Sự kết nối DG vào lưới có thể làm ảnh hưởng đến một số yếu tố của lưới điện hiện có. Điện áp là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tình trạng vận hành lưới điện, cần đặc biệt quan tâm. Bài viết dùng công cụ đường cong PV/QV trong phần mềm PowerWorld để phân tích ổn định điện áp lưới điện Bình Định khi không có DG và khi có DG.
Tạp chí Khoa học - Trường ĐH Quy Nhơn, ISSN: 1859-0357, Tập 10, SốTập 4, 2016, 10, SốTr.4,55-62 2016 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN BÌNH ĐỊNH TRƯƠNG MINH TẤN1*, TRẦN NGỌC THẠNH2, THÂN VĂN THƠNG1 Khoa Kỹ thuật & Cơng nghệ, Trường Đại học Quy Nhơn Khoa Điện, Trường Cao đẳng nghề Quy Nhơn TÓM TẮT Hiện nay, nguồn điện phân tán DG (Distributed Generation) sản xuất từ lượng tái tạo phát triển mạnh Sự kết nối DG vào lưới làm ảnh hưởng đến số yếu tố lưới điện có Điện áp yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tình trạng vận hành lưới điện, cần đặc biệt quan tâm Bài báo dùng công cụ đường cong PV/QV phần mềm PowerWorld để phân tích ổn định điện áp lưới điện Bình Định khơng có DG có DG Từ kết mô phần mềm PowerWorld, xác định phạm vi ảnh hưởng DG Đồng thời kết hợp tiêu đánh giá hiệu cải thiện điện áp tính tốn hệ số cải thiện chất lượng điện áp DG Các kết cho thấy DG - Phong điện Phương Mai có khả cải thiện điện áp số nút lân cận điểm kết nối Từ khóa: Chất lượng điện năng; nguồn điện phân tán, ổn định điện áp ABSTRACT Effects of distributed generation on the voltage of Binh Dinh province’s power grid The production of DG from renewable energy has dramatically increased in recent years Connection of DG to the existing electrical grid may affect some of its elements Voltage is a factor which directly influences the state of the grid operation, which needs special attention In this article,the curve tool PV / QV in PowerWorld software was used to analyze the voltage stability of Binh Dinh’s power grid when there is no DG and when there is DG From the simulation results on PowerWorld , the incidence of DG is determined Also, the target of efficiency evaluation was combined to improve the voltage for coefficient calculation and to improve the voltage quality of the DG The results showed that DG - Phuong Mai Wind Power is capable of improving the voltage of some neighboring nodes of the connecting point Keywords: Power quality; distributed generation; voltage stability Đặt vấn đề Hệ thống điện nguồn điện sản xuất từ nguồn mới, lượng tái tạo ngày phát triển mạnh nhằm hạn chế việc sử dụng nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt, đồng thời đảm bảo an ninh lượng, góp phần cải thiện sức khỏe cộng đồng, bảo vệ môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu, tạo việc làm, Nguồn điện sản xuất từ nguồn lượng tái tạo thường có cơng suất phát tương đối nhỏ phân tán nên gọi nguồn điện phân tán DG Ở Việt Nam DG đấu nối vào lưới điện trung áp phát triển nhanh Email: tantmqn@gmail.com Ngày nhận bài: 7/12/2015; ngày nhận đăng: 3/10/2016 * 55 Trương Minh Tấn, Trần Ngọc Thạnh, Thân Văn Thông rộng tồn quốc Bình Định tỉnh có nguồn lượng tái tạo phong phú: thủy triều, sóng biển, gió, nắng,… Do mà tiềm phát triển nguồn điện từ lượng tái tạo tốt Hiện Bình Định quy hoạch, phát triển nguồn điện sản xuất từ nguồn lượng tái tạo Cụ thể như: Dự án Nhà máy Phong điện Phương Mai (21 MW) UBND tỉnh Bình Định cấp phép cho kỳ hạn cuối phải triển khai dự án 15/4/2016 Sơ đồ tổng thể nguyên lý lưới điện 220kV, 110kV Bình Định đến năm 2020 [1] hình Cùng với phát triển DG, kéo theo số vấn đề nảy sinh thân lưới điện có chưa đáp ứng gia tăng nguồn tải Sự kết nối DG vào lưới làm thay đổi dịng cơng suất lưới, ảnh hưởng tới tổn thất công suất lưới, ảnh hưởng đến điện áp lưới ảnh hưởng tới dòng cố, độ tin cậy cung cấp điện lưới điện Xét yếu tố kỹ thuật điện áp yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tình trạng vận hành lưới điện, cần đặc biệt quan tâm nghiên cứu Hình Sơ đồ nguyên lý lưới điện 220kV, 110kV Bình Định đến năm 2020 Ảnh hưởng DG đến điện áp lưới DG kết nối vào lưới làm cho điện áp lưới tăng lên giảm Ảnh hưởng DG lên thay đổi điện áp nhỏ DG phát công suất tác dụng (CSTD) so với DG phát tiêu thụ công suất phản kháng (CSPK) Nhà máy Phong điện Phương Mai sử dụng máy phát nguồn kép DFIG (Doubly Fed Induction Generator), loại thiết kế vận hành với cosϕ = 0,9 56 Tập 10, Số 4, 2016 DG ảnh hưởng tới tổn thất điện áp lộ đường dây, làm thay đổi đặc tính điện áp DG kết nối chủ yếu với lưới phân phối điện trung áp với giới hạn công suất nhỏ Nhưng mức độ thâm nhập DG lớn công suất phát từ DG không làm thay đổi dịng cơng suất lưới mà lưới truyền tải [2] 2.1 Sự gia tăng điện áp Các DG DFIG phát CSTD, phát tiêu thụ CSPK làm tăng điện áp vùng có điện áp thấp làm tăng điện áp cục lưới điện Để hiểu ảnh hưởng DG đến điện áp lưới, xét mô hình kết nối DG vào lưới điện hình [3] Hình Điện áp nút tăng lên nút có đấu nối DG • S inj = Pinj + jQinj =(PDG + jQDG) – (PLj + jQLj) (1) Công suất bơm vào nút j là: • Trong đó: Sinj - công suất biểu kiến DG bơm vào lưới, PDG, QDG - công suất tác dụng công suất phản kháng DG, PLj, QLj - công suất tác dụng công suất phản kháng phụ tải • Vì dịng điện nhánh ij I inj = • • • • ( Pinj − jQ inj ) • Uj nên ta có điện áp nút kết nối là: (P R + Q X ) (P R − Q X ) Uj Uj U j = U i + I inj Z ij = U i + inj ij • inj ij + j inj ij • inj ij (2) Trong hệ đơn vị tương đối, độ lớn điện áp lấy p.u, giá trị điện áp tăng lên điểm • • kết nối DG ∆U = U j − U i không vượt 2%: ( P DG − P Li ) R ij + ( Q DG − Q Li ) X ij ∆U 100 [%] 100 = U U (3) Trong đó: Zij = Rij + jXij – tổng trở lưới điểm kết nối chung điểm kết nối DG 2.2 Sự suy giảm nhanh điện áp Khi khởi động máy phát DG làm suy giảm nhanh điện áp Sự suy giảm nhanh điện áp dẫn đến trục trặc rơle bảo vệ gây ngừng hoạt động tạm thời DG Trong trường hợp điện gió, khởi động tua-bin gió gây sụt giảm điện áp đột ngột khôi phục lại sau vài giây Giả sử tua-bin đặc trưng hệ số thay đổi điện áp ku góc tổng trở ngắn mạch lưới ψk, điện áp suy giảm đột ngột ước lượng sau: 57 Trương Minh Tấn, Trần Ngọc Thạnh, Thân Văn Thông S d = 100.k u (ψ k ) n (4) Sk Trong đó: Sn - cơng suất tồn phần định mức tua-bin gió, Sk - cơng suất ngắn mạch lưới điện Theo (4) hàm khơng phụ thuộc vào số tua-bin gió nên nói suy giảm nhanh điện áp ràng buộc mở rộng quy mô nhà máy điện gió Chỉ tiêu đánh giá hiệu cải thiện điện áp Thực tế với dạng phụ tải khác nhau, có đặc tính tĩnh khác mức độ quan trọng lại khác nhau, trường hợp tổng quát đại lượng đặc trưng cho chất lượng điện áp đặc trưng [4]: N VI = ∑ U i Pi k i (5) i =1 N ∑k i =1 i =1 (6) Trong đó: Pi - phụ tải nút thứ i (p.u) VI - đại lượng đặc trưng cho chất lượng điện áp lưới điện Ui - điện áp nút phụ tải thứ i (p.u), thường đánh giá biên độ giới hạn Umax(1,05 p.u) Umin(0,95 p.u) ki - trọng số nói lên mức quan trọng phụ tải nút thứ i Trong nhiều trường hợp để đơn giản lấy k1 = k2 = = kn = 1/N Như vậy, chất lượng điện áp so sánh thông qua tỷ số: VP = VIDG/VIKDG (7) Trong đó: VIDG VIKDG số điện áp trường hợp có DG khơng có DG Nếu VP >1 việc kết nối DG lên lưới có tác dụng cải thiện chất lượng điện áp Kết mô Sử dụng đường cong PV/QV PowerWorld Simulator 8.0 để phân tích ổn định điện áp lưới điện Bình Định Với số liệu thu thập theo [1], kết hợp với việc xây dựng sơ đồ mô phần mềm PowerWorld, tiến hành mô theo số liệu đặc trưng mùa khơ mùa mưa [1] tình trạng lưới điện với nút tải bù đảm bảo cosϕ = 0,85 - Phạm vi ảnh hưởng nguồn phong điện Phương Mai đến điện áp lưới điện Bình Định thể hình 58 PU Vol Tập 10, Số 4, 2016 Hình Biểu đồ điện áp nút chế độ vận hành bình thường mùa khơ lưới điện Bình Định đến năm 2020 - Sử dụng đường cong PV PowerWorld Simulator 8.0 phân tích ổn định điện áp lưới điện Bình Định đến năm 2020 Hình Đường cong P-V số nút tải chế độ vận hành bình thường mùa khơ khơng có kết nối phong điện Phương Mai 59 Trương Minh Tấn, Trần Ngọc Thạnh, Thân Văn Thơng Hình Đường cong PV số nút chế độ vận hành bình thường mùa khơ có kết nối phong điện Phương Mai - Sử dụng đường cong QV PowerWorld Simulator 8.0 phân tích ổn định điện áp lưới điện Bình Định đến năm 2020 Hình Giá trị Qmin nút chế độ vận hành bình thường mùa khơ khơng có kết nối phong điện Phương Mai Nút Tây Sơn Nút Hồi Ân Hình Đường cong Q-V số nút chế độ vận hành bình thường mùa khơ khơng có kết nối phong điện Phương Mai 60 Tập 10, Số 4, 2016 Hình Giá trị Qmin nút chế độ vận hành bình thường mùa khơ có kết nối phong điện Phương Mai Nút Phù Cát Nút Mỹ Thành Hình Đường cong QV số nút chế độ vận hành bình thường mùa khơ có kết nối phong điện Phương Mai - Tính tốn hệ số cải thiện chất lượng điện áp DG Áp dụng số liệu chế độ vận hành bình thường đặc trưng mùa khơ Đại lượng đặc trưng cho chất lượng điện áp chưa có kết nối DG: VI KDG = N ∑U P k i =1 i i i = 0,647953 (pu) Đại lượng đặc trưng cho chất lượng điện áp có kết nối DG: N VI DG = ∑ U i Pi k i = 0,658964 (pu) i =1 Hệ số cải thiện chất lượng điện áp lưới VP = VI DG 0.658964 = = 1,017 VI KDG 0.647953 61 Trương Minh Tấn, Trần Ngọc Thạnh, Thân Văn Thông Kết luận - Các nút 110kV có độ dự trữ công suất phản kháng thấp là: Tam Quan, Hồi Ân, Hồi Nhơn, Đồng Phó, Tây Sơn - Chế độ vận hành bình thường theo số liệu đặc trưng mùa mưa nút: Tam Quan, Hoài Ân, Hồi Nhơn có điện áp thấp mức cho phép - Nút Tam Quan có hệ số dự trữ điện áp - Trường hợp giả thiết xảy cố cắt MBA 220/110kV TBA Nhơn Hội nút Nhơn Hội nút lân cận nút Nhơn Hội (Nhơn Hội 2, Nhơn Hội 3, Đống Đa, Phù Cát, An Nhơn) bị suy giảm điện áp - Nguồn Phong điện Phương Mai kết nối vào lưới điện Bình Định có khả cải thiện điện áp số nút lân cận, nút có điện áp cải thiện nhận thấy rõ như: Nhơn Hội, Nhơn Hội 2, Phù Cát, An Nhơn TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Quy hoạch phát triển Điện lực tỉnh Bình Định giai đoạn 2011 - 2015 có xét tới 2020 Nasser G.A.Hemdan and Micheal Kurrat, Distributed Generation Location and Capcaity Effect on Voltage Stability of Distribution Networks, (2003) Vu Van Thong, Johan Driesen, Ronnie Belmans, Power Quality and Voltage Stability of Distribution System with Distributed Energy Rsources, International Journal of Distributed Energy Rsources, Vol.1, number 3, (2005) Fracisco M.Gonzolez-Longatt, Impact of Distributed Generation over Power Losses on Distribution Systems, 9th International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation, Barcelona, Octorber, (2007) ... lưới, ảnh hưởng tới tổn thất công suất lưới, ảnh hưởng đến điện áp lưới ảnh hưởng tới dòng cố, độ tin cậy cung cấp điện lưới điện Xét yếu tố kỹ thuật điện áp yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tình... vận hành lưới điện, cần đặc biệt quan tâm nghiên cứu Hình Sơ đồ nguyên lý lưới điện 220kV, 110kV Bình Định đến năm 2020 Ảnh hưởng DG đến điện áp lưới DG kết nối vào lưới làm cho điện áp lưới tăng... suất lưới mà lưới truyền tải [2] 2.1 Sự gia tăng điện áp Các DG DFIG phát CSTD, phát tiêu thụ CSPK làm tăng điện áp vùng có điện áp thấp làm tăng điện áp cục lưới điện Để hiểu ảnh hưởng DG đến điện