Nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện gió phương mai 3 đến lưới điện khu vực bình định

Tuy nhiên, khi nhà máy được kết nối vào lưới điện quốc gia đã gây ranhững ảnh hưởng đến công tác vận hành lưới điện khu vực Bình Định do khivận hành có tốc gió thay đổi quá lớn hay quá n

NGUYỄN HOÀNG QUỐC BẢO

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ PHƯƠNG MAI 3 ĐẾN LƯỚI ĐIỆN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả khoa học được trình bày trong luận vănnày là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian thực hiện đềtài và chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác Các kết quả đạtđược là chính xác và trung thực

Tác giả luận văn

Nguyễn Hoàng Quốc Bảo

kính trọng đến TS Lê Thái Hiệp đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoahọc trong quá trình nghiên cứu Thầy đã dành nhiều thời gian, chỉ bảo và hỗtrợ rất nhiều cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Quy Nhơn,Phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật & Công nghệ đã tạo mọi điềukiện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tác giả luận văn

Nguyễn Hoàng Quốc Bảo

Tuy nhiên, khi nhà máy được kết nối vào lưới điện quốc gia đã gây ranhững ảnh hưởng đến công tác vận hành lưới điện khu vực Bình Định do khivận hành có tốc gió thay đổi (quá lớn hay quá nhỏ) dẫn đến nhà máy ngưnglàm việc làm ảnh đến các thông số như công suất tác dụng, công suất phảnkháng, sụt áp trên đường dây và tổn hao công suất trên đường dây.

Do vậy cần phải nghiên cứu đánh giá các ảnh hưởng của nhà máy điện

gió tác động lên lưới điện đấu nối Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện gió Phương Mai 3 đến lưới điện khu vực Bình Định” mục đích

nghiên cứu để đánh giá các vấn đề đã nêu trên

2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc đề tài

Hiện nay có một số tác giá đã nghiên cứu về nhà máy điện gió PM3nhưng chỉ ở góc độ độ tìm hiểu về nhà máy

Ngoài ra còn có nhiều đề tài về ảnh hưởng của việc đấu nối nguồn điệnphân tán vào lưới điện Tuy nhiên chưa có nghiên cứu cụ thể về những ảnhhưởng của nhà máy điện gió PM3 đến lưới điện khu vực Bình Định

3 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu ảnh hưởng của Nhà máy điện gió PM3 đến lưới điện khuvực Bình Định trong quá trình vận hành bao gồm: Tổn thất công suất của hệthống, khả năng mang tải của đường dây, so sánh công suất tác dụng, côngsuất phản kháng, khi có và không có sự tham gia của nhà máy điện gió PM3

4 Nội dung nghiên cứu

Luận văn tập trung nghiên cứu các nội dung chính sau:

- Tổng quan về điện gió

- Tổng quan về những ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến lưới điện khu vực

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện gió PM3 đến lưới điện khu vực Bình Định

- Mô phỏng các ảnh hưởng của nhà máy điện gió PM3 đến lưới điện khu vực Bình Định trên máy tính

5 Phương pháp nghiên cứu

Từ số liệu thực trạng và quy hoạch của hệ thống điện tỉnh Bình Định xâydựng đồ thị phụ tải Sử dụng phần mềm PSS/E mô phỏng hệ thống điện khuvực Bình Định theo chế độ có và không có nhà máy điện gió PM3

Trên cơ sở kết quả mô phỏng từ phần mềm PSS/E đánh giá ảnh hưởngnhà máy điện gió PM3 tới: khả năng mang tải của các nhánh đường dây, điện

áp nút, tổn thất công suất của hệ thống điện khu vực, sự tăng giảm công suấttác dụng và phản kháng của lưới trong khu vực khi có và không có nhà máyđiện gió PM3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN GIÓ VÀ

NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ PM31.1 Tổng quan về năng lượng gió

Gió được tạo ra bởi sự khác biệt trong áp suất khí quyển Khi một sựkhác biệt trong áp suất khí quyển tồn tại, không khí di chuyển từ vùng có ápsuất cao hơn đến các vùng áp suất thấp hơn, dẫn đến những cơn gió có tốc độkhác nhau

Hướng gió thường được biểu diễn theo hướng mà nó bắt đầu, Dự báothời tiết dùng mũi tên để chỉ hướng gió Tại sân bay, cờ gió dùng để chỉhướng gió, và cũng có thể được sử dụng để ước tính tốc độ gió bằng góc nângcủa cờ Tốc độ gió được đo bằng phong tốc kế, phổ biến nhất là sử dụng cốcxoay hoặc cánh quạt

1.1.1 Tầm quan trọng của gió

Gió thường có lợi cho con người Nó có thể quay các cánh quạt của cáccối xay gió giúp chúng ta xay gạo, đẩy thuyền buồm, thả diều Ngày nayngười ta ứng dụng gió để quay các tuabin máy phát điện, nó là một trongnhững nguồn năng lượng sạch Nhưng đôi khi gió lại có hại cho đời sốngcủa con người Đó là trong các cơn bão, gió có vận tốc cao dễ làm ngã đổ câycối, cột đèn, làm tốc mái nhà; gây thiệt hại nghiêm trọng đối với cơ ở vật chất,sức khỏe và tính mạng của con người

1.1.2 Các thông số về gió

Các thông số về gió, hay còn gọi là các đặc tính khí hậu của gió, đóngvai trò cực kỳ quan trọng trong việc triển khai các dự án điện gió Trong đó,các giá trị tốc độ gió trung bình cao nhất trong một năm, hướng gió chủ đạo

trong năm, v.v… có thể được tham khảo từ các số liệu thống kê của các trạmkhí tượng thủy văn, nhưng cần được xác định lại cụ thể cho từng vị trí và phảiđược xử lý chính xác trước khi sử dụng cho việc thiết kế và áp dụng các tuabin gió.

Các trạm khí tượng thủy văn, các cột đo gió thường chỉ có chiều cao10m tính từ mặt đất Trong qui hoạch về khai thác năng lượng gió, tốc độ giócần được đo ở các độ cao khác nhau Ví dụ, để đánh giá tiềm năng về gió ởvùng đồng bằng, tốc độ gió có thể được đo ở độ cao trên 40m, ở vùng cónhiều vật cản (đô thị hay khu dân cư) – trên 60m v.v…

Để giải quyết các vấn đề đặt ra của tuabin gió, ta phải chọn các thông sốkhí hậu tương ứng của gió Gió là một đại lượng véc tơ, trong hệ tọa độ cực,véc tơ gió có hai thành phần: mô đun của véc tơ hoặc tốc độ gió, được biểu thịbằng m/s và hướng của gió (được xác định trong 8, hoặc 16 hướng)

1.1.3 Vận tốc gió

Vận tốc (tốc độ) gió (V) là thông số quan trọng nhất, cần được đánh giávới độ chính xác tối đa có thể, để tính tiềm năng về năng lượng gió của khuvực nghiên cứu

Để thu được các giá trị ổn định cho việc tính tốc độ gió trung bình (Vtb),cần có các số liệu thống kê trong nhiều năm Để thu được các đặc tính lặp lạicủa các tốc độ gió khác nhau, cần có số liệu thống kê hơn 10 năm

Trong cùng một điều kiện khác nhau (về áp suất và nhiệt độ), nếu biếtvận tốc gió ở độ cao A mét là VA ta có thể tính được vận tốc gió ở độ cao B

1.1.4 Tần suất của vận tốc gió

Điều quan trọng khi xử lý các số liệu thống kê về vận tốc gió là tần suấtlặp lại của gió theo các cấp (mức độ) tăng dần của vận tốc gió Về lý thuyết,

độ chính xác, ổn định của số liệu thống kê phụ thuộc vào: độ dài của dãy sốthống kê (10, 15, 20 năm – càng dài càng chính xác), và phụ thuộc vào việcphân ra các cấp vận tốc tăng dần

1.1.5 Công suất của gió và của tua bin gió

Áp lực của gió (F) lên các cánh quạt của tuabin được xác định bằng côngthức: [4]

Trong đó :

ρ là mật độ của không khí thay đổi theo nhiệt độ của không khí ( ví dụ:

ở điều kiện t = 150C và áp suất khí quyển 101,325 Mpa, ρ 1,226 kg/m3) [4]

V là tốc độ gió, m/s

Công suất P của tuabin gió ( Hay công do động cơ gió sinh ra trong một đơn

vị thời gian) sẽ bằng áp lực gió (F) nhân với tốc độ giớ ( V), tức là: [4]

P=F*V hay P=1/2 ρ*V3Nếu nhân công suất của tuabin với thời gian làm việc của tuabin ta sẽ

tính được giá trị năng lượng của gió

Năng lượng gió ( công suất tiềm năng của gió) trong một khoảng

thời gian (giờ/ ngày/ tháng/năm) được xác định bằng công thức [4]

Trong đó:

V là trung bình lập phương của tốc độ gió trong khoảng thời gian tương

ứng

ρ là mật độ của không khí kg/m3 được xác định (phụ thuộc vào nhiệt

độ t0C của môi trường và áp suất thông thường 101,325 Mpa) [4]

1.2 Ưu nhược điếm của năng lượng gió so với các loại khác.

1.2.1 Ưu điểm

- Năng lượng gió là nguồn năng lượng có thể tái tạo và luôn luôn tồn tại

- Năng lượng gió là lựa chọn một thay thế tuyệt vời cho nhu cầu nănglượng của chúng ta, bởi nó không gây ô nhiễm trên diện rộng như các nhiên

1.2.2 Nhược điểm

- Nhược điểm lớn nhất năng lượng gió là nó không liên tục Điện có thểđược sản xuất và cung cấp đầy đủ khi gió đủ mạnh, cũng có thời điểm gió tạmlắng, việc sản xuất điện bằng năng lượng gió là không thể Vì vậy để đảm bảonguồn điện được liên tục thì phải kết hợp với nguồn năng lượng khác

- Hiện nay sự nguy hiểm mà các cánh quạt của tuabin gió gây ra với cácloài chim là lớn, vì vậy người ta đang đề xuất phương án là sơn lại màu cho cánhquạt

1.3 Tiềm năng phát triển điện gió ở Việt Nam và Bình định

Theo Nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới chỉ ra rằng Việt Nam là nước

có tiềm năng gió lớn nhất trong bốn nước trong khu vực: hơn 39% tổng diệntích của Việt Nam được ước tính là có tốc độ gió trung bình hàng năm lớnhơn 6m/s ở độ cao 65m, tương đương với tổng công suất 512GW Đặc biệt,hơn 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió rất tốt (Bảng 1.1)

Bảng 1 1 Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65 m so với mặt đất [3]

Tốc độ gió trung

bình < 4 m/s 4-5 m/s 5-6 m/s 6-7m/s 7-8m/s 8- 9m/sDiện tích (km2) 95.916 70.868 40.473 2.435 220 20

Tiềm năng (MW) 956.161 708.678 404.732 24.315 2.202 200

Tập đoàn điện lực Việt nam EVN phối hợp với ngân hàng thế giới khảosát và tốc độ gió ở độ cao 65m ở tại một số tỉnh thành của Việt Nam nhưtrong Bảng 1.2 như sau: [3]

Tốc độ gió trung bình ở độ cao 65m trênĐịa điểm

mặt đất (m/s)

Bảng 1 2 Thống kê tốc độ gió trung bình do EVN và Ngân hàng Thế giới khảo sát

Các kết quả khảo sát trên Bảng 1.2 và Hình 1.1 cho thấy nhiều hải đảocũng như các tỉnh duyên hải từ Bình Định đến Bình Thuận, Tây Nguyên vàdãy Trường Sơn thuộc các tỉnh phía Bắc Trung bộ Việt Nam là những khuvực thuận lợi để lắp đặt hệ thống tuabin gió

Tốc độ gió cần thiết tại trục tuabin (có cao độ khoảng 40 ÷ 60m) cho vậnhành thương mại vào khoảng 6 ÷ 7 m/s Tốc độ gió trung bình của Việt Nam

ở độ cao cách mặt đất 30 m theo đánh giá là khoảng 4 ÷ 5 m/s ở các vùng bờbiển Ở một vài hòn đảo độc lập con số này đạt trên 9 m/s, phù hợp cho việc khaithác loại năng lượng này

Hình 1 1 Bản đồ tài nguyên gió Việt Nam [12]

Hiện nay các dự án điện gió đang được triển khai:

Ngoài nhà máy điện gió của công ty REVN tại tỉnh Bình Thuận với 20tua-bin đã được lắp đặt thành công trong đó 12 tua-bin đã được đưa vào vậnhành, còn rất nhiều dự án điện gió khác đang được triển khai ở những giaiđoạn khác nhau Tại Ninh Thuận, hiện đang có 9 nhà đầu tư, cả trong nước vànước ngoài, đã đăng ký phát triển hơn 1.000 MW điện gió Tại Bình Thuận,tình hình đầu tư còn nhộn nhịp hơn với 10 nhà đầu tư đăng ký phát triển 1.541

MW Bảng 1.3 bên dưới mô tả tình hình phát triển các dự án điện gió ở cáctỉnh đến thời điểm tháng 5/2020

Bảng 1 3 Bảng thống kê một số dự án điện gió ở Việt Nam đến 2020 [9]

power plant

5 Bạc Liêu Cong Ly Construction-Trade- 99,2 Bạc Liêu

Tourism Ltd.

6 Đầm Nại Blue Circle +TSV Vietnam 7,8 Ninh Thuận

7 Đầm Nại Blue Circle +TSV Vietnam 30 Ninh Thuận

Hướng Linh 1

Hướng Linh 2

Trung nam, Công ty CP Điện Gió Trung

40 Ninh Thuận Ninh Thuận Nam (Trungnam Wind Power)

11 Phương mai 3 Central wind power JSC 21 Bình Định

(CWP)

Tổng công suất: 355,6

Ngoài ra còn có rất nhiều dự án điện gió đang được lắp đặt như: PhươngMai 1- Bình Đinh với công suất 20 MW, Hướng Linh 1- Quảng trị với côngsuất 20 MW, Đại phong – Mũi Né 40 MW, BHRE Tây nguyên – Đắk Lắk …Một số dự án có công suất lớn đã được phê duyệt và xẽ sớm được lắp đặtphải kể đến như: KhaiLong wind farm – Cà Mau 100 MW, HBRE An Thọ -Phú Yên 200 MW, PV Power – Bắc Bình, Bình Thuận 600 MW, Phương Mai

2 – Bình Định 200 MW, Kê Gà- Hàm Thuận Nam, Bình Thuận 600 MW…Tuy chưa thành lập dự án và chỉ đang trong giai đoạn khảo sát, nhưng

dự kiến có thể xây dựng nhà máy điện gió Mỹ An công suất tới 50MW, diệntích đất dùng để trồng cột thu gió chỉ 9,86ha Bình quân 0,1972ha/1MW thấphơn rất nhiều so với 0,7ha/1MW theo quy định của Chính phủ và nhiều dự ánkhác

1.4 Dự báo phụ tải khu vực dự án đến năm 2030

1.4.1 Dự báo nhu cầu toàn quốc giai đoạn đến 2030

Dự báo phụ tải các miền Bắc, Trung, Nam giai đoạn đến 2030 được lấytheo Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đếnnăm 2030 số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016 [6, 7]

Dự báo được thực hiện theo kịch bản cơ sở như sau:

Bảng 1 4 Kết quả dự báo nhu cầu tiêu thụ điện toàn quốc theo phương án cơ sở

Trên cơ sở nhu cầu điện năng đã được dự báo ở phần trên, biểu đồ phụ tải

toàn quốc và từng miền và mùa ở các mốc năm 2020, 2025 và 2030 được dự

báo theo phương pháp tổng hợp Các hình dưới đây chỉ thể hiện lại biểu đồ

phụ tải ngày làm việc điển hình toàn hệ thống của mùa hè và mùa đông tương

Hình 1 3 Biểu đồ ngày làm việc điển hình toàn hệ thống của mùa đông theo các mốc

năm dự báo

1.4.2 Dự báo phụ tải khu vực dự án đến năm 2030

Căn cứ phương hướng phát triển ngành Thương mại - Du lịch, định

hướng phát triển không gian lãnh thổ, dự báo phát triển dân số và Báo cáo

chính trị của ban chấp hành Đảng bộ tỉnh Bình Định khóa XVIII trình Đại hội

đại biểu Đảng bộ tỉnh lần thứ XIX nhiệm kỳ 2015-2020, tình hình tiêu thụ

điện năm 2020 và dự báo phụ tải các năm 2025 và 2030 như sau: [8]

Bảng 1 6 Dự báo phụ tải tỉnh Bình Định đến năm 2030

Hình 1 4 Đồ thị phụ tải khu vực tỉnh Bình Định đến năm 2030

Từ đồ thị phụ tải hình 1.4 ta thấy tại thời điểm năm 2020 công suất tiêu

thụ khoảng 483 MW, nhưng đến năm 2025 đạt 765 MW, tăng lên 1,58 lần và

đến năm 2030 tăng lên 1034 MW, tăng gấp 2,1 lần so với năm 2020 Như vậy

nhu cầu tiêu thụ là rất lớn, ngành điện cần sớm đưa thêm nhiều các nhà máy

điện gió hay mặt trời vào hoạt động

1.5 Tổng quan về nhà máy điện gió PM3

1.5.1 Các thông số nhà máy điện gió PM3

Nhà máy phong Ðiện PM3 có tổng công suất 21 MW, vốn đầu tư 40

triệu USD, quy mô gồm 6 trụ tuabin gió, công suất mỗi tuabin 3,5 MW chiều

cao mỗi trụ 114 m, đường kính quạt 132 m, được thi công trên diện tích 122

ha Nhà thầu cung cấp tuabin gió và dịch vụ vận hành, bảo trì cho dự án là

Siemens Gamesa (Đức) Nhà máy hoàn thành sẽ cung cấp lên lưới điện quốc

gia trên 70 triệu kwh/năm

1.5.1.1 Cấu trúc của tuabin

Hình 1 5 Cấu trúc của tuabin điện gió [2, 13]

– Anemometer: Là thiết bị sử dụng để đo lường tốc độ gió và truyền dữ

liệu tốc độ gió tới bộ điểu khiển

– Blades: Cánh quạt sử dụng ở các tuabin điện gió Khi gió thổi qua các

cánh quạt làm cho các cánh quạt chuyển động và quay

– Brake: Bộ hãm (phanh) Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp

hay sự cố xảy ra

– Controller: Bộ điều khiển Bộ điều khiển sẽ cho tuabin khởi động cơ

ở tốc độ gió khoảng 8 đến 14 dặm/giờ tương ứng với 12 km/h (3,33 m/s) vàdừng không cho tuabin làm việc khi tốc độ gió khoảng 65 dặm/giờ tươngđương với 104 km/h (28 m/s)

– Gear box: Hộp số Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp (trục

cánh quạt) với trục có tốc độ cao ( Roto của máy phát) và tăng tốc độ quay từ

30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến 1500 vòng/ phút, tốc độ quay là yêu cầucủa hầu hết các máy phát điện sản xuất ra điện

– Generator: là loại máy phát nguồn kép (DFIG) sẽ phát ra điện sau khi

tuabin nhận được năng lượng từ gió

– High – speed shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao – Low – speed shaft: Trục quay tốc độ thấp.

– Nacelle: Phần Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thiết bị bên trong máy và

một số vỏ phải đủ rộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong trong khi làm việc

– Pitch: Bánh răng xoay cánh Cánh được xoay hoặc làm nghiêng cánh

một ít để giữ cho rotor quay với tốc độ phù hợp theo đặc tính đã thiết kế khi tốc độ gió thay đổi

– Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục.

– Tower: Trụ đỡ Nacelle Trụ được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh

dằn bằng thép Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn

– Wind vane: Để xử lý hướng gió và liên lạc với “yaw drive” để định

hướng tuabin gió

– Yaw drive: Dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió

chính khi có sự thay đổi hướng gió

– Yaw motor: Động cơ cung cấp cho “yaw drive” định được hướng gió.

1.5.1.2 Đặc tính làm việc điển hình của tuabin gió

Trong quá trình vận hành cần phải điều chỉnh tốc độ của tuabin theo tốc độgió và năng lượng tới cánh để đảm thu nhận năng lượng tối ưu (cực đại) khitốc độ gió thấp và cắt giảm năng lượng khi tốc độ gió cao nhằm đảm bảo antoàn cho hệ thống Quá trình điều chỉnh đó sẽ thu được đặc tính công suấttheo tốc độ gió như Hình 1 6

Hình 1 6 Đường cong biểu diễn công suất tuabin phụ thuộc theo vận tốc gió.

Trên đặc tính vận hành của một tuabin gió ở Hình 1.6 có 4 vùng chính là:

- Vùng I tốc độ gió nhỏ hơn tốc độ khởi động vD của tuabin Trongtrường hợp này tuabin không hoạt động và không phát sinh năng lượng

- Vùng II có tốc độ gió trong khoảng (vD, vn) ứng với vùng có thể tối ưuviệc biến đổi năng lượng Đây là vùng mà việc thay đổi tốc độ rất cần

để nhận được công suất lớn nhất có thể

- Vùng III, trong này công suất gió tăng, nhưng công suất của tuabin bịgiới hạn bởi công suất định mức Pn Thực vậy, ở tốc độ gió định mức vn việc tăngkích thước, công suất máy phát, sức bền cơ của cấu trúc thì lợi ích sản xuất điện

sẽ không bù lại được chi phí ban đầu

- Vùng IV thể hiện khi tốc độ gió vượt quá tốc độ cực đại mà tuabin cóthể chịu đựng Trong trường hợp này tuabin sẽ dừng bởi hệ thống dừng khẩn cấp

để bảo vệ phần cơ tránh hư hỏng

1.5.1.3 Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của tuabin

Hình 1 7 Đặc tính C p – λ của các loại tuabin gió với thiết kế cánh khác nhau.[10]

Trên hình 1.7 ta thấy loại tuabin 1 cánh quạt có tốc dộ quay lớn, nhưng côngsuất thấp hơn loại 2 hay 3 cánh quạt Loại 3 cánh quạt có tốc độ quay thấp nhưng đạt công suất lớn nhất

Trên thế giới hiện nay và cả nhà máy điện gió PM3 người ta lựa chọnloại tuabin trục ngang 3 cánh quạt để đạt công suất cao nhất và tốc độ quaynhỏ

Nếu động năng của một khối không khí chuyển động với vận tốc v có thểđược thu hồi hoàn toàn bằng một thiết bị có diện tích A nằm vuông góc vớiphương tốc độ thì công suất tức thời sẽ là:

P 

1

Ave

19

Hình 1 8 Thông số của máy phát điện gió ở nhà máy Phong điện PM3.

Stato của máy phát có bộ dây quấn 3 pha đấu tam giác (Δ), 6 cực, roto có), 6 cực, roto có

bộ dây quấn 3 pha đấu sao (Y), điện áp phát ra ở đầu cực máy phát là 690V,dòng điện phát ra trên stato I1 = (2712 ÷ 2811)A Điện áp trên dây roto =227V, và dòng điện I2= (889 ÷ 1146)A Stato được làm mát bằng nước vớilưu lượng 180 l/min

Bảng 1 7 Bảng thông số mô tả đặc tính công suất theo tốc độ của máy phát điện gió ở

nhà máy Phong điện PM3 [14]

Trong Bảng 1.7 Khi roto quay với tốc độ 700 vòng/phút stato phát ra côngsuất 724 kW, nhưng roto tiêu thụ công suất là 217 kW, như vậy tổng côngsuất phát lên lưới là 500 kW Và khi tốc độ quay của roto tăng lên và ổn định

ở 1120 vòng/ phút thì công suất phát ra của Stato là 3234 kW và của roto là

388 kW, tổng công suất phát lên lưới là 3615 kW

1.5.2 Phương án đấu nối

Điện áp phát ra tại đầu cực của máy phát là 690V và nối qua một MBAnâng lên 22 kV ngay tại tuabin, sau đó được kéo về trạm nâng áp 110 kV – 40MVA (trạm PM3) sau đó được nối với đường dây 110 kV Nhơn Hội

Hình 1 9 Hình ảnh trạm nâng áp lên 110 kV ở nhà máy phong điện PM3.

Hình 1 10 Sơ đồ đấu nối lưới điện của nhà máy.

Phương án này phù hợp với tiến độ phát triển phụ tải điện trong khu vực, đápứng nhu cầu công suất tại chỗ cho khu FLC Quy Nhơn, nhà máy thép TônHoa Sen và các phụ tải hiện hữu cũng như phụ tải phát triển tương lai củaKhu kinh tế Nhơn Hội, góp phần làm giảm tổn thất công suất hệ thống dotruyền tải điện đi xa

và lựa chọn được loại tuabin có độ cao và các thông số phù hợp với thực tế.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

2.1 Các quy định kỹ thuật đánh giá ảnh hưởng tới lưới điện phân phối

2.1.1 Các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn kết nối nguồn điện gió với lưới điện phân phối trên thế giới

Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) phối hợp với Hiệp hội Đồng (Cu)Quốc tế khu vực châu Á (ICASEA) vào ngày 14/03/2013 đã tổ chức Hội thảo

“Ảnh hưởng của điện gió, tiêu chuẩn đấu nối điện gió và sự tham gia vào thịtrường điện” với mục đích thu thập ý kiến đóng góp nhằm hoàn thiện các vănphản pháp lý, quy trình, quy phạm, đặc biệt là xuất bản Sổ tay Tiêu chuẩn đấunối nguồn điện gió với hệ thống điện

2.1.1.1 Tiêu chuẩn kết nối và yêu cầu kỹ thuật

- Công suất đặt cực đại của điện gió (Maximum Wind power installation)

Khả năng tải của MBA, cáp, dây dẫn, thiết bị chuyển mạch được sử dụng

để xác định mức công suất cực đại của điện gió có thể lắp đặt Ở Vương quốc

Bỉ đã có quy định, công suất thiết kế của điện gió phải nhỏ hơn công suấtMBA tăng áp của máy phát điện gió và phù hợp với tiêu chuẩn (n-1) của khuvực kết nối Ở Italia, yêu cầu công suất lắp đặt của điện gió không vượt quá65% công suất khu vực kết nối Trong khi đó, ở Tây Ban Nha yêu cầu này làkhông vượt quá 50% Giới hạn công suất ngắn mạch cũng được sử dụng nhưmột tiêu chuẩn Công suất ngắn mạch của mạng điện gió được bổ sung thêmkhông được vượt quá khả năng của các thiết bị chuyển mạch Cấp điện ápcũng được xác định như một tiêu chuẩn để xác định công suất đặt cực đại củamáy phát điện gió

- Cấp điện áp kết nối điện gió (Voltage levels of Wind power

connection)

Do công suất phát hạn chế, điện gió thường được kết nối với mạng trung

áp và hạ áp Trong trường hợp kết nối với lưới trung áp, MBA có thể đượcyêu cầu làm nhiệm vụ bảo vệ điện gió, do điện gió có thể tiêu thụ công suấtphản kháng, đồng thời ngăn ngừa dòng thứ tự “không” và hạn chế dòng ngắnmạch Nói chung, ở các nước với quy mô điện gió tập trung nhỏ hơn 20 MWđều được kết nối lưới điện trung áp, sau đó kết nối với lưới điện truyền tải

- Chất lượng điện năng (Power quality)

+ Sóng hài (Harmonic)

Bậc của sóng hài sinh ra bởi điện gió yêu cầu không được gây ra cácnhiễu loạn trong lưới điện phân phối Tổng độ biến dạng sóng hài (TotalHarmonic Distortion - THD) được yêu cầu nhỏ hơn 5% Theo IEEE 519-1992

đã yêu cầu các giá trị khác nhau của sóng hài và tổng độ méo toàn phần (Bảng

2 1)

Bảng 2 1 Quy định về độ biến dạng sóng hài theo IEEE 519-1992 [5, 11]

Các máy phát điện gió sử dụng các bộ điện tử công suất, là nguồn phátsinh sóng hài Kiểu máy phát phụ thuộc vào công nghệ bộ biến đổi điện tửcông suất và cấu trúc của chúng Bản thân máy phát điện gió cũng là nguồngây ra sóng hài, phụ thuộc vào cấu trúc bộ dây quấn, mạch từ…và làm thayđổi độ méo toàn phần (THD) của mạng điện Theo Thông tư số 32 (năm 2007của Bộ Công Nghiệp cũ nay là Bộ Công Thương), giá trị cực đại cho phép(theo % điện áp danh định) của THD điện áp gây ra bởi các thành phần sónghài bậc cao đối với các cấp điện áp được quy định tại bảng 2

Bảng 2 2 Quy định về độ biến dạng sóng hài theo điện áp [5]

Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ

Bảng 2 3 Quy định về thời gian cắt [5]

0.5 < U < 0.88 pu: cắt sau 2.0s. > 1.15 pu: cắt tức

U<0.5-0.85 pu: cắt sau Tần số: thời.

+ Hệ số công suất (Power factor)

Hầu hết các máy phát điện gió đều vận hành với hệ số công suất đồngnhất (cosφ=1) Trong vận hành thường, các máy phát này đều yêu cầu có lắpđặt các bộ tụ bù Việc lắp đặt tụ bù được thực hiện ngay tại máy phát Tiêuchuẩn kỹ thuật của Pháp yêu cầu các máy phát điện gió công suất lớn (trườnghợp này là các máy phát đồng bộ) phải có khả năng phát và tiêu thụ công suấtphản kháng đến một giá trị nhất định nào đó Máy phát điện gió sử dụng máyđiện đồng bộ thích hợp cho việc duy trì hệ số công suất để điều khiển điện áptại điểm kết nối chung Đối với điện gió sử dụng máy phát không đồng bộ thìyêu cầu hệ số công suất phải cao hơn 0,86 Ở nước ta có quy định các tổ máyphát điện không đồng bộ phải được trang bị các tụ bù để đảm bảo hệ số côngsuất tối thiểu bằng 0,90

+ Dòng điện một chiều (Direct Current - DC)

Dòng điện một chiều DC đưa vào lưới điện từ máy phát điện gió loại nhỏ

là một vấn đề được quan tâm Việc xuất hiện dòng DC làm tăng thêm sự bãohoà các thành phần từ hoá lõi thép các MBA Theo tiêu chuẩn IEEE 1547,dòng điện một chiều đưa vào lưới từ các máy phát điện này phải nhỏ hơn0,5% dòng định mức của máy phát tại điểm kết nối Theo quy định củaVương Quốc Bỉ, giá trị dòng DC đưa vào lưới phải nhỏ hơn 1,0% dòng địnhmức; nếu cao hơn 1,0% thì phải được loại trừ sau 2 giây

+ Bảo vệ (Protection)

Hầu hết các nước đều chưa có các tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật cho cácmáy phát làm việc độc lập Các máy phát điện gió đều phải tách lưới khi lướiđiện chính không cung cấp điện hoặc khi có sự cố năng nề Khi giá trị điện áp

và tần số vượt ra khỏi phạm vi cho phép, các máy phát điện gió đều phải

ngừng hoạt động trong khoảng thời gian khôi phục sự cố Tiêu chuẩn IEEE

1547 coi các máy phát điện gió công suất nhỏ có ít tác động đến hệ thống.Tuy nhiên, những máy phát có công suất trên 30 kW có thể sẽ có những tácđộng đáng kể đến lưới điện phân phối, yêu cầu này được tính đến sẽ cho phépngười vận hành thiết lập, chỉnh định rơle tần số thấp

Việc đóng lại các máy phát điện gió, nói chung phải đảm bảo không gây

ra các tác động độc lập khác Với nguồn điện gió nối lưới truyền tải mà khi có

sự cố trên lưới truyền tải quá một khoảng thời gian nhất định (theo quy địnhtrong cơ chế đấu nối - grid code – của từng nước, các máy phát điện gió sẽđược yêu cầu cắt ra khỏi lưới Tiêu chuẩn kỹ thuật của Italia quy định, thờigian đóng lại sau 2 giây đối với lưới 150 kV; 2,6 giây đối với lưới 220 kV và

4 giây đối với lưới 380 kV Tuy nhiên, trong khi 70-95% sự cố là thoáng qua,thì việc yêu cầu cắt điện gió ra khỏi lưới có thể là không thật cần thiết miễn là

hệ thống vẫn chịu được các tác động này

Nói chung các điện gió không bị ảnh hưởng bởi việc tự động đóng lại.Các phản ứng của điện gió cần được kết hợp với các thiết bị bảo vệ độc lập,ngăn ngừa các những hư hại có thể ảnh hưởng tới các hệ thống khác TheoIEEE 1547, máy phát điện gió sẽ tạm ngừng hoạt động khi tự đóng lại đã khôiphục trở lại Yêu cầu này được đưa ra nhằm ngăn ngừa sự mất đồng bộ trongkhoảng thời gian đóng máy, ảnh hưởng tới thiết bị bảo vệ quá dòng hoặc đểtránh hư hại tới các MBA và bản thân điện gió Ở Đức, thời gian tác động củabảo vệ phải ngắn hơn thời gian tự đóng lại Ở Tây Ba Nha, máy phát điện gióđược đấu nối trở lại nếu điện áp tại điểm PCC không nhỏ hơn 0,85 pu với thờigian t < 3 phút

Việc đấu nối phải đảm bảo không làm ảnh hưởng đến chế độ vận hànhcủa mạng điện Để có thể hoà đồng bộ điện gió với lưới điện, điện áp của điệngió và điện áp của lưới điện phải có cùng điện áp, tần số, thứ tự pha và gócpha Nếu hội tụ đủ những điều kiện này, điện gió có thể được hoà đồng bộ vớilưới với mức điện áp dao động nằm trong phạm vi ±5% tại điểm kết nốichung

Bảng 2 4 Quy định khi hòa đồng bộ máy phát điện gió sử dụng máy phát đồng bộ

Máy phát điện gió loại DU = ±10%

Df = ±0.3Hznhỏ (0 đến 500 kVA)

Dd = ±100

Bảng 2 5 Quy định về mức suy giảm điện áp khi hòa đồng bộ máy

phát điện gió sử dụng máy phát điện không đồng bộ

Mức suy giảm điện

£ 5% £ 6% £ 5% và không quá 0,5sáp

Máy phát không đồng bộ thường yêu cầu điện năng từ phía lưới để duy trì từtrường quay giữa stato và rôto Do vậy nó luôn phải vận hành song song vớilưới điện, các bộ tụ bù sẽ được đặt ngay tại máy phát để cung cấp công suấtphản kháng và duy trì hệ số công suất không đổi Việc kết nối điện gió vớilưới vẫn được thực hiện nếu mức suy giảm điện áp nhỏ hơn giới hạn cho phéptrong thời gian quy định

2.1.1.2 Nhận định về tiêu chuẩn kết nối và yêu cầu kỹ thuật

Luận văn đã giới thiệu các quy định đấu nối điện gió với lưới theo một

số tiêu chuẩn khác nhau của một số nước trên thế giới Nói chung, các tiêuchuẩn kỹ thuật đều có sự khác nhau, điều đó làm khó khăn và tăng thêm tínhphức tạp trong việc triển khai và tiêu chuẩn hoá trên phạm vi toàn cầu Nếu cómột tiêu chuẩn chung cho điện gió sẽ góp phần nâng cao chất lượng điệnnăng, đẩy mạnh việc phát triển điện gió trong các thị trường điện trong tươnglai Các yêu cầu về kỹ thuật và tiêu chuẩn kết nối các máy phát điện gió vớilưới điện hiện đang gặp nhiều khó khăn

Do vậy, việc nghiên cứu tổng thể các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn kếtnối các máy phát điện gió với hệ thống điện ở nước ta để đảm bảo việc xâydựng và vận hành lưới điện an toàn, kinh tế là công việc cần thiết

2.1.2 Các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn kết nối nguồn điện gió với lưới điện phân phối ở Việt Nam ( trích thông tư Số: 39/2015/TT-BCT)

- Yêu cầu về cân bằng pha: Trích điều 31 của thông tư số: BCT [1]

39/2015/TT-Trong chế độ làm việc bình thường, khách hàng sử dụng lưới điện phânphối phải đảm bảo thiết bị của mình không gây ra thành phần thứ tự nghịchcủa điện áp pha tại điểm đấu nối quá 3 % điện áp danh định đối với cấp điện

áp 110 kV hoặc quá 5 % điện áp danh định đối với cấp điện áp dưới 110 kV

- Yêu cầu về sóng hài dòng điện: Trích điều 32 của thông tư số:

39/2015/TT-BCT [1]

1 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 điệnphụ tải; [1]

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 [1]

2 Tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện do Đơn vị phân phối điện đo tạiđiểm đấu nối của Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối được đo đếm theo tiêuchuẩn IEC1000-4-7, kéo dài ít nhất 24 giờ với chu kỳ 10 phút 01 lần Chậm nhất

06 tháng kể từ thời điểm phát hiện thiết bị của khách hàng không

đạt được giá trị quy định tại Khoản 1 Điều này, khách hàng phải áp dụng cácbiện pháp khắc phục để đạt được giá trị tổng độ biến dạng sóng hài dòng điệntrong giới hạn cho phép

-Yêu cầu về nhấp nháy điện áp: Trích điều 33 của thông tư số: 39/2015/TT-BCT [1]

Mức nhấp nháy điện áp tối đa cho phép tại điểm đấu nối với lưới điệnphân phối phải theo quy định tại Điều 8 Thông tư này

- Yêu cầu về chế độ nối đất: Trích điều 34 của thông tư số: BCT [1]

39/2015/TT-1 Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối phải áp dụng các chế độ nốiđất trung tính trong lưới điện của mình theo quy định tại Điều 10 Thông tư

này, trừ trường hợp có thỏa thuận khác và được sự đồng ý của Cấp điều độ cóquyền điều khiển

2 Trường hợp khách hàng được cung cấp điện từ nhiều phía, khách hàng

có trách nhiệm lắp đặt các thiết bị bảo vệ thích hợp nhằm ngăn chặn và hạnchế dòng điện chạy qua điểm trung tính xuống đất

- Yêu cầu về hệ số công suất: Trích điều 35 của thông tư số: 39/2015/TT-BCT [1]

Khách hàng sử dụng điện để sản xuất, kinh doanh, dịch vụ có trạm biến

áp riêng hoặc không có trạm biến áp riêng nhưng có công suất sử dụng cựcđại từ 40 kW trở lên có trách nhiệm duy trì hệ số công suất (cosj) tại điểm đặtthiết bị đo đếm điện năng theo hợp đồng mua bán điện không nhỏ hơn 0,9

lưới điện phân phối từ cấp điện áp trung áp trở lên Trích điều 40 của thông tư số: 39/2015/TT-BCT [1]

2 Nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời phải có khả năng vận hànhphát công suất tác dụng trong dải tần số từ 49 Hz đến 51 Hz theo các chế độ

sau:

a) Chế độ phát tự do: vận hành phát điện công suất lớn nhất có thể theo sựbiến đổi của nguồn năng lượng sơ cấp (gió hoặc mặt trời)

b) Chế độ điều khiển công suất phát:

- Nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời phải có khả năng điều chỉnhphát công suất tác dụng theo lệnh của Cấp điều độ có quyền điều khiển phù hợpvới sự biến đổi của nguồn năng lượng sơ cấp trong thời gian không quá 30 giâyvới độ sai số trong dải ± 01 % công suất định mức, cụ thể như sau:

- Phát công suất theo đúng lệnh điều độ trong trường hợp nguồn sơ cấp biến thiên bằng hoặc lớn hơn giá trị dự báo;

- Phát công suất lớn nhất có thể trong trường hợp nguồn sơ cấp biến thiên thấp hơn giá trị dự báo

2 Nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời tại mọi thời điểm đang nốilưới phải có khả năng duy trì vận hành phát điện trong thời gian tối thiểu tươngứng với các dải tần số vận hành theo quy định tại Bảng 5 Điểm a Khoản 2 Điều 39Thông tư này

3 Khi tần số hệ thống điện lớn hơn 51 Hz, nhà máy điện gió, nhà máyđiện mặt trời phải giảm công suất tác dụng với tốc độ không nhỏ hơn 01 % côngsuất định mức mỗi giây Mức giảm công suất tương ứng với tần số được xác địnhtheo công thức sau:

m

Trong đó:

a) Δ), 6 cực, roto cóP: Mức giảm công suất phát tác dụng (MW);

b) Pm: Công suất tác dụng tương ứng với thời điểm trước khi thực hiện giảm công suất (MW);

c) fn: Tần số hệ thống điện trước khi thực hiện giảm công suất (Hz)

4 Nhà máy điện gió và nhà máy điện mặt trời đấu nối vào lưới điện phân phối phải có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng và điện áp như sau:a) Trường hợp nhà máy điện phát công suất tác dụng lớn hơn hoặc bằng20% công suất tác dụng định mức và điện áp nằm trong dải vận hành bình thường,nhà máy điện phải có khả năng điều chỉnh liên tục công

suất phản kháng trong dải hệ số công suất 0,95 (ứng với chế độ phát

c) Trường hợp điện áp tại điểm đấu nối nằm trong dải ± 10 % điện áp địnhmức, nhà máy điện phải có khả năng điều chỉnh điện áp tại điểm đấu nối với độ sailệch không quá ± 0,5 % điện áp định mức (so với giá trị đặt điện áp) trong toàn bộdải làm việc cho phép của máy phát và hoàn thành trong thời gian không quá 02phút;

d) Trường hợp điện áp tại điểm đấu nối nằm ngoài dải ± 10 % điện ápđịnh mức, nhà máy điện phải có khả năng phát hoặc nhận công suất phản kháng(theo tỷ lệ so với công suất phản kháng định mức) bằng tối thiểu 02 lần tỷ lệ thayđổi điện áp tại điểm đấu nối

5 Nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời tại mọi thời điểm đang nốilưới phải có khả năng duy trì vận hành phát điện tương ứng với dải điện áp tạiđiểm đấu nối trong thời gian như sau:

a) Điện áp dưới 0,3 pu (pu là hệ đơn vị tương đối thể hiện tỷ lệ giữa giá trịđiện áp thực tế so với giá trị điện áp định mức), thời gian duy trì tối thiểu

là 0,15 giây

b) Điện áp từ 0,3 pu đến dưới 0,9 pu, thời gian duy trì tối thiểu được tính theo công thức sau:

Trong đó: Tmin = 4 x U - 0,6

- Tmin (giây): Thời gian duy trì phát điện tối thiểu;

- U (pu): Điện áp thực tế tại điểm đấu nối tính theo đơn vị pu