phối.
Hiện nay chưa có định nghĩa nhất quán về “mức độ xâm nhập” trong sản xuất điện NLMT và như thế nào là mức độ xâm nhập cao. Một số nghiên cứu định nghĩa đơn giản là tỷ lệ số hộ gia đình có lắp đặt PV trên tổng số hộ gia đình, trong khi một số khác xác định bằng lượng PV cao nhất so với nhu cầu phụ tải cao điểm. Nhiều định nghĩa khác cũng đã được ra. Các nhà khoa học cũng rằng giới hạn xâm nhập PV không phải là một con số cố định cho mọi lưới điện. Nó phụ thuộc vào đặc tính của lưới, sự phân tán của tải, các loại PV và các biên độ tải và nguồn PV. Do đó, giới hạn xâm nhập của PV có thể là một con số rất nhỏ hoặc một con số khá lớn. Tuy nhiên, trong luận văn này, khái niệm về độ xâm nhập PV cao có thể được hiểu như sau: Trong lưới điện, công suất phát PV vượt quá nhu cầu phụ tải gây ra dòng công suất đảo ngược về nguồn thì lưới điện đó được coi là có mức xâm nhập PV cao. Do điện mặt trời có đặc tính hoạt động khác biệt so với các máy phát truyền thống do không chủ động được công suất phát nên độ xâm nhập cao của nguồn điện này có thể dẫn tới nhiều ảnh hưởng tới lưới điện. Các ảnh hưởng đó được trình bày dưới đây:
a) Các ảnh hưởng đến chất lượng điện năng
Tăng điện áp: Đây là ảnh hưởng phổ biến nhất của hiện tượng trào lưu công
suất. Khi công suất từ PV vượt quá công suất phụ tải, điện áp tại các nút tải sẽ tăng lên. Đối với hiện tượng này, một số giải pháp có thể áp dụng nấc điều chỉnh điện áp dưới tải (OLTC) để điều chỉnh điện áp của máy biến áp đầu nguồn hoặc sử dụng bộ lưu trữ năng lượng
Mất cân bằng điện áp: Hiện tượng này xảy ra khi mất cân bằng giữa công suất
tải và công suất phát giữa các pha. Các hệ thống PV có công suất nhỏ trên lưới phân phối thường được kết nối với một pha của lưới. Khi độ xâm nhập PV tăng lên có thể gây ra sự mất cân bằng lớn giữa công suất phát trên các pha dẫn tới mất cân bằng điện áp. Giải pháp có thể được áp dụng để khắc phục hiện tượng này là yêu cầu kết nối các hệ thống PV công suất tương đối lớn trên lưới phân phối thông qua 3 pha.
Dao động điện áp: Hiện tượng này thường xảy ra khi thời tiết xấu hoặc khi có
sự cố về kết nối. Công suất phát của PV đột ngột thay đổi khiến cho điện áp các điểm kết nội thay đổi theo. Hiện tượng này có thể dẫn đến giảm tuổi thọ các thiết bị.
20
Sóng hài: Dòng điện và điện áp xoay chiều có dạng sóng hình sin. Các sóng
hài xuất hiện trong lưới điện có thể làm cho các sóng này bị méo. Các sóng này được sinh ra do các tải phi tuyến như máy hút bụi, điều hòa hoặc máy biến áp. Sóng hài cũng được sinh ra khi có kết nối PV với lưới điện do bộ chuyển đổi DC- AC của hệ thống này là nguồn sinh sóng hài mạnh. Các sóng điện áp và dòng điện bị méo do sóng hài có thể làm tăng tổn thất điện năng, dây hư hỏng thiết bị, đặc biệt là các tụ bù. Do đó, các hệ thống điện mặt trời nối lưới có thể được yêu cầu trang bị thêm bộ lọc sóng hài.
Hệ số công suất: Hệ thống biến tần của các hệ thống PV thông thường hoạt
động với hệ số công suất là 1. Lý do là tiêu chuẩn IEEE 929-2000 không cho phép biến tần hệ thống hoạt động trong chế độ điều chỉnh điện áp. Lý do thứ hai là chủ sở hữu của các hệ thống PV trong các chương trình khuyến khích của chính phủ có doanh thu theo chỉ số kWh bán lên lưới, không tính theo sản lượng kilovolt- ampere. Vì vậy, các hệ thống PV thường vận hành biến tần ở hệ số công suất bằng 1 để tối đa hóa sản lượng điện năng kWh được tạo ra và theo đó, là tối đa doanh thu. Kết quả là, công suất P được đáp ứng một phần bởi các hệ thống PV, làm giảm nhu cầu được cung cấp điện từ các máy biến áp nguồn của EVN. Tuy nhiên, công suất phản kháng Q yêu cầu vẫn như nhau và phải được cung cấp bởi các máy biến áp nguồn. Điều này sẽ dẫn đến giảm hệ số công suất của máy biến áp đầu nguồn. Hiệu suất của máy biến áp sẽ giảm khi hệ số công suất giảm, gây ra tổn thất chung trong máy biến áp phân phối tăng lên, giảm hiệu quả hệ thống.
Sụt giảm điện áp ngắn hạn: là sự sụt giảm giá trị hiệu dụng của điện áp kéo dài
từ nửa chu kỳ cho đến 500ms. Thông thường, sụt giảm điện áp ngắn hạn xảy ra khi khởi động động cơ, quá tải hoặc ngắn mạch. Hiện tượng này có thiến hệ thống PV ngắt kết nối lưới điện, gây thiệt hại kinh tế cho chủ sở hữu. Nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng công suất và vị trí lắp đặt PV cũng có ảnh hưởng đến tần suất hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn so với khi không có PV. Nhằm tránh hiện tượng này, hệ thống PV vẫn phải giữ được dòng điện trong quá trình sụt giảm điện áp nhằm đưa hệ thống quy về trạng thái bình thường.
b) Ảnh hưởng đến ổn định
Ổn định động: Ổn định động là khả năng hệ thống quay về trạng thái xác lập
sau những kích động lớn của hệ thống như ngắn mạch, đóng cắt đường dây hoặc mất tổ máy phát. Khi độ xâm nhập của PV nhỏ thì các ảnh hưởng tới ổn định động hệ thống không đáng kể. Nhưng khi độ xâm nhập PV lớn có thể gây ra các nhiễu
21
động gây mất ổn định. Một ảnh hưởng đáng kể có thể kể đến là hiện tượng sụp đổ điện áp. Hệ thống PV chỉ phát công suất tác dụng. Khi công suất phụ tải tăng, yêu cầu về công suất phản kháng cũng tăng theo. Nếu lượng công suất phản kháng không được truyền tải về một cách hợp lý, độ ổn định động của hệ thống sẽ bị suy giảm. Do đó, việc xem xét cho phép các biến tần của hệ thống PV phát công suất phản kháng cũng phải được xét đến.
Ổn định tĩnh: là khả năng của hệ thống điện duy trì điện áp xác lập tại các nút
sau khi xảy ra các kích động nhỏ trong hệ thống điện. Nghiên cứu chứng minh độ ổn định tĩnh của hệ thống sẽ tăng lên khi độ xâm nhập của PV cao [10]. Bên cạnh đó, vị trí lắp đặt các hệ thống PV cũng có ảnh hưởng đến độ ổn định tĩnh.
Ổn định tín hiệu nhỏ: Trong nghiên cứu [11], các kịch bản về độ xâm nhập PV
khác nhau đã được thử nghiệm. Phương pháp phân tích trong miền thời gian được áp dụng đã chứng minh được khi độ xâm nhập PV càng tăng thì độ ổn định tín hiệu nhỏ càng giảm. Nguyên nhân được chỉ ra là do các nguồn điện mặt trời khi kết nối sẽ làm giảm tính quán tính của hệ thống. Do đó, các kích động nhỏ khi xảy ra sẽ dẫn tới những ảnh hưởng tiêu cực tới hệ thống điện như giảm khả năng phục hồi trạng thái. Tuy nhiên, vấn đề này có thể được khắc phục một phần bằng cách duy trì các máy phát truyền thống làm việc ở chế độ tới hạn nhằm tăng tính quán tính cho hệ thống điện.
c) Ảnh hưởng tới hệ thống bảo vệ
Phân tích ngắn mạch đối với lưới điện có tích hợp PV là điều cần thiết để đảm bảo an toàn cho thiết bị và con người, giảm chi phí sửa chữa và nâng cao hiệu suất làm việc. Mức độ ảnh hưởng của dòng ngắn mạch tăng lên khi tăng độ xâm nhập của PV và chịu ảnh hưởng của vị trí lắp đặt chúng.Yêu cầu đối với hệ thống rơ le bảo vệ để chống lại các sự cố ngắn mạch là xác định đúng sự cố và tác động nhanh. Nếu không, dòng ngắn mạch tồn tại lâu sẽ phá hỏng hệ thống PV. Đối với lưới điện phân phối, bảo vệ quá dòng được lựa chọn làm bảo vệ chính. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi dòng ngắn mạch cung cấp từ các hệ thống PV chiếm không quá 10% dòng ngắn mạch tại vị trí sự cố thì sẽ không có ảnh hưởng tới hoạt động của bảo vệ quá dòng[11]. Đối với các lưới điện có sự xâm nhập cao của PV, đóng góp dòng ngắn mạch của các hệ thống này có thể lớn hơn 10% dòng ngắn mạch tổng. Do đó, việc nghiên cứu xây dựng sơ đồ bảo vê quá dòng cho lưới điện phân phối có sự xâm nhập cao của PV là điều cần thiết.
22