NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu tổng quan về sự phát triển của loại hình điện mặt trời mái nhà ĐMTMN tự sản tự tiêu trên thế giới và tại Việt Nam; - Xác địn
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Mục tiêu đề tài
Thành phố Sóc Trăng, trung tâm kinh tế của tiểu vùng ven biển Đông, được quy hoạch để trở thành trung tâm công nghiệp năng lượng sạch và du lịch văn hóa lịch sử [7] Với sự phát triển nhanh chóng và đạt tiêu chuẩn đô thị loại II, thành phố có nhu cầu ngày càng cao về năng lượng sạch ĐMTMN tự sản tự tiêu là một giải pháp hiệu quả để đáp ứng nhu cầu này
Tuy nhiên, sự phát triển nóng của ĐMTMN tại Việt Nam trong năm 2020 đã gây ra những ảnh hưởng đến vận hành lưới điện, đặc biệt là trong giai đoạn dịch COVID-19 năm 2021 Nhiều hệ thống ĐMTMN phải cắt giảm công suất, gây ảnh hưởng đến lợi ích tài chính của nhà đầu tư Bên cạnh đó, việc thay đổi chính sách và quy định về ĐMTMN cũng gây ra khó khăn cho các chủ đầu tư [8],[9]
Mặc dù vậy, Quyết định 500/QĐ-TTg ngày 15/5/2023 của Thủ tướng Chính phủ đã đặt ra mục tiêu đến năm 2030, 50% các tòa nhà công sở và 50% nhà dân sẽ sử dụng ĐMTMN tự sản tự tiêu [10] Đồng thời, việc giá điện tăng cao trong khi chi phí đầu tư ĐMTMN giảm dần cũng tạo động lực lớn cho việc phát triển loại hình năng lượng này [11-13]
Từ những tiền đề đó, tương lai hệ thống điện phân phối sẽ phải đối mặt với những thách thức mới khi vận hành với tỷ trọng ĐMTMN tự sản tự tiêu tăng cao như tính bất định, chất lượng điện năng, quá tải khi khách hàng sử dụng điện cân nhắc lựa chọn ĐMTMN tự sản tự tiêu như một giải pháp thay thế cho nguồn điện truyền thống ngày càng đắt đỏ
Với những lý do trên, tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà sử dụng cho mục đích tự sản tự tiêu đối với lưới điện phân phối tại thành phố Sóc Trăng” để thực hiện
1.2.1 Mục tiêu tổng quát Đánh giá các ảnh hưởng của hệ thống ĐMTMN tự sản tự tiêu đối với lưới điện phân phối tại thành phố Sóc Trăng và đề xuất các giải pháp phù hợp
- Nghiên cứu tổng quan về sự phát triển của loại hình điện mặt trời mái nhà tự sản tự tiêu trên thế giới và tại Việt Nam;
- Xác định các phát tuyến để mô phỏng ĐMTMN tự sản tự tiêu;
- Mô phỏng ảnh hưởng của ĐMTMN đối với hệ thống điện phân phối;
- Đánh giá tác động của ĐMTMN tự sản tự tiêu đến giá bán điện bình quân khu vực và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả kinh doanh điện
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các hệ thống ĐMTMN tự sản tự tiêu tại thành phố Sóc Trăng
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là xác định, mô phỏng giả lập vận hành các hệ thống ĐMTMN tự sản tự tiêu tại các khu vực điển hình thuộc thành phố Sóc Trăng bằng phần mềm ETAP với thông số nguồn và phụ tải trong năm 2023 để phân tích đánh giá các thông số ảnh hưởng đến lưới điện phân phối hiện hữu và ảnh hưởng đến giá bán điện bình quân tại khu vực
Tiến hành thu thập và tổng hợp một số tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau như: các bài báo, các đề tài nghiên cứu trước đây và các tài liệu khác có liên quan Trên cơ sở những thông tin có được, các mô hình và nghiên cứu trước đây, từ đó xác định các yếu tố ảnh hưởng của ĐMTMN tự sản tự tiêu trong lưới điện phân phối
1.4.2 Mô phỏng bằng phần mềm
Sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng hoạt động của lưới điện phân phối khi có sự tham gia của ĐMTMN Các mô phỏng giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện năng như điện áp, dòng điện, và tổn thất công suất, đồng thời đánh giá tác động kinh tế thông qua phân tích giá bán bình quân (GBBQ)
1.4.3 Phương pháp xác định GBBQ
GBBQ (đồng/kWh) được EVN xác định bằng cách tính toán trung bình giá điện theo một số tiêu chí nhất định Phương pháp thường được áp dụng gồm:
GBBQ=Doanh thu/Thương phẩm (1.1)
- Doanh thu (đồng): Tổng số tiền thu được từ việc bán điện không bao gồm tiền bán công suất vô công hay phản kháng
- Thương phẩm (kWh): Tổng lượng điện ghi nhận của khách hàng sử dụng điện
Nghiên cứu góp phần giúp tăng cường hiểu biết về tác động của điện mặt trời mái nhà cho mục đích tự sản tự tiêu đối với lưới điện phân phối, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch và phát triển điện mặt trời mái nhà tự sản tự tiêu tại Sóc Trăng
- Giúp các Cơ quan quản lý nhà nước và ngành Điện có cái nhìn toàn diện hơn về tác động của điện mặt trời mái nhà tự sản tự tiêu đối với lưới điện phân phối
- Giúp Công ty Điện lực địa phương và cấp Tổng công ty có cái nhìn tổng quát về ảnh hưởng của ĐMTMN tự sản tự tiêu đối với các vấn đề liên quan đến vận hành kỹ thuật và tác động của nó đối giá bán bình quân ảnh hưởng đến doanh thu bán điện
Chương 1 đã trình bày tổng quan về bối cảnh, lý do chọn đề tài, mục tiêu, phạm vi, phương pháp và ý nghĩa của nghiên cứu Đề tài này không chỉ có ý nghĩa khoa học trong việc bổ sung kiến thức về ĐMTMN tự sản tự tiêu mà còn mang lại giá trị thực tiễn cho các bên liên quan như cơ quan quản lý, ngành điện, người dân, doanh nghiệp và cộng đồng nghiên cứu Thông qua việc mô phỏng và phân tích, đề tài hướng đến mục tiêu đánh giá toàn diện ảnh hưởng của ĐMTMN tự sản tự tiêu đối với lưới điện phân phối tại thành phố Sóc Trăng và các tác động của nó đối với hoạt động kinh doanh điện năng truyền thống, từ đó đề xuất các giải pháp nhằm thúc đẩy phát triển bền vững nguồn năng lượng tái tạo này.
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về sự phát triển của loại hình điện mặt trời mái nhà tự sản tự tiêu trên thế giới và tại Việt Nam;
- Xác định các phát tuyến để mô phỏng ĐMTMN tự sản tự tiêu;
- Mô phỏng ảnh hưởng của ĐMTMN đối với hệ thống điện phân phối;
- Đánh giá tác động của ĐMTMN tự sản tự tiêu đến giá bán điện bình quân khu vực và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả kinh doanh điện
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các hệ thống ĐMTMN tự sản tự tiêu tại thành phố Sóc Trăng
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là xác định, mô phỏng giả lập vận hành các hệ thống ĐMTMN tự sản tự tiêu tại các khu vực điển hình thuộc thành phố Sóc Trăng bằng phần mềm ETAP với thông số nguồn và phụ tải trong năm 2023 để phân tích đánh giá các thông số ảnh hưởng đến lưới điện phân phối hiện hữu và ảnh hưởng đến giá bán điện bình quân tại khu vực
Tiến hành thu thập và tổng hợp một số tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau như: các bài báo, các đề tài nghiên cứu trước đây và các tài liệu khác có liên quan Trên cơ sở những thông tin có được, các mô hình và nghiên cứu trước đây, từ đó xác định các yếu tố ảnh hưởng của ĐMTMN tự sản tự tiêu trong lưới điện phân phối
1.4.2 Mô phỏng bằng phần mềm
Sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng hoạt động của lưới điện phân phối khi có sự tham gia của ĐMTMN Các mô phỏng giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện năng như điện áp, dòng điện, và tổn thất công suất, đồng thời đánh giá tác động kinh tế thông qua phân tích giá bán bình quân (GBBQ)
1.4.3 Phương pháp xác định GBBQ
GBBQ (đồng/kWh) được EVN xác định bằng cách tính toán trung bình giá điện theo một số tiêu chí nhất định Phương pháp thường được áp dụng gồm:
GBBQ=Doanh thu/Thương phẩm (1.1)
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu
- Thương phẩm (kWh): Tổng lượng điện ghi nhận của khách hàng sử dụng điện
Nghiên cứu góp phần giúp tăng cường hiểu biết về tác động của điện mặt trời mái nhà cho mục đích tự sản tự tiêu đối với lưới điện phân phối, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch và phát triển điện mặt trời mái nhà tự sản tự tiêu tại Sóc Trăng
- Giúp các Cơ quan quản lý nhà nước và ngành Điện có cái nhìn toàn diện hơn về tác động của điện mặt trời mái nhà tự sản tự tiêu đối với lưới điện phân phối
- Giúp Công ty Điện lực địa phương và cấp Tổng công ty có cái nhìn tổng quát về ảnh hưởng của ĐMTMN tự sản tự tiêu đối với các vấn đề liên quan đến vận hành kỹ thuật và tác động của nó đối giá bán bình quân ảnh hưởng đến doanh thu bán điện
Chương 1 đã trình bày tổng quan về bối cảnh, lý do chọn đề tài, mục tiêu, phạm vi, phương pháp và ý nghĩa của nghiên cứu Đề tài này không chỉ có ý nghĩa khoa học trong việc bổ sung kiến thức về ĐMTMN tự sản tự tiêu mà còn mang lại giá trị thực tiễn cho các bên liên quan như cơ quan quản lý, ngành điện, người dân, doanh nghiệp và cộng đồng nghiên cứu Thông qua việc mô phỏng và phân tích, đề tài hướng đến mục tiêu đánh giá toàn diện ảnh hưởng của ĐMTMN tự sản tự tiêu đối với lưới điện phân phối tại thành phố Sóc Trăng và các tác động của nó đối với hoạt động kinh doanh điện năng truyền thống, từ đó đề xuất các giải pháp nhằm thúc đẩy phát triển bền vững nguồn năng lượng tái tạo này.
Kết luận chương 1
Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg ngày 06/4/2020 của Chính phủ về cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời tại Việt Nam định nghĩa:
- Điện mặt trời là điện được sản xuất từ các tấm quang điện theo nguyên lý biến đổi quang năng thành điện năng [3]
- Hệ thống điện mặt trời mái nhà là hệ thống điện mặt trời có các tấm quang điện được lắp đặt trên mái nhà của công trình xây dựng và có công suất không quá
01 MW, đấu nối trực tiếp hoặc gián tiếp vào lưới điện có cấp điện áp từ 35 kV trở xuống [3]
Tổ chức, cá nhân đầu tư lắp đặt hệ thống ĐMTMN phải đảm bảo các yêu cầu về an toàn điện, an toàn công trình xây dựng, môi trường, phòng chống cháy nổ theo quy định hiện hành
Thông tư số 01/2023/TT-BCT của Bộ Công Thương bãi bỏ cụm từ “không quá 01 MW và 1,25 MWp” tại điểm a khoản 2 Điều 5 của Thông tư số 18/2020/TT- BCT ngày 17/7/2020 [8]
2.1.2 ĐMTMN tự sản tự tiêu ĐMTMN tự sản tự tiêu là hệ thống điện mặt trời mái nhà phục vụ tiêu thụ tại chỗ, không bán điện vào hệ thống điện quốc gia và đối tượng được đề xuất áp dụng là nhà dân và cơ quan công sở [10]
2.1.3 Tổng quan ĐMTMN tự sản tự tiêu trên thế giới
Hiện nay ĐMTMN sử dụng cho mục đích tự sản tự tiêu trên thế giới còn có một số quan điểm với cách gọi “tự tiêu thụ” Các hệ thống ĐMTMN được nối lưới có hoặc không có ắc quy lưu trữ
Theo báo cáo Năng lượng tái tạo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) năm
2022 về Phân tích và dự báo tầm nhìn đến 2027 [14], điện mặt trời mái nhà sử dụng mục đích tự tiêu thụ được nhắc đến tại nhiều quốc gia trên thế giới, do giá điện tăng cao nguyên nhân do các yếu tố đầu vào bị ảnh hưởng từ tình hình mất ổn định của kinh tế toàn cầu gây ra bởi các cuộc xung đột ở một số khu vực và chiến tranh tại
TỔNG QUAN VỀ ĐMTMN TỰ SẢN TỰ TIÊU
Cấu tạo của hệ thống ĐMTMN
Tấm pin mặt trời bao gồm các tế bào (cell) ghép lại, được sản xuất phổ biến nhất từ silicon Các tế bào có thể chế tạo từ các tấm wafer (được sản xuất bằng cách cắt tấm wafer từ một khối vật liệu dạng thỏi rắn) hoặc màng mỏng phủ trên các bề mặt của vật liệu với chi phí thấp Quyết định sử dụng tế bào tinh thể đắt tiền hơn hay mô-đun fim mỏng ít tốn kém hơn thường phụ thuộc vào diện tích khoảng không, vì các mô đun màng mỏng cần nhiều diện tích hơn cho mỗi kWp được lắp đặt
Bộ biến tần có chức năng biến đổi dòng điện một chiều (DC) từ các dàn pin điện mặt trời hoặc dàn pin lưu trữ thành dòng điện xoay chiều (AC) cấp lên lưới điện mini hoặc trực tiếp cho hộ tiêu thụ Tuổi thọ của các bộ biến tần thường khoảng 7-10 năm Yếu tố rủi ro do hỏng và thay thế thiết bị hết tuổi thọ cần phải được xem xét đến trong tính toán cấp điện, đặc biệt tại các vùng xa nơi không có đơn vị cung cấp dịch vụ sửa chữa và thiết bị thay thế
Hình 2.1 Sơ đồ cấp điện và đấu nối cho một hệ thống cấp điện bằng tấm pin mặt trời nối lưới hạ thế [24]
Là pin công nghiệp chu kỳ sâu (deep cycle) được thiết kế đặc biệt cho thời gian hoạt động lâu dài và được tối ưu hóa cho các chu kỳ xả sâu và nạp lại được tạo ngoài lưới và nối lưới nhỏ hoạt động hàng ngày ở các trạng thái khác nhau của sạc và một chế độ hoạt động khó khăn như vậy yêu cầu pin công nghiệp chu kỳ sâu để cung cấp độ tin cậy cao và chi phí vòng đời thấp nhất cho người dùng Pin lưu trữ ứng dụng cho cấp điện ngoài lưới phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật IEC 61427 và một số tiêu chuẩn khác như IEC 60050-482, IEC 62485-2…
Bảng 2.1 Một số loại Ắc quy và đặc điểm chính
STT Loại pin Ứng dụng
1 Pin chì (Lead based) Dùng rộng rãi, giá thành rẻ/kWh
Dùng trong môi trường khắc nghiệt (biển đảo) Tuổi thọ cao (20 năm) Độ tin cậy cao Dung lượng giảm dần theo thời gian Khả năng hoạt động ở môi trường nhiệt độ cao
3 Pin Lithium-ion Mật độ năng lượng cao Nhỏ gọn và nhẹ Không cần bảo dưỡng Tuổi thọ tương đối cao
4 Pin Sodium Mật độ năng lượng cao, nhẹ Hiệu suất ổn định
Chi phí bảo dưỡng thấp
Hệ thống ĐMTMN phổ biến tại Việt Nam là sử dụng ĐMTMN nối lưới do được hưởng các chính sách khuyến khích từ Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg và đã hết hiệu lực ngày 31/12/2020 Hiện nay trên thị trường giải pháp sử dụng ĐMTMN nối lưới kết hợp giải pháp zero export để không có lượng điện năng dư thừa phát ngược lên lưới đang được một số doanh nghiệp tại Việt Nam giới thiệu
Giải pháp Zero Export nhằm hỗ trợ khách hàng lắp đặt hệ thống điện mặt trời mái nhà tự dùng trong thời gian chờ đợi cơ chế và hướng dẫn chính thức từ cơ quan quản lý Giải pháp này sử dụng một thiết bị đo thông minh để kiểm soát sản lượng điện từ năng lượng mặt trời, đảm bảo chỉ cung cấp đủ cho nhu cầu sử dụng mà không dư thừa phát ngược lên lưới điện quốc gia [25]
Chức năng Zero Export kết hợp với một thiết bị đo gọi là Smart Meter (tùy từng công suất của hệ thống có thể bổ sung thêm biến dòng điện CT) Khi được kích hoạt hệ thống đảm bảo lượng điện năng được sản xuất ra từ năng lượng mặt trời chỉ cung cấp cho phụ tải tự dùng mà không phát ngược lên lưới của ngành điện
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời mái nhà sử dụng zero export [25]
Việc tích hợp ĐMT vào lưới điện phân phối ngày càng tăng trên toàn cầu mang lại nhiều lợi ích về môi trường và kinh tế Tuy nhiên, việc này cũng đặt ra nhiều thách thức cho việc vận hành và quản lý lưới điện phân phối Dưới đây là một số ảnh hưởng chính của ĐMT lên lưới điện phân phối [26]:
- Tăng điện áp: Sự gia tăng công suất phát từ các hệ thống ĐMT, đặc biệt là vào những ngày nắng, có thể làm tăng điện áp trên lưới điện phân phối vượt quá giới hạn cho phép Điều này có thể gây hư hỏng các thiết bị điện và làm giảm tuổi thọ của chúng
- Giảm tổn thất điện năng: Việc lắp đặt ĐMT gần các phụ tải có thể giúp giảm tổn thất điện năng trên đường dây truyền tải và phân phối ĐMT cung cấp nguồn điện gần với nơi tiêu thụ, do đó giảm được lượng điện năng bị mất đi do truyền tải trên đường dây dài
- Mất cân bằng điện áp: Trong hệ thống điện ba pha, sự khác biệt về công suất phát của ĐMT giữa các pha có thể gây ra mất cân bằng điện áp Điều này có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện ba pha và gây ra các vấn đề về chất lượng điện năng đổi điện một chiều thành điện xoay chiều có thể tạo ra sóng hài, gây ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và làm tăng tổn thất trong lưới điện phân phối
- Ảnh hưởng đến các thiết bị bảo vệ: Sự thay đổi dòng điện và điện áp do ĐMT có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ trên lưới điện phân phối, gây ra tình trạng bảo vệ không chính xác hoặc không kịp thời
Luận văn đã trình bày tổng quan về ĐMTMN tự sản tự tiêu, bao gồm khái niệm, các mô hình trên thế giới, cấu tạo hệ thống và các ảnh hưởng của ĐMT đối với lưới điện phân phối ĐMTMN tự sản tự tiêu là một giải pháp năng lượng tiềm năng, đang được triển khai ở nhiều quốc gia với các chính sách và quy định khác nhau Tuy nhiên, cần có thêm nghiên cứu để đánh giá đầy đủ tác động của ĐMTMN tự sản tự tiêu đối với lưới điện và thị trường điện, đặc biệt là trong bối cảnh Việt Nam.
Kết luận chương 2
Hệ thống ĐMTMN đấu nối vào lưới điện do EVN quản lý hiện đang được thực hiện theo các điều kiện kỹ thuật sau [9]:
Tại mọi thời điểm đang nối lưới, hệ thống điện mặt trời được phép đấu nối với lưới điện hạ áp 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 sau:
Bảng 3.1 Thời gian duy trì vận hành phát điện tối thiểu theo tần số
Dải tần số của hệ thống điện Thời gian duy trì tối thiểu
49 Hz đến 51 Hz Phát liên tục
Khi tần số hệ thống điện lớn hơn 50,5 Hz, hệ thống điện mặt trời có công suất từ 20 kWp trở lên phải giảm công suất tác dụng xác định theo công thức sau:
- ∆P: Mức giảm công suất phát tác dụng (MW);
- Pm: Công suất tác dụng tương ứng với thời điểm trước khi thực hiện giảm công suất (MW);
- fn: Tần số hệ thống điện trước khi thực hiện giảm công suất (Hz)
Hệ thống điện mặt trời phải có khả năng duy trì vận hành phát điện liên tục trong các dải điện áp tại điểm đấu nối theo quy định tại bảng sau:
ĐIỀU KIỆN KỸ THUẬT CỦA ĐMTMN ĐẤU NỐI VÀO LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA
Hệ thống ĐMTMN đấu nối vào lưới điện trung áp
10 Thông tư 39/2015/TT-BCT Hệ thống ĐMTMN được phép sử dụng hệ thống nối đất của tòa nhà hoặc công trình xây dựng
Hệ thống điện mặt trời phải trang bị thiết bị bảo vệ đảm bảo các yêu cầu sau:
- Tự ngắt kết nối với lưới điện phân phối khi xảy ra sự cố nội bộ hệ thống điện mặt trời;
- Tự ngắt kết nối khi xảy ra sự cố từ lưới điện phân phối và không phát điện lên lưới khi lưới điện phân phối đang mất điện;
- Không tự động kết nối lại lưới điện khi chưa đảm bảo các điều kiện sau: + Tần số của lưới điện duy trì trong dải từ 48Hz đến 51Hz trong thời gian tối thiểu 60 giây;
+ Điện áp tất cả các pha tại điểm đấu nối duy trì trong dải từ 85% đến 110% điện áp định mức trong thời gian tối thiểu 60 giây
Hệ thống điện mặt trời đấu nối vào lưới điện trung áp 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 sau:
Bảng 3.6 Thời gian duy trì vận hành phát điện tối thiểu theo tần số
Dải tần số của hệ thống điện Thời gian duy trì tối thiểu
49 Hz đến 51 Hz Phát liên tục
Khi tần số hệ thống điện lớn hơn 50,5 Hz, hệ thống điện mặt trời có công suất từ 20 kWp trở lên phải giảm công suất tác dụng xác định theo công thức sau:
- ∆P: Mức giảm công suất phát tác dụng (MW);
- Pm: Công suất tác dụng tương ứng với thời điểm trước khi thực hiện giảm công suất (MW);
- fn: Tần số hệ thống điện trước khi thực hiện giảm công suất (Hz)
Hệ thống 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:
Hình 3.1 Đặc tính thời gian duy trì vận hành phát điện theo dải điện áp
- Điện áp dưới 0,3 pu, 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 theo công thức sau:
Tmin (giây): Thời gian duy trì phát điện tối thiểu;
U (pu): Điện áp thực tế tại điểm đấu nối tính theo đơn vị pu (đơn vị tương đối)
- Điện áp từ 0,9 pu đến dưới 1,1 pu, hệ thống điện mặt trời phải duy trì vận hành phát điện liên tục; hành phát điện trong thời gian 03 giây;
- Điện áp từ 1,15 pu đến dưới 1,2 pu, hệ thống điện mặt trời phải duy trì vận hành phát điện trong thời gian 0,5 giây
Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không vượt quá 05% điện áp danh định
Cho phép thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha trên lưới điện phân phối trong một số thời điểm vượt quá giá trị nêu trên nhưng phải đảm bảo 95% các giá trị đo với thời gian đo là ít nhất 01 tuần và tần suất lấy mẫu 10 phút/lần không được vượt quá giới hạn quy định
Hệ thống ĐMTMN đấu nối vào lưới điện trung áp phải đảm bảo không gây ra biến dạng sóng hài điện áp vượt quá giá trị quy định tại bảng sau:
Bảng 3.7 Giá trị giới hạn sóng hài điện áp cấp trung áp
Cấp điện áp Tổng biến dạng Biến dạng riêng lẻ
Hệ thống ĐMTMN đấu nối vào lưới điện trung áp phải đảm bảo không gây ra biến dạng sóng hài dòng điện vượt quá giá trị quy định tại bảng sau:
Bảng 3.8 Giá trị giới hạn sóng hài dòng điện cấp trung áp
Cấp điện áp Tổng biến dạng Biến dạng riêng lẻ
3.2.4.3 Cho phép đỉnh nhọn bất thường của sóng hài trên lưới điện phân phối vượt quá tổng biến dạng sóng hài quy định nêu trên nhưng phải đảm bảo 95% các giá trị đo sóng hài điện áp và sóng hài dòng điện với thời gian đo ít nhất 01 tuần và tần suất lấy mẫu 10 phút/lần không được vượt quá giới hạn quy định
Trong điều kiện vận hành bình thường, mức nhấp nháy điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong Bảng 2 như sau:
Bảng 3.9 Mức nhấp nháy điện áp
Cấp điện áp Mức nhấp nháy cho phép
Hệ thống điện mặt trời đấu nối vào lưới điện phải nối đất trung tính theo Điều
10 Thông tư 39/2015/TT-BCT Hệ thống ĐMTMN được phép sử dụng hệ thống nối đất của tòa nhà hoặc công trình xây dựng
3.2.7 Bảo vệ và đóng cắt
Hệ thống ĐMTMN phải trang bị thiết bị bảo vệ đảm bảo các yêu cầu như sau:
- Tự ngắt kết nối với lưới điện khi xảy ra sự cố nội bộ hệ thống ĐMTMN;
- Tự ngắt kết nối khi xảy ra sự cố ngắn mạch từ lưới điện và không phát điện lên lưới khi lưới điện phân phối đang mất điện;
- Không tự động kết nối lại lưới điện khi chưa đảm bảo các điều kiện sau; + Tần số của lưới điện duy trì trong dải từ 48Hz đến 51Hz trong thời gian tối thiểu 60 giây;
+ Điện áp tất cả các pha tại điểm đấu nối duy trì trong dải từ 85% đến 110% điện áp định mức trong thời gian tối thiểu 60 giây
Hệ thống ĐMTMN cần trang bị thiết bị đóng cắt như cầu chì tự rơi phối hợp với dao cách ly/dao cắt có tải hoặc máy cắt/recloser theo thỏa thuận với Đơn vị Điện lực tại điểm đấu nối với lưới điện
Các thông tin hoạt động của hệ thống ĐMTMN phải được giám sát thông qua hệ thống giám sát năng lượng từ xa (của chủ đầu tư hoặc của nhà sản xuất thiết bị cung cấp thông tin cho chủ đầu tư) và được chia sẻ cho Đơn vị Điện lực (nếu có yêu cầu) để phối hợp giám sát trong quá trình vận hành hệ thống ĐMTMN
3.2.9 Bảo vệ chống sét lan truyền
Hệ thống AC và hệ thống DC của hệ thống ĐMTMN phải trang bị các thiết bị chống sét lan truyền như chống sét van, thiết bị cắt sét … được bố trí tại hộp đấu nối
AC và DC để chống quá điện áp lan truyền trên đường dây do sét hoặc do quá điện áp nội bộ sinh ra trong hệ thống điện (xem sơ đồ bố trí các thiết bị chi tiết hình bên dưới) đảm bảo các chức năng sau:
+ Bảo vệ bên ngoài bằng hệ thống chống sét trực tiếp (tức là không để sét đánh trúng vào hệ thống điện mặt trời): Mái nhà, xưởng phải có hệ thống chống sét trực tiếp và bao phủ toàn bộ hệ thống tấm pin mặt trời ở trên mái
+ Bảo vệ chống quá điện áp khí quyển lan truyền bằng thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường dây DC trước khi đấu nối vào inverter và trên đường dây
AC tại mỗi đầu ra inverter trước khi đấu nối hòa vào lưới điện
+ Nối đất của hệ thống chống sét phải độc lập với nối đất an toàn của hệ thống ĐMTMN
Hình 3.2 Sơ đồ bố trí các thiết bị
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐMTMN TỰ SẢN TỰ TIÊU CHO MỘT XUẤT TUYẾN TẠI THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG
Đặc điểm lưới điện thành phố Sóc Trăng
1 tới tháng 4 gió chuyển dần từ hướng Đông sang Đông Nam; từ tháng 5 đến tháng 9 gió chuyển dần theo hướng Đông Nam sang Tây Nam và Tây; sang tháng 10 gió thay đổi từ hướng Tây Nam đến Tây Bắc và hướng Đông Tốc độ gió trung bình khoảng 3-6m/giây Tuy nhiên nhiều cơn gió mạnh trong mưa có thể đạt tốc độ 25-35m/giây Thành phố Sóc Trăng ít chịu ảnh hưởng của gió bão
Nhìn chung, điều kiện khí hậu không có những trở ngại cho phát triển dịch vụ, công nghiệp, nông nghiệp và du lịch, Điện lực thành phố Sóc Trăng trực thuộc Công ty Điện lực Sóc Trăng, quản lý cung cấp điện trên địa bàn thành phố Sóc Trăng [29]
Thành phố Sóc Trăng đang được cung cấp điện từ trạm biến áp 110 kV Sóc Trăng (ST) với tổng dung lượng máy biến áp 126 MVA (2x63 MVA) và trạm 110 kV Khu Công nghiệp (KCN) 40 MVA chủ yếu cấp điện cho Khu Công nghiệp An Nghiệp với tổng 16 phát tuyến
4.2.1.1 Các phát tuyến thuộc T1 trạm 110 kV ST và T1 trạm 110 kV KCN: Trạm 110 kV ST: có 06 phát tuyến bao gồm: T471ST; 473ST; 475ST; 477ST; 479ST; 481ST; Trạm 110 kV Khu Công Nghiệp: có 05 phát tuyến bao gồm: T471KCN (chưa mang tải); 473KCN (chưa mang tải); 475KCN; 477KCN; 479KCN Đặc điểm từng phát tuyến:
- Tuyến 471ST: Cấp điện khu vực TPST, một phần Khu Công nghiệp An Nghiệp và huyện Châu Thành, Kế Sách Đặc điểm thành phần phụ tải chính là sinh hoạt, sản xuất
- Tuyến 473ST: Cấp điện khu vực TPST và huyện Long Phú Đặc điểm phụ tải chính là sinh hoạt, sản xuất
- Tuyến 475ST: Cấp điện khu vực TPST và huyện Mỹ Xuyên Đặc điểm phụ tải sinh hoạt, sản xuất
- Tuyến 477ST: Cấp điện cho khu vực TPST và một phần khu vực huyện Châu Thành Đặc điểm phụ tải sinh hoạt, sản xuất
- Tuyến 479ST: Cấp điện cho khu vực huyện Mỹ Xuyên, huyện Trần Đề (trên tuyến 479ST khu vực TPST không có TBA) Đặc điểm phụ tải sinh hoạt, nuôi trồng thủy sản (chủ yếu là tôm)
- Tuyến 481ST: Cấp điện khu vực TPST Đặc điểm phụ tải sinh hoạt, sản xuất, dịch vụ kinh doanh, bệnh viện
Các phát tuyến thuộc trạm 110 kV KCN cấp điện chủ yếu Khu Công nghiệp An Nghiệp
- T471KCN và T473 KCN chưa mang tải
- T475, T477 và T479 KCN cấp điện cho Khu Công nghiệp An Nghiệp, ngoài ra T479 KCN cũng cung cấp điện các hộ dân khu vực Quốc lộ 60
4.2.1.2 Các phát tuyến thuộc T2 trạm 110 kV ST:
MBA T2 Trạm 110 kV ST: có 05 phát tuyến bao gồm: T472ST; 474ST; 476ST; 478ST; 480ST Đặc điểm từng phát tuyến:
- Tuyến 472ST: Cấp điện khu vực TPST, một phần Khu Công nghiệp An Nghiệp và huyện Châu Thành Đặc điểm phụ tải sinh hoạt, sản xuất
- Tuyến 474ST: Cấp điện khu vực TPST các cơ quan quan trọng như Tỉnh ủy, Ủy ban tỉnh, Ủy ban TPST, các cơ quan hành chính sự nghiệp khác trên địa bàn Đặc điểm phụ tải sinh hoạt, văn phòng
- Tuyến 476ST: Cấp điện khu vực TPST và huyện Mỹ Xuyên Đặc điểm phụ tải sinh hoạt, sản xuất
- Tuyến 478ST: Cấp điện cho khu vực nội ô TPST Đặc điểm phụ tải sinh hoạt, sản xuất và các cơ quan hành chính sự nghiệp
Số liệu quản lý của Điện lực thành phố Sóc Trăng tính đến đầu năm 2023:
- Số khách hàng sử dụng điện trên địa bàn thành phố Sóc Trăng là 47.441, trong đó: Khách hàng sử dụng điện cho mục đích sinh hoạt là 43.932 khách hàng (chiếm 92,60%); khách hàng sử dụng điện cho mục đích ngoài sinh hoạt là 3.509 khách hàng (chiếm 7,40%) dây 22kV: 188,749 km (01 pha: 13,941km, 3 pha: 164,606km, cáp ngầm: 10,202km); đường dây hạ thế là 273,446 km (01 pha: 87,612km; 3 pha: 185,826km); 707 trạm biến áp với tổng dung lượng là 282.030 kVA (01 pha: 149 trạm/6.620kVA, 03 pha:
- Điện lực đã ký hợp đồng với 430 chủ đầu tư đang lắp đặt hệ thống điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN) với tổng công suất là 23.854 kWp Các hệ thống ĐMTMN được phân bổ khắp thành phố Sóc Trăng, nếu xét về công suất thì xuất tuyến 477CN có công suất lắp đặt cao nhất với 6,661MWp (tương ứng 27,93% tổng công suất ĐMTMN trên địa bàn) chủ yếu lắp đặt trên các mái nhà của các khu công nghiệp
Bảng 4.1 Tỷ trọng điện sử dụng theo thành phần phụ tải và công suất ĐMTMN năm 2023
Hình 4.1 Tỷ trọng điện theo thành phần phụ tải các phát tuyến tại TP Sóc
Qua khảo sát đặc điểm cung cấp điện cho các thành phần phụ tải năm 2023 (Hình 4.1 và Bảng 4.1), tuyến 474ST và 478ST có tỷ lệ cao hơn so với các phát tuyến còn lại về sử dụng điện cho cơ quan hành chính, 02 phát tuyến này có phụ tải cơ quan hành chính chiếm tỷ trọng 52,51% cao hơn so với các phát tuyến khác, trong đó cao nhất là tuyến 474ST với tỷ trọng 29,08% Điều này có thể cho thấy rằng có nhu cầu lớn về điện trong giờ làm việc, khi mà hệ thống ĐMTMN có thể hoạt động hiệu quả nhất
Mặt khác, tuyến 478ST có tỷ lệ sử dụng điện cho sinh hoạt cao nhất, chiếm tỷ trọng 33,41% so với các tuyến khác Điều này có thể cho thấy rằng có nhu cầu lớn về điện trong suốt cả ngày, bao gồm cả buổi tối khi mà hệ thống ĐMTMN không thể sản xuất điện Tuy nhiên, với hệ thống tự sản tự tiêu, điện sản xuất vào ban ngày có thể được lưu trữ lại để sử dụng vào buổi tối
Phát tuyến 474ST và 478ST trạm 110 kV Sóc Trăng có tỷ trọng của các thành phần phụ tải phù hợp và nổi bật so với các phát tuyến khác để tiến hành nghiên cứu và đánh giá các ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà tự sản tự tiêu.
Khảo sát mức độ ảnh hưởng ĐMTMN
Phát tuyến 474 Sóc Trăng có chiều trục chính khoảng 18 km, phụ tải toàn tuyến có công suất đặt 21,8 MVA Tuyến 474 Sóc Trăng chủ yếu đảm bảo cung cấp điện cho các thành phần phụ tải quan trọng là cơ quan hành chính và bệnh viện trên địa bàn thành phố Sóc Trăng
Toàn tuyến hiện có 65 hệ thống điện mặt trời mái nhà đang kết nối với lưới phân phối ở cấp 0,4 kV tại 19 TBA với tổng công suất 1.029 kWp (chiếm tỷ trọng 4% tổng công suất ĐMTMN được lắp đặt toàn TP Sóc Trăng)
Bảng 4.2 Số liệu về công suất hệ thống ĐMTMN tại tuyến 474
STT Tên trạm Công suất TBA
Có thể thấy rằng công suất ĐMTMN tại khu vực tuyến 474ST khá đa dạng, với công suất từ thấp nhất là 5 kWp tại các trạm Kinh Nhân Lực 2 và Lê Duẩn, đến cao nhất là 261,2 kWp tại trạm Phú Lợi 1A
Tổng công suất ĐMTMN của toàn bộ khu vực là 1.029 kWp, trong khi tổng công suất của các trạm biến áp (TBA) là 21,8 MVA Điều này cho thấy rằng công suất ĐMTMN chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng công suất TBA, cho thấy tiềm năng lớn để mở rộng hệ thống ĐMTMN tại khu vực này
Hình 4.2 Biểu đồ cơ cấu thành phần phụ tải tuyến 474ST
Tuyến 474ST chủ yếu cấp điện cho các khách hàng theo cơ cấu phụ tải như: Phụ tải bệnh viện (CQBV) chiếm 18,33%, phụ tải cơ quan (CQHC) chiếm 13,84%, phụ tải thương mại dịch vụ (KDDV) chiếm 18,21%, phụ tải sinh hoạt (SHBT) chiếm 39,23% và phụ tải sản xuất (SXBT) chiếm 10,39% (Hình 4.2)
Phát tuyến 478ST có chiều dài trục chính khoảng 13 km, phụ tải toàn tuyến có công suất đặt 32,7 MW Tuyến này chủ yếu đảm bảo cung cấp điện cho các thành phần phụ tải sinh hoạt chiếm 64,93%, cơ quan hành chính 5,57%, bệnh viện 1,98%, sản xuất 12,28% và kinh doanh dịch vụ 15,24% (Hình 4.3)
Hình 4.3 Biểu đồ cơ cấu thành phần phụ tải tuyến 478ST
Toàn tuyến hiện có 153 hệ thống điện mặt trời mái nhà đang kết nối với lưới phân phối ở cấp 0,4 kV tại 56 TBA với tổng công suất 3.438 kWp (chiếm tỷ trọng 14% tổng công suất ĐMTMN được lắp đặt toàn TP Sóc Trăng)
Bảng 4.3 Số liệu về công suất hệ thống ĐMTMN tại tuyến 478ST
STT Tên trạm Công suất trạm
STT Tên trạm Công suất trạm
49 Công Ty Đại Thành Phát 250 250
51 Công ty TNHH Toàn Tâm 400 475,2
STT Tên trạm Công suất trạm
Tuyến 478ST tuy có tỷ trọng lắp đặt ĐMTMN cao hơn so với tuyến 474ST tuy nhiên khi xét về tỷ lệ lắp đặt thì 02 tuyến đều vẫn còn tiềm năng để phát triển thêm nguồn ĐMTMN cho mục đích tự sản tự tiêu theo mục tiêu đặt ra tại Nghị quyết số 55/NQ-TW ngày 11/02/2020 của Bộ Chính trị đã quy định “Tỉ lệ các nguồn năng lượng tái tạo trong tổng cung năng lượng sơ cấp đạt khoảng 15 - 20% vào năm 2030;
Bảng 4.4 Tỷ lệ % giữa công suất ĐMTMN và công suất đặt
Công suất ĐMTMN đang vận hành (kWp) (2)
4.3.3 Cơ sở chọn thời gian thu thập dữ liệu
Theo dữ liệu bức xạ tại trang Global Solar Atlas tháng 2, khu vực TPST có tổng lượng bức xạ cao nhất trong năm và đạt mức 4.389 Wh/m 2 (Bảng 4.5), mức bức xạ cao nhất diễn ra tại khung giờ 12-13 của tháng 2 với mức bức xạ 523 Wh/m 2 và là khung thời gian có bức xạ cao nhất trong năm [30], dễ dàng quan sát thông qua đặc tuyến bức xạ tại Hình 4.4
Bảng 4.5 Bức xạ TP Sóc Trăng theo Global Solar Atlas [30]
Hình 4.4 Đặc tuyến bức xạ thành phố Sóc Trăng
474ST và 478ST tại thời điểm tháng 2 năm 2023 để nghiên cứu
Hình 4.5 Biểu đồ công suất phát tuyến 474ST
Biểu đồ công suất các ngày tháng 02 năm 2023 cho thấy phụ tải của tuyến 474ST (Hình 4.5) có những biến động theo thời gian trong ngày và theo các ngày trong tháng
Cụ thể, phụ tải thấp nhất thường xảy ra vào khoảng thời gian từ 01:00 đến 06:00, tăng cao vào buổi sáng từ 07:00 đến 09:00 khi cơ quan hành chính bắt đầu hoạt động và đạt đỉnh vào khoảng thời gian từ 14:00 đến 15:00 và giảm dần, sau đó có xu hướng tăng từ 17:00 đến 19:00 khi nhu cầu sử dụng điện sinh hoạt tăng cao, và giảm dần từ 20:00 đến 06:00 sáng hôm sau, cao điểm của tuyến tập trung ở khoảng thời gian 14:00 đến 16:00
Hình 4.6 Biểu đồ công suất phát tuyến 478 Sóc Trăng
Biểu đồ công suất các ngày tháng 02 năm 2023 cho thấy phụ tải của tuyến 478 (Hình 4.6) có những biến động theo thời gian trong ngày và theo các ngày trong tháng Phụ tải thấp nhất thường xảy ra vào khoảng thời gian từ 01:00 đến 06:00, tăng cao vào buổi sáng từ 07:00 đến 09:00, sau đó bắt đầu giảm từ 10:00 đến 12:00 và tăng lại vào khoảng thời gian từ 13:00 đến 15:00, sau đó có xu hướng tăng từ 17:00 đến 21:00 và giảm dần từ 21:00 đến 06:00 sáng hôm sau Giờ cao điểm của tuyến xảy ra vào buổi tối Phụ tải sinh hoạt chiếm 64,81%, điều này phản ánh thói quen sinh hoạt và làm việc của người dân, cũng như hoạt động của các doanh nghiệp Biểu đồ cũng cho thấy sự giảm nhẹ của phụ tải vào cuối tuần, có thể do nhu cầu sử dụng điện của các cơ quan hành chính và doanh nghiệp giảm bớt Với tỷ lệ phụ tải lớn nhất, hoạt động sinh hoạt có ảnh hưởng đáng kể đến biến động công suất Các biểu đồ cho thấy sự tăng cường phụ tải vào buổi tối, có thể do việc sử dụng các thiết bị điện trong gia đình Sự tăng phụ tải vào giữa ngày có thể liên quan đến hoạt động của các cơ sở kinh doanh và dịch vụ, nhất là vào những ngày trong tuần.
Cơ sở lý thuyết mô hình của các phần tử trong hệ thống điện
Tuyến 478ST, Pmax=9,187MW tại thời điểm lúc 21:00 ngày 21/02/2023, Pmin=4,424 MW tại thời điểm 09:00 ngày 26/02/2023
Dữ liệu này sẽ được chọn là thông số để đánh giá tính phù hợp giữa mô phỏng và vận hành thực tế
Chương này tiến hành mô phỏng lưới điện nghiên cứu dựa trên phát tuyến thực tế 474ST, 478ST thuộc trạm 110 kV Sóc Trăng bằng chương trình ETAP nhằm khảo sát đánh giá mức độ xâm nhập của ĐMTMN cho lưới phân phối
Các phần tử chính trong hệ thống điện được mô phỏng bằng các mô hình toán học để đơn giản hóa tính toán và phân tích Các mô hình này thường được biểu diễn dưới dạng các phương trình toán học hoặc các mạch điện tương đương, cho phép tính toán các đại lượng điện như điện áp, dòng điện, công suất và tổn thất Cụ thể [36]:
4.4.1 Mô hình đường dây truyền tải Đường dây truyền tải trong hệ thống điện được mô hình hóa bằng các thông số tại Hình 4.7 như điện trở (r), cảm kháng (x), dung dẫn (b), và điện dẫn rò (g); Đầu đường dây: Công suất SP, dòng điện IP, điện áp UP; Cuối đường dây: Công suất SN, dòng điện IN, điện áp UN Các thông số này giúp mô phỏng chính xác hiệu suất truyền tải và tổn thất năng lượng trên đường dây
Hình 4.7 Mô hình đường dây truyền tải
Các đại lượng điện quan tâm: điện áp, dòng điện, công suất, hệ số công suất ở đầu và cuối đường dây Tùy thuộc vào chiều dài và đặc điểm kỹ thuật của đường dây, có ba mô hình phổ biến để mô tả các đường dây truyền tải:
- Mô hình thông số rải xem xét các thông số của đường dây dài áp dụng cho các đường dây có chiều dài (l) lớn hơn 240km (Hình 4.8) Mô hình này sử dụng các phương trình vi phân để mô tả sự thay đổi của điện áp và dòng điện theo chiều dài đường dây, từ đó tính toán các thông số như điện áp, dòng điện, công suất và tổn thất ở đầu và cuối đường dây
Hình 4.8 Mạch thay thế thông số rải đường dây dài
+ Các biểu thức tổng quát:
- Mô hình đường dây ngắn (Hình 4.9): Dành cho các đường dây có chiều dài dưới 80km, nơi mà điện dẫn rò và dung dẫn có thể được bỏ qua do giá trị nhỏ của chúng Với G=0, Y=0 => 𝐴̇ = 1; 𝐵̇ = 𝑍̇; 𝐶̇ = 0; 𝐷̇ = 1 Do đó:
Hình 4.9 Mô hình đường dây ngắn
- Mô hình đường dây trung bình: Áp dụng cho các đường dây có chiều dài từ 80km đến 240km, bỏ qua điện trở rò G=0 Có 02 mô hình tính toán được áp dụng:
Mô hình hình T và Mô hình hình Trong đó Mô hình hình được sử dụng phổ biến (Hình 4.10), cụ thể 𝐴̇ = 𝐷̇ = (1 + 𝑌̇𝑍̇
Hình 4.10 Mô hình đường dây ngắn dạng Mô hình hình
4.4.2 Mô hình máy biến áp
MBA là một thiết bị điện quan trọng, có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều từ một cấp điện áp này sang một cấp điện áp khác Mô hình MBA thường được biểu diễn dưới dạng một mạch điện tương đương, bao gồm các phần tử như điện trở, điện cảm và các nhánh từ hóa Trên lưới điện phân phối tại thành phố Sóc Trăng chủ yếu là loại MBA 02 cuộn dây [29] Đây là loại MBA phổ biến trên lưới điện Việt Nam hiện nay Sau đây là mạch tương đượng của MBA 02 cuộn dây được biểu diễn trên cơ sở 01 pha
Mô hình MBA hai cuộn dây là mô hình cơ bản nhất, biểu diễn MBA có hai cuộn dây: cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp Các thông số này có thể được xác định thông qua các thí nghiệm không tải và ngắn mạch
Hình 4.11 Mô hình MBA 02 cuộn dây
Các thông số định mức thường đi kèm hồ sơ chế tạo của MBA bao gồm: Công suất định mức Sđm; Điện áp định mức phía cao U1 và hạ áp U2, tổn thất công suất tác dụng khi không tải P0 và tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch P0; dòng điện không tải phần trăm I0, điện áp ngắn mạch phần trăm UN
Hình 4.12a là mạch tương đương gần đúng với nhánh từ hóa tập trung về bên trái của sơ đồ Mặt khác, vì tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng trong lõi sắt MBA gần như không đổi, do đó sơ đồ thay thế trong đó nhánh từ hòa được biểu diễn bởi tổn thất công suất trong lõi sắt (PFe+jQFe) như Hình 4.12b
Hình 4.12 Sơ đồ thay thế mô hình MBA 02 cuộn dây
Các thông số được xác định thông qua các thí nghiệm ngắn mạch và không tải như sau:
4.4.3 Mô hình nguồn phát điện mặt trời mái nhà
Mô hình ĐMTMN trong luận văn là mô hình ĐMTMN nối lưới, đây là một giải pháp năng lượng tái tạo Điểm đặc biệt của hệ thống này là khả năng cung cấp điện trực tiếp từ các tấm pin mặt trời vào mạng lưới điện mà không cần sử dụng đến các hệ thống lưu trữ như ắc quy (Hình 4.13)
Hệ thống này có ưu điểm lớn là giúp giảm chi phí điện năng hàng tháng, đồng thời tận dụng tối đa nguồn năng lượng tái tạo từ mặt trời Tuy nhiên, hệ thống điện mặt trời nối lưới phụ thuộc vào sự ổn định của lưới điện và không hoạt động khi lưới điện bị cắt
Hình 4.13 Sơ đồ khối hệ thống ĐMTMN nối lưới [37]
Hệ thống ĐMTMN nối lưới hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi điện năng từ dòng điện một chiều (DC) của các tấm pin thành dòng điện xoay chiều (AC) tương thích với lưới điện Bộ biến đổi DC/DC đóng vai trò ổn định nguồn điện một chiều trước khi đi vào bộ biến đổi nghịch lưu xoay chiều (inverter) Quá trình này được thực hiện bởi mạch tăng áp, trong đó các thành phần chính bao gồm cuộn cảm, công tắc điện tử, diode và tụ điện đầu ra Mạch tăng áp có hai chế độ hoạt động: dẫn liên tục và dẫn không liên tục [37] (Hình 4.14)
Trong chế độ dẫn liên tục, điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào, được mô tả bởi công thức sau:
Phương trình thể hiện điện áp tại chế độ dẫn không liên tục:
Trong đó: Vout là điện áp đầu ra; Vin là dòng điện đầu vào; k là chu kỳ nhiệm vụ;
T là thời gian chuyển mạch; Δ1 là khoảng thời gian điện áp cuộn cảm âm
Hình 4.14 Sơ đồ mạch tăng áp một chiều
Dòng điện được đưa vào lưới bởi hệ thống ĐMTMN cần được điều khiển chính xác để đảm bảo hiệu suất và an toàn của hệ thống Bộ điều khiển dòng điện có thể điều chỉnh dòng điện hệ thống ĐMTMN đưa vào lưới theo một tín hiệu dòng điện tham chiếu IDCref được tạo ra bởi bộ điều khiển điện áp một chiều Bộ điều khiển dòng điện với biến trạng thái là dòng trên điện kháng đầu ra bộ biến đổi được thiết kế trên hệ trục quay vuông góc dq [37]
Vectơ tín hiệu đầu ra bộ điều khiển [udi ,uqi ]
Hình 4.15 Bộ điều khiển điện áp một chiều và bộ điều khiển dòng điện 4.4.4 Phụ tải
Mô phỏng ETAP
Nguồn điện lưới được chọn làm nút cân bằng, nguồn ĐMTMN được đấu vào các nút phụ tải sau máy biến áp ở cấp điện áp 0,4 kV
Trong phần mô phỏng, các thông số của các phần tử được mô phỏng sẽ được nhập thông tin từ số liệu quản lý của Điện lực thành phố Sóc Trăng thuộc Công ty Điện lực Sóc Trăng Các phần tử chính được sử dụng mô phỏng tại ETAP bao gồm [31]:
4.5.1 Nguồn lưới điện (Power grid) Đây là một công cụ trong ETAP cho phép người dùng nhập các thuộc tính liên quan đến nguồn lưới điện Các thuộc tính này bao gồm điện áp định mức, công suất, trở kháng ngắn mạch và các thông số khác
ETAP đơn giản hóa việc biểu diễn lưới điện bằng cách sử dụng mạch tương đương Thevenin Điều này có nghĩa là lưới điện phức tạp được mô hình hóa như một nguồn điện áp không đổi (nguồn điện áp lý tưởng) nối tiếp với một trở kháng Chế độ hoạt động mặc định của lưới điện trong ETAP là “swing” Trong chế độ này, lưới điện được coi là một nguồn điện vô hạn, có khả năng cung cấp hoặc hấp thụ bất kỳ lượng công suất thực hoặc phản kháng nào cần thiết để duy trì điện áp và tần số ổn định trong hệ thống
Hình 4.16 Giao diện trang thông tin phần tử nguồn
Các thông số chính của trang thông tin phần tử nguồn (Hình 4.16):
- ID: Tên của nguồn (hệ thống)
- Bus: Thông tin bus nguồn kết nối đến
- Mode: Chọn chế độ hoạt động của nguồn
+ Voltage Control: Điều chỉnh điện áp
+ Mvar Control: Điều chỉnh công suất kháng
+ PF control: Điều chỉnh hệ số công suất
Hình 4.17 Thông tin trang Rating (Định mức) của phần tử nguồn
Hình 4.17 cung cấp thông tin định mức cần thiết lập cho nguồn:
- Rated: điện áp định mức; Balanced/Unbalanced: Ba pha cân bằng/ không cân bằng
- Generation Categories: Các thiết lập các thông số hoạt động của nguồn
Hình 4.18 Thông tin trang Short Circuit (Ngắn mạch)
Hình 4.18 cung cấp thông tin để mô hình hóa lưới điện như một nguồn cho các nghiên cứu ngắn mạch, bao gồm các thông số như trở kháng ngắn mạch, loại tiếp đất và các thông số liên quan khác
- SC Rating: Công suất ngắn mạch và trở kháng hệ thống
- SC Imp (100MVA base): Trở kháng hệ thống ở công suất cơ bản 100MVA
Hình 4.19 Thông tin trang Harmonic (Sóng hài)
Hình 4.19 là thông tin sóng hài của nguồn, tại đây cho phép lựa chọn dạng sóng hài có sẵn từ ETAP để phục vụ mô phỏng
Ngoài ra, phần tử nguồn còn có các thẻ thông tin khác phục vụ mô phỏng như:
- Trang Miền thời gian (Time Domain Page): Cho phép người dùng chỉ định loại dữ liệu của lưới điện được sử dụng trong tính toán Dòng tải không cân bằng trong miền thời gian
- Trang Độ tin cậy (Reliability Page): Cho phép người dùng nhập các thông số độ tin cậy của lưới điện, chẳng hạn như tỷ lệ hỏng hóc, thời gian sửa chữa trung bình và các thông số liên quan khác
- Trang Giá năng lượng (Energy Price Page): Chứa thông tin về giá năng lượng từ lưới điện, được sử dụng trong tính toán dòng chảy công suất tối ưu và các tính toán liên quan đến chi phí năng lượng thông tin bổ sung liên quan đến lưới điện, chẳng hạn như thông tin bảo trì, thử nghiệm hoặc nghiên cứu
- Trang Bình luận (Comment Page): Cho phép người dùng nhập bất kỳ dữ liệu hoặc nhận xét bổ sung nào liên quan đến lưới điện
Thông số của nguồn lưới điện sẽ được căn cứ theo số liệu vận hành của Điện lực thành phố Sóc Trăng cung cấp để thiết lập các thông tin mô phỏng, với các thông số ngắn mạch được thiết lập tại Hình 4.20
Hình 4.20 Thông số tính toán ngắn mạch của nguồn lưới
4.5.2 MBA phân phối 02 cuộn dây (2 – Winding Transfomer Editor)
Cửa sổ thiết lập mô phỏng MBA 2 cuộn dây (2-Winding Transformer Editor) trong ETAP là một công cụ toàn diện cho phép người dùng mô hình hóa và phân tích các MBA hai cuộn dây trong hệ thống điện
Nó cung cấp một loạt các trang thuộc tính, mỗi trang tập trung vào một khía cạnh cụ thể của MBA:
- Trang Thông tin (Info Page): Cho phép nhập thông tin định danh cơ bản của máy biến áp, chẳng hạn như ID, trạng thái dịch vụ (trong hoặc ngoài dịch vụ), bus sơ cấp và thứ cấp, kiểu kết nối, thẻ FDR, tên và dữ liệu của nhà sản xuất (Hình 4.21), các thông tin:
• ID: Nhập ID duy nhất cho MBA (tối đa 25 ký tự chữ và số)
• Primary Bus: Chọn bus sơ cấp mà MBA kết nối vào
• Secondary Bus: Chọn bus thứ cấp mà MBA kết nối vào
• Condition: Chọn trạng thái hoạt động của MBA (In Service - đang hoạt động hoặc Out of Service - không hoạt động)
• Connection: Chọn kiểu kết nối pha của MBA (3 pha hoặc 1 pha)
• Standard: Chọn tiêu chuẩn áp dụng cho MBA (ANSI hoặc IEC)
Hình 4.21 Cửa sổ thiết lập thông tin MBA 2 cuộn dây thông tin định mức như điện áp, công suất (MVA), loại làm mát, cài đặt và dữ liệu cảnh báo của MBA (Hình 4.22) Các thông tin chính:
• Prim kV & Sec kV: Nhập điện áp định mức của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp
• Rated MVA: Nhập công suất định mức của MBA (tối đa 3 trường có sẵn, tùy thuộc vào loại/lớp của MBA)
• Fan/Pump: Chọn nếu máy biến áp có quạt hoặc bơm làm mát
• Type/Class: Chọn loại và lớp của máy biến áp dựa trên tiêu chuẩn đã chọn
• Temperature: Chọn nhiệt độ hoạt động của MBA
• MFR: Nhập tên nhà sản xuất
Hình 4.22 Cửa số thiết lập thông tin Rating của MBA 02 cuộn dây
- Trang Nối đất (Grounding Page): Dùng để xác định kiểu nối đất của MBA, chẳng hạn như trung tính mở, nối đất rắn, nối đất điện trở hoặc nối đất điện kháng, cũng như các thông số liên quan
- Trang Trở kháng (Impedance Page): Dùng để nhập các thông số trở kháng của MBA, bao gồm cả trở kháng dương và không, tỷ lệ X/R, dữ liệu thử nghiệm không tải và thông tin về cuộn dây delta chôn
- Trang Nấc MBA (Tap Page): Cho phép người dùng chỉ định dữ liệu tap của máy biến áp, bao gồm cả tap cố định và tap LTC (Load Tap Changer), cũng như các cài đặt điều chỉnh điện áp tự động
- Trang Kích thước (Sizing Page): Cho phép tính toán kích thước MVA của máy biến áp dựa trên tải trọng, cài đặt và các yếu tố khác
- Trang Phối hợp bảo vệ (Protection Page): Cho phép người dùng vẽ đường cong hư hỏng của máy biến áp, đường cong dòng điện đột biến từ hóa và thực hiện các tính toán liên quan đến bảo vệ
Kết quả mô phỏng phân bố công suất
4.6.1.1 Trường hợp 01: Phụ tải cực đại và không có ĐMTMN Đây là điều kiện vận hành trước khi có sự tham gia của ĐMTMN vào lưới điện truyền thống, kết quả mô phỏng khi tính toán trào lưu công suất như sau:
Bảng 4.6 Kết quả tổng hợp phân bổ công suất TH1
Tổng nguồn phát-MW 5,84 Trong đó ĐMTMN phát – MW 0
Kết quả mô phỏng công suất nguồn chênh lệch với công suất Pmax lịch sử được thống kê thực tế nêu trên 50 kW, tương ứng 0,864% không có sự chênh lệch lớn so với công suất max đã được ghi nhận thực tế trong tháng 2 năm 2023
Hình 4.36 Đặc tính điện áp dọc tuyến 474ST (TH1)
Hình 4.36 thể hiện sự thay đổi của điện áp dọc theo trục chính xuất tuyến 474ST, Điện áp có xu hướng giảm dần từ điểm đầu đến điểm cuối của trục chính xuất tuyến
474 Điện áp giảm dần theo chiều dài của tuyến phù hợp với bản chất vật lý trong truyền tải điện do tổn hao trong truyền tải (trong trường hợp mô phỏng này và các trường hợp tiếp theo không xét đến các thiết bị bù để thể hiện bản chất tự nhiên của hệ thống) Đây là điều kiện vận hành thực tế hiện nay khi có sự tham gia của ĐMTMN vào lưới điện truyền thống, kết quả mô phỏng khi tính toán trào lưu công suất thì tổng quan kết quả như sau:
Bảng 4.7 Kết quả tổng hợp phân bổ công suất TH1
Tổng nguồn phát-MW 5,83 Trong đó ĐMTMN phát – MW 0,915
Kết quả mô phỏng công suất nguồn chênh lệch với công suất Pmax lịch sử được thống kê thực tế nêu trên 40kW, tương ứng 0,691% không có sự chênh lệch lớn so với công suất max đã được ghi nhận thực tế trong tháng 2 năm 2023
Mặt khác, khi có sự tham gia của ĐMTMN thì tổn thất điện năng tại TH2 giảm 0,0099 MW so với TH1
Hình 4.37 Đặc tính điện áp dọc tuyến 474ST (TH1 và TH2)
Hình 4.37 thể hiện sự thay đổi của điện áp dọc theo trục chính xuất tuyến 474ST, Điện áp có xu hướng giảm dần từ điểm đầu đến điểm cuối của trục chính xuất tuyến
474ST Việc xu hướng giảm này cũng giống bản chất của TH1, tuy nhiên có thể thấy rằng độ sụt áp của TH2 được cải thiện hơn với TH1 khi có sự tham gia của ĐMTMN
Sự cải thiện điện áp này, góp phần giảm tổn thất điện năng trong truyền tải như đề cập
Hình 4.38 Đặc tính điện áp tại đầu MBA hạ thế TH2 so sánh TH1
Hình 4.38 thể hiện sự cải thiện điện áp khi có ĐMTMN (TH2) so với trường hợp không có ĐMTMN (TH1)
4.6.1.3 Trường hợp 03: Phụ tải cực tiểu và không có ĐMTMN Đây là điều kiện vận hành không có sự tham gia của ĐMTMN vào khung thời gian không có mặt trời và phụ tải ở Pmin, kết quả mô phỏng khi tính toán trào lưu công suất thì tổng quan kết quả như sau:
Bảng 4.8 Kết quả tổng hợp phân bổ công suất TH3
Tổng nguồn phát-MW 2,491 Trong đó ĐMTMN phát – MW 0
Kết quả mô phỏng công suất nguồn nhỏ hơn với công suất Pmin lịch sử được thống kê thực tế nêu trên 49 kW, tương ứng 1,929% không có sự chênh lệch lớn so với công suất min đã được ghi nhận thực tế trong tháng 2 năm 2023
Hình 4.39 Đặc tính điện áp dọc tuyến 474ST (TH1, TH2 và TH3)
Hình 4.39 thể hiện sự thay đổi của điện áp dọc theo trục chính xuất tuyến 474ST, Điện áp có xu hướng giảm dần từ điểm đầu đến cuối của trục chính xuất tuyến Xu hướng giảm này là bản chất của hệ thống, tuy nhiên có thể thấy rằng độ sụt áp của TH3 được cải thiện hơn do nhu cầu phụ tải thấp hơn so với TH1 và TH2
Với trường hợp này, kết quả mô phỏng cho thấy tổn thất công suất trong truyền tải TH3 thấp nhất so với 02 trường hợp đã mô phỏng, cụ thể thấp hơn TH1 (0,0392 MW), TH2 (0,0293 MW)
Hình 4.40 % Điện áp tại đầu MBA hạ thế TH3 so sánh TH1, TH2
Hình 4.40 thể hiện sự cải thiện điện áp tại đầu MBA hạ thế khi nhu cầu phụ tải thấp hơn TH1, TH2 tại các vị trí KNL1, KNL3, LHP, LHP1, PL2 và TVB
Khi phụ tải tăng lên, điện áp tại các vị trí có thể giảm do tăng dòng điện qua hệ thống Ngược lại, khi phụ tải giảm, điện áp có thể tăng lên do giảm dòng điện Tuy nhiên, điều này cũng phụ thuộc vào các yếu tố khác như cấu hình hệ thống, trạng thái của các thiết bị, và nguồn cung cấp Vì vậy, trong TH1, với phụ tải cao hơn, điện áp tại một số vị trí có thể thấp hơn so với TH3 Ngược lại, tại các vị trí khác, điện áp trong TH1 có thể cao hơn do sự thay đổi trong phân phối tải hoặc các yếu tố khác
4.6.1.4 Trường hợp 04: Phụ tải cực tiểu và có ĐMTMN phát cực đại Đây là điều kiện vận hành có sự tham gia của ĐMTMN vào khung thời gian Pmin, kết quả mô phỏng khi tính toán trào lưu công suất thì tổng quan kết quả như sau:
Bảng 4.9 Kết quả tổng hợp phân bổ công suất TH4
Tổng nguồn phát-MW 2,491 Trong đó ĐMTMN phát – MW 0,915
Kết quả mô phỏng công suất nguồn nhỏ hơn với công suất Pmin lịch sử được thống kê thực tế nêu trên 49 kW, tương ứng 1,929% không có sự chênh lệch lớn so với công suất min đã được ghi nhận thực tế trong tháng 2 năm 2023
Hình 4.41 Đặc tính điện áp dọc tuyến 474ST tại TH4 (so sánh TH1, TH2 và
Kết quả phân tích ảnh hưởng của sóng hài khi có nguồn ĐMTMN
Với giả định lưới điện không có hiện tượng sóng hài khi chưa có sự tham gia của ĐMTMN nói chung và ĐMTMN tự sản tự tiêu nói riêng Do đó, dựa trên giả định này tôi mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của sóng hài dựa trên Trường hợp 05 từ kết quả phân tích mô phỏng phân bố công suất
4.7.1 Kết quả phân tích ảnh hưởng của sóng hài tại tuyến 474ST
Trường hợp 05 trong mô phỏng của tuyến 474ST có sự tham gia của nguồn ĐMTMN với công suất 1.362kWp (bao gồm của ĐMTMN tự sản tự tiêu)
Kết quả mô phỏng trong Hình 4.52 chỉ rõ ảnh hưởng sóng hài điện áp của ĐMTMN tác các vị trí trục chính ở cấp 22kV là rất nhỏ mặc dù đang phát cực đại
Hình 4.52 Tổng méo dạng sóng hài điện áp trên trục chính của lưới điện tuyến
Tuyến 474ST không có vị trí nào có tổng biến dạng sóng hài điện áp THD và dòng điện ở cả cấp hạ áp và trung áp vượt quy định của Thông tư 30/2019/TT-BCT (Hình 4.53 và Hình 4.54)
Hình 4.53 Dạng phổ sóng điện áp và dòng điện một số vị trí trên trục chính tuyến 474ST ở cấp 22kV
Hình 4.54 Dạng sóng điện áp và dòng điện tại một số vị trí trên trục chính tuyến 474ST ở cấp 22kV
Nhìn chung, mức độ ảnh hưởng của sóng hài điện áp và dòng điện đến lưới điện phân phối tại tuyến 474ST khi có ĐMTMN tự sản tự tiêu là không đáng kể và nằm trong giới hạn cho phép theo quy định hiện hành tại Thông tư số 30/2019/TT-BCT
4.7.2 Kết quả phân tích ảnh hưởng của sóng hài tại tuyến 478ST
Kết quả mô phỏng trong Hình 4.55 chỉ rõ ảnh hưởng về sóng hài điện áp của ĐMTMN trên trục chính ở cấp 22kV là rất nhỏ
Hình 4.55 Tổng méo dạng sóng hài điện áp trên trục chính của lưới điện tuyến
Với mức độ xâm nhập của ĐMTMN ở mức công suất 3,740 MWp thì các chỉ tiêu sóng hài không ảnh hưởng không đáng kể để dạng sóng điện áp dọc các điểm trên trục chính của tuyến ở cấp điện áp 22kV (Hình 4.56 và Hình 4.57)
Hình 4.56 Dạng sóng điện áp tại một số vị trí trên trục chính tuyến 478ST ở cấp 22kV
Hình 4.57 Dạng phổ sóng điện áp một số vị trí trên trục chính tuyến 478ST ở cấp 22kV
Hình 4.58 Dạng sóng điện áp tại một số vị trí trên trục chính ở cấp 0,4kV
Tuy nhiên, ở cấp 0,4kV thì các vị trí có nguồn ĐMTMN với tỷ trọng cao so với công suất đặt MBA có sự méo dạng điện áp (Hình 4.58 và Hình 4.59) ở các vị trí B_MDC P4, B_NDC 2, B_ToanVen, B_Chua ma toc 1, B_DaiTPhat, B_VD LTK, B_ToanTam (vị trí có tỷ trọng thấp nhất là B_ MDC P4, tương ứng 68%; cao nhất là B_ToanTam, tương ứng 119% Tại các vị trí này kết quả khi mô phỏng tổng biến dạng THD vượt yêu cầu (8%) theo quy định tại Bảng 3.3
Hình 4.59 Dạng phổ sóng điện áp một số vị trí trên trục chính tuyến 478ST ở cấp 0,4kV
Tuyến 478ST, các hệ thống ĐMTMN nằm rải rác toàn tuyến Kết quả mô phỏng cho thấy nhiều vị trí trên tuyến 478ST có giá trị biến dạng sóng hài dòng điện vượt quá giới hạn cho phép 5% theo quy định Hình 4.60 và Hình 4.61 thể hiện dạng sóng dòng điện và phổ sóng dòng điện tại một số vị trí có độ méo dạng sóng hài dòng điện vượt mức cho phép theo quy định tại Thông tư 30/2019/TT-BCT
Hình 4.60 Dạng phổ sóng dòng điện một số vị trí trên trục chính tuyến 478ST ở cấp 22kV
Hình 4.61 Dạng sóng điện áp tại một số vị trí trên trục chính tuyến 478ST ở cấp 22kV
Mô phỏng tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của sóng hài ở bản chất vận hành khi có sự tham gia của nguồn điện mặt trời nối lưới (ĐMTMN) không có sự
Khảo sát ảnh hưởng của ĐMTMN đến giá bán điện bình quân
Sau 04 năm kể từ mức giá bản lẻ điện bình quân là 1864,44 đồng/kWh theo Quyết định số 648/QĐ-BCT ngày 20/3/20219, trong năm 2023, Bộ Công Thương đã
02 lần điều chỉnh giá bán lẻ điện Lần 1: Vào ngày 4/5/2023, theo Quyết định số 1062/QĐ-BCT của Bộ Công Thương, giá bán lẻ điện bình quân là 1920,273 đồng/ kWh tương ứng tăng 3% so với 2019; Lần 2: Vào ngày 9/11/2023, theo Quyết định số 2941/QĐ-BCT của Bộ Công Thương, giá bán lẻ điện bình quân là 2006,79 đồng/kWh tăng thêm 4,5% so với đầu năm 2023
Sự điều chỉnh giá điện tại Việt Nam trong năm 2023 cho thấy một bức tranh phức tạp của ngành năng lượng, bao gồm nhu cầu tăng cao, áp lực về chi phí, sự thúc đẩy sử dụng năng lượng hiệu quả và bền vững, và nỗ lực của chính phủ trong việc quản lý và điều tiết thị trường điện Điều này phản ánh một giai đoạn chuyển đổi quan trọng của ngành năng lượng Việt Nam trong bối cảnh phát triển kinh tế và cam kết bảo vệ môi trường
4.8.1 Giá bán điện bình quân tại thành phố Sóc Trăng
Năm 2023, Điện lực TP Sóc Trăng có doanh thu bán điện là 942.990.108.722 đồng, thương phẩm bán điện 475.714.476 kWh, GBBQ là 1.982,26 đồng/kWh
Khách hàng sử dụng điện tại thành phần Sóc Trăng chủ yếu sử dụng điện ở cấp điện áp