Phân tích và đề xuất giải pháp ổn định điện áp vận hành lưới điện khu vực Thăng Bình khi có sự tham gia các nguồn điện phân tán
Hệ thống điện Việt Nam hiện nay đang có những bước phát triển nhanh chóng, với tốc độ tăng trưởng phụ tải trung bình trên 12% mỗi năm. Cùng với đó là nhu cầu phát triển nguồn năng lượng phân tán, trong đó được chú ý hơn cả là nguồn điện gió và điện mặt trời.
Công suất nguồn điện mặt trời hòa vào lưới ngẫu nhiên, chưa có công cụ dự báo chính xác, khó lập phương thức vận hành và điều độ thời gian thực nên có thể gây quá tải, quá áp cục bộ lưới điện tại các khu vực tập trung nhiều hệ thống điện mặt trời và đặc điểm không ổn định gây khó khăn trong vận hành hệ thống điện.
Quảng Nam là một trong những địa phương có nhiều điều kiện tự nhiên thuận lợi phát triển để phát triển ĐMTMN. Đến thời điểm hiện tại số lượng các hệ thống ĐMTMN trong khu vực phát triển rất nhanh. Việc đấu nối trực tiếp các nguồn ĐMT vào lưới điện phân phối có thể làm thay đổi đến các thông số vận hành của lưới điện và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng cung cấp cho phụ tải. Đến thời điểm hiện nay, chưa có nghiên cứu nào đánh giá ảnh hưởng và đề xuất giải pháp đảm bảo điện áp vận hành lưới điện phân phối khu vực Thăng Bình, tỉnh Quảng Nam khi có sự tham gia của các nguồn điện phân tán. Vì vậy, việc phân tích ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến điện áp lưới điện phân phối và đề xuất giải pháp đảm bảo điện áp vận hành lưới điện phân phối khu vực Thăng Bình khi có sự tham gia của các nguồn điện phân tán là rất cần thiết để góp phần nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối vực này.
Với các lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Phân tích và đề xuất giải pháp ổn định điện áp vận hành lưới điện khu vực Thăng Bình khi có sự tham gia các nguồn điện phân tán” cho luận văn tốt nghiệp của mình.
Đánh giá ảnh hưởng của các nguồn điện mặt trời đến sự thay đổi điện áp của lưới điện phân phối khu vực Thăng Bình tỉnh Quảng Nam để từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật, vận hành nhằm đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng khu vực này khi có kết nối các nguồn phân tán vào lưới điện.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Sự hiện diện của các nguồn điện mặt trời kết nối vào lưới điện với vai trò là nguồn phân tán không chỉ làm thay đổi kết cấu cơ bản của lưới điện phân phối khu vực mà còn ảnh hưởng đến các chế độ vận hành của lưới điện với sự thay đổi của nhiều thông số vận hành ở các chế độ xác lập và quá độ của hệ thống điện.
Do thời gian làm luận văn ngắn nên tác giả chỉ tập trung nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các nguồn điện mặt trời trên mái nhà đến sự thay đổi điện áp vận hành ở các chế độ khác nhau của lưới điện khu vực Thăng Bình để làm cơ sở đề xuất các giải pháp phù hợp nhằm giúp cho việc vận hành lưới điện khu vực này hiệu quả.
– Dựa trên cơ sỡ lý thuyết và kết hợp với thực nghiệm
– Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán lên điện áp vận hành khu vực, sử dụng chương trình đo xa MDMS để kiểm tra chất lượng điện áp và phần mềm Power Factory để thử nghiệm, đánh giá giải pháp.
– Căn cứ các quy định hiện hành để đánh giá và đề ra các giải pháp phù hợp cho việc vận hành lưới điện khi có sự tham gia của các nguồn điện phân tán.
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn
5.1. Về mặt khoa học
- Việc nghiên cứu đề tài giúp nắm bắt được tổng quát về phương án xây dựng và vận hành tối ưu lưới điện phân phối khu vực.
- Góp phần quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng khi kết nối hệ thống điện mặt trời nối vào lưới điện phân phối.
- Chủ động trong việc ứng phó với các chế độ phát khác nhau của hệ thống điện mặt trời nối lưới.
5.2. Về mặt thực tiễn
- Vấn đề nâng cao chất lượng điện cho phép cải thiện chế độ làm việc kinh tế của các thiết bị điện, đồng thời tiết kiệm điện năng, một nhiệm vụ cấp bách mang tính toàn cầu nhất là trong điều kiện thị trường điện cạnh tranh ngày nay.
– Kết quả của đề tài sẽ là tài liệu bổ sung để làm cơ sở cho việc tính toán giải pháp tối ưu để áp dụng thực tế vào vận hành lưới điện phân phối nhằm phục vụ tốt cho công tác quản lý và nâng cao hiệu quả vận hành.
– Áp dụng vào thực tế trên lưới điện phân phối tại Công ty Điện lực Quảng Nam, giúp nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng và hiệu quả việc đầu tư …
Mở đầu
Cấu trúc của đề tài gồm 4 chương, cụ thể như sau:
Chương 1: Tổng quan về lưới điện khu vực và nguồn phân tán
Chương 2: Phương pháp tính toán phân bổ công suất và công cụ phân tích.
Chương 3: Phân tích và đề xuất giải pháp ổn định điện áp vận hành lưới điện khu vực Thăng Bình khi có sự tham gia các nguồn điện phân tán
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC THĂNG BÌNH VÀ NGUỒN PHÂN TÁN
1.1. Tổng quan về lưới điện khu vực Thăng Bình
1.1.1. Vị trí địa lý, đặc điểm tự nhiên của khu vực Thăng Bình.
1.1.2. Nguồn, lưới điện và phụ tải
- Khu vực Thăng Bình nhận điện chính từ 03 TBA 110kV: Thăng Bình, Thăng Bình 2, Tam Thăng.
- Lưới điện:
+ Trạm 110kV Thăng Bình nhận điện từ trạm 110kV Tam Thăng qua đường dây 171/ Thăng Bình – 171/ Tam Thăng và nhận điện từ trạm 110kV Thăng Bình 2 qua đường dây 172/ Thăng Bình – 172/ Thăng Bình 2.
+ Trạm 110kV Thăng Bình cấp điện các phụ tải 22kV khu vực huyện Thăng Bình, CCN Hà Lam – Chợ Được; 35kV TTG Hiệp Đức cấp điện huyện Hiệp Đức.
– Đặc điểm lưới điện: ở chế độ bình thường lưới điện 110kV vận hành mạch vòng kín; lưới điện 22kV đã cơ bản nối vòng với các xuất tuyến lân cận, đảm bảo điều kiện khép vòng, tuy nhiên đang vận hành mạch vòng hở.
- Phụ tải huyện Thăng Bình: công suất khoản 40MW, chủ yếu cấp điện cho các khu công nghiệp, dịch vụ và ánh sáng sinh hoạt.
- Xuất tuyến 472 TBA 110kV Thăng Bình:
+ Cấp điện phụ tải các xã phía tây của huyện Thăng Bình gồm: xã Bình Qúy, Bình Chánh, Bình Định, Binh Trị, Bình Lãnh.
+ Nối lưới với xuất tuyến 471 Tam Kỳ 220 qua (LBS-DCL) Bình Quế, xuất tuyến 472 TTG Hiệp Đức qua DCL Bình Lãnh, xuất tuyến 478 Thăng Bình qua (LBS-DCL) Xóa Trâu, xuất tuyến 477 Thăng Bình qua (LBS-DCL) T12.
+ Đường trục dùng dây AC-120 và AC-95, nhánh rẽ chủ yếu dùng dây AV-70, AC-50…
+ Có tổng cộng 94 TBA nối lưới, trong đó có 6 TBA năng lượng mặt trời và 88 TBA phụ tải. Công suất xuất tuyến này khoản 4,2MW, cấp điện chủ yếu cho ánh sáng sinh hoạt, bơm nông nghiệp…
+ Các hệ thống điện mặt trời mái nhà nối lưới đường dây 472 Thăng Bình:
| TT | Tên điện mặt trời mái nhà | Inverter | Pin | Công suất (kWp) | ||||
| Loại | Số lượng | CS/cái | Loại | Số lượng | CS/tấm | |||
| 1 | Công ty TNHH NL Đồng Dương | Sungrow | 8 | 110 | Canadian | 2298 | 0.435 | 999.63 |
| 2 | Công ty CP Mặt trời Đất Quảng | SMA | 13 | 75 | Risen | 2044 | 0.445 | 909.58 |
| 3 | Công ty CP Mặt trời Toàn Thanh | SMA | 13 | 75 | Risen | 2055 | 0.445 | 914.475 |
| 4 | Công ty CP Mặt trời Thiên Thanh | SMA | 13 | 75 | Risen | 2079 | 0.44 | 914.76 |
| 5 | Công ty TNHH SX và TM Hiển Tiên | Sungrow | 9 | 100 | Trina | 2754 | 0.45 | 1239.3 |
| 6 | Công ty TNHH MTV DaNa Smart | Huawei | 2 | 100 | Canadian | 450 | 0.445 | 200 |
*Lý do lựa chọn xuất tuyến 472 TBA 110kV Thăng Bình:
+ Lưới điện phân phối có cấp điện áp 22/0,4 kV sử dụng đa số tại khu vực Quảng Nam.
+ Có nhiều nguồn điện mặt trời áp mái nhà nối vào lưới điện.
+ Bán kính cấp điện đường dây trung thế 22kV và lưới điện 0,4kV còn lớn.
+ Có nhiều TBA phụ tải nối vào xuất tuyến.
+ Thuận lợi trong việc thống kê, khảo sát.
Các yếu tố trên, chúng ta thấy rằng xuất tuyến 472 TBA 110kV Thăng Bình có nhiều yếu tố điển hình cho lưới điện khu vực để phân tích có hay không những nguồn năng lượng phân tán ảnh hưởng đến các yếu tố chất lượng điện năng, cụ thể là điện áp vận hành, từ đó đánh giá và đề xuất giải pháp vận hành cho lưới điện khu vực.
Do khu vực này, nguồn năng lượng phân tán chỉ có nguồn năng lượng mặt trời, nên tác giả sẽ tập trung phân tích một số thời điểm điển hình trên các nhánh đặc trưng để xem xét sự ảnh hưởng của các nguồn công suất điện mặt trời và đưa ra các phương thức vận hành phù hợp.
1.2. Cấu trúc lưới điện phân phối
Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp. Lưới phân phối trung áp có cấp điện áp 6-110 kV, đưa điện năng từ các trạm trung gian tới các trạm phân phối hạ áp. Lưới phân phối hạ áp có cấp điện áp 380/220V hay 220/110V cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ điện.
Lưới điện kín vận hành hở, lưới này có cấu trúc mạch vòng kín hoặc 2 nguồn, có các thiết bị phân đoạn trong mạch vòng. Bình thướng lưới vận hành hở, khi có sự cố hoặc sửa chữa đường dây người ta sử dụng các thiết bị đóng cắt để điều chỉnh hồ sơ cấp điện, lúc đó phân đoạn sửa chữa bị mất điện, các phân đoạn còn lại vẫn được cấp điện bình thường.
Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở có độ tin cậy cao hơn các sơ đồ trước. Về mặt nguyên tắc lưới có thể vận hành kín song đòi hỏi thiết bị bảo vệ, điều khiển phải đắt tiền và hoạt động chính xác. Vận hành lưới hở đơn giản và rẻ hơn nhiều
1.3. Tổng quan về hệ thống điện mặt trời
1.3.1. Năng lượng mặt trời, tiềm năng và công nghệ khai thác điện mặt trời.
*Tiềm năng phát triển điện mặt trời tại khu vực Thăng Bình.
Thăng Bình là khu vực có điều kiện rất thuận lợi để phát triển điện mặt trời. Tính đến thời điểm ngày 31/12/2020, trên địa bàn có tổng công suất lắp đặt ĐMTMN trên 30.000kWp, riêng đấu nối TBA 110kV Thăng Bình là 21.975 kWp.
1.3.2. Công nghệ khai thác điện mặt trời.
1.3.2.1. Nhiệt điện từ nhiệt năng mặt trời.
1.3.2.2. Công nghệ quang điện.
1.3.2.3. Ứng dụng pin quang điện để sản xuất điện năng.
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ CÔNG CỤ PHÂN TÍCH
2.1. Bài toán trào lưu công suất
2.2. Phương pháp số để giải bài toán trào lưu công suất
2.2.1. Giới thiệu về các phương pháp dùng tính toán phân bố công suất trong Hệ thống điện
2.2.1.1. Phương pháp Gauss- Seidel
2.2.1.2. Phương pháp Newton-Raphson.
2.2.3. Kết luận:
Phương pháp Gauss-Seidel đơn giản, tin cậy. Tuy nhiên, Gauss-Seidel có tốc độ hội tụ chậm hơn so với Newton-Raphson tiệm cận kết quả với số lần lặp lớn. Và nó bộc lộ nhiều vấn đề về hội tụ khi hệ thống điện quá tải do truyền một lượng công suất tác dụng lớn.
Phương pháp Newton – Raphson được sử dụng rộng rãi trong tính toán các vấn đề trong phân bố công suất trong rất nhiều phần mềm kỹ thuật điện mặc dù nó đòi hỏi thời gian tính toán và dung lượng bộ nhớ máy tính nhiều hơn so với phương pháp Gauss – Seidel cho mỗi vòng lặp và đây cũng là phương pháp sử dụng trong đề tải này.
2.3. Công cụ phân tích
Đánh giá chất lượng lưới điện là một công việc có ý nghĩa hết sức quan trọng đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế những ảnh hưởng hay tác hại không mong muốn do dao động điện áp gây ra. Từ đó cho chúng ta mô hình tốt nhất về các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng điện năng. Trong phần này ta sẽ nghiên cứu một số biện pháp chủ yếu có thể sử dụng để phân tích đánh giá một lưới điện và tùy thuộc những điều kiện cụ thể mà chúng ta chọn một phương pháp đánh giá hợp lý.
2.3.1. Đánh giá chất lượng điện áp trên chương trình đo xa MDMS:
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT HOA HOC\KY THUAT DIEN\LOP QUANG NAM 39+40\LOP QUANG NAM 39+40\R.NGUYEN VAN BO
