Tính toán đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện gió đến chế độ vận hành của hệ thống điện 220kV miền Trung
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài và mục đích nghiên cứu
Trong những năm gần đây, HTĐ miền Trung phát triển mạnh mẽ về số lượng các TBA và ĐD nhằm đáp ứng sự tăng trưởng phụ tải trong khu vực cũng như bổ sung hàng loạt NMĐ, đặc biệt là các NM NLTT nhờ cơ chế giá khuyến khích của Chính Phủ. Trong năm 2021, HTĐ miền Trung được bổ sung số lượng lớn các nguồn ĐG, tính đến hết ngày 31/10/2021, số lượng nhà máy ĐG được hoà vào lưới điện miền Trung là 46 nhà máy với tổng công suất lắp đặt là 2189.2 MW. Các nhà máy này đã có ảnh hưởng tích cực đến HTĐ Quốc gia nói chung và HTĐ miền Trung nói riêng như: Bổ sung một lượng lớn điện năng đáp ứng nhu cầu phụ tải, góp phần điều chỉnh điện áp lưới điện khu vực,… Tuy nhiên bên cạnh đó, vẫn còn nhiều thách thức trong quá trình vận hành HTĐ trong bối cảnh xâm nhập cao của nguồn NLTT mà đặc biệt là ĐG như: Công suất các nhà máy biến thiên phụ thuộc vào nguồn năng lượng sơ cấp, quá tải cục bộ lưới điện khu vực do các nhà máy phát đồng thời, độ ổn định của HTĐ bị ảnh hưởng, sóng hài tạo ra do các bộ biến đổi công suất…
Do đó để có thể khai thác hiệu quả nguồn NLTT cũng như vận hành HTĐ an toàn, tin cậy, kinh tế, chúng ta cần phải nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của nguồn năng lượng mới này đến HTĐ, mà đặc biệt là hệ thống lưới truyền tải 220kV được xem là “xương sống” của HTĐ điện miền Trung.
2. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
2.1 Đối tượng nghiên cứu.
- Hệ thống điện truyền tải 220kV khu vực miền Trung,
- Các phần mềm tính toán phân tích HTĐ,
- Các nhà máy ĐG đấu nối vào lưới điện 220kV khu vực miền Trung.
2.2 Phạm vi nghiên cứu
- Tính toán, đánh giá các ảnh hưởng của nguồn ĐG đến HTĐ 220kV khu vực miền Trung,
- Tính toán, đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành của lưới điện 220kV khu vực miền Trung.
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về HTĐ miền Trung và các nguồn ĐG trong khu vực,
- Mô phỏng, tính toán các chế độ vận hành của HTĐ truyền tải 220kV miền Trung có sự tham gia của nguồn ĐG, phân tích ảnh hưởng của nguồn ĐG đến chế độ vận hành của HTĐ và xác định các chế độ nguy hiểm,
- Tính toán và đề xuất các biện pháp nâng cao hiệu quả vận hành và giảm các tác động tiêu cực của nguồn ĐG đối với HTĐ truyền tải 220kV.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập số liệu của HTĐ 220kV khu vực miền Trung,
- Phân tích lựa chọn phần mềm tính toán và cập nhật số liệu HTĐ 220kV miền Trung vào phần mềm được chọn,
- Tính toán phân tích các chế độ vận hành của lưới điện 220kV miền Trung khi có sự tham gia của các nguồn ĐG, từ đó đánh giá ảnh hưởng của nguồn ĐG đến chế độ vận hành của lưới điện,
- Tính toán, đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành của lưới điện 220kv miền Trung.
5. Y nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đánh giá được các ảnh hưởng của nguồn ĐG đến chế độ vận hành của lưới điện và đề xuất các giải pháp để giúp cho công tác quản lý vận hành đảm bảo an toàn cho lưới điện,
Kết quả đề tài có thể áp dụng cho công tác cải tạo và quản lý lưới điện 220kV miền Trung trong thực tế.
6. Tên đề tài
Trên cơ sở các nội dung nêu trên, đề tài luận văn được lựa chọn:
“Tính toán đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện gió đến chế độ vận hành của hệ thống điện 220kV miền Trung”
7. Bố cục đề tài
Nội dung của luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận các nội dung còn lại được bố trí bao gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan HTĐ miền Trung và các nhà máy điện gió.
Chương 2: Cơ sở tính toán,chế độ làm việc của HTĐ và các phần mềm tính toán
Chương 3: Tính toán đánh gía ảnh hưởng của các nguồn ĐG đến chế độ vận hành HTĐ 220kV khu vực miền Trung.
Kết luận, kiến nghị, đề xuất.
TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG VÀ CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ
TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN TRUNG
Tổng quan về lưới điện miền Trung
Lưới điện hiện trạng
HTĐ miền Trung cung cấp điện cho 13 tỉnh, thành phố. Trong đó, có 9 tỉnh duyên hải và 4 tỉnh Tây Nguyên.
HTĐ miền Trung liên kết với HTĐ miền Bắc qua các ĐD:
- 500kV: Hà Tĩnh – Đà Nẵng, Vũng Áng – Đà Nẵng
- 220kV: NM Vũng Áng – T220 Đồng Hới, NM Formosa – T220 Ba Đồn
HTĐ miền Trung liên kết với HTĐ miền Nam qua các ĐD:
- 500kV: Pleiku – Ea Nam – Di Linh, Đăk Nông – Cầu Bông, Xuân Thiện Ea Soup – Chơn Thành, Pleiku 2 – Chơn Thành;
- 220kV: Nha Trang – NMĐMT Solar Thiên Tân, T500 Đăk Nông – Bình Long, T220 Đăk Nông – Bình Long;
- 110kV: Nam Cam Ranh – Hanbaram 1 – Solar Farm Nhơn Hải – Ninh Hải, Cam Ranh – Lợi Hải – Tháp Chàm 2, Đăk R’Lấp – Bù Đăng
Hình 1.1: ĐD 220kV liên kết với HTĐ miền Bắc
Hình 1.2: ĐD 220kV liên kết với HTĐ miền Nam tại khu vực nam miền Trung
Hình 1.3: ĐD 220kV liên kết với HTĐ miền Nam tại khu vực nam Tây Nguyên
Ngoài ra, còn liên kết với HTĐ Lào qua các ĐD đấu nối với các NMTĐ được xây dựng tại Lào: 220kV T500 Thạnh Mỹ – Xekaman 3, T500 Pleiku 2 – Xekaman 1.
Kết dây cơ bản của HTĐ miền Trung
Tổng quan về nguồn điện miền Trung
Thủy điện
Nhiệt điện
Năng lượng tái tạo
Trong nhưng năm gần đây, nhờ cơ chế FIT (feed-in-tariff) của chính phủ để khuyến khích phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, tăng sức cạnh tranh của các nguồn năng lượng này với các nguồn năng lượng truyền thống, hàng loạt các nhà máy ĐMT và ĐG được đưa vào vận hành, đóng góp một lượng lớn công suất đáp ứng cho nhu cầu phụ tải ngày càng tăng của HTĐ Quốc gia nói chung và HTĐ miền Trung nói riêng. Bên cạnh những lợi ích đem lại thì vẫn còn những khó khăn, thách thức trong vấn đề vận hành những loại hình nguồn điện mới này.
Hiện tại, nguồn NLTT chiếm tỷ trọng khoảng 48% (ĐMT: 30.85%, ĐG: 17.15%) cơ cấu nguồn điện trong HTĐ miền Trung. Một số nhà máy NLTT lớn đấu nối vào lưới 220kV tại khu vực miền Trung như: ĐG Chơ Long (155MW), ĐG Yang Trung (145MW), ĐG BT1 (109.2MW), ĐG Iale 1 (100MW), cụm ĐMT Phù Mỹ (275MW), ĐMT Hoà Hội (215MW), ĐMT Long Sơn (140MW)…
Tổng quan về phụ tải miền Trung
Những ưu điểm và nhược điểm của hệ thống điện miền Trung
Ưu điểm
Nhược điểm
Những tác động của NLTT đến HTĐ miền Trung
Ảnh hưởng của nguồn NLTT gây quá tải cục bộ trên HTĐ
Trong những năm gần đây, tỷ trọng NLTT trong hệ thống toàn quốc đã đạt khoảng 20% tổng công suất đặt. Sự bùng nổ quá nhanh của ĐMT và ĐG đã khiến hệ thống điện bắt đầu gặp những thách thức trong vận hành, đặc biệt là vào giai đoạn nhu cầu tiêu thụ điện giảm sút do tác động của Covid-19. Vào một số thời điểm thấp điểm trưa, khi ĐMT và ĐG đồng thời phát thì việc vận hành hệ thống sẽ tiềm ẩn nhiều rủi ro.
Tại thời điểm thấp điểm trưa, khi tổng nguồn ĐG và ĐMT phát quá cao và phụ tải hệ thống thấp làm cho lượng công suất dư được truyền lên lưới truyền tải, gây quá tải cục bộ tại một số khu vực, đặc biệt trong chế độ sự cố N-1, có khả năng gây quá tải nghiêm trọng các phần tử còn lại và gây sự cố lan tràn.
Giảm quán tính của hệ thống
HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN 220KV KHU VỰC MIỀN TRUNG
Lưới điện 220kV miền Trung tính đến thời điểm tháng 9/2022 gồm: 23 TBA 220kV với tổng công suất 8032MVA, 109 mạch ĐD 220kV với tổng chiều dài khoảng 4977km.
Lưới điện 220kV miền Trung liên kết với HTĐ miền Bắc thông qua các đường dây 220kV: NM Vũng Áng – T220 Đồng Hới, NM Formosa – T220 Ba Đồn và liên kết với HTĐ miền Nam thông qua các đường dây 220kV: Nha Trang – NMĐMT Solar Thiên Tân, T500 Đăk Nông – Bình Long, T220 Đăk Nông – Bình Long.
Các cụm nhà máy ĐG lớn đấu nối chủ yếu vào lưới điện 220kV khu vực tỉnh Quảng Trị, Gia Lai, Đăk Lăk, Đăk Nông.
TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ
Khái niệm nhà máy điện gió
Máy phát điện tuabin gió
Các máy phát điện thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi cơ năng thu được từ tuabin gió thành điện năng. Trải qua lịch sử phát triển của công nghiệp điện gió thế giới, có 4 loại tuabin điện gió là squirrel-cage induction generator (SCIG), wound rotor induction generator (WRIG), doubly fed induction generator (DFIG), wound rotor synchronous generator (WRSG), permanent magnet synchronous generator (PMSG).
SCIG
Squirrel-cage induction generator – máy phát cảm ứng rotor lồng sóc được sử dụng chủ yếu ở các tuabin gió có tốc độ xác định, ít thay đổi, có công suất thấp với ưu điểm là hệ thống cấu trúc đơn giản, rẻ và nhu cầu bảo dưỡng thấp.
WRSG
Wound rotor synchronous generator – máy phát đồng bộ rotor dây quấn, là loại máy phát được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy thủy điện và nhiệt điện. Tuy nhiên với đặc thù điện gió, WRSG được sử dụng ở các vị trí có tốc độ gió tương đối ổn định và công suất nhỏ.
Máy phát WRIG sử dụng bộ điều chỉnh điện trở rotor và có thiết bị bù để điều chỉnh hệ số công suất (PF compensator) để hỗ trợ điều chỉnh công suất phản kháng khi bản thân tổ máy phát không có khả năng điều chỉnh Q.
PMSG
Permanent magnet synchronous generator – máy phát đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu. Sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu, hộp số và máy phát điện thông thường cuả tua-bin điện gió được thay thế bằng những mảng nam châm quay vòng từ cơ năng của hệ thống cánh quạt. Với nguyên tắc thiết kế giản dị này, máy phát điện họat động với tốc độ số vòng quay rất thấp nhưng nguồn điện năng sản xuất cao. Những ưu điểm cơ bản khác là máy phát điện không cần bôi trơn bằng dầu, thời gian bảo trì ngắn, độ bền cao và độ ồn phát sinh cũng thấp.
DFIG
Doubly fed induction generator – máy phát cảm ứng dị bộ kép là loại máy phát phổ biến nhất hiện nay trong công nghệ tuabin gió, có công suất từ vài chục kW đến vài MW.
Trong đó, stator nối trực tiếp đến lưới còn rotor nối đến lưới thông qua bộ biến tần back-to-back converter. Dải tốc độ của DFIG là 70-130% tốc độ đồng bộ. Hệ số trượt 30% tương ứng công suất phía rotor chỉ đạt 30% công suất phát stator nên công suất bộ biến tần chỉ bằng 30% công suất định mức nên rẻ, nhẹ về khối lượng, nhỏ về kích thước.
Chiều công suất trong DFIG là 2 chiều, có thể phát hoặc nhận tùy vào tốc độ rotor nên tham gia rất tốt vào công tác điều độ hệ thống điện. Phần RSC (Rotor Side Control) điều khiển dòng kích từ vào rotor nên điều khiển momen, công suất P/Q, điện áp phía stator trong khi đó phần GSC (Grid Side Control) điều khiển điện áp trên mạch một chiều và Q/điện áp phía lưới.
F:\DỮ LIỆU MỚI CẦN ĐỔI TÊN VÀ ĐĂNG 2025\TAI LIEU C YEN-2024\LUẬN VĂN\TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN GIÓ ĐẾN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 220KV MIỀN TRUNG\luan van_Luong Phu Nhan_K42\luan van_Luong Phu Nhan_K42\TOM TAT
