Nghiên cứu, đánh giá vận hành lưới phân phối điện có các nguồn phân tán (tt)

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 hoàn thành Khoa Sau Đại học, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Cán HDKH : PGS.TS Trần Bách Phản biện : PGS.TS Võ Quang Lạp Phản biện : TS Nguyễn Quân Nhu Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn, họp Khoa Sau Đại học, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Vào 17 30 phút ngày 24 tháng 01 năm 2013 Có thể tìm hiểu Luận văn Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên Thư viện Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên MỞ ĐẦU Với xu phát triển nguồn điện nay, lưới điện phân phối ngày xuất nhiều nguồn điện phân tán công suất nhỏ kết nối vào Tỷ trọng điện từ nguồn phân tán tổng điện toàn hệ thống điện ngày lớn Hệ thống điện Việt Nam khơng nằm ngồi xu đó, với tiềm thủy điện nhỏ, lượng gió, lượng mặt trời cao, việc tích hợp nguồn phân tán vào hệ thống điện có nhận nhiều quan tâm sâu sắc Tuy nhiên, xuất nguồn phân tán có cơng suất nhỏ hệ thống điện có đặt nhiều vấn đề kỹ thuật cần quan tâm nghiên cứu, lưới điện phân phối Nguyên nhân vấn đề việc lưới điện phân phối có vốn khơng thiết kế tích hợp nguồn phân tán với công suất phụ thuộc nhiều vào yếu tố môi trường Trên lưới điện phân phối thiết kế bao gồm phụ tải điện, khơng có nguồn điện kết nối vào Nếu có nhiều nguồn phân tán kết nối vào dẫn đến chế độ vận hành không cho phép gây hư hỏng cho thiết bị làm việc lưới điện phân phối hư hỏng nguồn điện Đối với lưới điện cụ thể, tích hợp nguồn phân tán cần phải thực nghiên cứu mô để nhận biết đề giải pháp nhằm giải vấn đề kỹ thuật nảy sinh nhằm đảm bảo kết nối cách tốt nguồn phân tán vào lưới điên phân phối Nguồn phân tán đấu nối vào lưới điện làm nảy sinh vấn đề kỹ thuật liên quan đến chất lượng điện cung cấp lưới, làm giảm độ tin cậy cung cấp điện, giảm hiệu truyền tải điện, gây điện áp ảnh hưởng tới thông số bảo vệ Đề tài luận văn lựa chọn nhằm mục đích tìm hiểu, học tập nghiên cứu vận hành lưới phân phối điện có nguồn điện phân tán kết nối vào Vận dụng vào thực tế, dùng phần mềm tính tốn lưới điện MATPOWER chạy mơi trường MATLAB để tính tốn, đánh giá ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến chất lượng điện áp tổn thất công suất lưới điện 22kV tỉnh Hưng Yên 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) phần Hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân phối điện từ trạm trung gian, trạm khu vực hay nhà máy điện cấp điện cho phụ tải LPP khâu cuối hệ thống điện đưa điện 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 cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV phân phối điện cho trạm biến áp trung áp/hạ áp phụ tải cấp điện áp trung áp - LPP hạ áp có cấp điện áp 380/220V cấp điện cho phụ tải hạ áp 1.1.3 Vai trò Lưới điện phân phối LPP làm nhiệm vụ phân phối điện từ trạm trung gian, trạm khu vực hay nhà máy điện cho phụ tải điện 1.1.4 Các phần tử Lưới điện phân phối 1.1.5 Cấu trúc Lưới điện phân phối Cấu trúc LPP bao gồm cấu trúc tổng thể cấu trúc vận hành 1.1.6 Đặc điểm Lưới điện phân phối LPP phân bố diện rộng, thường vận hành khơng đối xứng có tổn thất lớn Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp LPP vào khoảng 4% 1.1.7 Hệ thống phân phối điện Việt Nam 1.1.7.1 Tình hình phát triển lưới điện phân phối nước ta Cùng với đổi phát triển kinh tế, trình phát triển điện khí hố nước ta có thay đổi quan trọng, góp phần thúc đẩy phát triển ngành kinh tế, cải thiện mức sống vật chất tinh thần cho nhân dân, đặc biệt nông dân Hiện 100% số huyện nước có điện lưới quốc gia hầu hết xã có điện 1.1.7.2 Tình hình phát triển phụ tải điện Theo kết nghiên cứu đề tài KHCN – 0907, “Dự báo nhu cầu phụ tải giai đoạn 2000 – 2020” Viện Chiến lược phát triển, Bộ Kế hoạch Đầu tư xây dựng với phương án: phương án cao phương án sở Trong lấy nhịp độ phát triển dân số 25 năm (1996 - 2020) dự báo bình quân 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 định nghĩa tiêu chuẩn IEEE 1547: “Nguồn phân tán loại nguồn kết nối trực tiếp tới hệ thống phân phối Nguồn phân tán bao gồm máy phát điện công nghệ dự trữ 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 chia làm hai nhóm theo cơng nghệ chế tạo: - Nhóm nguồn lượng tái tạo: Điện gió, điện mặt trời, thủy điện nhỏ, điện sinh khối, địa nhiệt điện, điện thủy triều - Nhóm nguồn lượng không tái tạo: Động đốt (Diesel), pin nhiện liệu, tua bin 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 1.2.4 Hiện trạng xu hướng phát triển nguồn phân tán Việt Nam 1.2.4.1 Hiện trạng phát triển nguồn phân tán Việt Nam Trong năm gần đây, mối quan tâm DG Việt Nam ngày nhiều mà nhu cầu nguồn phát điện chỗ gia tăng Những nguồn điện phân tán như: điện gió, điện mặt trời, thủy điện nhỏ, điện sinh khối, … ý quan tâm 1.2.4.2 Tiềm phát triển nguồn điện phân tán Việt Nam * Tiềm năng lượng gió * Tiềm năng lượng mặt trời * Tiềm năng lượng thủy điện nhỏ * Tiềm năng lượng sinh khối 1.2.4.3 Kế hoạc phát triển nguồn phân tán nước ta Dự báo công suất nguồn phân tán có tiềm nước ta tính đến năm 2030 (hình 1.23) Hình 1.23: Dự báo công suất nguồn phân tán Việt Nam đến năm 2030 1.2.5 Kết luận Nguồn điện phân tán cho thấy ưu điểm lợi ích thiết thực Trong đó, nguồn lượng tái tạo đặc biệt trọng có tiềm to lớn thân thiện với mơi trường 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Sự phát triển hoàn thiện không ngừng Hệ thống điện Việt Nam năm gần đạt nhiều kết đáng khích lệ, góp phần to lớn vào cơng Cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước Chất lượng điện độ tin cậy cung cấp điện không ngừng cải thiện Tuy nhiên, gia tăng nhanh chóng phụ tải điện khiến cho hệ thống điện chưa đáp ứng hoàn tồn nhu cầu phụ tải Nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền thống dần cạn kiệt Trước thực trạng đó, việc phát triển nguồn điện phân tán quan tâm nghiên cứu ứng dụng vào thực tế Tuy nhiên, việc phát triển nguồn điện phân tán gặp nhiều khó khăn kỹ thuật, đặc biệt việc làm ảnh hưởng tới chất lượng điện hệ thống điện có, vấn đề cơng nghệ kỹ thuật việc kết nối DG với lưới điện có cần quan tâm Trong phạm vi Luận văn, Tác giả đề cập đến vấn đề kết nối DG với lưới điện phân phối Các yêu cầu kỹ thuật ảnh hưởng DG kết nối vào lưới điện phân phối 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 trình bày tiêu chuẩn chất lượng điện sử dụng cho Hệ thống điện Việt Nam, nhằm mục đích nghiên cứu thông số dự kiến mô đánh giá đấu nối nguồn phân tán vào lưới điện phân phối Việt Nam 2.1.1 Tiêu chuẩn tần số Độ lệch tần số hiểu chênh lệch thời tần số định mức hệ thống điện thời điểm [1] Độ dao động tần số đặc trưng chênh lệch giá trị lớn nhỏ tần số tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn 0,1Hz/s Độ dao động tần số không lớn giá trị cho phép [1] 2.1.2 Tiêu chuẩn điện áp 2.1.2.1 Độ lệch điện áp so với điện áp định mức lưới điện Độ lệch điện áp tiêu chuẩn chất lượng điện áp quan trọng Việc giữ độ lệch điện áp phạm vi cho phép khách hàng hệ thống điện yêu cầu bắt buộc việc vận hành lưới điện 2.1.2.2 Độ dao động điện áp Tốc độ biến thiên từ Umin đến Umax không nhỏ 1%/s Dao động điện áp gây dao động ánh sáng, làm hại mắt ngưới lao động, gây nhiễu radio, ti vi thiết bị điện tử, … Vì độ dao động điện áp hạn chế miền cho phép 2.1.2.3 Độ không đối xứng Điện áp không đối xứng làm giảm hiệu công tác tuổi thọ thiết bị dùng điện, giảm khả tải lưới điện gây tổn thất điện 2.1.2.4 Độ khơng sin Các thiết bị dùng điện có đặc tính phi tuyến như: máy biến áp không tải, chỉnh lưu, thyristor, … làm biến dạng đường đồ thị điện áp, khiến khơng cịn hình sin nữa, xuất sóng hài điện áp dịng điện bậc cao Uj, Ij 2.1.2.5 Sụt giảm điện áp ngắn hạn Là biến đổi giá trị điện áp khoảng thời gian ngắn, thường cố, đóng cắt phụ tải, khởi động động thiết bị có cơng suất lớn 2.2 CÁC U 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 cố đơn lẻ q trình khơi phục vận hành ổn định sau cố 2.2.2.4 Trong chế độ cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải khôi phục cố 2.2.3 Yêu cầu tổ máy phát điện đấu nối vào lưới điện phân phối 2.2.3.1 Máy cắt tổ máy phát điện 2.2.3.2 Khả 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 cung cấp công suất phản kháng 2.2.3.5 Mức độ đối xứng 2.2.3.6 Vấn đề phối hợp với thiết bị tự động đóng lại 2.2.4 Cân pha 2.2.5 Sóng hài 2.2.5.1 Tổng độ biến dạng sóng hài (TDH) 2.2.5.2 Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp 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 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 yêu cầu kỹ thuật nước Thế Giới 2.3.1.1 Công suất đặt Khả tải máy biến áp, cáp, dây dẫn, thiết bị chuyển mạch sử dụng để xác định mức công suất cực đại DG mà lắp đặt 2.3.1.2 Cấp điện áp kết nối DG Do công suất phát hạn chế, DG thường kết nối với mạng trung áp hạ áp Tuy nhiên khơng có mức giới hạn điện áp cực đại kết nối DG 2.3.1.3 Chất lượng điện *Sóng hài * Chập chờn * Hệ số cơng suất * Điều khiển dịng điện * Bảo vệ * Tự động đóng lại 2.3.1.4 Hồ đồng Để hồ đồng DG với lưới điện, điện áp DG điện áp vào lưới phải có điện áp, tần số, thứ tự pha góc pha Nếu hội tụ đủ điều kiện DG đưa vào để hồ đồng bô với lưới với mức điện áp dao động nằm phạm vi ±5% PCC 2.3.2 Quy định đấu nối hệ thống điện nước Bắc Âu Tài liệu tham khảo [19] 2.3.3 Quy định đấu nối DG vào hệ thống điện Bang Texas – Hoa Kỳ CHƯƠNG 3: NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1 KHÁI QUÁT CHUNG Khi DG kết nối vào lưới phân phối điện đem lại số ảnh hưởng tích cực đến lưới: - Giảm tổn thất điện năng; - Nâng cao độ tin cậy lưới phân phối điện; - Nâng cao chất lượng điện áp; - Giải phóng khả tải lưới phân phối điện; - Trì hỗn thời gian nâng cấp lưới điện; - Lắp đặt dễ dàng nhanh chóng sản xuất phần tử theo mơ đun; - Giảm chi phí tải điện xa, điện áp cao; - Thân thiện với môi trường lượng tái tạo sử dụng; - Dễ vận hành độ phức tạp thấp 3.2 VẤN ĐỀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN Tuỳ vào vị trí, cơng suất đặt DG cấu trúc lưới điện mà DG có tác dụng làm giảm tăng tổn thất công suất Vị trí đặt DG xác định cho tổn thất lưới phải nhỏ trước có DG Việc xác định tối ưu vị trí đặt cơng suất DG, có xét đến điều kiện vận hành khác lưới điện, đem lại kết tốt cho toán giảm thiểu tổn thất công suất lưới Tổn thất giảm nhiều kết nối DG khu vực có mật độ phụ tải cao [25] 3.3 CÁC VẤN ĐỀ VỀ ĐIỆN ÁP DG không điều chỉnh trực tiếp điện áp LPP làm cho điện áp lưới tăng lên giảm phụ thuộc vào loại DG, phương pháp điều chỉnh DG, công suất phát thông số lưới tải Ảnh hưởng DG lên thay đổi điện áp DG phát công suất tác dụng (cosϕ=1) nhỏ so với DG phát tiêu thụ công suất phản kháng 3.3.1 Vấn đề gia tăng điện áp 3.3.2 Mức độ suy giảm nhanh điện áp 3.3.3 Sự dao động điện áp 3.3.4 Mức độ khơng sin sóng điện áp 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA DG ĐẾN DÒNG ĐIỆN SỰ CỐ VÀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ 10 Vấn đề bảo vệ vấn đề cần đặc biệt quan tâm kết nối DG vào lưới điện Khi kết nối DG vào lưới điện, chế độ cố, DG làm giảm bớt mức độ suy giảm điện áp, nhiên ảnh hưởng tới phân bố dòng cố với mức độ phức tạp tăng lên 3.4.1 Dòng điện tăng cao trường hợp cố 3.4.2 Ảnh hưởng DG đến phối hợp thiết bị bảo vệ 3.4.3 Ảnh hưởng DG đến làm việc thiết bị tự động đóng lại 3.4.4 Biện pháp hạn chế ảnh hưởng DG chế độ cố lưới điện 3.5 ẢNH HƯỞNG CỦA DG ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN Độ tin cậy hệ thống phân phối điện tiêu quan trọng quy hoạch vận hành hệ thống Với xuất DG lưới, độ tin cậy cung cấp điện cải thiện khơng Điều phụ thuộc vào cấu trúc lưới điện, vị trí đấu nối, cơng suất lắp đặt cơng nghệ DG 3.5.1 Độ tin cậy cung cấp điện 3.5.2 Các hệ số đánh giá độ tin cậy cung cấp điện 3.6 ẢNH HƯỞNG CỦA DG ĐẾN CÁC VẤN ĐỀ VỀ KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG 3.6.1 Những vấn đề mơi trường 3.6.1.1 Những lợi ích mơi trường 3.6.1.2 Những hạn chế 3.6.2 Những vấn đề kinhh tế 3.6.2.1 Những lợi ích kinh tế 3.6.2.2 Những hạn chế 3.7 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA DG BẰNG HỆ SỐ ĐA MỤC TIÊU 3.7.1 Các hệ số ảnh hưởng DG tới lưới phân phối điện 3.7.1.1 Tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng { } { } Im{losses } = 1− Im{losses } ILp k = − Re losses k Re losses (3.25) k ILq k (3.26) 11 3.7.1.2 Chất lượng điện áp lưới điện  Uφ o − U φ ik k IVD = − max   U φ0  NN −1 ∑ IVR k = − i =1  Uφik − Uφik max  Uφik  NN − NN −1     i =1     (3.27) (3.28) 3.7.1.3 Khả tải dây dẫn NL  Jφ mk Jn km   IC = − max ,  CCφ m CCn m   m=1  (3.29) k 3.7.1.4 Ngắn mạch pha ngắn mạch ba pha k  I SCabci   max I SCabci   k ISC3 = − k I SCabc * (3.30) I SCabc * k  I SC φ  max i  I SCφ i  ISC1k = − k I SC*     (3.31) I SC * 3.7.2 Đánh giá hệ số đa mục tiêu IMOk = w1ILpk + w2ILqk + w3IVDk + w3IVRk + w5ICk + w6ISC3k + +w7ISC1k (3.32) Trong : ∑w i =1 i = ; wi ∈ [0,1] 12 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG TÍNH TỐN, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP VÀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN THỰC TẾ 4.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN Phân bố dịng cơng suất tốn giải hệ phương trình ma trận phức: & & U & = &I = S Y & U (4.1) 4.1.1 Ma trận tổng dẫn nút Các phần tử đường chéo Ykm âm tổng dẫn đường dây j nối nút k nút m Do đó, Ykm ≠ có kết nối trực tiếp hai nút k m: Ykm = -Ydj = − Z dj (4.2) Các phần tử đường chéo Ykk tổng dẫn đường dây nối vào nút k, kể tổng dẫn phần tử nối shunt (Ysh.k), tổng dẫn với đất (YC.k= jB C.km ) tổng dẫn đường dây nối với nút cân Gọi Ci tập nút có liên hệ với nút k: Ykk= ∑ Ydj (4.3) Ci 4.1.2 Các loại nút lưới điện * Nút PQ: Nút PQ nút tải có thành phần P Q xác định thường không đổi, không điều chỉnh tải điện áp tải Điện áp nút PQ chưa biết * Nút PV: Nút PV nút máy phát với công suất tác dụng P biên độ điện áp V xác định trước * Nút cân bằng: Nút cân nút có biên độ điện áp cho trước, góc điện áp = 0, chọn làm tham chiếu tính tốn phân bố dịng cơng suất 4.1.3 Phương trình cân cơng suất nút có kết nối DG Phương trình cân công suất cho nút k: 13 S& k = ∑ S& ∗ & Ish k − 3U km + k m∈C k , k ≠ m m∈C k , k ≠ m ∗ B U Ckm ∑ m∈C k , k ≠ m m∈C k , k ≠ m ∑Y km m∈C k , k ≠ m Q k = − U 2k ∗ & I Ckm 3U k ∑ S& km + U 2k Ysh.k − j = Pk = U 2k ∑ cosϕm − ∑Y km m ∈C k , k ≠ m ∑U U k m∈C k , k ≠ m sinϕ m − ∑ m∈C k , k ≠ m m k (4.10) ∗  Ykm cos(θkm − ϕkm ) + U 2k ReY sh k    U k U m Ykm sin( θ km − ϕ km ) − j ∑ m∈C k , k ≠ m U 2k BCkm ∗  +U 2k Im Y sh k    (4.11) 4.1.4 Phương pháp Newton – Raphson 4.1.5 Giới thiệu chương trình tính tốn Matpower 4.0 Luận văn sử dụng chương trình tính tốn lưới điện MATPOWER chạy mơi trường MATLAB để nghiên cứu ảnh hưởng DG đến chất lượng điện áp tổn thất công suất lưới phân phối điện Chương trình MATPOWER tính tốn theo phương pháp trình bày 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 cải thiện điện áp N VI = ∑ Ui Pi k i i =1 N ∑k i (4.15) =1 i =1 VP = VI DG VI KDG (4.17) 4.2.2 Chỉ tiêu đánh giá hiệu giảm tổn thất công suất LLI = LLDG LLKDG (4.18) M LLDG = 3∑ I2DGi R.D i (4.19) i =1 M LL KDG = 3∑ I 2KDGi R D i i =1 14 (4.20) 4.3 TÍNH TỐN ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN THỰC TẾ 4.3.1 Giới thiệu lưới điện tính tốn Lưới điện có 82 nút 82 đoạn đường dây Trong số nút, có 44 nút có phụ tải, cịn lại nút nhánh rẽ Thông số lưới điện (các số liệu cung cấp Điện lực tỉnh Hưng Yên) cho bảng 4.1; 4.2 4.3.2 Tính tốn ảnh hưởng DG đến điện áp tổn thất công suất lưới điện Trước hết, ta xét trường hợp sở lưới điện chưa có kết nối DG giả thiết nút kết nối DG gọi nút nguồn PV Kết tính tốn trường hợp khơng có DG hình 4.2 Hình 4.2 Biểu đồ điện áp nút lưới điện chưa có kết nối DG Chỉ tiêu chất lượng điện áp xuất tuyến tính là: VI = N ∑U i =1 i Pi k i = 192603 ( p u ) Tổng tổn thất lưới điện là: LLKDG = 0,262 MW 4.3.3 Tính tốn điện áp tổn thất cơng suất lưới có kết nối DG 4.3.3.1 Tính tốn tiêu để xác định vị trí đặt cho DG - Mức độ cải thiện điện áp thay đổi vị trí đặt DG tổng hợp bảng 4.3: 15 Bảng 4.4: Mức độ cải thiện điện áp thay đổi vị trí đặt DG Vị trí kết nối DG Khơng có DG DG nút 12 DG nút 14 DG nút 16 DG nút 18 DG nút 20 DG nút 22 DG nút 24 DG nút 26 DG nút 28 DG nút 30 DG nút 32 VI VP Mức tăng (%) 0.192603 0.192675 0.193880 0.194778 0.195602 0.196299 0.196686 0.196907 0.197001 0.196917 0.196811 0.196669 1.000375 1.006629 1.011291 1.015573 1.019191 1.021198 1.022345 1.022832 1.022399 1.021846 1.021108 0.04 0.66 1.13 1.56 1.92 2.12 2.23 2.28 2.24 2.18 2.11 - Biểu đồ: Hình 4.14: Biểu đồ mức độ cải thiện điện áp thay đổi vị trí kết nối DG * Mức độ giảm tổn thất công suất thay đổi vị trí kết nối DG: 16 Bảng 4.5: Tổng tổn thất công suất phương án Vị trí kết nối DG Khơng có DG DG nút 12 DG nút 14 DG nút 16 DG nút 18 DG nút 20 DG nút 22 DG nút 24 DG nút 26 DG nút 28 DG nút 30 DG nút 32 LL (MW) 0.262 0.246 0.199 0.173 0.151 0.137 0.130 0.126 0.125 0.126 0.128 0.131 LLI Mức giảm (%) 0.938931 0.759542 0.660305 0.576336 0.522901 0.496183 0.480916 0.477099 0.480916 0.48855 0.5 6.11 24.05 33.97 42.37 47.71 50.38 51.91 52.29 51.91 51.15 50.00 - Biểu đồ mức giảm tổn thất công suất phương án: Hình 4.15: Biểu đồ mức giảm tổn thất công suất phương án * Kết luận: Dựa vào biểu đồ mức độ cải thiện chất lượng điện áp (hình 4.14), biểu đồ mức độ giảm tổn thất công suất tác dụng (4.15) bảng số liệu (bảng 4.3 4.4) phương án thay đổi vị trí đặt DG, DG kết nối vào nút 26 cho kết mức độ cải thiện chất lượng điện áp mức độ giảm tổn thất công suất tác dụng tốt Vì vậy, định chọn vị trí đặt tối ưu DG kết nối vào nút 26 17 4.3.3.2 Tính tốn tiêu để xác định công suất phát tối ưu DG Kết tính tốn tiêu cải thiện chất lượng điện áp thay đổi mức độ thâm nhập DG tổng hợp bảng 4.5: Bảng 4.6: Độ cải thiện điện áp thay đổi mức độ thâm nhập DG Trường hợp Khơng có DG TH TH TH TH TH TH TH VI 0.192603 0.197001 0.197001 0.197018 0.197018 0.197016 0.196973 0.196866 VP Mức tăng (%) 1.022832 1.022835 1.022922 1.022925 1.022913 1.022687 1.022135 2.28 2.28 2.29 2.29 2.29 2.27 2.21 Biểu đồ: Hình 4.24: Biểu đồ mức độ cải thiện điện áp theo trường hợp Theo kết bảng 4.5 biểu đồ 4.24 tất phương án cải thiện điện áp lưới điện, mức độ chênh lệch không nhiều Khi kết nối DG nút 26 cho tăng dần công suất phát DG lên (tăng từ 15% đến 50%) thấy mức độ cải thiện chất lượng điện áp tăng dần theo mức thâm nhập DG vào lưới điện Tuy nhiên, tiếp tục tăng cao (lên 70% 100%) mức độ cải thiện điện áp lại 18 giảm xuống Điều có ý nghĩa rằng, tuỳ theo cấu trúc lưới mà mức độ thâm nhập DG có ảnh hưởng tích cực tiêu cực tới chất lượng điện áp Từ kết nhận xét trên, thấy tuỳ thuộc vào đặc tính cấu trúc lưới điện, mức độ thâm nhập DG đem lại tác động tích cực tiêu cực đến lưới điện * Chỉ tiêu mức độ giảm tổn thất công suất lưới điện: Bảng 4.7: Mức giảm tổn thất công suất trường hợp Trường hợp Khơng có DG TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 LL 0.262 0.125 0.11 0.094 0.093 0.107 0.181 0.391 LLI 0.477099 0.419847 0.358779 0.354962 0.408397 0.69084 1.492366 Mức giảm (%) 52.29 58.02 64.12 64.50 59.16 30.92 -49.24 Từ bảng số liệu vẽ biểu đồ mức độ giảm tổn thất cơng suất lưới điện Hình 4.25: Biểu đồ mức giảm tổn thất công suất phương án Có thể nhận thấy TH3 (PDG = 40%PLĐ nút 26) có mức giảm tổn thất công suất lớn nhất, TH6 (PDG = 70%PLĐ) có mức giảm tổn 19 thất cơng suất thấp nhất, riêng TH7 (PDG = 100%PLĐ) DG khơng khơng có tác dụng giảm tổn thất cơng suất mà cịn làm tăng tổn thất cơng suất lưới điện lên lớn 49% 4.3.4 Kết luận Như vậy, cấu hình lưới điện 22kV lộ 479 E28.7 Hưng Yên, có nguồn DG kết nối vào lưới vị trí kết nối tốt nút 26 mức độ thâm nhập DG 40% hiệu mức tăng tiêu chất lượng điện áp mức giảm tiêu tổn thất công suất phương án lớn Có thể thấy DG có hiệu cải thiện tiêu chất lượng điện hệ số VP > lớn tốt, hệ số LLI < nhỏ tốt 20 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN: Trong Luận văn, Tác giả tiến hành nghiên cứu ưu nhược điểm, xu phát triển tiềm nguồn điện phân tán Qua nhấn mạnh rằng, phát triển nguồn điện phân tán định hướng cho tương lai Thế giới nói chung Việt Nam nói riêng Bằng số liệu thống kê cụ thể cho thấy tiềm to lớn nguồn điện phân tán Việt Nam Luận văn thu thập nguồn tài liệu đưa yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn kết nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối Qua đó, người thiết kế tham khảo áp dụng tiêu chuẩn cơng việc tính tốn thiết kế lưới điện có nguồn điện phân tán Luận văn ảnh hưởng, tác động nguồn điện phân tán kết nối vào lưới phân phối điện, như: ảnh hưởng đến chất lượng điện lưới điện, đến dòng điện cố, đến hệ thống bảo vệ rơ le, vấn đề độ tin cậy cung cấp điện tổn thất điện năng, … Trong phạm vi Luận văn này, Tác giả sâu vào nghiên cứu ảnh hưởng DG đến vấn đề chất lượng điện năng, đặc biệt ảnh hưởng đến chất lượng điện áp tổn thất công suất Qua nghiên cứu làm thực nghiệm mô phỏng, Tác giả mức độ ảnh hưởng DG đến lưới phân phối phụ thuộc lớn vào vị trí đặt mức độ thâm nhập mức độ thâm nhập DG Ngồi ra, mức độ ảnh hưởng cịn phụ thuộc vào mức độ phân tán công nghệ chế tạo DG Để minh chứng cho ảnh hưởng DG đến chất lượng điện áp tổn thất công suất đường dây lưới điện, Luận văn tiến hành nghiên cứu tính tốn ảnh hưởng DG đến lưới điện cụ thể, lưới điện 22kV lộ 479 E28.7 Hưng Yên Phần mềm tính tốn mơ dùng phần mềm tính tốn lưới điện MATPOWER chạy mơi trường MATLAB Kết thu với lưới điện cụ thể, ta xác định vị trí đặt cơng suất phát tối ưu DG để giảm tổn thất công suất lớn chất lượng điện áp tốt 21 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO: - Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến hệ thống bảo vệ rơ le lưới điện phân phối - Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến độ tin cậy lưới điện phân phối KIẾN NGHỊ: Ở Việt Nam, tiềm để phát triển DG lớn, khai thác hết nguồn DG cơng suất lên đến hàng chục nghìn MW Tuy nhiên, khó khăn cơng nghệ vốn đầu tư nên việc phát triển DG cịn chậm Vì Nhà nước cần khuyến khích nhiều thành phần tham gia đầu tư vào phát triển DG, nhằm mục tiêu khai thác hiệu nguồn lượng dồi vốn có Đối với DG có, đặc biệt nguồn thuỷ điện nhỏ, cần đầu tư nâng cấp sở hạ tầng đào tạo tốt nguồn nhân lực người để vận hành, khai thác tối ưu Cần đầu tư nhiều cho nghiên cứu chế độ vận hành lưới điện có tham gia DG 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Bách (2008), Lưới điện Hệ thống điện, tập 1, 2, 3, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Trần Bách (1999), Tối ưu hoá chế độ Hệ thống điện, Khoa Đại học Tại chức – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội [3] Bộ Công thương (2011), Tiêu chuẩn kỹ thuật điện Việt Nam 2011, Nhà xuất Lao động [4] Bộ Công thương (2010), Thông tư số 32/2010/TT-BCT ngày 30 tháng năm 2010 Bộ Công thương “Quy định Hệ thống điện phân phối”, Hà Nội [5] Nguyễn Văn Đạm (2005), Mạng lưới điện 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Lê Kim Hùng, Lê Thái Thanh, Tối ưu hố vị trí đặt cơng suất nguồn phân tán mơ hình lưới phân phối 22kV, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng 2008 [7] Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạch Hoạch (2007), Hệ thống cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp nhà cao tầng, NXB KHKT, Hà Nội [8] Nguyễn Xuân Phú (1998), Cung cấp điện, NXB KHKT, Hà Nội [9] Nguyễn Quang Khải, Những vấn đề phát triển lượng sinh khối Việt Nam, Báo cáo Hội thảo phát triển lượng bền vững Việt Nam [10] Đặng Đình Thống, Lê Danh Liên, Cơ sở lượng tái tạo, Đại học Bách khoa Hà Nội, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2006 [11] Viện Năng lượng, Quy hoạch phát triển điện lực Quốc Gia giao đoạn 2006 – 2015, có xét triển vọng đến năm 2025 [12] Viện Năng lượng, Bộ Công thương (2010), Nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới trung áp, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, Hà Nội [13] A.Pregelj, M.Begovic, A.Rohatgi and D.Novosel, On optimization of Reliability of Distributed Generation - Enhanced Feeders, Proceeding of the 36th Hawaii International Conference on System Sciences, 2002 [14] D.N Gaonkar (2000), Distributed Generation, Published by The Olajnica, Vukovan Croatia [15] Fracisco M.González-Longatt, Impact of Distributed Generation over Power Losses on Distribution Systems, 9th International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation, Barcelona, Octorber 2007 [16] Federico Milano, Manual book for PSAT Tool box http://www.power.uwaterloo.ca/~fmilano/psat.htm 23 [17] G Pepermans, J Driesen, D Haeseldonckx, W D’haeseleer and R Belmans (19 August 2003), Distributed Generation: Definition, Denefits and Issues, Katholicke Universiteir leuven [18] Hemdan, N G A, Kurrat, M (2008), Distributed generation location and capacity effect on voltage stability of Distribution networks, Braunschwerg Univ of Technol, Braunschweig, Germany, PP.1-5 [19] IEEE Std 1159 – 1995 (Jue 14, 1995), IEEE Recommended Practice fot Monitering Electric Power Quality, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc, 345 East 47th street, NewYork, NY 10017 – 2394, USA [20] IEEE Application Guide for IEE Std 1547, IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems 2008 [21] IEEE Std 446, IEEE Recommended Practicesand Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems, 1992 [22] Irfan Waseem, Impacts of Distributed Generation on the Residential Distribution Network Operation, Thesis, Virginia Polytechnic Institue and State University, December 2008 [23] Jan Bloem, Distributed Generation - Integration and Interconnection, KEMA Consulting, 2006 [24] Kari Maki, Sami Repo, and Pertti Jarventausta, Network Protection Impacts of Distributed Generation - A Case Study on Wind Power Integration, Nordic Wind Power Conference, Espoo, Finland, 2006 [25] Loo Chim Koon, Abdul Aziz Abdul Majid, Technical issues on Distribution Generaton (DG) connection and Guidelines, 19th Intenational Conference on Electricity Distribution, 2007 [26] Nasser G.A.Hemdan, and Micheal Kurrat, Distributed Generation Location and Capacity Effect on Voltage Stability of Distribution Networks [27] Umar Naseem Khan (2008), Impact of Distributed Generation on Electrical Power Network, Proceedings of the 7th Int Conference EEEIC 2008, Cottbus, PP 82-85 [28] Vu Van Thong, Johan Driesen, Ronnie Belmans, Power Quality and Voltage Stability of Distribution System with Distributed Energy Rsources, International Journal of Distributed Energy Resources, Vol.1, number 3, 2005 24 ... hưởng nguồn điện phân tán đến chất lượng điện áp tổn thất công suất lưới điện 22kV tỉnh Hưng Yên CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN ĐIỆNPHÂN TÁN 1.1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI... tốn thiết kế lưới điện có nguồn điện phân tán Luận văn ảnh hưởng, tác động nguồn điện phân tán kết nối vào lưới phân phối điện, như: ảnh hưởng đến chất lượng điện lưới điện, đến dòng điện cố, đến... máy điện cho phụ tải điện 1.1.4 Các phần tử Lưới điện phân phối 1.1.5 Cấu trúc Lưới điện phân phối Cấu trúc LPP bao gồm cấu trúc tổng thể cấu trúc vận hành 1.1.6 Đặc điểm Lưới điện phân phối