tấn Thiện
Người hướng dẫn	TS. Huỳnh Quốc Việt
Trường học	Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Quản Lý Năng Lượng
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Bến Tre

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	2 MB