CHƢƠNG 1 LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN
1.3 Hiện trạng lƣới điện trung áp và nguồn phân tán tại Việt Nam
1.3.4.5 Kế hoạch phát triển nguồn phân tán ở nước ta
Dự báo công suất của các nguồn phân tán có tiềm năng ở nƣớc ta tính đến năm 2030 (Hình 1.23)[5][14]
Hình 1.23: Dự báo công suất các nguồn phân tán tại Việt Nam đến năm 2030. Theo những nghiên cứu trong Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030 [14], nguồn phân tán bao gồm chủ yếu là nguồn thủy điện nhỏ và các dạng năng lƣợng tái tạo khác chiếm từ (3 – 5)% tổng điện năng sản xuất của toàn hệ thống điện tƣơng lai trong giai đoạn này. Trong đó, TĐN và điện gió sẽ chiếm phần lớn trong tỷ trọng những nguồn năng lƣợng phân tán sử dụng năng lƣợng tái tạo. Chi tiết kế hoạch phát triển nguồn phân tán đƣợc liệt kê trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2: Kế hoạch phát triển nguồn điện sử dụng năng lƣợng tái tạo giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030.
TT
Loại năng lƣợng và tiềm năng Giai đoạn khai thác trong quy hoạch (MW) Loại năng lƣợng Tổng tiềm năng kinh tế - kỹ thuật (MW) Tổng tiềm năng kinh tế - kỹ thuật khai thác (2011-2030) (%) 2011- 2015 2016- 2020 2021- 2025 2026- 2030 Tổng khai thác (2011- 2030) 1 Địa nhiệt 340 0 0 0 0 0 0 2 Mặt trời 81,22 7,4 2,5 4,5 6 6 6 3 Gió 2185 73 316 898 1594 1594 1594 4 Thủy triều 0 0 0 0 0 5 Sinh khối 501 64 100 210 319 319 319 6 Khí sinh học và từ bãi rác 466 42 32 88 181 181 181 7 Thủy điện nhỏ 1209 1679 2179 2829 2829 Tổng 3573,2 1479 2879 4279 4929 4929 1.3.5 Nhận xét
Nguồn điện phân tán đã và đang cho thấy những ƣu điểm và những lợi ích thiết thực. Trong đó, những nguồn năng lƣợng tái tạo đƣợc đặc biệt chú trọng do có tiềm năng to lớn và thân thiện với môi trƣờng.
Trên Thế giới, nguồn năng lƣợng phân tán đang đƣợc ứng dụng rộng rãi với sự quan tâm sâu sắc và những chính sách phù hợp. Đặc biệt, các nƣớc cộng đồng Châu Âu đều có mục tiêu rõ ràng về năng lƣợng tái tạo của quốc gia, nhằm khuyến khích sự phát triển mạnh mẽ của loại năng lƣợng này.
Tiềm năng về nguồn năng lƣợng tái tạo của nƣớc ta rất dồi dào. Nếu đƣợc ƣu tiên, chú trọng phát triển, sẽ đem lại nguồn lợi to lớn, khắc phục tình trạng thiếu điện và giảm ô nhiễm môi trƣờng.
1.4 Kết luận chƣơng 1
Chƣơng này đã giới thiệu tổng quan một số vấn đề cơ bản về LĐTA, bao gồm định nghĩa, cấu trúc, đặc điểm và vai trò của LĐTA, đồng thời giới thiệu về tình hình phát triển LĐTA ở nƣớc ta và sự phát triển của phụ tải điện đến năm 2020. Từ
đó cho thấy LĐTA có vai trò hết sức quan trọng trong việc cung cấp điện, đáp ứng nhu cầu trực tiếp cho phụ tải.
Trong những năm gần đây, với khoa học kỹ thuật cao, việc nghiên cứu và đƣa vào thử nghiệm cũng nhƣ vận hành các nguồn phát điện có công suất vừa và nhỏ đã và đang đƣợc đặc biệt quan tâm vì nhiều ƣu điểm của nó. Tuy nhiên, việc phát triển nguồn điện phân tán sẽ gặp rất nhiều khó khăn về kỹ thuật, đặc biệt việc làm ảnh hƣởng tới chất lƣợng điện năng của hệ thống điện hiện có, vấn đề về công nghệ và kỹ thuật trong việc kết nối DG với lƣới điện hiện có cũng cần đƣợc quan tâm.
Mỗi DG thƣờng có công suất nhỏ, chúng thƣờng đƣợc kết nối trực tiếp với phụ tải dùng điện cuối cùng hoặc đƣợc kết nối vào các lƣới điện trung áp để phân phối điện đến các phụ tải. Do đó, có ảnh hƣởng lớn đến các chỉ tiêu chất lƣợng điện áp cũng nhƣ tổn thất công suất và tổn thất điện năng. Vì lý do đó, luận văn sẽ nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của nguồn này tới các chỉ tiêu chất lƣợng điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năng của LĐTA.
Trong chƣơng tiếp theo sẽ trình bày những tác động của nguồn điện phân tán tới các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của LĐPP.
CHƢƠNG 2. ẢNH HƢỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA LĐTA 2 Equation Section 2
2.1 Đặt vấn đề
Khi DG đƣợc kết nối vào lƣới phân phối điện nó sẽ đem lại một số ảnh hƣởng tích cực đến lƣới [12][28]:
- Giảm tổn thất điện năng;
- Nâng cao độ tin cậy của lƣới phân phối điện; - Nâng cao chất lƣợng điện áp;
- Giải phóng khả năng tải của lƣới phân phối điện; - Trì hoãn thời gian nâng cấp lƣới điện;
- Lắp đặt dễ dàng và nhanh chóng do sản xuất các phần tử theo mô đun; - Giảm đƣợc chi phí do không phải tải điện xa, điện áp cao;
- Thân thiện với môi trƣờng nếu năng lƣợng tái tạo đƣợc sử dụng; - Dễ vận hành do độ phức tạp thấp.
Khi kết nối DG vào lƣới điện phải tuân thủ các tiêu chuẩn kết nối và ràng buộc về mặt kỹ thuật và kinh tế. Tùy thuộc vào cấu trúc của lƣới điện mà những tiêu chuẩn cũng khác nhau và ảnh hƣởng của DG tới lƣới cũng khác nhau. LĐPP bị giới hạn bởi những ràng buộc về ổn định điện áp và khả năng tải của đƣờng dây, thiết bị. Ngoài ra các tiêu chuẩn cơ bản cho phép kết nối vào LĐPP (tiêu chuẩn về cấp điện áp, tần số…) bị ảnh hƣởng bởi kỹ thuật và công nghệ chế tạo.
Các DG thƣờng đƣợc kết nối chủ yếu ở LĐPPTA với cấp điện áp từ 6kV đến 35kV. Những nghiên cứu trƣớc đây cho thấy, với mức độ thâm nhập từ (10 - 15)% của các nguồn phân tán vào lƣới sẽ không có những thay đổi đáng kể nào đối với cấu trúc lƣới và hệ thống điện. Tuy nhiên, khi mức độ thâm nhập của DG càng tăng thì mức độ ảnh hƣởng lên lƣới là càng lớn. Khi đó, ngoài những ảnh hƣởng tới tính kinh tế của lƣới điện mà còn làm phát sinh những vấn đề kỹ thuật cần phải quan tâm, nhƣ:
- Đặc tính điện áp thay đổi trên toàn lƣới điện;
- Quá độ điện áp sẽ xảy ra do việc kết nối và ngắt kết nối các máy phát; - Gia tăng dòng điện ngắn mạch;
- Vấn đề về phối hợp giữa các bảo vệ rơle;
- Chất lƣợng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện.
2.2 Ảnh hƣởng tới tổn thất công suất
Khi DG kết nối vào lƣới điện sẽ làm thay đổi dòng công suất. Nếu DG đặt giữa nguồn cấp điện và phụ tải sẽ làm giảm công suất truyền tải từ nguồn tới vị trí đặt DG, do đó làm giảm tổn thất công suất trên đoạn lƣới này [18][21][31].
Khi phụ tải tăng cao thì DG gần phụ tải đó sẽ cung cấp công suất bù vào lƣợng tăng thêm đó, do đó giảm đƣợc lƣợng công suất từ nguồn hệ thống tới phụ tải. Mặt khác, khi phụ tải giảm thấp thì DG lại có tác dụng cung cấp điện cho lƣới điện. Mức độ ảnh hƣởng của DG phụ thuộc vào công suất phát của chúng và nhu cầu tăng thêm của phụ tải.
Tuỳ vào vị trí, công suất đặt của DG và cấu trúc của lƣới điện mà DG có tác dụng làm giảm hoặc tăng tổn thất công suất. Vị trí đặt của DG đƣợc xác định sao cho khi đó tổn thất trên lƣới phải nhỏ hơn trƣớc khi có DG. Việc xác định tối ƣu vị trí đặt và công suất DG, có xét đến điều kiện vận hành khác nhau của lƣới điện, sẽ đem lại kết quả tốt hơn cho bài toán giảm thiểu tổn thất công suất trên lƣới. Tổn thất sẽ đƣợc giảm nhiều hơn khi kết nối các DG ở các khu vực có mật độ phụ tải cao hơn.
Với lƣới điện có kết nối DG, tổn thất công suất trên đƣờng dây của LĐTA có thể đƣợc tính toán và đánh giá thông qua hệ số đánh giá tổn thất công suất trên đƣờng dây [27]: KDG DG LL LL LLI (2.1) Trong đó:
LLDG: Tổng tổn thất công suất trên lƣới điện có kết nối DG;
LLKDG: Tổng tổn thất công suất trên lƣới điện không có kết nối DG. Cũng theo [27], tổn thất công suất trên lƣới điện còn phụ thuộc chặt chẽ với công nghệ DG đƣợc sử dụng, mức độ thâm nhập (DGpen- liên quan về công suất) và mức độ phân tán (DGdis – liên quan tới vị trí kết nối) của DG trên lƣới. Mức độ thâm nhập có thể đƣợc tính toán theo biểu thức sau: hàm của tổng công suất phát của DG (PDG) và tổng công suất phụ tải đỉnh của lƣới (PL).
% 100 x P P DG L DG pen (2.2) Trong đó:
PL : Tổng công suất phụ tải đỉnh của lƣới.
Mức độ thâm nhập của DG < 30% (PDG < 0,3.PL) đƣợc coi là thấp và lý tƣởng là 100% (PDG = PL).
Mức độ phân tán của DG trên lƣới là tỉ số giữa số nút kết nối DG (NDG) so với số nút phụ tải (NL) trên lƣới điện.
% 100 x N N DG L DG dis (2.3)
Với NDG + NL + 1 = N là số nút của lƣới điện.
Mức độ phân tán của DG < 30% (NDG < 0,3.NL) đƣợc coi là thấp và lý tƣởng là 100% (NDG = NL).
Tổn thất công suất trên lƣới có thể đƣợc tăng lên khi mức độ thâm nhập của DG vào lƣới là lớn. Điều này có thể khắc phục đƣợc nếu nhƣ DG đƣợc phân bố hợp lý trên lƣới và cung cấp đủ công suất phản kháng trên lƣới nhƣ Hình 2.1.
Hình 2.1: Phân bố hợp lý các DG trên lƣới để giảm tổn thất
Trong trƣờng hợp lƣới điện gồm N nút, mục tiêu của việc đặt DG trên lƣới là tổng tổn thất công suất trên lƣới là nhỏ nhất. Ta có thể mô tả dƣới dạng hàm mục tiêu và mô hình cân bằng công suất nút nhƣ sau:
PDGi min (2.4) 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 27 28 29 16 17 18 19 20 21 22 30 31 32 33 DG1 DG2 DG3 23 24 25 26
- Tổn thất công suất trên toàn lƣới khi có DG: N 1 ) j , i ( ) j , i ( DGi P P (2.5)
- Tổn thất công suất nhánh lƣới (i,j): j i ) j , i ( P P P (2.6)
- Công suất tại nút i (i=1,2,3…n) là:
g cos( ) b sin( ) U U P P Pi DGi Li i k ik i k ik i k (2.7) g sin( ) b cos( ) U U Q Q Qi DGi Li i k ik i k ik i k (2.8) Trong đó: Yik = gik + jbik : Tổng dẫn tƣơng hỗ đƣờng dây (i,k);
Ui Uii và
k k
k U
U ;
SLi PLi jQLi: Công suất phụ tải tại nút i;
SDGi PDGi jQDGi: Công suất phát của DG tại nút thứ i. Các vị trí và công suất của DG đƣợc xác định trong các trƣờng hợp phải đảm bảo điều kiện ổn định về điện áp và yêu cầu kỹ thuật của lƣới về tổn thất công suất:
Uimin ≤ Ui Uimax (2.9)
P(i,j) P(i,j)max (2.10)
2.3 Ảnh hƣởng tới chất lƣợng điện áp
2.3.1 Chỉ tiêu chất lượng điện áp
Chất lƣợng điện áp là một chỉ tiêu quan trọng trong tiêu chuẩn chất lƣợng điện năng, nó đƣợc đánh giá bởi các chỉ tiêu sau:
- Độ lệch điện áp trên cực của thiết bị dùng điện so với điện áp định mức.
- Độ dao động điện áp. - Độ không đối xứng.
- Độ không sin (sự biến dạng của đƣờng cong điện áp, các thành phần sóng hài bậc cao ...)
Chất lƣợng cung cấp điện bị ảnh hƣởng đáng kể bởi chất lƣợng điện áp cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi thông số của các phần tử trên hệ
Tại Việt Nam, chất lƣợng điện áp đƣợc quy định trong Luật Điện lực, Quy phạm Trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện (TCKTĐ) nhƣ sau: Trong điều kiện vận hành bình thƣờng, điện áp đƣợc phép dao động trong khoảng 5% so với điện áp danh định và đƣợc xác định tại phía thứ cấp của máy biến áp cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất (cos) 0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải đó thỏa thuận trong hợp đồng. Trong trƣờng hợp lƣới điện chƣa ổn định, điện áp đƣợc dao động từ +5% đến -10%.
DG không điều chỉnh trực tiếp điện áp của LĐTA nhƣng nó có thể làm cho điện áp trên lƣới tăng lên hoặc giảm đi phụ thuộc vào loại DG, phƣơng pháp điều chỉnh DG, công suất phát và các thông số của lƣới và tải. Ảnh hƣởng của DG lên sự thay đổi điện áp khi DG chỉ phát công suất tác dụng (cos=1) nhỏ hơn so với khi DG phát hoặc tiêu thụ cả công suất phản kháng [7][12][18][27].
DG cũng ảnh hƣởng tới tổn thất trên các lộ đƣờng dây, làm thay đổi đặc tính điện áp. DG ảnh hƣởng tới việc giảm tổn thất cũng giống nhƣ các giàn tụ bù đặt cùng vị trí. Điểm khác biệt là DG ảnh hƣởng tới cả dòng công suất tác dụng và phản kháng trong khi các giàn tụ bù chỉ ảnh hƣởng tới dòng công suất phản kháng. Khi DG đƣợc kết nối có công suất xấp xỉ bằng phụ tải địa phƣơng và đƣợc đặt gần phụ tải thì nó có thể giảm đáng kể tổn thất trên đƣờng dây.
DG đƣợc kết nối chủ yếu với LĐTA trung áp với giới hạn công suất nhỏ. Nhƣng khi mức độ thâm nhập của DG lớn thì công suất phát từ DG không chỉ làm thay đổi dòng công suất trong lƣới mà cả ở lƣới truyền tải. Nếu DG đƣợc đặt xa nguồn và phát công suất ngƣợc tới trạm nguồn hoặc thậm chí là ngƣợc tới lƣới truyền tải thông qua máy biến áp trạm nguồn, tổn thất có thể tăng lên trên LĐTA, nhƣng tổn thất trên lƣới truyền tải thì giảm xuống. Điều này sẽ có ích nếu lƣới truyền tải đang ở tình trạng đầy tải, mặt khác tổn thất tăng lên trên LĐTA sẽ là vấn đề lớn đối với các công ty phân phối điện.
Sự ổn định điện áp bao gồm các điều kiện tải vận hành ổn định và mức điện áp nằm trong phạm vi cho phép tại tất cả các nút (thanh cái). Hơn thế nữa, công suất phát từ các DG sẽ làm giảm công suất phát từ các nguồn phát điện tập trung và số máy phát trên lƣới, ảnh hƣởng tới dự trữ quay hệ thống. Điều này sẽ làm gia tăng mức độ không chắc chắn của ổn định hệ thống điện.
Do đó, trong nghiên cứu này sử dụng chỉ tiêu độ lệch điện áp để đánh giá ảnh hƣởng của DG tới chất lƣợng cung cấp điện của LĐTA.
2.3.2 Ảnh hưởng của DG tới chất lượng điện áp
2.3.2.1 Gia tăng điện áp
Với DG là các máy phát đồng bộ có thể phát công suất tác dụng, phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng, điều đó có thể làm tăng điện áp ở vùng có điện áp thấp nhƣng cũng có thể làm tăng điện áp cục bộ trên lƣới điện.
Máy phát điện đồng bộ có thể phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng, nhƣng máy phát điện không đồng bộ chỉ tiêu thụ công suất phản kháng, chính vì vậy mà máy phát điện đồng bộ làm gia tăng điện áp nhanh hơn, tức ảnh hƣởng lớn hơn. Với các DG có bộ biến đổi có thể thay đổi công suất phản kháng đầu ra trong một phạm vi nhỏ.
2.3.2.2 Suy giảm nhanh điện áp
Sự suy giảm nhanh điện áp là sự suy giảm điện áp trong thời gian ngắn và thƣờng kết thúc từ 0,5 chu kỳ dòng điện (0,1 giây) tới 1 giây hoặc từ hàng chục mili giây tới hàng trăm mili giây. Số lần suy giảm nhanh điện áp có thể xảy ra khi mở một nhánh, khi xảy ra ngắn mạch, hoặc khi khởi động một máy phát DG, hoặc máy phát trung tâm lớn bị sự cố. Mức suy giảm từ 0,9 pu đến 0,85 pu thƣờng do đóng cắt tải, trong khi đó những sự suy giảm mạnh có thể do các sự cố ngắn mạch gây ra.
Sự suy giảm nhanh điện áp có thể dẫn đến trục trặc của rơle bảo vệ hoặc một sự cố xảy ra trong mạng lƣới có thể gây ra ngừng hoạt động tạm thời các DG.
2.3.2.3 Dao động điện áp