Luận văn thạc sĩ Quản lý năng lượng: Phân tích ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới điện phân phối

Luận văn đã cung cấp các thông tin hữu ích cho các nhà quản lý, nhà đầu tư và các kỹ sư điện trong việc đánh giá ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối, từ đó có các giải pháp phù

GIỚI THIỆU

Lý do chọn đề tài

Tính cấp thiết của đề tài: Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, có tiềm năng phát triển lớn Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, điện mặt trời nối lưới đang phát triển nhanh chóng Theo báo cáo của Bộ Công Thương, tính đến tháng 12/2022, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời nối lưới của Việt Nam đã đạt 16.600

MW, chiếm khoảng 12% tổng công suất lắp đặt điện năng của cả nước

Tính mới mẻ của đề tài: Đề tài luận văn phân tích ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối - ứng dụng ETAP là một đề tài mới, chưa được nghiên cứu sâu ở Việt Nam Luận văn sẽ góp phần bổ sung thêm kiến thức về ảnh hưởng của hệ thống

PV lên lưới phân phối, đặc biệt là ứng dụng phần mềm ETAP để phân tích ảnh hưởng này

Tính khả thi của đề tài: Đề tài luận văn có thể được thực hiện dựa trên các tài liệu, số liệu sẵn có Đồng thời, luận văn sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối

Tính khoa học: Đề tài luận văn có ý nghĩa khoa học quan trọng trong việc nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới Luận văn đã góp phần bổ sung thêm kiến thức về ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối, đặc biệt là ứng dụng phần mềm ETAP để phân tích ảnh hưởng này

Tính thực tiễn: Đề tài luận văn có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới Luận văn đã cung cấp các thông tin hữu ích cho các nhà quản lý, nhà đầu tư và các kỹ sư điện trong việc đánh giá ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối, từ đó có các giải pháp phù hợp để ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới một cách hiệu quả và an toàn

Tóm lại, lý do chọn đề tài của đề tài luận văn phân tích ảnh hưởng của hệ thống

PV lên lưới phân phối là do tính cấp thiết, tính mới mẻ, tính khả thi, tính khoa học và tính thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn sẽ góp phần cung cấp

Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân các thông tin hữu ích cho các nhà quản lý, nhà đầu tư và các kỹ sư điện trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới một cách hiệu quả và an toàn.

Các nghiên cứu liên quan

Việc tích hợp năng lượng mặt trời vào lưới điện phân phối của Việt Nam đã mang lại cả cơ hội và thách thức, tác động đáng kể đến hiệu suất và sự ổn định của lưới điện Sự gia tăng nhanh chóng của các hệ thống quang điện mặt trời độc lập (PV), đặc biệt là trong các mạng phân phối trung thế (MV), đã đặt ra những thách thức đối với hệ thống tự động hóa lưới phân phối (DAS) [1] Các nghiên cứu trên mạng lưới phân phối trung thế 35-kV Hương Khê đã chỉ ra rằng các hệ thống PV phân tán có thể dẫn đến các vấn đề như quá áp, dòng công suất phát ngược và tăng tổn thất điện năng [2] Việc tích hợp các nhà máy điện gió và mặt trời quy mô lớn vào mạng lưới truyền tải điện 110kV ở tỉnh Bình Định cho thấy chiến lược kiểm soát của các nhà máy điện này rất quan trọng để duy trì ổn định điện áp và tần số [3]

Sự phát triển của năng lượng mặt trời trên mái nhà, cho phép các hộ gia đình bán năng lượng dư thừa trở lại công ty điện, đòi hỏi phải xác định số lượng nguôn phân tán tối đa có thể thâm nhập vào lưới điện [4] Vai trò ngày càng tăng của các nguồn năng lượng tái tạo (RES) trong lưới điện 220kV-500kV đã dẫn đến quá tải các tụ bù dọc, có thể được giải quyết bằng cách kiểm soát hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) dựa trên dự báo ngắn hạn về tốc độ gió và cường độ bức xạ mặt trời, do đó nâng cao hiệu quả hoạt động của nguồn phân tán và cải thiện sự ổn định lưới [5], [6]

Dự án quang điện mặt trời Phong Điền tại Thừa Thiên Huế đã chỉ ra rằng các mức độ thâm nhập PV khác nhau có thể ảnh hưởng đến tần số, điện áp và khả năng phục hồi của lưới phân phối, cho thấy rõ những lợi ích và thách thức của việc tích hợp năng lượng mặt trời [7] Sự hiện diện của các máy phát điện phân tán (DGs) như thủy điện nhỏ, năng lượng gió và pin mặt trời trong hệ thống phân phối có thể thay đổi đặc trưng của hệ thống, ảnh hưởng đến hoạt động và các thiết bị bảo vệ [8] Việc

Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân chính phủ Việt Nam thúc đẩy mái nhà quang điện mặt trời, đặc biệt là ở miền Trung Việt Nam, đã mở ra cơ hội bán lại năng lượng dự phòng cho các công ty điện, nhưng cũng đặt ra những thách thức đối với việc quản lý mạng lưới phân phối khi nguồn điện chuyển từ máy phát điện lớn sang máy phát điện phân tán [9] Nhìn chung, mặc dù tích hợp năng lượng mặt trời mang lại những lợi ích đáng kể, nó đòi hỏi sự quản lý cẩn thận và các giải pháp sáng tạo để giải quyết những thách thức kỹ thuật mà nó đặt ra cho lưới điện phân phối của Việt Nam

Các nguồn điện này ở gần phụ tải và làm thay đổi cơ bản về cấu trúc lưới điện phân phối, trào lưu công suất trong lưới điện cũng khác so với trong lưới điện truyền thống không có sự tham gia của chúng Những sự ảnh hưởng đáng chú ý đầu tiên là sự thay đổi điện áp tại các nút và tổn thất trong lưới Tích hợp các nguồn DG với công suất và vị trí lắp đặt phù hợp được xem là một trong các biện pháp giảm tổn thất trong lưới điện phân phối [10], [11], [12]

Thử nghiệm với một xuất tuyến có cấu trúc hình tia liên thông cho thấy nhờ có nguồn điện mặt trời (PV) cung cấp tại chỗ, công suất truyền tải trên các đường dây có thể giảm thiểu và nhờ đó tổn thất trên lưới điện cũng giảm theo [13], [14] Ngược lại, nếu mức độ thâm nhập và vị trí lắp đặt không hợp lý, công suất phát ra của các

PV vượt quá công suất tiêu thụ của phụ tải tại nút tương ứng có thể dẫn đến hiện tượng phát ngược công suất về phía đầu xuất tuyến và dẫn tới nguy cơ gia tăng tổn thất công suất của lưới điện Hiện tượng này còn dẫn đến sự tăng cao của điện áp tại điểm kết nối PV và các nút khác trong lưới điện [15] Để giải quyết các vấn đề của việc tích hợp nguồn mặt trời, vấn đề quan trọng là phải tính toán công suất tạo ra có thể tích hợp vào một lưới phân phối nhất định mà vẫn giữ được các tiêu chí vận hành của lưới (nhiệt độ, chất lượng điện năng, bảo vệ và độ tin cậy) [16], [17], [18] Đây được gọi là tỷ lệ xâm nhập (HC), là công suất truyền tải hay phân phối có thể kết hợp vào một lưới điện nhất định mà vẫn giữ hiếu

Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân suất của nó trong phạm vi chấp nhận được mà không thực hiện bất kỳ sửa đổi nào đối với cơ sở hạ tầng hiện hữu [19-20].

Các vấn đề nghiên cứu trong Luận văn

Các vấn đề nghiên cứu trong Luận văn bao gồm các tác động của các nhà máy điện măt trời đối với lưới điện phân phối của tỉnh Cà Mau, các tác động đó bao gồm: a Điện áp trên đường dây trung thế b Trào lưu công suất trên đường dây trung thế c Tổn thất công suất trên đường dây d Mức độ sóng hài

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm các điểm cơ bản sau:

- Phân tích và xác định ảnh hưởng của dao động điện áp do sự thâm nhập của

PV cao trên lưới phân phối trung thế, một nghiên cứu điển hình trên một nhánh của lưới phân phối trung thế thành phố Cà Mau, tỉnh Cà Mau

- Phân tích tác động của hệ thống PV đối với tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối tại khu vực nghiên cứu

- Đánh giá tác động của hệ thống PV đối với sóng hài trong lưới điện phân phối tại khu vực nghiên cứu của tỉnh Cà Mau

- Sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng và đánh giá các yếu tố trên, từ đó đưa ra nhận xét và đề xuất để cải thiện hiệu suất và ổn định của lưới điện phân phối khi tích hợp hệ thống PV.

Phạm vi nghiên cứu

Các số liệu thu thập dùng để mô phỏng là các dữ liệu thực tế của lưới điện thuộc Công ty Điện lực Cà Mau – Tổng Công ty Điện lực Miền Nam (EVNSPC)

Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Chỉ xem xét đánh giá ảnh hưởng của PV đối với chất lượng điện áp, tổn thất và sóng hài, không xem xét đánh giá các ảnh hưởng khác của PV đối với lưới điện phân phối

Mô phỏng được thực hiện bằng phần mềm ETAP 19.0.1, máy tính được sử dụng để chạy mô phỏng là Dell Vostro 3520.

Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống lưới điện phân phối tại tỉnh Cà Mau

Hệ thống điện mặt trời (PV) được tích hợp vào lưới điện phân phối

Các thông số về chất lượng điện áp, tổn thất điện năng và sóng hài trong lưới điện phân phối

Các yếu tố kỹ thuật và hoạt động của phần mềm ETAP được sử dụng để mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của hệ thống PV.

Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện một bài nghiên cứu hiệu quả thì những công cụ, kỹ năng và quy trình ứng dụng nó vào quá trình thực hiện là điều kiện tiên quyết Trong nội dung này, các phương pháp nghiên cứu khoa học được áp dụng cho đề tài nghiên cứu trong luận văn thạc sỹ sẽ được trình bày chi tiết Các phương pháp này sử dụng tính kế thừa từ các công trình nghiên cứu uy tín trước đó để xây dựng các lý thuyết Từ các lý thuyết nền tảng này, chúng tôi sẽ phân tích, đánh giá và tổng hợp các ưu nhược điểm Sau đó, luận văn đề xuất phương pháp để cải thiện các nhược điểm và tăng cường các ưu điểm, hoặc cũng có thể xây dựng mô hình bài toán mới tốt hơn bài toán đã có để đảm bảo tính mới của nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được trình bày qua các bước sau:

- Phương pháp phát hiện vấn đề nghiên cứu: Tìm ra các hướng lớn đang phát triển của công nghệ mới hiện nay, xác định những yếu tố kỹ thuật chính làm thay đổi công nghệ Sau đó, những thách thức cũng như ý tưởng mở của những

Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân kỹ thuật này cần được xem xét Kết hợp với nguồn lực của cá nhân, luận văn xác định được vấn đề nghiên cứu cụ thể

- Phương pháp thu thập thông tin: Sử dụng các cơ sở dữ liệu trực tuyến uy tín như IEEE Xplore, SpringerLink, Researchgate, Google Scholar, với giới hạn trong vòng năm năm so với thời điểm khảo sát để tìm kiếm những nghiên cứu đã có liên quan Sau đó, luận văn tổng hợp các ý tưởng của các bài viết này một cách cụ thể

- Phương pháp phân tích và thảo luận: Trình bày số liệu dưới dạng phù hợp (bảng biểu, đồ thị) để phân tích, kiểm tra tính khả thi và độ chính xác của đề xuất, bao gồm tính chính xác của mô hình, tính phù hợp với lý thuyết Sau đó, luận văn thực hiện phân tích kết quả và đưa ra các đề xuất

- Nghiên cứu mô phỏng mô hình: Sử dụng phần mềm mô phỏng hệ thống điện ETAP để xây dựng mô hình mô phỏng tác động của sự thâm nhập PV cao lên một nhánh thực tế của lưới điện phân phối trung thế của thành phố Cà Mau , tỉnh Cà Mau

- Phương pháp viết bài báo cáo: Trình bày bài viết bám sát vào bố cục đã xác định trước, bài viết cần chú trọng những nội dụng đã thực hiện và phân tích kết quả mô phỏng một cách chi tiết:

+ Thu thập dữ liệu: Thu thập dữ liệu liên quan đến hệ thống lưới điện phân phối tại tỉnh Cà Mau và các thông số về hệ thống điện mặt trời (PV) được tích hợp

+ Xác định tiêu chí đánh giá: Xác định các tiêu chí đánh giá như chất lượng điện áp, tổn thất điện năng và sóng hài để đánh giá ảnh hưởng của hệ thống

+ Mô hình hoá và mô phỏng: Sử dụng phần mềm ETAP để mô hình hoá lưới điện phân phối và hệ thống PV, sau đó tiến hành mô phỏng các điều kiện hoạt động khác nhau

Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

+ Đánh giá kết quả: Đánh giá kết quả mô phỏng dựa trên các tiêu chí đã xác định, nhằm hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của hệ thống PV đối với lưới điện phân phối

+ Nhận xét và đề xuất: Dựa trên kết quả đánh giá, đưa ra nhận xét và đề xuất để cải thiện hiệu suất và ổn định của lưới điện phân phối khi tích hợp hệ thống PV.

Các đóng góp của Luận văn

Luận văn phân tích ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối có ý nghĩa khoa học quan trọng trong việc nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới Luận văn đã góp phần bổ sung thêm kiến thức về ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối, đặc biệt là ứng dụng phần mềm ETAP để phân tích ảnh hưởng này

Luận văn đã sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối Kết quả mô phỏng cho thấy, hệ thống PV có thể ảnh hưởng đến lưới phân phối theo hai chiều:

- Tăng tổn thất công suất: Hệ thống PV có thể làm tăng tổn thất công suất trên lưới phân phối do hệ thống PV có thể gây ra hiện tượng: Quá tải, quá áp trên lưới phân phối, dẫn đến tổn thất công suất do phát nóng và lệch pha

- Giảm tổn thất công suất: Hệ thống PV có thể làm giảm tổn thất công suất trên lưới phân phối do: Hệ thống PV có thể cung cấp điện năng cho phụ tải, giảm tải cho lưới phân phối, dẫn đến giảm tổn thất công suất Hệ thống PV có thể giúp điều hòa điện áp trên lưới phân phối, giảm tổn thất công suất do phát nóng

Việc phân tích ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới Luận văn đã cung cấp các thông tin hữu ích cho các nhà quản lý, nhà đầu tư và các kỹ sư điện trong việc

Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân đánh giá ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối, từ đó có các giải pháp phù hợp để ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới một cách hiệu quả và an toàn.Cụ thể, luận văn có thể được sử dụng để:

- Thẩm định các dự án điện mặt trời nối lưới: Luận văn có thể được sử dụng để đánh giá tác động của các dự án điện mặt trời nối lưới lên lưới phân phối, từ đó đưa ra các khuyến nghị về giải pháp kỹ thuật và giải pháp quản lý phù hợp

- Lập kế hoạch vận hành lưới điện: Luận văn có thể được sử dụng để dự báo tác động của hệ thống PV lên lưới phân phối trong các điều kiện vận hành khác nhau, từ đó đưa ra các kế hoạch vận hành lưới điện phù hợp

- Đào tạo và bồi dưỡng kỹ năng cho các kỹ sư điện: Luận văn có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các khóa đào tạo và bồi dưỡng kỹ năng về điện mặt trời nối lưới

Tóm lại, luận văn phân tích ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng, góp phần thúc đẩy ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới một cách hiệu quả và an toàn

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

TỔNG QUAN

Lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối là một phần của hệ thống điện, bao gồm các đường dây và trạm điện có cấp điện áp đến 110 kV Lưới điện phân phối có nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện hoặc trạm biến áp đến các điểm tiêu dùng, như các hộ gia đình, cơ sở sản xuất, thương mại và các cơ sở khác

2.1.1 Cấu tạo của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối bao gồm các thành phần sau:

Các đường dây điện phân phối có nhiệm vụ truyền tải điện năng từ các trạm biến áp cao áp đến các trạm biến áp trung áp hoặc hạ áp Các đường dây điện phân phối có thể được làm bằng dây dẫn trần hoặc dây dẫn bọc cách điện

Các trạm biến áp phân phối có nhiệm vụ giảm điện áp từ cấp cao áp xuống cấp trung áp hoặc hạ áp để phù hợp với nhu cầu sử dụng của các khách hàng

Các thiết bị đóng cắt có nhiệm vụ đóng, cắt mạch điện để đảm bảo an toàn cho lưới điện

Các thiết bị đo đếm có nhiệm vụ đo đếm lượng điện năng tiêu thụ của các khách hàng

2.1.2 Chức năng của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối có các chức năng sau:

Truyền tải và phân phối điện năng đến các khách hàng Lưới điện phân phối là phần cuối cùng của hệ thống điện, có nhiệm vụ đưa điện năng đến tận tay người tiêu dùng Bảo đảm chất lượng điện năng Lưới điện phân phối phải đảm bảo cung cấp điện năng ổn định, liên tục với chất lượng cao

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Bảo đảm an toàn điện Lưới điện phân phối phải được thiết kế và vận hành an toàn, tránh các sự cố gây nguy hiểm cho con người và tài sản

2.1.3 Vai trò của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối có vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng cho các hoạt động kinh tế, xã hội Lưới điện phân phối đảm bảo cho các hộ gia đình, cơ sở sản xuất, thương mại và các cơ sở khác có thể sử dụng điện năng một cách thuận tiện và an toàn)

2.1.4 Các vấn đề cần giải quyết trong lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối đang phải đối mặt với một số vấn đề cần giải quyết, bao gồm:

Tăng trưởng nhanh nhu cầu sử dụng điện Nhu cầu sử dụng điện của các hộ gia đình, cơ sở sản xuất, thương mại và các cơ sở khác đang tăng trưởng nhanh chóng, đặt ra áp lực cho lưới điện phân phối

Tổn thất điện năng Tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối vẫn còn ở mức cao, cần được giảm thiểu để nâng cao hiệu quả sử dụng điện

Chất lượng điện năng Chất lượng điện năng trên lưới điện phân phối có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, cần được cải thiện để đáp ứng nhu cầu sử dụng của các khách hàng.

Năng lượng mặt trời kết nối lưới điện phân phối

2.2.1 Giới thiệu về pin quang điện

Pin quang điện (pin mặt trời hay tế bào quang điện) là công nghệ sản xuất ra điện năng từ các chất bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời nhờ hiệu ứng quang điện

Pin quang điện có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kì ở đâu có ánh sáng mặt trời, nên chúng được ứng dụng để cung cấp điện, đặc biệt là trong lĩnh vực hàng không vũ

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân trụ Các ứng dụng của pin quang điện đang được phát triển rộng rãi và dần thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống

HÌNH 2 1 Một nhà máy điện Mặt Trời

2.2.2 Mạch tương đương của tế bào quang điện

2.2.2.1 Mạch tương đương đơn giản của PV

Hình 2.2 bên dưới là mạch tương đương đơn giản của PV có dòng cấp qua tải tỉ lệ với cường độ sáng của mặt trời chiếu vào tiếp giáp

HÌNH 2 2 Mạch tương đương đơn giản của PV

Mạch tương đương của tế bào quang điện gồm một nguồn dòng Isc cấp dòng tỉ lệ với cường độ sáng của mặt trời chiếu vào, song song với một diode Si và cấp dòng I qua tải

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Dòng Isc là dòng ngắn mạch khi ta nối tắt 2 đầu của tế bào quang (điện áp rơi trên diode Vd = 0)

HÌNH 2 3 Dòng ngắn mạch Isc Dòng ngắn mạch có được: I = Isc − Id (2.1)

Trong đó: I: dòng quang điện (A)

I0: dòng bão hòa ngược (A) q: điện tích điện tử (1.6 × 10 −19 C) k: hằng số Boltzann (1.381 × 10 −23 J/K)

V: điện áp ở hai đầu tải (V) Điện áp Voc là điện áp hở mạch đo được khi để hở 2 đầu của PV:

HÌNH 2 4 Điện áp hở mạch Voc

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Khi hở mạch, I = 0, thế vào (2.2):

Trong đó: Voc: điện áp mạch hở (V)

I0: dòng bão hòa ngược (A) q: điện tích điện tử (1.6 × 10 −19 C) k: hằng số Boltzann (1.381 × 10 −23 J/K)

Từ đó có được đặc tính I-V của PV được biểu thị qua hình 2.5:

HÌNH 2 5 Đường đặc tính I-V của PV qua mạch tương đương đơn giản

2.2.2.2 Mạch tương đương với R sh mắc song song

Hình 2.6 là mạch tương đương với Rsh mắc song song

HÌNH 2 6 Mạch tương đương với Rsh mắc song song

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Lớp tiếp xúc p-n có tính chất chỉnh lưu tương đương như một diode Tuy nhiên, khi phân cực ngược, do điện trở tiếp xúc có giới hạn nên vẫn có một dòng điện rò qua nó Đặc trưng cho dòng điện rò qua lớp tiếp xúc p-n là điện trở shunt Rsh

Công thức dòng cấp cho tải:

Trong đó: I: dòng quang điện (A)

R sh : điện trở mắc song song (Ω)

Từ công thức trên thấy rằng dòng điện lý tưởng mà pin quang điện cấp cho tải bị giảm với độ dốc ∆ I = V

R sh So với đường cong đặc tính I-V có được từ mạch tương đương đơn giản

Hình 2.7 là đặc tính I-V của mạch tương đương có Rsh mắc song song

HÌNH 2 7 Đặc tính I-V của mạch tương đương có Rsh mắc song song

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân Để tổn hao PV nhỏ hơn 1% thì giá trị Rsh thỏa điều kiện:

Trong đó: R sh : điện trở mắc song song (Ω)

Voc: điện áp mạch hở (V)

2.2.2.3 Mạch tương đương với R s mắc nối tiếp

Hình 2.8 là mạch tương đương với Rs mắc nối tiếp

HÌNH 2 8 Mạch tương đương với Rs mắc nối tiếp Dòng quang điện chạy trong mạch phải đi qua các lớp bán dẫn p và n, các điện cực, các tiếp xúc… Đặc trưng cho tổng các điện trở của các lớp đó là một điện trở Rs mắc nối tiếp trong mạch

Từ mạch tương đương Hình 2.8, ta có:

I = Isc − Id = Isc − I0 [exp ( qV d kT) − 1] (2.6)

Thế Vd vào công thức (2.6), ta được:

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Trong đó: I: dòng quang điện (A)

I0: dòng bão hòa ngược (A) q: điện tích điện tử (1.6 × 10 −19 C) k: hằng số Boltzann (1.381 × 10 −23 J/K)

Vd: điện áp của diod (V)

Rs: điện trở mắc nối tiếp (Ω)

Từ công thức (2.8) cho thấy dòng tải sẽ suy giảm với độ dốc ∆V = IR s So với đường cong đặc tính I-V có được từ mạch tương đương đơn giản Đặc tính I-V của mạch tương đương có Rs mắc nối tiếp được thể hiện qua hình 2.9

HÌNH 2 9 Đặc tính I-V của mạch tương đương có Rs mắc nối tiếp Để tổn hao của PV nhỏ hơn 1% thì Rs phải thỏa điều kiện:

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Trong đó: Rs: điện trở mắc nối tiếp (Ω)

Voc: điện áp mạch hở (V)

2.2.2.4 Mạch tương đương với Rsh mắc song song và Rs mắc nối tiếp

Mạch tương đương với Rsh mắc song song và Rs mắc nối tiếp được thể hiện qua hình 2.10

HÌNH 2 10 Mạch tương đương PV gồm Rsh mắc song song và Rs mắc nối tiếp

Từ công thức (2.4), (2.7), (2.8), ta có:

I = Isc − I0 {exp [ q(V+IR S ) kT ] − 1} − ( V+IR S

Trong đó: I: dòng quang điện (A)

I0: dòng bão hòa ngược (A) q: điện tích điện tử (1.6 × 10 −19 C) k: hằng số Boltzann (1.381 × 10 −23 J/K)

Rs: điện trở mắc nối tiếp (Ω)

Rsh: điện trở mắc song song (Ω)

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

HÌNH 2 11 Đặc tính I-V của mạng tương đương với Rsh = 1Ω và Rs = 0.05Ω

Lưới điện thành phố Cà Mau

Số liệu đường đây trung thế trên địa bàn tỉnh Cà mau tính thới điểm hiện tại được trình bày trong bảng 2.1

BẢNG 2 1 Số liệu thống kê đường dây trung hạ thế trên địa bàn tỉnh Cà Mau

(Nguồn: phòng kỹ thuật công ty Điện Lực Cà Mau)

• Đường dây trung áp: 5,551.098 km, trong đó:

- Tài sản Điện lực: 5,331.504 km

- Tài sản khách hàng: 219.594 km

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

• Đường dây hạ áp: 7,413.196 km, trong đó:

- Tài sản Điện lực: 7,334.025 km

- Tài sản khách hàng: 79.171 km

Số liệu thống kê trạm biến áp đang vận hành trên địa bàn tỉnh Cà Mau tính thới điểm hiện tại được trình bày trong bảng 2.2

BẢNG 2 2 Số liệu thống kê trạm biến áp đang vận hành trên địa bàn tỉnh Cà Mau

(Nguồn: phòng kỹ thuật công ty Điện Lực Cà Mau)

• Trạm biến áp phân phối: 10,371 trạm / 961,977.5 kVA, trong đó:

- Tài sản Điện lực: 6,774 trạm / 380,445 kVA

- Tài sản khách hàng: 3,597 trạm / 581,532.5 kVA

• Thiết bị đóng cắt chủ yếu trên lưới gồm: 03 Recloser; 05 LBS, 12 Máy cắt tụ, 42

Quy mô điện mặt trời nối lưới tại thành phố Cà Mau

Số liệu thống kê điện mặt trời nối lưới trên địa bàn tỉnh Cà Mau tính thới điểm hiện tại được trình bày trong bảng 2.3

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

BẢNG 2 3 Số liệu thống kê điện mặt trời nối lưới trên địa bàn Tỉnh Cà Mau

(Nguồn: phòng kỹ thuật công ty Điện Lực Cà Mau)

Tình hình lưới điện vận hành tại khu vực trung tâm thành phố Cà Mau được nhận điện từ lộ ra các phát tuyến trạm 110kV Cà Mau và trạm 110kV An Xuyên với tổng công suất của 02 trạm 110kV là 197,869 KVAR, quy mô điện mặt trời nối lưới tại trung tâm thành phố Cà Mau tính tới T04/2024 có 636 khách hàng với tổng công suất là 24,708 kWp chiếm tỉ lệ 12% so với nguồn định mức và sản lượng phát lên lưới trong T04/2024 là 3,031,006 KWH (trong đó điện mặt trời nối lưới trung áp có 27 khách hàng với tổng công suất năng lượng mặt trời là 15,668 KWP và sản lượng phát lên lưới T04/2024 là 2,081,603 KWH; điện mặt trời nối lưới hạ áp có 609 khách hàng với tổng công suất năng lượng mặt trời là 9,040 KWP và sản lượng T04/2024 là 949,403 KWH)

Lộ ra trạm 100kV Cà Mau được chia làm 02 thanh cái tổng là thanh cái 431CM và

432 Cà Mau và lộ ra trạm 110KV an xuyên chia làm 02 thanh cái tổng là thanh cái 431AX và thanh cái 432AX, mỗi thanh cái chia ra làm nhiều phát tuyến và quy mô điện mặt trời nối lưới tại trung tâm thành phố Cà Mau thuộc các phát tuyến với công suất và sản lượng năng lượng mặt trời phát T04/2024 cụ thể theo bảng số liệu trên ĐIỆN LỰC THÀNH PHỐ CÀ MAU

KHÁCH HÀNG NỐI LƯỚI TRUNG THẾ

472CM 18,268 13% 2,306 1,986 320 317,404 281,571 35,833 31 2 29 474CM 16,118 15% 2,406 39 2,367 249,153 2,979 246,174 145 1 144 476CM 16,118 20% 3,199 2,698 501 450,935 398,487 52,448 24 3 21 478CM 16,118 1% 161 - 161 19,380 - 19,380 10 - 10 473CM 16,118 5% 774 - 774 70,815 - 70,815 64 - 64 475CM 16,118 23% 3,631 2,570 1,062 442,554 335,392 107,162 86 6 80 477CM 18,268 17% 3,147 2,557 590 413,249 342,225 71,024 48 4 44 479CM 14,148 2% 347 - 347 44,101 - 44,101 25 - 25 472AX 16,118 5% 793 - 793 80,416 - 80,416 63 - 63 474AX 16,118 10% 1,583 628 955 184,418 72,966 111,452 47 3 44 478AX 18,268 29% 5,354 4,950 404 666,509 623,875 42,634 29 6 23

NGUỒN CÔNG SUẤT ĐỊNH MỨC (KVAR)

TỈ LỆ % NLMN SO VỚI NGUỒN CÔNG SUẤt NLMT (KWP) SẢN LƯỢNG NLMT (KWH) KHÁCH HÀNG LẮP NĂNG

Tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Từ bảng số liệu trên có thể đánh giá được nguồn điện năng lượng mặt trời của khu vực trung tâm thành phố Cà Mau được tập trung cao nhất ở phát tuyến 478AX do tuyến này về số lượng khách hàng có tất cả 29 khách hàng năng lượng mặt trời, xếp thứ 9 trong tổng số 12 tuyến nhưng có tổng công suất năng lượng mặt trời là 5,354 KWP cao nhất trong 12 tuyến

Trong chương 2, luận văn đã đưa ra các lý thuyết tổng quan về lưới điện phân phối và nguồn năng lượng mặt trời nối lưới, đồng thời tóm tắt lược sử nghiên cứu của các nhà khoa học trước đây về chủ đề nghiên cứu Phần mô tả lưới điện của điện lực Cà Mau và hiện trạng mặt trời đấu nối cũng được luận văn trình bày trong chương này. Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Chương 3: ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PV LÊN LƯỚI

Dữ liệu và tiêu chí đánh giá

Em thực hiện việc khảo sát lưới điện ở phát tuyến 475CM, một phát tuyến có phụ tải tiêu thụ tương đối cao của Điện lực Cà Mau – Công ty Điện lực Cà Mau (thuộc Tổng Công ty Điện lực Miền Nam)

Phát tuyến cấp điện chủ yếu cho khu vực phường 8 Thành phố Cà Mau bao gồm

69 trạm biến áp lớn nhỏ, trong đó có 49 trạm biến áp công cộng và 20 trạm biến áp chuyên dùng

3.1.1 Dữ liệu lưới điện của phát tuyến 475 CM 22kV

Nguồn điện: Được cấp nguồn từ trạm 110kV Cà Mau (110/22kV – 40MVA)

Trục chính: Dây dẫn trục chính: 3xACX-240 + AC - 185; 3xACX-185 + AC - 120; 3xACX-240 + AC – 120

Thiết bị đóng cắt trên lưới: LTD, LBS, FCO, LBFCO, máy cắt hợp bộ, dao cách ly

Tụ bù: Tụ bù hạ thế 3x100 kVar (tại trụ 47 bản vẽ số 2), Bù ứng động: 3x200 KVAR (tại trụ 16/41 bản vẽ số 5)

Phát tuyến 475CM được sử dụng để mô phỏng trong luận văn được trình bày ở hình 3.1 Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

HÌNH 3 1 Phát tuyến 475CM (nguồn: phòng kỹ thuật công ty Điện Lực Cà Mau) Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Hệ thống điện mặt trời nối lưới: Trên phát tuyến có tổng cộng 86 khách hàng có hệ thống điện mặt trời nối lưới với tổng công suất 3631 KW Thông tin chi tiết ở phần phụ lục 1

Danh sách các trạm có điện mặt trời đấu nối được trình bày ở bảng 3.1 bên dưới:

BẢNG 3 1 Danh sách trạm có đấu nối PV

STT Thanh cái Trạm biến áp

Công suất mặt trời (kWp)

1 Trụ 55 Trạm Cty Thanh Phương 1 1000 990 1

3 Trụ 4 Trạm Công ty TNHH Bền Vững 630 550 1

5 Trụ 17 Hộ NLMT Phạm Bạch Đằng 400 200 11

6 Trụ 68 Trạm Cty TNHH MTV NDA Cà

7 Trụ 20 Trạm Lý Văn Lâm 2 400 150 15

9 Trụ 79 Trạm Cty TNHH Nam Bắc 400 100 18

10 Trụ 1 Khách hàng phân tán 400 142 21

Tổng cộng 5450 3631 86 Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

3.1.2.1 Các quy định về điện áp

Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 và sửa đổi bổ sung theo thông tư số 39/2022/TT-BCT ngày 30/02/2022 của Bộ Công thương quy định: Trong chế độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định như sau: a) Tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện là ± 05 %; b) Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là + 10% và - 05 %; c) Trường hợp nhà máy điện và khách sử dụng điện đấu nối vào cùng một thanh cái trên lưới điện phân phối thì điện áp tại điểm đấu nối do Đơn vị phân phối điện quản lý vận hành lưới điện khu vực quyết định đảm bảo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật vận hành lưới điện phân phối và đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng sử dụng điện 3.1.2.2 Các quy định về tổn thất

Căn cứ Kế hoạch giao chỉ tiêu tổn thất trung thế của Công ty Điện lực Cà Mau, tỷ lệ tổn thất theo kế hoạch thực hiện năm 2024 là 1.86%

3.1.2.3 Các quy định về sóng hài

Quy định của Việt Nam: Căn cứ thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 và sửa đổi bổ sung theo thông tư số 39/2022/TT-BCT ngày 30/02/2022 của Bộ Công thương quy định:

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối trong bảng như sau: Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

BẢNG 3 2 Quy định của Việt Nam về sóng hài Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ

Giá trị cực đại cho phép của tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện phụ tải gây ra được quy định như sau: a) Đối với đấu nối vào cấp điện áp trung áp và hạ áp có công suất nhỏ hơn 50 kW: Giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao không vượt quá 20 % dòng điện phụ tải; b) Đối với đấu nối vào cấp điện áp cao áp hoặc các đấu nối có công suất từ 50 kW trở lên: Giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao không vượt quá 12 % dòng điện phụ tải

Tổng mức biến dạng sóng hài do nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời gây ra tại điểm đấu nối không vượt quá giá trị 03% (Điều 40 của Thông tư)

Quy định của thế giới: Tiêu chuẩn IEEE-519/2014 quy định giới hạn về độ méo dạng của điện áp và dòng điện trong lưới điện phân phối ở các cấp từ dưới 1kV đến 161kV

BẢNG 3 3 Quy định của thế giới về sóng hài Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ

69kV < V  1kV 2.5% 1.5% Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Trong phạm vi của Luận văn, các nhận xét và đánh giá sẽ dựa trên quy định của Việt Nam về sóng hài khi đấu nối hệ thống điện mặt trời.

Phương pháp và công cụ đánh giá

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập số liệu lưới điện từ Điện lực tỉnh Cà Mau, quan sát thực tế từ lưới phân phối 22kV

Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm ETAP tính toán phân bố công suất, tổn thất công suất, phân tích sóng hài nhằm đánh giá ảnh hưởng của nguồn năng lượng Mặt Trời lên chất lượng điện áp, tổn thất, sóng hài trong lưới điện phân phối

Về công cụ đánh giá, luận văn sử dụng các kết quả mô phỏng từ phần mềm ETAP, so sánh với các tiêu chí đánh giá và đưa ra kết luận:

• ETAP là sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc (OTI), ETAP được ra đời ngay từ những buổi đầu khi máy tính điện toán bắt đầu được sử dụng hỗ trợ công việc Ban đầu, ETAP là một phần mềm chuyên về thiết kế lưới điện, tính toán thông số của một lưới điện tĩnh (Offline) Năm 1992, ETAP cũng giới thiệu mảng thứ hai, toàn diện và thiết thực hơn, đó là quản lý lưới điện trong thời gian thực (real-time) với khả năng điều khiển, kiểm soát và dự báo lưới điện ngay trong vận hành thực tế

Kể từ đó, ETAP phát triển rất nhanh với việc độc quyền trên nền tảng thời gian thực, ETAP thu hút được số lượng người dùng đông đảo và ngày càng được tin dùng [11]

• ETAP là công cụ phân tích toàn diện nhất để thiết kế và thử nghiệm các hệ thống điện hiện có Sử dụng các mô-đun mô phỏng ngoại tuyến tiêu chuẩn của mình, ETAP có thể sử dụng dữ liệu vận hành thời gian thực để giám sát nâng cao, mô phỏng thời gian thực, tối ưu hóa, hệ thống quản lý năng lượng và giảm tải thông minh tốc độ Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân cao ETAP đã được thiết kế và phát triển bởi các kỹ sư cho các kỹ sư để xử lý kỷ luật đa dạng của hệ thống điện cho một loạt các ngành công nghiệp trong một gói tích hợp với nhiều chế độ xem giao diện như mạng AC và DC, đường cáp, lưới mặt đất, GIS, bảng điều khiển, đèn flash hồ quang, WTG, phối hợp / chọn lọc thiết bị bảo vệ và sơ đồ hệ thống điều khiển AC và DC ETAP cho phép người dùng dễ dàng tạo và chỉnh sửa sơ đồ một dòng đồ họa (OLD), hệ thống đường đua cáp ngầm (UGS), hệ thống cáp ba chiều, biểu đồ phối hợp và chọn lọc dòng thời gian tiên tiến, sơ đồ hệ thống thông tin địa lý (GIS), cũng như hệ thống lưới mặt đất ba chiều (GGS)

• Việc sử dụng ETAP phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới như Canada, Nhật Bản, Nga, Vương quốc Anh, v.v Tại Việt Nam, ETAP phổ biến với rất nhiều trường đại học, cụ thể là Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Bách Khoa Hà Nội, v.v

• Phần mềm ETAP được chia thành hai mảng chỉnh là ETAP Offline và ETAP Real Time ETAP Offline cung cấp cái nhìn đầu tiên, mô phỏng hệ thống điện cần quy hoạch trên mô hình và kiểm tra trước khi thi công dự án ETAP Real Time hướng đến một hệ thống điện tự hành, bao gồm thu nhận dữ liệu, giám sát và dự báo trước những biến cố có thể xảy ra, quy hoạch động cũng như thao tác tập trung hệ thống đang vận hành Bên cạnh đó, các chức năng của ETAP can thiệp được trong tất cả giai đoạn của quá trình tính toán, giúp cho quá trình chuyển giao giai đoạn, ghép nối các khâu thương mại hay bảo trì, vận hành dễ dàng do sử dụng một nền tảng, ngôn ngữ chung Phần mềm ETAP tính toán và phân tích lưới điện rất mạnh, với quy mô số lượng nút không giới hạn và hoàn toàn có thể áp dụng rộng rãi trong việc tính toán, quản lý và vận hành hệ thống điện ở Việt Nam Phần mềm ETAP được sử dụng trong các tính toán liên quan tới các bài toán hệ thống điện chủ yếu như sau:

- Bài toán phân bố công suất (Load Flow Analysis) Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

- Bài toán phân bố công suất không cân bằng (Unbalanced Flow Analysis)

- Bái toán ngắn mạch (Short-Circuit Analysis)

- Bài toán khởi động động cơ (Motor Acceleration Analysis)

- Bài toán phân tích sóng hài (Harmonic Analysis)

- Bài toán phân tích ổn định quá độ (Transient Stability Analysis)

- Bài toán phối hợp các thiết bị bảo vệ (Star-Protection Device Coordination)

- Bài toán phân bố công suất tối ưu (Optimal Power Flow Analysis)

- Bài toán độ tin cậy trên lưới điện (Reality Assessment)

- Bài toán đặt tụ bù tối ưu (Optimal Capacitor Placement)

• Trong phạm vi Luận văn, luận văn sử dụng hai chức năng chủ yếu là bài toán phân bố công suất (Load Flow Analysis) và bài toán phân tích sóng hài (Harmonic Analysis)

Chức năng phân bố công suất trong ETAP giúp xác định và tối ưu hóa việc phân phối công suất trong hệ thống điện, bao gồm điện áp, dòng điện, công suất tác dụng và công suất phản kháng tại các điểm khác nhau Chức năng này hỗ trợ kỹ sư điện tối ưu hóa vận hành hệ thống, phân tích các tình huống sự cố, lập kế hoạch mở rộng hệ thống, và đảm bảo độ ổn định cũng như hiệu suất của hệ thống điện Bằng cách cung cấp dữ liệu chi tiết và mô phỏng các kịch bản khác nhau, ETAP giúp các nhà quản lý và kỹ sư đưa ra quyết định chính xác và kịp thời để nâng cao độ tin cậy và an toàn của hệ thống Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

HÌNH 3 2 Chức năng phân bố công suất trên ETAP

Chức năng phân tích sóng hài trong ETAP giúp xác định và đánh giá các sóng hài trong hệ thống điện, gây ra bởi các thiết bị điện tử công suất và tải phi tuyến Chức năng này giúp kỹ sư điện nhận diện mức độ biến dạng sóng hài, ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn của hệ thống Bằng cách mô phỏng và phân tích các dạng sóng hài, ETAP hỗ trợ trong việc thiết kế các biện pháp giảm thiểu tác động như sử dụng các bộ lọc sóng hài, nâng cấp thiết bị, và điều chỉnh cấu hình hệ thống Qua đó, chức năng này giúp đảm bảo chất lượng điện năng, giảm tổn thất và tăng độ ổn định của hệ thống điện

HÌNH 3 3 Chức năng phân tích sóng hài trong phần mềm ETAP

• Cơ sở toán học để tính toán của phần mềm ETAP: Việc tính toán dòng công suất trong lưới điện, tính toán sóng hài được thực hiện theo một trong bốn phương pháp: Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Phương pháp này có ưu điểm về độ hội tụ, tốc độ hội tụ rất cao nếu chọn các giá trị ban đầu thích hợp, thường sử dụng cho các mạng điện lớn Việc lựa chọn giá trị điện áp ban đầu của các nút được yêu cầu cao

Trước khi chạy chương trình tính toán bằng phương pháp Newton-Raphson, ETAP sẽ lập vài lần bằng Gauss-Seidel để xác định một giá trị cho trước của điện áp nút

- Phương pháp Adaptive Newton-Raphson Đây là phương pháp lặp Newton-Raphson cải tiếng, phương pháp này cải thiện độ hội tụ và trạng thái phân kỳ của phép lặp Newton-Raphson trong một số trường hợp, bằng cách hiệu chỉnh gia số k theo hàm số sau: f (xk +k × ∆ xk) < f(x) (3.1) Trong đó: f(xk): giá trị của hàm số f tại nghiệm xấp xỉ xk xk: giá trị nghiệm xấp xỉ ở bước lập thứ k k: hệ số hiệu chỉnh ở bước lập thứ k

∆ xk: bước thay đổi x trong bước lập thứ k Đối với hệ thống truyền tải và phân phối với số lượng dãy tụ nối tiếp (tức là điện kháng âm), hoặc những hệ thống có giá trị trở kháng rất nhỏ, phương pháp này cũng đã giải quyết và cải thiện đáng kể sự hội tụ của bài toán

- Phương pháp Accelerated Gauss-Seidel

Đánh giá tác động của hệ thống PV lên lưới điện phân phối

3.3.1 Mức độ xâm nhập của hệ thống điện mặt trời và các bước tiến hành

Căn cứ vào tình trạng tải vận hành thực tế trên lưới điện là 60% công suất đặt, luận văn quyết định lấy trường hợp này làm trường hợp để xác định tỉ lệ thâm nhập PV của lưới với ràng buộc là gây quá tải trạm biến áp Phương pháp xác định tỉ lệ thâm nhập PV cho lưới trung thế được tiến hành như sau:

- Thu thập số liệu để tiến hành mô hình hóa lưới Số liệu cần thu thập bao gồm: + Thông số đường dây

+ Thông số trạm biến áp

+ Dữ liệu phát điện mặt trời

- Mô hình hóa lưới điện trên phần mềm ETAP từ những số liệu ở trên

- Tiến hành cài đặt PV theo tỉ lệ thâm nhập cần khảo sát

- Chạy mô phỏng trào lưu công suất trên ETAP

- Dựa vào kết quả thu được để xem xét các điều kiện ràng buộc về quá tải máy biến áp hoặc tổn thất công suất tác dụng toàn mạch

- Tiến hành cài đặt lại PV:

+ Giữ nguyên tỉ lệ thâm nhập PV nếu việc tăng tỉ lệ thâm nhập PV sẽ vi phạm các ràng buộc

+ Tăng tỉ lệ thâm nhập PV lên nếu không vi phạm các ràng buộc

+ Tiến hành lại các bước ở trên tới khi nào không tăng tỉ lệ thâm nhập PV được nữa Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

+ Kết luận tỉ lệ thâm nhập PV lớn nhất thỏa mãn các ràng buộc

Các bước tiến hành được thể hiện ở lưu đồ hình 3.8

HÌNH 3 8 Lưu đồ giải thuật xác định tỷ lệ xâm nhập PV Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

(1) Các số liệu cần thu thập của lưới bao gồm:

Chiều dài, điện áp định mức, loại cáp, cách điện, tần số, kích thước của cáp Các thông số cần thiết của cáp trong phần mềm ETAP được trình bày bên dưới

HÌNH 3 9 Các thông số cần thiết của cáp trong phần mềm ETAP Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

HÌNH 3 10 Thư viện cáp trên không trong ETAP

- Thông số về điện trở, điện kháng, trở kháng của cáp

HÌNH 3 11 Các thông số đầu vào cần thiết cho cáp trong phần mềm ETAP Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

• Thông số máy biến áp

Các thông số đầu vào cần thiết cho máy biến áp trong phần mềm ETAP được trình bày ở hình 3.12 và hình 3.13 Bao gồm các giá trị: điện áp định mức, công suất định mức, trở kháng, loại và cấp máy biến áp

HÌNH 3 12 Các thông số đầu vào cần thiết cho máy biến áp trong phần mềm ETAP

(trang info) Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

HÌNH 3 13 Các thông số đầu vào cần thiết cho máy biến áp trong phần mềm ETAP

(trang impedance) Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

• Thông số của tải gộp

Trạng thái hoạt động, số pha của tải:

HÌNH 3 14 Các thông số đầu vào cần thiết cho tải trong phần mềm ETAP (2) Lấy số liệu phụ tải của các trạm biến áp tương ứng: Số liệu được thu thập ở đây dữ liệu về tải thực tế tại Điện lực Cà Mau Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

(3) Cách mô hình hóa số liệu phụ tải trong ETAP

Mô hình hóa lưới điện trên phần mềm Etap với trường hợp vận hành thực tế các trạm biến áp tại phát tuyến 475CM với phụ tải 60% (Theo báo cáo kỹ thuật tháng 05/2024, lưới điện khảo sát đang vận hành 60% phụ tải định mức, tương ứng với 4.410MW và 2733Mvar), bức xạ nhận được của các tấm PV là cực đại Các tấm PV sẽ được cài đặt theo tỉ lệ thâm nhập PV tương ứng Tỉ lệ thâm nhập PV được xác định theo công thức:

P dc = G × S pin × η pin × N (3.6) Trong đó: P ac : công suất đầu ra của biến tần (W) η inverter : hiệu suất biến tần

P dc : công suất đầu ra của tấm pin (W) G: bức xạ mặt trời (W/m 2 )

S pin : diện tích 1 tấm pin (m 2 ) N: tổng số tấm PV

Mặc định các trạm ban đầu có tỉ lệ thâm nhập PV %Ppen = 0% Các trạm sẽ được cài đặt báo quá tải ở mức 130% (các trạm được phép quá tải 30% công suất trong vòng

2 giờ theo mục 2, điều 35 Thông tư 28/2014/TT-BCT và sửa đổi bổ sung theo thông tư số 31/2019/TT-BCT ngày 18/11/2019) [11]

(4) Tiến hành cài đặt các tấm PV theo tỉ lệ thâm nhập tương ứng trên phần mềm Etap Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Tấm pin được lựa chọn dựa vào thư viên tấm pin trong ETAP như hình 3.15

HÌNH 3 15 Thư viện tấm pin trong ETAP Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

• Cài đặt số lượng tấm pin

Số lượng tấm pin được cài đặt như sau:

HÌNH 3 16 Cài đặt số lượng tấm pin trong ETAP Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

• Cài đặt công suất biến tần và hiệu suất biến tần

Công suất biến tần và hiệu suất biến tần trong ETAP được cài đặt theo hình 3.17

HÌNH 3 17 Cài đặt công suất biến tần và hiệu suất biến tần trong ETAP (5) Tiến hành chạy mô phỏng trào lưu công suất trên Etap:

Trào lưu công suất trong phần mềm ETAP được tính dựa theo phương pháp Adaptive Newton-Raphson Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

(6) Kiểm tra báo cáo quá tải ở từng trạm tương ứng

(7) Cài đặt lại tỉ lệ thâm nhập PV của trạm bị quá tải trên Etap với tỉ lệ thâm nhập PV trước khi bị quá tải với:

(8) Giữ nguyên tỉ lệ thâm nhập PV này cho trạm đã bị báo cáo quá tải trong suốt quá trình về sau

(9) Tiến hành chạy mô phỏng trào lưu công suất theo miền thời gian trên Etap sau khi cài đặt lại các trạm bị báo quá tải

(10) Kiểm tra tổn thất công suất tác dụng trên toàn lưới Tiến hành tăng tỉ lệ thâm nhập

PV với các trạm chưa bị quá tải lên 5%

S đm) 2 × ∆P n (3.9) Trong đó: ∆P: tổn thất công suất tác dụng toàn lưới (W)

P L : công suất tác dụng tải (W)

P PV : công suất đầu ra biến tần (W)

Q L : công suất phản kháng tải (Var) U: điện áp nút (V)

∆P trans : tổn thất trong máy biến áp (W)

S L : công suất tải (W) Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

S đm : công suất định mức máy biến áp (W)

∆P n : tổn hao ngắn mạch (W) (11) Cài đặt lại các trạm chưa bị quá tải trên phần mềm Etap với:

%Ppen = %Ppen + 5% (3.10) (12) Kết luận tỉ lệ thâm nhập PV tối ưu cho hệ thống

3.3.2 Đánh giá tác động lên điện áp

Sau khi chạy phân bố công suất trên phần mềm ETAP với các tỷ lệ xâm nhập của

PV từ 0% đến 145%, luận văn thu được giá trị điện áp tại các nút đấu nối PV (V%) như bảng và hình minh họa bên dưới

BẢNG 3 6 Điện áp điểm đấu nối PV khi thay đổi tỷ lệ xâm nhập

40 99.89 99.83 99.69 99.66 99.67 99.67 99.8 99.81 99.82 99.94 Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

145 99.97 99.96 99.95 99.95 99.95 99.96 100 100 99.99 100 Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

HÌNH 3 18 Điện áp các nút đấu nối PV

 Kết quả theo dõi thông số vận hành thực tế từ chương trình quản lý đo xa của Điện Lực TP Cà Mau: (thời điểm 0h lúc chưa có NLMN và thời điểm lúc 11h có NLMN) được thể hiện ở bảng 3.7 và bảng 3.8

Trong đó: Công Ty TNHH MTV TMDV Trang Trí Nội Thất Bảo Huy (vị trí trụ 47), Công Ty TNHH Xây Dựng Và Trang Trí Nội Thất Thanh Phương (vị trí trụ 55), Phạm Bạch Đằng (vị trí trụ 17), Công Ty TNHH MTV NDA Cà Mau (vị trí trụ 68), Công Ty TNHH Năng Lượng Bền Vững (vị trí trụ 4) Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

BẢNG 3 7 Bảng theo dõi điện áp vận hành các trạm trước khi có năng lượng mặt trời hòa lưới

Tên điểm đo Điện áp pha định mức (V)

Công Ty TNHH MTV NDA Cà Mau

Công Ty TNHH Năng Lượng Bền Vững

Công Ty TNHH MTV TMDV Trang Trí Nội Thất Bảo Huy

Công Ty TNHH Xây Dựng Và Trang Trí Nội Thất Thanh Phương

13,337 13,272 13,258 13,291 99.52 99.41 99.66 Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

BẢNG 3 8 Bảng theo dõi điện áp vận hành các trạm khi có năng lượng mặt trời hòa lưới

Tên điểm đo Điện áp pha định mức (V)

Công Ty TNHH MTV NDA Cà Mau

Công Ty TNHH Năng Lượng Bền Vững

Công Ty TNHH MTV TMDV Trang Trí Nội Thất Bảo Huy

Công Ty TNHH Xây Dựng Và Trang Trí Nội Thất Thanh Phương

13,337 13,327 13,315 13,304 99.93 99.83 99.75 Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Bảng 3.7 và bảng 3.8 được tổng hợp lại dựa vào hình 3.19 bên dưới được cập nhật từ chương trình quản lý đo xa của Công ty Điện Lực Cà Mau (chương trình

MDAS) Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

HÌNH 3 19 Bảng theo dõi điện áp vận hành các trạm trước và sau khi có năng lượng mặt trời hòa lưới (nguồn: chương trình quản lý đo xa của Công ty Điện Lực Cà Mau

(chương trình MDAS)) Đánh giá tác động của PV lên lưới phân phối HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân

Khi có sự gia tăng của hệ thống điện mặt trời trong lưới điện phân phối, độ sụt áp trên lưới điện được cải thiện rõ rệt, công suất điện mặt trời càng cao thì độ sụt áp càng giảm Không có thanh cái nào vi phạm giới hạn cho phép về điện áp trên toàn hệ thống Điện áp các thanh cái còn lại được trình bày ở phần phụ lục 3