tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu, ĐÁNH GIÁ vận HÀNH lưới PHÂN PHỐI điện có các NGUỒN PHÂN tán

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN QUỲNH TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VẬN HÀNH LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN CÓ CÁC NGUỒN PHÂN TÁN Chuyên ngành : Thiết bị, mạng & Nhà máy điện Mã số : 60.52.50 THÁI NGUYÊN - 2013 Luận văn được hoàn thành tại Khoa Sau Đại học, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Cán bộ HDKH : PGS.TS. Trần Bách Phản biện 1 : PGS.TS. Võ Quang Lạp Phản biện 2 : TS. Nguyễn Quân Nhu Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn, họp tại Khoa Sau Đại học, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Vào 17 giờ 30 phút ngày 24 tháng 01 năm 2013. Có thể tìm hiểu Luận văn tại Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên và Thư viện Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên. 1 MỞ ĐẦU Với xu thế phát triển nguồn điện như hiện nay, trong lưới điện phân phối ngày càng xuất hiện nhiều các nguồn điện phân tán công suất nhỏ kết nối vào. Tỷ trọng điện năng từ các nguồn phân tán trong tổng điện năng của toàn hệ thống điện ngày càng lớn. Hệ thống điện Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế đó, với tiềm năng về thủy điện nhỏ, năng lượng gió, năng lượng mặt trời cao, việc tích hợp các nguồn phân tán vào hệ thống điện hiện có đã nhận được nhiều sự quan tâm sâu sắc. Tuy nhiên, sự xuất hiện của các nguồn phân tán có công suất nhỏ trong hệ thống điện hiện có cũng đặt ra nhiều vấn đề kỹ thuật cần được quan tâm nghiên cứu, nhất là trong lưới điện phân phối. Nguyên nhân chính của các vấn đề này là việc lưới điện phân phối hiện có vốn không được thiết kế tích hợp các nguồn phân tán với công suất phụ thuộc nhiều vào yếu tố môi trường. Trên lưới điện phân phối khi thiết kế chỉ bao gồm các phụ tải điện, không có các nguồn điện kết nối vào. Nếu có nhiều nguồn phân tán được kết nối vào có thể dẫn đến các chế độ vận hành không cho phép cũng như có thể gây hư hỏng cho các thiết bị làm việc trên lưới điện phân phối cũng như hư hỏng chính nguồn điện. Đối với những lưới điện cụ thể, khi tích hợp nguồn phân tán cần phải thực hiện những nghiên cứu mô phỏng để nhận biết và đề ra các giải pháp nhằm giải quyết các vấn đề kỹ thuật có thể nảy sinh nhằm đảm bảo kết nối một cách tốt nhất nguồn phân tán vào lưới điên phân phối. Nguồn phân tán khi đấu nối vào lưới điện hiện tại có thể làm nảy sinh các vấn đề kỹ thuật liên quan đến chất lượng điện năng được cung cấp trong lưới, làm giảm độ tin cậy cung cấp điện, giảm hiệu quả truyền tải điện, gây ra quá điện áp cũng như ảnh hưởng tới các thông số bảo vệ. Đề tài trong luận văn được lựa chọn nhằm mục đích tìm hiểu, học tập và nghiên cứu sự vận hành của lưới phân phối điện khi có các nguồn điện phân tán kết nối vào. Vận dụng vào thực tế, dùng phần mềm tính toán lưới điện MATPOWER chạy trong môi trường của MATLAB để tính toán, đánh giá sự ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến chất lượng điện áp và tổn thất công suất trong lưới điện 22kV của tỉnh Hưng Yên. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN ĐIỆNPHÂN TÁN 1.1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1.1. Định nghĩa Lưới điện phân phối Lưới điện phân phối (LPP) là một phần của Hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải. LPP là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng. 1.1.2. Phân loại Lưới điện phân phối Lưới điện phân phối gồm hai phần: - LPP trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV phân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp trung áp. - LPP hạ áp có cấp điện áp 380/220V cấp điện cho các phụ tải hạ áp. 1.1.3. Vai trò của Lưới điện phân phối LPP làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện. 1.1.4. Các phần tử chính của Lưới điện phân phối 1.1.5. Cấu trúc của Lưới điện phân phối Cấu trúc của LPP bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành. 1.1.6. Đặc điểm của Lưới điện phân phối LPP được phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng và có tổn thất lớn. Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp nhất trên LPP vào khoảng 4%. 1.1.7. Hệ thống phân phối điện tại Việt Nam 1.1.7.1. Tình hình phát triển lưới điện phân phối ở nước ta Cùng với sự đổi mới và phát triển kinh tế, quá trình phát triển và điện khí hoá của nước ta đã có những thay đổi quan trọng, góp phần thúc đẩy sự phát triển của các ngành kinh tế, cải thiện mức sống về vật chất và tinh thần cho nhân dân, đặc biệt là nông dân. Hiện nay 100% số huyện trong cả nước đã có điện lưới quốc gia và hầu hết các xã đã có điện. 3 1.1.7.2. Tình hình phát triển phụ tải điện Theo kết quả nghiên cứu của đề tài KHCN – 0907, “Dự báo nhu cầu phụ tải trong giai đoạn 2000 – 2020” do Viện Chiến lược phát triển, Bộ Kế hoạch và Đầu tư xây dựng với 2 phương án: phương án cao và phương án cơ sở. Trong đó lấy nhịp độ phát triển dân số trong 25 năm (1996 - 2020) được dự báo bình quân là 1,72%/năm. 1.1.8. Kết luận 1.2. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN (DG) 1.2.1. Định nghĩa nguồn điện phân tán Trong luận văn này, tác giả sử dụng định nghĩa nguồn phân tán như định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 1547: “Nguồn phân tán là loại nguồn kết nối trực tiếp tới hệ thống phân phối. Nguồn phân tán bao gồm máy phát điện và các công nghệ dự trữ năng lượng – Distributed Resource: sources of electric power that are not directly connected to a bulk power transmisstion system. Distributed Resource includes both generators and energy storage technologies”. 1.2.2. Đặc điểm công nghệ nguồn phát điện phân tán Nguồn phân tán có thể chia ra làm hai nhóm chính theo công nghệ chế tạo: - Nhóm nguồn năng lượng tái tạo: Điện gió, điện mặt trời, thủy điện nhỏ, điện sinh khối, địa nhiệt điện, điện thủy triều. - Nhóm nguồn năng lượng không tái tạo: Động cơ đốt trong (Diesel), pin nhiện liệu, tua bin hơi. 1.2.3. Một số loại nguồn phát điện phân tán 1.2.3.1. Máy phát điện Diesel 1.2.3.2. Máy phát điện tuabin khí 1.2.3.3. Pin nhiên liệu 1.2.3.4. Nguồn điện mặt trời 1.2.3.5. Máy phát điện tuabin gió 1.2.3.6. Thuỷ điện nhỏ 1.2.3.8. Năng lượng sinh khối 1.2.3.9. Năng lượng địa nhiệt 4 1.2.4. Hiện trạng và xu hướng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam 1.2.4.1. Hiện trạng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam Trong những năm gần đây, mối quan tâm về DG tại Việt Nam ngày càng nhiều khi mà nhu cầu về các nguồn phát điện tại chỗ đang gia tăng. Những nguồn điện phân tán như: điện gió, điện mặt trời, thủy điện nhỏ, điện sinh khối, … đang được chú ý quan tâm hơn cả. 1.2.4.2. Tiềm năng phát triển nguồn điện phân tán tại Việt Nam * Tiềm năng năng lượng gió. * Tiềm năng năng lượng mặt trời. * Tiềm năng năng lượng thủy điện nhỏ. * Tiềm năng năng lượng sinh khối. 1.2.4.3. Kế hoạc phát triển nguồn phân tán ở nước ta Dự báo công suất của các nguồn phân tán có tiềm năng ở nước ta tính đến năm 2030 (hình 1.23) Hình 1.23: Dự báo công suất các nguồn phân tán tại Việt Nam đến năm 2030. 5 1.2.5. Kết luận Nguồn điện phân tán đã và đang cho thấy những ưu điểm và những lợi ích thiết thực. Trong đó, những nguồn năng lượng tái tạo được đặc biệt chú trọng do có tiềm năng to lớn và thân thiện với môi trường. 1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG Sự phát triển và hoàn thiện không ngừng của Hệ thống điện Việt Nam trong những năm gần đây đã đạt được nhiều kết quả đáng khích lệ, góp phần to lớn vào công cuộc Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước. Chất lượng điện năng cũng như độ tin cậy về cung cấp điện không ngừng được cải thiện. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của phụ tải điện đã khiến cho hệ thống điện vẫn chưa đáp ứng được hoàn toàn nhu cầu của phụ tải. Nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền thống đang dần cạn kiệt. Trước thực trạng đó, việc phát triển các nguồn điện phân tán đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế. Tuy nhiên, việc phát triển nguồn điện phân tán sẽ gặp rất nhiều khó khăn về kỹ thuật, đặc biệt việc làm ảnh hưởng tới chất lượng điện năng của hệ thống điện hiện có, vấn đề về công nghệ và kỹ thuật trong việc kết nối DG với lưới điện hiện có cũng cần được quan tâm. Trong phạm vi của Luận văn, Tác giả đề cập đến vấn đề chính đó là kết nối các DG với lưới điện phân phối. Các yêu cầu kỹ thuật và những ảnh hưởng của DG khi kết nối vào lưới điện phân phối. 6 CHƯƠNG 2: CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ TIÊU CHUẨN KẾT NỐI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN VỚI LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1. CÁC TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG Trong phần này sẽ trình bày các tiêu chuẩn chất lượng điện năng đang được sử dụng cho Hệ thống điện Việt Nam, nhằm mục đích nghiên cứu các thông số dự kiến sẽ mô phỏng và đánh giá khi đấu nối nguồn phân tán vào lưới điện phân phối Việt Nam. 2.1.1. Tiêu chuẩn về tần số Độ lệch tần số được hiểu là sự chênh lệch hiện thời và tần số định mức của hệ thống điện tại một thời điểm bất kỳ [1]. Độ dao động tần số được đặc trưng bởi sự chênh lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tần số khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1Hz/s. Độ dao động tần số không được lớn hơn giá trị cho phép [1]. 2.1.2. Tiêu chuẩn về điện áp 2.1.2.1. Độ lệch điện áp so với điện áp định mức của lưới điện Độ lệch điện áp là một trong những tiêu chuẩn chất lượng điện áp quan trọng. Việc giữ độ lệch điện áp trong phạm vi cho phép đối với mỗi khách hàng của hệ thống điện cũng là một trong những yêu cầu bắt buộc đối với việc vận hành lưới điện. 2.1.2.2. Độ dao động điện áp Tốc độ biến thiên từ U min đến U max không nhỏ hơn 1%/s. Dao động điện áp gây dao động ánh sáng, làm hại mắt ngưới lao động, gây nhiễu radio, ti vi và các thiết bị điện tử, … Vì vậy độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép. 2.1.2.3. Độ không đối xứng Điện áp không đối xứng làm giảm hiệu quả công tác và tuổi thọ của các thiết bị dùng điện, giảm khả năng tải của lưới điện và gây tổn thất điện năng. 7 2.1.2.4. Độ không sin Các thiết bị dùng điện có đặc tính phi tuyến như: máy biến áp không tải, bộ chỉnh lưu, thyristor, … làm biến dạng đường đồ thị điện áp, khiến nó không còn là hình sin nữa, xuất hiện các sóng hài điện áp và dòng điện bậc cao U j , I j . 2.1.2.5. Sụt giảm điện áp ngắn hạn Là sự biến đổi của giá trị điện áp trong một khoảng thời gian ngắn, thường do sự cố, đóng cắt phụ tải, khởi động động cơ hoặc các thiết bị có công suất lớn. 2.2. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI ĐẤU NỐI DG VÀO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.2.1. Đối với tần số 2.2.2. Đối với điện áp 2.2.2.1. Điện áp danh định 2.2.2.2. Trong chế độ vận hành bình thường 2.2.2.3. Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc quá trình khôi phục vận hành ổn định sau sự cố 2.2.2.4. Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự cố 2.2.3. Yêu cầu đối với tổ máy phát điện đấu nối vào lưới điện phân phối 2.2.3.1. Máy cắt của tổ máy phát điện 2.2.3.2. Khả năng phát công suất tác dụng 2.2.3.3. Trong điều kiện vận hành bình thường 2.2.3.4. Các điều kiện để nhà máy điện đấu nối vào lưới điện phân phối có khả năng cung cấp công suất phản kháng 2.2.3.5. Mức độ mất đối xứng 2.2.3.6. Vấn đề phối hợp với thiết bị tự động đóng lại 2.2.4. Cân bằng pha 2.2.5. Sóng hài 2.2.5.1. Tổng độ biến dạng sóng hài (TDH) 8 2.2.5.2. Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại điểm đấu nối 2.2.5.3. Vấn đề đỉnh nhọn điện áp bất thường 2.2.6. Nhấp nháy điện áp 2.2.6.1. Mức nhấp nháy điện áp 2.2.6.2. Mức nhấp nháy tại điểm đấu nối 2.3. MỘT SỐ QUY ĐỊNH KỸ THUẬT TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA CÁC QUỐC GIA TRÊN THẾ GIỚI 2.3.1. Tiêu chuẩn kết nối và yêu cầu kỹ thuật của các nước trên Thế Giới 2.3.1.1. Công suất đặt Khả năng tải của máy biến áp, cáp, dây dẫn, thiết bị chuyển mạch được sử dụng để xác định mức công suất cực đại của DG mà có thể lắp đặt. 2.3.1.2. Cấp điện áp kết nối DG Do công suất phát hạn chế, DG thường được kết nối với mạng trung áp và hạ áp. Tuy nhiên không có mức giới hạn điện áp cực đại khi kết nối DG. 2.3.1.3. Chất lượng điện năng *Sóng hài * Chập chờn * Hệ số công suất * Điều khiển dòng điện * Bảo vệ * Tự động đóng lại 2.3.1.4. Hoà đồng bộ Để có thể hoà đồng bộ DG với lưới điện, điện áp ra của DG và điện áp vào của lưới phải có cùng điện áp, tần số, thứ tự pha và góc pha. Nếu hội tụ đủ những điều kiện này DG có thể được đưa vào để hoà đồng bô với lưới với mức điện áp dao động nằm trong phạm vi ±5% tại PCC. 2.3.2. Quy định đấu nối của hệ thống điện các nước Bắc Âu Tài liệu tham khảo [19]. 2.3.3. Quy định đấu nối DG vào hệ thống điện Bang Texas – Hoa Kỳ [...]... Luận văn đã thu thập các nguồn tài liệu và đưa ra các yêu cầu kỹ thuật, các tiêu chuẩn kết nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối Qua đó, người thiết kế có thể tham khảo và áp dụng những tiêu chuẩn đó trong công việc tính toán thiết kế lưới điện khi có nguồn điện phân tán Luận văn đã chỉ ra được những ảnh hưởng, tác động của nguồn điện phân tán khi kết nối vào lưới phân phối điện, như: ảnh hưởng... vào các yếu tố địa lý, thời tiết, môi trường, … 9 CHƯƠNG 3: NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1 KHÁI QUÁT CHUNG Khi DG được kết nối vào lưới phân phối điện nó sẽ đem lại một số ảnh hưởng tích cực đến lưới: - Giảm tổn thất điện năng; - Nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối điện; - Nâng cao chất lượng điện áp; - Giải phóng khả năng tải của lưới phân phối điện; ... KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN: Trong Luận văn, Tác giả đã tiến hành nghiên cứu về các ưu nhược điểm, xu thế phát triển và tiềm năng của các nguồn điện phân tán Qua đó nhấn mạnh rằng, phát triển nguồn điện phân tán là định hướng cho tương lai của cả Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Bằng những số liệu thống kê cụ thể đã cho thấy tiềm năng to lớn của các nguồn điện phân tán ở Việt Nam Luận văn. ..2.3.3.1 Điện áp 2.3.3.2 Độ nhấp nháy điện áp 2.3.3.3 Tần số 2.3.3.4 Sóng hài 2.3.3.5 Hệ thống bảo vệ 2.4 ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ NHỮNG YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI NGUỒN PHÂN TÁN Khi các DG được đấu nối vào lưới điện, chúng sẽ có tác động đáng kể đến chế độ vận hành của hệ thống điện: chất lượng điện năng, tổn thất điện năng, … do hầu hết các nguồn phân tán đều có công suất hạn chế và công... nhất 21 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO: - Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến các hệ thống bảo vệ rơ le của lưới điện phân phối - Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến độ tin cậy của lưới điện phân phối KIẾN NGHỊ: Ở Việt Nam, tiềm năng để phát triển các DG là rất lớn, khi khai thác hết các nguồn DG này thì công suất có thể lên đến hàng chục nghìn MW Tuy nhiên, do những khó khăn... nhiều thành phần tham gia đầu tư vào phát triển DG, nhằm mục tiêu khai thác hiệu quả hơn nữa các nguồn năng lượng sạch và dồi dào vốn có này Đối với những DG hiện có, đặc biệt là nguồn thuỷ điện nhỏ, cần đầu tư nâng cấp cơ sở hạ tầng cũng như đào tạo tốt nguồn nhân lực con người để vận hành, khai thác tối ưu Cần đầu tư nhiều hơn nữa cho những nghiên cứu về các chế độ vận hành của lưới điện khi có sự... của DG đến lưới phân phối phụ thuộc rất lớn vào vị trí đặt và như mức độ thâm nhập khi mức độ thâm nhập của DG Ngoài ra, mức độ ảnh hưởng còn phụ thuộc vào mức độ phân tán và các công nghệ chế tạo các DG Để minh chứng cho ảnh hưởng của DG đến chất lượng điện áp và tổn thất công suất trên đường dây của lưới điện, trong Luận văn đã tiến hành nghiên cứu tính toán ảnh hưởng của DG đến một lưới điện cụ thể,... Matpower 4.0 Luận văn sử dụng chương trình tính toán lưới điện MATPOWER chạy trong môi trường MATLAB để nghiên cứu ảnh hưởng của DG đến chất lượng điện áp và tổn thất công suất trong lưới phân phối điện Chương trình MATPOWER tính toán theo phương pháp đã trình bày ở trên 4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA DG ĐẾN VIỆC CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP VÀ GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN 4.2.1 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả... trên lưới phải nhỏ hơn trước khi có DG Việc xác định tối ưu vị trí đặt và công suất DG, có xét đến điều kiện vận hành khác nhau của lưới điện, sẽ đem lại kết quả tốt hơn cho bài toán giảm thiểu tổn thất công suất trên lưới Tổn thất sẽ được giảm nhiều hơn khi kết nối các DG ở các khu vực có mật độ phụ tải cao hơn [25] 3.3 CÁC VẤN ĐỀ VỀ ĐIỆN ÁP DG không điều chỉnh trực tiếp điện áp của LPP nhưng nó có. .. thương về “Quy định Hệ thống điện phân phối , Hà Nội [5] Nguyễn Văn Đạm (2005), Mạng lưới điện 1, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Lê Kim Hùng, Lê Thái Thanh, Tối ưu hoá vị trí đặt và công suất của nguồn phân tán trên mô hình lưới phân phối 22kV, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng 2008 [7] Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạch Hoạch (2007), Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp . ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN QUỲNH TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VẬN HÀNH LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN CÓ CÁC NGUỒN PHÂN TÁN . TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN ĐIỆNPHÂN TÁN 1.1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1.1. Định nghĩa Lưới điện phân phối Lưới điện phân phối (LPP) là một phần của Hệ thống điện, làm. quyết các vấn đề kỹ thuật có thể nảy sinh nhằm đảm bảo kết nối một cách tốt nhất nguồn phân tán vào lưới điên phân phối. Nguồn phân tán khi đấu nối vào lưới điện hiện tại có thể làm nảy sinh các