Đánh giá khả năng tiếp nhận nguồn năng lượng mặt trời trên lưới điện phân phối thuộc công ty điện lực kon tum

LÊ QUANG KHÁNH ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUANG KHÁNH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THUỘC CÔNG TY ĐIỆN LỰC KON TUM C C R L T DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN KHÓA: K36 Đà Nẵng - Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUANG KHÁNH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THUỘC CÔNG TY ĐIỆN LỰC KON TUM C C R L T DU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN HỮU HİẾU Đà Nẵng - Năm 2020 i CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn được thực hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Hữu Hiếu Đây đề tài sử dụng tài liệu tham khảo nêu thuyết minh Các số liệu, kết nêu đề tài trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nếu sai sót nhóm sinh viên xin chịu hồn tồn trách nhiệm Đà Nẵng, ngày 05 tháng 06 năm 2020 Sinh viên thực C C R L T Lê Quang Khánh U D ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU Chương - CẤU TRÚC CỦA CÁC HỆ THỐNG MẶT TRỜI ÁP MÁI CÁC CHÍNH SÁCH VÀ NHU CẦU LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI 1.1 Mở đầu C C 1.1.1 Cấu trúc hệ thống mặt trời áp mái 1.1.2 Các kiểu mơ hình áp mái 1.1.3 Hoạt động hệ thống mặt trời áp mái 1.1.4 Lợi ích hệ thống điện mặt trời áp mái 1.2 R L T U D Các quy định đấu nối công trình mặt trời áp mái 1.2.1 Đăng ký nhu cầu lắp đặt điện mặt trời áp mái chủ đầu tư 1.2.2 Khảo sát thỏa thuận đấu nối 1.2.3 Gửi hồ sơ đề nghị bán điện từ dự án điện mặt trời 1.2.4 Kiểm tra thông số kỹ thuật lắp đặt công tơ đo đếm chiều cho dự án ĐMTMN: 1.2.5 1.3 Ký kết mua, bán điện với chủ đầu tư dự án điện mặt trời mái nhà Nhu cầu lắp đặt hệ thống mặt trời áp mái 1.3.1 Tác động giá điện 1.3.2 Tác động tình hình kinh tế kĩ thuật 11 1.3.3 Tác động chiến lược bảo vệ môi trường 12 1.3.4 Tác động an ninh lượng 12 1.3.5 Nhu cầu lắp đặt hệ thống mặt trời áp mái 13 Chương - PHÂN TÍCH CÁC ẢNH HƯỞNG KHI LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI LÊN LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ KHẢ NĂNG TIẾP iii NHẬN TỐI ƯU NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI 14 2.1 Khái niệm dung lượng tiếp nhận NLMTAM 14 2.2 Ảnh hưởng NLMT áp mái lưới điện phân phối 15 2.3.1 Ảnh hưởng điện áp 15 2.3.2 Ảnh hưởng đến máy biến áp 17 2.3.3 Ảnh hưởng đến kết cấu lưới 17 Chương - MƠ HÌNH TỐN XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG TIẾP NHẬN TỐI ƯU NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI KHI CÓ QUAN TÂM ĐẾN CÁC YẾU TỐ NGẪU NHIÊN CỦA LƯỚI 18 3.1 Phương pháp 18 3.2 Thuật toán Monte Carlo 18 C C 3.2.1 Lịch sử phát triển 18 3.2.2 Phạm vi ứng dụng 18 3.2.3 Ưu điểm, nhược điểm thuật toán 19 3.3 R L T U D Các phầm mềm Modul ứng dụng cho thuật toán 19 3.3.1 Phần mềm MATLAB 19 3.3.2 MATPOWER MATLAB 20 3.3.3 Xử lý liệu đầu vào tệp Excel 20 3.4 Thuật toán xác định dung lượng tiếp nhận nguồn NLMTAM lưới phân phối 20 3.5 Xây dựng mơ hình tốn MATLAB 20 3.5.1 Dữ liệu đầu vào 20 3.5.2 Kết đưa từ mơ hình tốn 21 Chương - ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TỐN XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG TIẾP NHẬN TỐI ƯU NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI CHO LƯỚI ĐIỆN KON TUM 27 4.1 Giới thiệu đặc điểm 27 4.1.1 Đặc điểm tự nhiên 27 4.1.2 Khối lượng quản lý lưới điện 28 4.1.3 Tiềm phát triển lượng mặt trời 29 iv 4.2 Áp dụng tính tốn cho lưới thử nghiệm 30 4.2.1 Dữ liệu đầu vào trạm Trung tâm Kon Plong 31 4.2.2 Dữ liệu khách hàng 32 4.2.3 Dữ liệu nút lưới 37 4.2.4 Công suất lắp đặt ngẫu nhiên hệ thống mặt trời áp mái 37 4.2.5 Xác định số liệu phụ tải trạm 38 4.2.6 Dữ liệu nhánh 40 4.2.7 Dữ liệu nút 40 4.2.8 Dữ liệu máy phát 40 4.2.9 Kết toán 47 4.3 Đánh giá kết đưa kết luận 51 4.4 Phương pháp nâng cao dung lượng tiếp nhận lượng mặt trời áp mái C C lưới nghiên cứu Trung tâm Kon Plong 51 R L T KẾT LUẬN 52 U D v TÓM TẮT Đề tài: Đánh giá khả tiếp nhận nguồn lượng mặt trời lưới điện phân phối thuộc Công ty Điện lực Kon Tum Sinh viên thực hiện: Lê Quang Khánh Lớp: K36.KTĐ.KT ; Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện ; Mã Số: 8520201 Việt Nam quốc gia có lượng xạ mặt trời cao, lượng mặt trời có tiềm lớn Mặt khác môi trường sống bị ô nhiễm nặng nề từ việc sản xuất điện từ thủy điện nhiệt điện Để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày tăng hạn chế tác động xấu đến môi trường, việc đưa nguồn lượng mặt trời áp mái vào hệ thống lưới phân phối cần thiết Bằng phần mềm MATLAB, luận văn vào việc tính tốn, tìm cho số liệu xác khả tiếp nhận công suất cực đại nguồn lượng mặt trời áp mái vào lưới phân phối hiểu vấn đề hệ thống gặp phải đưa nguồn PV vào lưới Điều giúp cơng tác vận hành dễ dàng đạt hiệu cao Từ khóa – MATLAB, lượng mặt trời áp mái, khả tiếp nhận C C R L T SUMARY U D Subject: Assessment of the ability to receive solar energy on the distribution grid of Kon Tum Power Company Student implementation: Le Quang Khanh Grade: K36.KTĐ.KT; Specialty: Electrical Engineering; Code: 8520201 Vietnam is a country with high amount of solar radiation, so solar energy has huge potential On the other hand, our living environment is being heavily polluted from the generation of electricity from hydroelectricity and thermal power To meet the increasing demand for electricity and to limit the negative impact on the environment, it is necessary to bring solar energy into the distribution grid system Using MATLAB software, this thesis will go into the calculation, find us the exact data about the ability to receive the maximum power of the rooftop solar energy source into the distribution grid and understand the problem The problem the system is having when putting PV source on the grid This will make the operation easier and more efficient Keywords - MATLAB, attic solar, the ability to receive vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT  NLMTAM : Năng lượng mặt trời áp mái;  TBA : Trạm biến áp;  MBA : Máy biến áp;  DG (Distributed Generation) : Nguồn phân tán;  PV (Photovoltaic) : Pin quang điện;  PDF (Probability density function) : Hàm phân phối xác suất C C U D R L T vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Bảng giá điện sinh hoạt bậc 10 Bảng 3.1: Mẫu liệu đầu vào nhánh đường dây MATPOWER 24 Bảng 3.2: Mẫu liệu đầu vào Matpower 25 Bảng 3.3: Mẫu liệu máy phát Matpower 25 Bảng 4.1: Dữ liệu khách hàng lưới 36 Bảng 4.2: Dữ liệu cột lưới 37 Bảng 4.3: Phụ tải nhỏ thời điểm xét ngày 39 Bảng 4.4: Số liệu phụ tải thu thập trạm Trung tâm Kon Plong 40 Bảng 4.5: Dữ liệu nhánh lưới nhập tệp Excel 41 Bảng 4.6: Dữ liệu nút nhập tệp Excel 43 Bảng 4.7: Dữ liệu máy phát lưới nhập tệp Excel 45 Bảng 4.8: Kết số báo động công suất thâm nhập PV lên lưới phân phối 51 C C U D R L T viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cấu tạo hệ thống mặt trời áp mái Hình 1.2: Hệ thống điện mặt trời lắp mái độc lập Hình 1.3: Hệ thống điện mặt trời nối lưới trực tiếp Hình 1.4: Hệ thống điện mặt trời kiểu kết hợp Hình 1.5: Mơ hình hệ thống điện mặt trời nối lưới trực tiếp sử dụng phổ biến Hình 1.6: Biểu đồ lũy tuyến giá điện bậc 10 Hình 1.7: Danh sách pin mặt trời hiệu suất cao bao gồm loại tế bào PV – định dạng kích thước 60 cells 11 Hình 2.1: Dung lượng tiếp nhận nguồn phân tán lưới 14 C C Hình 2.2: Sơ đồ lưới điện đơn giản gồm nút DG 15 Hình 2.3: Giản đồ véc tơ điện áp 18 Hình 3.1: Thuật tốn thể tồn q trình xác định dung lượng lưu trữ lưới phân phối 23 R L T U D Hình 4.1: Bản đồ xạ mặt trời quốc gia (globalsolaratlas.info) 29 Hình 4.2: Cơng suất tiềm kỹ thuật theo tỉnh 30 Hình 4.3: Sơ đồ lưới Trung tâm Kon Plong có tích hợp hệ thống NLMTAM 31 Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý Trung tâm Kon Plong có tích hợp hệ thống NLMTAM 32 Hình 4.5: Điện áp nút cực đại kịch 47 Hình 4.6: Điện áp nút lớn kịch 47 Hình 4.7: Kết dòng điện nhánh lớn kịch 48 Hình 4.8: Dịng điện nhánh lớn kịch 48 Hình 4.9: Kết cơng suất thâm nhập PV trường hợp 49 Hình 4.10: Dung lượng thâm nhập NLMTAM lên lưới 49 Hình 4.11: Kết khả thâm nhập PV lên lưới tất kịch bản50 Hình 4.12: Khả tiếp nhận NLMTAM lưới 50 Đánh giá khả tiếp nhận nguồn lượng mặt trời lưới điện phân phối thuộc PC Kon Tum Kết đưa khả tiếp nhận dung lượng NLMTAM thâm nhập lên lưới tối ưu cho lưới nghiên cứu 0.22 MW Kết mơ hình tốn xác định dung lượng tiếp nhận NLMTAM trạm Trung tâm Kon Plong đưa Bảng 4.9 Bảng 4.8: Kết số báo động công suất thâm nhập PV lên lưới phân phối Dòng điện max qua dây dẫn (kA) Điện áp nút (pu) Công suất MBA (%) Công suất NLMTAM thâm nhập vào lưới (MW) 0.3129 1.008 -1.012 58.48 % 0.22 Đánh giá kết đưa kết luận Kết đưa số báo động mức công suất PV thâm nhập lên lưới phân phối Để tránh ảnh hưởng xấu lên lưới, mức báo động đưa số đo đạc trạm Khi công suất PV thâm nhập lên lưới đạt đến số báo động, kĩ sư vận hành điều độ có biện pháp nhằm nâng cao ổn định lưới điện 4.3 C C R L T U D 4.4 Phương pháp nâng cao dung lượng tiếp nhận lượng mặt trời áp mái lưới nghiên cứu Trung tâm Kon Plong Trong nghiên cứu này, gia cố cáp đề cập đến việc thay lưới điện phân phối cáp tiết diện lớn Có thể cần gia cố cáp để tăng cường độ khuếch đại cáp phương pháp khác để tăng dung lượng lưu trữ sử dụng Tăng khả lưu trữ dẫn đến thâm nhập DG cao phân phối hệ thống, dẫn đến dòng điện cao qua dây cáp Gia cố cáp sử dụng phương pháp độc lập để tăng dung lượng lưu trữ hệ thống cách giảm lượng tăng điện áp gây cách thâm nhập DG Tổn thất điện áp (𝛥𝑈) tăng điện trở cáp (𝑅) tăng Do đó, thay cáp cũ cáp có tiết diện cao hơn, điện trở thấp hơn, làm giảm điện áp mức độ thâm nhập cao SVTH: Lê Quang Khánh K36.KTĐ.KT Trang 51 Đánh giá khả tiếp nhận nguồn lượng mặt trời lưới điện phân phối thuộc PC Kon Tum KẾT LUẬN Sau hoàn thành luận văn, đánh giá ảnh hưởng hệ thống mặt trời áp mái lên lưới phân phối, áp dụng thuật toán xác định dung lượng lưu trữ tối ưu cho lưới điện phân phối Về ảnh hưởng hệ thống mặt trời áp mái lên lưới phân phối: Sau xây dựng hệ thống lượng mặt trời áp mái bám lưới, phát công suất cách ạt lên lưới làm ảnh hưởng đến lưới điện Các ảnh hưởng xét đến ảnh hưởng tải máy biến áp, tăng điện áp nút tải dòng điện dây cáp Trong đề tài lưới thử nghiệm Trung tâm Kon Plong gặp vấn đề dòng dây cáp Ảnh hưởng đến tải máy biến áp: Trong đề tài tải máy biến áp xét đến có thâm nhập hệ thống mặt trời áp mái Dung lượng tiếp nhận công suất NLMTAM không vượt công suất định mức máy biến áp Việc tải máy biến áp làm ổn định hệ thống lưới điện, làm giảm tuổi thọ máy biến áp gây Ảnh hưởng điện áp: Điện áp vấn đề quan công suất hệ thống mặt trời áp mái phát lên lưới Dựa vào kết đưa từ trạm phân phối nhỏ lưới thử nghiệm 22/0.4kV chưa xảy cân điện áp Ảnh hưởng dòng dây cáp: Dòng điện dây cáp thiết kế theo lưới điện chưa có tích hợp hệ thống NLMTAM Vì hệ thống NLMTAM tích hợp lên lưới gây nhiều ảnh hưởng đến dây cáp đặc biệt việc dòng dây cáp làm phát nóng, giảm cách điện dây dẫn Để đảm bảo an toàn hệ thống đề tài xét ảnh hưởng dung lượng tiếp nhận NLMTAM tác động đến việc dòng dây cáp Qua đề tài cho thấy việc tải dòng điện dây cáp tích hợp hệ thống NLMTAM lên lưới vô nghiêm trọng làm ổn định lưới Về việc giới hạn mức thâm nhập cho lưới phân phối: Từ đề tài ta xác định dung lượng lưu trữ lưới phân phối ngẫu nhiên dựa thuật tốn mơ hình tốn đưa Xác định mức thâm nhập điện mặt trời lên lưới vấn đề quan trọng để nhằm mục đích tránh ảnh hưởng đáng kể đến lưới điện Mức giới hạn khả thâm nhập NLMTAM lưới phân phối xem số báo động giúp cho việc điều chỉnh để nâng cao ổn định lưới điện trung tâm điều khiển lưới điện C C R L T U D SVTH: Lê Quang Khánh K36.KTĐ.KT Trang 52 Đánh giá khả tiếp nhận nguồn lượng mặt trời lưới điện phân phối thuộc PC Kon Tum HƯỚNG NGHIÊN CỨU Do thời gian thực đề tài ngắn khả nghiên cứu tác giả có giới hạn nên đề tài nhiều hạn chế Đề tài tiếp tục nghiên cứu phát triển để thực có ý nghĩa mặt thực tiễn, có khả ứng dụng cao thực tế, đặc biệt mở rộng nghiên cứu toàn hệ thống lưới phân phối Hướng nghiên cứu đề tài xác định mức thâm nhập nguồn phân tán lưới rộng Bên cạnh nghiên cứu phương pháp nâng cao để tránh ảnh hưởng việc phát công suất lượng mặt trời áp mái lên lưới phân phối nhằm nâng cao ổn định hệ thống điện C C R L T U D SVTH: Lê Quang Khánh K36.KTĐ.KT Trang 53 Đánh giá khả tiếp nhận nguồn lượng mặt trời lưới điện phân phối thuộc PC Kon Tum TÀI LIỆU THAM KHẢO Navarro, B B., & Navarro, A comprehensive solar PV hosting capacity in MV and LV radial distribution networks, IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT-Europe), 2017 Niederhuemer, W., & Schwalbe, Increasing PV hosting capacity in LV grids with a probabilistic planning approach, International Symposium on Smart Electric Distribution Systems and Technologies (EDST), 2015 Tang, N C., & Chang, G W, A stochastic approach for determining PV hosting capacity of a distribution feeder considering voltage quality constraints, International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), 2018 18 Soukaina, N., Hassane, E., Hassan, E M., & Tijani, Hosting Capacity Estimation of Underground Distribution Feeder in Urbain Areas, International Conference on Wireless Technologies, Embedded and Intelligent Systems (WITS), 2019 Campello, L D., Duarte, P M., Ribeiro, P F., & de Oliveira, Hosting capacity of a university electrical grid considering the inclusion of wind-turbines for different background distortions, International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), 2016 17 Raja, A A., Mansoor, M., & Zahid, Optimal sitting of distributed generation based on hosting capacity approach, International Conference on Engineering and Emerging Technologies (ICEET), 2018 Rossi, M., Vigano, G., Moneta, D., & Clerici, Stochastic evaluation of distribution network hosting capacity: Evaluation of the benefits introduced by smart grid technology, AEIT International Annual Conference, 2017 Ding, F., Mather, B., & Gotseff, Technologies to increase PV hosting capacity in distribution feeders, IEEE Power and Energy Society General Meeting (PESGM), 2016 Schwanz, D., Ronnberg, S K., & Bollen, Hosting capacity for photovoltaic inverters considering voltage unbalance, IEEE Manchester PowerTech, 2017 10 Wang, S., Chen, S., Ge, L., & Wu, Distributed Generation Hosting Capacity Evaluation for Distribution Systems Considering the Robust Optimal Operation of OLTC and SVC, IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2016 11 Rossi, M., Vigano, G., Moneta, D., & Clerici, Stochastic evaluation of distribution network hosting capacity: Evaluation of the benefits introduced by smart grid technology, AEITInternational Annual Conference, 2017 12 Quintero-Molina, V., Romero-L, M., & Pavas, Assessment of the hosting capacity in distribution, 2017 13 Sakar, S., Balci, M E., Aleem, S H E A., & Zobaa, Hosting capacity assessment and improvement for photovoltaic-based distributed generation in distorted distribution networks, IEEE 16th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 2016 14 Apostolopoulou, D., Anastasopoulos, K., & Bahramirad, Effects of solar and wind generation integration on feeder hosting capacity, IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition (T&D), 2016 th C C R L T th U D SVTH: Lê Quang Khánh K36.KTĐ.KT Trang 54 Đánh giá khả tiếp nhận nguồn lượng mặt trời lưới điện phân phối thuộc PC Kon Tum 15 Gomes, C A M., & Ferreira, Hosting capacity evaluation of distributed generation systems with genetic algorithm, Simposio Brasileiro de Sistemas Eletricos (SBSE), 2018 16 Enock Mulenga, Math H.J Bollen, Nicholas Etherden, A review of hosting capacity quantifcation methods for photovoltaics in low-voltage distribution grids 17 Walter Niederhuemer, Roman Schwalbe, Increasing PV hosting capacity in LV grids with a probabilistic planning approach 18 Tobias Walla, Hosting capacity for photovoltaics in Swedish distribution grids 19 Farhad Shahnia, Ritwik Majumder, Student Member, IEEE, Arindam Ghosh, Fellow Member, IEEE, Gerard Ledwich Senior Member, IEEE and Firuz Zare, Member, IEEE, Sensitivity Analysis of Voltage Imbalance in Distribution Networks with Rooftop PVs 20 Ali S Masoum, Student Member, IEEE, Paul S Moses, Student Member, IEEE, Mohammad A S Masoum, Senior Member, IEEE, and Ahmed Abu-Siada Member, IEEE, Impact of Rooftop PV Generation on Distribution Transformer and Voltage Profile of Residential and Commercial Networks 21 RF-Spider, https://spider.cpc.vn/ 22 TTHT, https://ttht.cpc.vn/ C C R L T U D SVTH: Lê Quang Khánh K36.KTĐ.KT Trang 55 C C U D R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... lượng tiếp nhận công suất lượng mặt trời áp mái lưới phân phối xác định đồ án Với lý thực đề tài: ? ?Đánh giá khả tiếp nhận nguồn lượng mặt trời lưới điện phân phối thuộc Công ty Điện lực Kon Tum? ??... 17 Đánh giá khả tiếp nhận nguồn lượng mặt trời lưới điện phân phối thuộc PC Kon Tum Chương - MƠ HÌNH TOÁN XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG TIẾP NHẬN TỐI ƯU NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI... Đánh giá khả tiếp nhận nguồn lượng mặt trời lưới điện phân phối thuộc PC Kon Tum Chương - ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG TIẾP NHẬN TỐI ƯU NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI CHO LƯỚI ĐIỆN