Nghiên cứu ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà đến công tác vận hành các xuất tuyến 472 và 473 trạm biến áp 110kV Phong Điền
MỞ ĐẦU
1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Trong những năm gần đây, khi mà nền khoa học công nghệ ngày càng phát triển, nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng lên cả về số lượng cũng như chất lượng, trong khi đó các nguồn năng lượng hóa thạch lại có hạn do đó các chính sách khuyến khích sử dụng năng lượng tái tạo đã được đưa ra. Một trong số các nguồn năng lượng tái tạo là điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN) đã được đưa vào vận hành với khối lượng rất lớn trong năm 2020. Tính riêng trên địa bàn khu vực huyện Phong Điền tỉnh Thừa Thiên Huế, trên xuất tuyến 472 và xuất tuyến 473 TBA 110kV Phong Điền tổng dung lượng trung áp ĐMTMN đã đấu nối vào hệ thống khoảng 25 MWp;
Một khối lượng nguồn ĐMTMN lớn được đưa vào vận hành sẽ khó có thể tránh khỏi những ảnh hưởng đến hệ thống, đây là một vấn đề phức tạp trong quá trình vận hành hệ thống điện;
Từ những lý do nêu trên, xin chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà đến công tác vận hành các xuất tuyến 472 và 473 trạm biến áp 110kV Phong Điền”.
– Phân tích tính chất lưới điện xuất tuyến 472 và 473 Phong Điền.
– Phân tích các ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà đến xuất tuyến 472 và 473 Phong Điền.
– Giải pháp cho các ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà.
Đề tài đặt ra các mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu chính như sau:
– Nghiên cứu về tính chất lưới điện huyện Phong Điền.
– Nghiên cứu các ảnh hưởng trong công tác vận hành điện mặt trời mái nhà.
2. Phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là lưới điện phân phối có các nguồn năng lượng Mặt trời áp mái tại Điện lực Phong Điền.
– Đối tượng nghiên cứu: Xuất tuyến 472 và xuất tuyến 473 TBA 110kV Phong Điền;
– Phạm vi nghiên cứu: Ảnh hưởng điện mặt trời mái nhà đến công tác vận hành các xuất tuyến 472 và 473 trạm biến áp 110kV Phong Điền.
– Dùng phần mềm PSS/ADEPT để tiến hành phân tích, tính toán.
– Mô phỏng sơ đồ lưới điện xuất tuyến 472 và xuất tuyến 473 TBA 110kV Phong Điền;
– Nghiên cứu các ảnh hưởng có thể xảy ra trong công tác vận hành hệ thống khi sử dụng khối lượng lớn nguồn năng lượng ĐMTMN.
Bố cục luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của luận văn được biên chế thành 3 chương như sau
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối huyện Phong Điền
Chương 2: Tính toán phân bố công suất lưới điện phân phối xuất tuyến 472 và 473 trạm biến áp 110kV Phong Điền khi có sự tham gia của ĐMTMN
Chương 3: Các ảnh hưởng và giải pháp xử lý trong vận hành khi sử dụng nguồn ĐMTMN
Kết luận và kiến nghị
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN PHONG ĐIỀN
1.1. Tổng quan về lưới điện phân phối Điện lực Phong Điền
Điện lực Phong Điền là Điện lực trực thuộc Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế, nhiệm vụ chính là quản lý vận hành, kinh doanh điện năng, chăm sóc khách hàng trên địa bàn Huyện Phong Điền.
Khối lượng quản lý đường dây và trạm khu vực Điện lực Phong Điền như sau:
– Đường dây trung thế: 269,94 km.
– Đường dây hạ thế: 267,66 km.
– Trạm biến áp (22/0,4 kV): 244 máy biến áp (tổng dung lượng 115.117 kVA)
– Thiết bị đóng cắt trên lưới: 16 Recloser, 66 LBS, 1 RMU
1.2. Đánh giá hiện trạng lưới điện phân phối xuất tuyến 472 và 473 trạm biến áp 110kV Phong Điền huyện Phong Điền
Hiện tại, toàn bộ công suất ĐMTMN khu vực Phong Điền đang được đấu nối trên 2 xuất tuyến 472 và 473 Phong Điền. Với lượng công suất ĐMTMN khá lớn (22 MWp) thì đây cũng là một áp lực rất lớn trong công tác điều độ lưới điện. Mặc dù được đầu tư cải tạo, tuy nhiên do khối lượng quá lớn của nguồn công suất điện mặt trời lại được tập trung tại một khu vực nên công tác giải tỏa công suất vẫn còn nhiều vướng mắc. Số lượng mạch vòng hỗ trợ cho 2 xuất tuyến này vẫn còn chưa nhiều.
Các thiết bị được sử dụng nhiều trên lưới điện phân phối khu vực Điện lực Phong Điền:
– Dao cách ly (DCL)
– Cầu chì tự rơi (LBFCO, FCO)
– Dao phụ tải (LBS)
– Thiết bị tự đóng lặp lại RECLOSER.
– Tủ RMU (Ring Main Unit)
1.2.1. RMU
Tủ RMU được kết nối bởi các ngăn cáp đầu ra, đầu vào bằng cầu dao cách ly và ngăn cáp ra máy biến áp sử dụng cầu dao phụ tải kết hợp cầu chì bảo vệ. Phần tử đóng cắt bao gồm dao cắt tải, máy cắt và dao nối đất, thanh cái và các đầu đấu
Kiểm soát mạch: Nó điều khiển mạch để chuyển đổi chức năng. Sự cách ly: Nó cách ly thiết bị bị lỗi với phần còn lại của mạch. Sự bảo vệ: Nó bảo vệ mạch điện khỏi dòng sự cố đất, lỗi dòng ngắn mạch và quá tải.
Ưu điểm của RMU giảm bảo trì và phụ tùng thay thế: Các loại rơle hiện nay hầu như không cần bảo trì, vì nó tích hợp các tính năng tự kiểm tra. Hơn nữa, có thể dễ dàng kiểm tra mạch bảo vệ trong giai đoạn thử nghiệm đưa vào vận hành với các thiết bị thí nghiệm đơn giản. Khả năng chịu đựng môi trường khắc nghiệt tốt hơn: Máy cắt trong tủ RMU được đặt bên trong các buồng chứa đầy khí SF6, nên không bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường. Cải thiện khả năng bảo vệ đối với dòng từ hoá quá tải, dòng sự cố pha-pha và dòng chạm đất với cường độ bé. Phối hợp bảo vệ tốt hơn với các thiết bị bảo vệ trung thế khác và hạ thế. Thiết kế nhỏ gọn giàu tính năng. Tiết kiệm thời gian và chi phí : RMU là một thiết bị đóng cắt hoàn chỉnh và dễ lắp đặt, tiết kiệm thời gian lắp đặt và vận hành. Không phụ thuộc vào khí hậu và chịu được các điều kiện môi trường, chi phí vận hành và bảo trì của các tổ máy này cũng thấp. An toàn và Hiệu suất : Thiết kế nhỏ gọn hiện đại và công nghệ mới nhất của RMU đảm bảo hoàn toàn an toàn, kết nối, độ tin cậy và hiệu quả. Khả năng thông minh : Khi được trang bị các thiết bị điện tử thông minh và khả năng giao tiếp, RMU dễ dàng tích hợp với Hệ thống quản lý phân phối và trong việc xây dựng giải pháp Lưới thông minh
1.2.2.Dao cách ly
Là thiết bị đóng cắt làm nhiệm vụ tạo khoảng cách an toàn trong lưới điện. Dao cách ly chỉ đóng cắt khi không tải, hoặc các dòng nhỏ không đáng kể (ví dụ như dòng dung các thanh cái hoặc biến điện áp), hoặc các dòng điện lớn hơn khi không có điện áp đáng kể xuất hiện giữa các đầu cực dao cách ly.
Dao cách ly có thể đặt trong nhà hay ngoài trời. Các dao cách ly thường được điều khiển đóng cắt bằng tay tại chỗ, hoặc có thể điều khiển đóng cắt từ xa bằng các môtơ điện.
Dao cách ly được sử dụng trên lưới điện Điện lực Phong Điền gồm nhiều loại, nhiều hãng sản xuất nhằm mục đính là để phân đoạn trục chính, cô lập nhánh rẽ và đóng liên lạc với các tuyến khác, tạo điểm hở để phục vụ công tác.
1.2.3. Cầu chì tự rơi –LBFCO, FCO
FCO được lắp đặt tại các trạm biến áp (TBA) phụ tải, TBA chuyên dùng để bảo vệ máy biến áp (MBA) và các thiết bị liên quan.
LBFCO và FCO được sử dụng làm thiết bị bảo vệ cho các nhánh rẽ có nhiều phụ tải.
Khi xảy ra sự cố thì các LBFCO, FCO này không có tính chọn lọc thường đứt chì, nhảy máy cắt đầu nguồn làm gián đoạn cung cấp điện.
1.2.4. Dao cắt có tải (LBS)
Về nguyên lý vận hành đây là dao cách ly có khả năng thao tác khi đang có điện (tải lớn), việc thao tác này góp phần giảm bớt khu vực ảnh hưởng mất điện so với các dao cách ly truyền thống qua đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đối với các công tác trên lưới điện. Tuy nhiên do không có chức năng bảo vệ nên không có tác dụng nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong chế độ sự cố.
LBS hiện nay lưới điện Điện lực Phong Điền đang vận hành trên lưới điện gồm các LBS kín và hở. Buồng dập hồ quang loại kín thường sử dụng khí SF6 đảm bảo vận hành an toàn, ổn định, tuy nhiên loại này yêu cầu cần có thêm DCL hoặc LBFCO đi kèm để tạo khoảng hở phục vụ công tác
1.2.5.Recloser (REC)
Được lắp đặt trên lưới có nhiệm vụ quan trọng nhất là phân đoạn lưới điện, cô lập khu vực bị sự cố để đảm bảo cấp điện cho khu vực nằm ngoài điểm sự cố.
Ngoài ra, Recloser còn có chức năng đóng lặp lại để thực hiện thao tác đóng điện lại đối với các sự cố thoáng qua thì việc này sẽ nhanh chóng khôi phục cấp điện, đảm bảo việc cấp điện nhanh nhất cho khách hàng.
Hiện nay trên lưới phân phối Điện lực Phong Điền toàn bộ Recloser đều đã được kết nối với hệ thống thao tác từ xa SCADA.
Xuất tuyến 473 Phong Điền là xuất tuyến chiếm phần lớn tỷ trọng phụ tải của Huyện Phong Điền hiện đang có 26 MWp điện mặt trời mái nhà đang được lắp đặt trên 2 xuất tuyến. Với khối lượng công suất rất lớn chỉ lắp đặt trên 2 xuất tuyến này, Công ty đã có đầu tư cải tạo đường dây, xây dựng mạch vòng tuy nhiên, việc quá tải cục bộ vẫn là điều có thể xảy ra gây ảnh hưởng đến công tác vận hành.
CHƯƠNG 2 – TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI XUẤT TUYẾN 472 VÀ 473 TRẠM BIẾN ÁP 110KV PHONG ĐIỀN KHI CÓ SỰ THAM GIA CỦA ĐMTMN
2.1. Giới thiệu về phần mềm mô phỏng và tính toán
Phần mềm PSS/ADEPT (Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) là phần mềm tính toán và phân tích lưới điện phân phối được xây dựng và phát triển bởi nhóm phần mềm A Shaw Group Company, Power Technologies International (PTI) thuộc Siemens Power Transmission & Distribution, Inc. Phần mềm PSS/ADEPT mô phỏng, tính toán được các bài toán sau trong lưới điện:
– Bài toán phân tích độ tin cậy trên lưới điện (DRA- Distribution Reliability Analysis): tính toán các thông số độ tin cậy trên lưới điện như SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI
– Bài toán tính phân bố công suất (Load Flow): phân tích và tính toán điện áp, dòng điện, công suất trên từng nhánh và phụ tải cụ thể;
– Bài toán tính ngắn mạch (All Fault): tính toán ngắn mạch tại tất cả các nút trên lưới, bao gồm các loại ngắn mạch như ngắn mạch 1 pha, 2 pha và 3 pha;
– Bài toán TOPO (Tie Open Point Optimization), phân tích điểm dừng tối ưu: tìm ra những điểm mở mạch vòng có tổn hao công suất nhỏ nhất trên lưới;
– Bài toán CAPO (Optimal Capacitor Placement), đặt tụ bù tối ưu : tìm ra những điểm tối ưu để đặt các tụ bù cố định và tụ bù ứng động sao cho tổn thất công suất trên lưới là nhỏ nhất;
– Bài toán xác định thông số của đường dây (Line Properties Caculator);
– Bài toán phối hợp và bảo vệ (Protection and Coordination);
– Bài toán phân tích sóng hài (Hamornics): phân tích các thông số và ảnh hưởng của các thành phần sóng hài trên lưới.
Phần mềm PSS/ADEPT thực hiện tính toán được nhiều bài toán trong hệ thống điện. Nhưng trong phạm vi đề tài ta chỉ sử dụng phần PSS/ADEPT với chức năng: Tính toán phân bố công suất (Load Flow), tính toán vị trí, dung lượng bù tối ưu cho lưới điện trung áp (CAPO) và phân tích điểm mở tối ưu (TOPO) cho lưới điện trung thế 22kV.
Module tính toán trào lưu công suất (Load Flow)
– Phần mềm PSS/ADEPT giải bài toán phân bố công suất bằng các phép lặp.
– Các thông tin có được từ bài toán phân bố công suất là trị số điện áp và góc pha tại các nút, dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng trên các nhánh và trục chính, tổn thất công suất phản kháng và tác dụng trong mạng điện.
– Kết quả tính tổn thất công suất được theo các chế độ khác nhau của biểu đồ phụ tải, giúp chúng ta có thế xác định được tổn thất điện năng của lưới phân phối
Module tính toán điểm dừng tối ưu (TOPO)
– TOPO tối ưu hoá từng phần hệ thống hình tia nối với nút gốc. Vì thế, trong tất cả mọi cấu hình mạng hình tia, TOPO định ra cấu hình có tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất.
– Hiện tại, TOPO chỉ tính được cho hệ thống mạng điện hình tia. Nút gốc thường là nút nguồn đầu tiên, nhưng ta có thể chỉ định nút khác bằng cách chọn Network>Properties từ Main Menu.
– TOPO xuất ra bảng tổn thất ban đầu và cuối cùng của mạng điện và số tiền tiết kiệm từ tổn hao đó.
Module tính toán bù tối ưu (CAPO)
– CAPO đặt tụ bù trên lưới sao cho kinh tế nhất (nghĩa là sao cho số tiền tiết kiệm được từ việc đặt tụ bù lớn hơn số tiền phải bỏ ra để lắp đặt tụ bù).
– CAPO chọn nút cho tụ bù thứ n để số tiền tiết kiệm được là lớn nhất.
– Đồ thị phụ tải được sử dụng trong PSS/ADEPT để cung cấp cho ta sự mô hình hóa các biến thiên phụ tải theo thời gian, nhiệt độ hoặc các yếu tố khác.
– Khi đặt các tụ bù ứng động, CAPO cũng tính luôn độ tăng của nấc điều chỉnh tụ bù ứng với từng đồ thị phụ tải.
– CAPO có thể đặt nhiều tụ bù cố định và (hoặc) nhiều tụ bù ứng động tại mỗi nút. PSS/ADEPT sẽ gộp các tụ bù này thành một tụ bù cố định và (hoặc) một tụ bù ứng động. Tụ bù ứng động đơn sẽ có nấc điều chỉnh tương ứng và lịch đóng cắt tụ sẽ biểu diễn các bước đóng cắt của từng tụ bù đơn.
Đề tài tập trung vào phần tính toán phân bổ trào lưu công suất khi có sự xuất hiện của ĐMTMN vào hệ thống điện phân phối.
Thông số điện mặt trời được nhập vào PSS/ADEPT như sau:
– Name: Tên cụm điện mặt trời
– Nominal machine size (kVA): Công suất MBA
– Nominal machine voltage (kV): Điện áp định mức
– Scheduled real power consumed (kW): Công suất phát
– Maximum reactive power consumed: Hệ số công suất phát
Đối với nguồn điện mặt trời ta xem chúng như một máy phát đồng bộ, có hệ số công suất là 0,99.
2.2. Giới thiệu về tấm pin mặt trời:
Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất
Tấm pin mặt trời, những tấm có bề mặt lớn thu thập ánh nắng mặt trời và biến nó thành điện năng, được làm bằng nhiều tế bào quang điện có nhiệm vụ thực hiện quá trình tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời.
Silicon được biết đến là một chất bán dẫn. “Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng”. Với tính chất như vậy, silicon là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời.
Khi chất bán dẫn silicon tiếp xúc với năng lượng, các electron tự do ở điện cực N sẽ di chuyển sang để lấp đầy các lỗ trống bên điện cực P. Sau đó, các electron từ điện cực N và điện cực P sẽ cùng nhau tạo ra điện trường. Các tế bào năng lượng mặt trời sẽ trở thành một diode, cho phép electron di chuyển từ điện cực P đến điện cực N, không cho phép di chuyển ngược lại.
Tất nhiên, để kích hoạt quá trình cần có năng lượng tiếp xúc với các tế bào silicon. Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời, các hạt nhỏ năng lượng có thể tiếp xúc với các tế bào năng lượng mặt trời và nới lỏng liên kết của các electron ở điện cực N. Sự di chuyển của các electron tự do từ điện cực N tới điện cực P tạo ra dòng điện.
Hệ thống pin năng lượng mặt trời sẽ nhận bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành nguồn điện một chiều (DC). Nguồn điện DC này sẽ được đưa qua bộ chuyển đổi DC/DC để điều chỉnh điện áp cho phù hợp với điện áp trên thanh góp một chiều DC nhằm cung cấp năng lượng cho tải DC. Bộ chuyển đổi DC/AC để biến đổi điện từ một chiều sang xoay chiều nhằm cung cấp cho tải xoay chiều. Trong trường hợp cần thiết chúng có thể lấy năng lượng từ lưới điện để cung cấp cho tải DC theo chiều ngược lại.
Thực tế cho thấy, điện áp đầu ra của module PV sẽ bị giảm trầm trọng khi bị mây che khuất một phần module. Chỉ cần một cell (tế bào quang điện) bị che khuất trong một chuỗi nhiều cell nối tiếp cũng dễ dàng kéo công suất đầu ra giảm hơn một nửa. Để khắc phục, cách đơn giản nhất là mắc các diode song song với các cell nối tiếp để duy trì hiệu quả vận hành khi bị mây che khuất một phần.
F:\DỮ LIỆU MỚI CẦN ĐỔI TÊN VÀ ĐĂNG 2025\TAI LIEU C YEN-2024\LUẬN VĂN\TÍNH TOÁN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC PHONG ĐIỀN
