ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẶT PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÊN HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP

BÁO CÁO LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP docx TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẶT PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÊN HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤ.

Trang 1

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẶT PIN NĂNG LƯỢNG MẶT

TRỜI LÊN HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP

Trang 2

Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN VĂN KHÁNH MSSV: 18142313

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

1 TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí đặt pin năng lượng mặt trời lên

hệ thống điện sử dụng phần mềm ETAP

2 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu về lưới điện IEEE 30-Bus có sử dụng năng lượng mặt trời

- Tìm hiểu và ứng dụng phần mềm ETAP để mô phỏng phân bố công suất

trong hệ thống IEEE 30-Bus

- So sánh tổn thất công suất và điện áp của pin năng lượng mặt trời đơn tinh

thể và đa tinh thể khi kết hợp với hệ thống IEEE 30-Bus

3 SẢN PHẨM:

- Tài liệu thuyết minh đồ án

- Mô hình mô phỏng bằng phần mềm ETAP

4 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS HUỲNH THỊ NGỌC THƯỜNG

5 NGÀY GIAO ĐỀ TÀI: ngày 07 tháng 03 năm 2022

6: NGÀY HOÀN THÀNH ĐỀ TÀI: ngày 08 tháng 07 năm 2022

Trang 3

*** Giáo viên hướng dẫn: ThS HUỲNH THỊ NGỌC THƯỜNG

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN KHÁNH MSSV: 18142313

TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí đặt pin năng lượng mặt trời lên hệthống điện sử dụng phần mềm ETAP

Trang 4

*** CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

*** NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Giáo viên phản biện:

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN KHÁNH MSSV: 18142313

TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí đặt pin năng lượng mặt trời lên hệ thốngđiện sử dụng phần mềm ETAP

Trang 5

TP.HCM, ngày…tháng 7 năm 2022

Giáo viên phản biện

Trang 6

Trong suốt quãng thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án tốt nghiệp, em đã nhậnđược rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các bạn bè tại trường Đại học

Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh

Lời đầu tiên, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Huỳnh Thị Ngọc Thường

đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tận tình em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốtnghiệp Với những lời khuyên vô giá, sự kiên nhẫn và sự hỗ trợ không ngừng, đóng góp ýtưởng cùng với việc cung cấp những tài liệu cần thiết, điều này đã giúp em rất nhiềutrong quá trình hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, quý thầy cô khoa Điện – điện tử đãtạo điều kiện thuận lợi nhất cũng như nhiệt huyết truyền đạt tri thức trong suốt 4 năm họctập Để đến nay, em được trang bị thật nhiều những kiến thức cần thiết, góp phần làm nềntảng để em có thể hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè luôn luônbên cạnh ủng hộ và tạo động lực cho em trong suốt thời gian vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 7

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

2.2.1 Nguyên lí hoạt động của pin năng lượng mặt trời 72.2.2 Ảnh hưởng của pin năng lượng mặt trời đối với hệ thống điện 82.2.2 Ảnh hưởng của vị trí đặt pin năng lượng mặt trời trong hệ thống điện 82.2.3 Ảnh hưởng của loại hình pin năng lượng mặt trời 9

Trang 8

2.3.3 Một số chức năng của phần mềm ETAP 18CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN HỆ THỐNG IEEE 30-BUS

3.4 Mô phỏng PBCS sơ đồ hệ thống IEEE 30-Bus trên phần mềm ETAP 303.5 Mô phỏng ảnh hưởng của pin năng lượng mặt trời trên sơ đồ hệ thống IEEE

3.5.1 Mô phỏng vị trí lắp đặt của pin năng lượng mặt trời trên hệ thống IEEE 30-Bus

353.5.2 Mô phỏng ảnh hưởng vị trí đặt pin khi thay đổi mức tải cùng với dung lượng

3.5.3 Mô phỏng ảnh hưởng của mô hình pin năng lượng mặt trời 42

4.1 Kết quả mô phỏng phân bố công suất trên phần mềm ETAP 474.2 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng vị trí đặt pin năng lượng mặt trời 484.3 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của mô hình pin năng lượng mặt trời 61

Trang 9

5.2 Hướng phát triển đề tài 63

Trang 10

Nội dung đề tài trình bày về bài toán phân bố công suất trên hệ thống IEEE30-Bus có sử dụng pin năng lượng mặt trời Nghiên cứu về ảnh hưởng của vị trí đặt hệthống pin năng lượng mặt trời nhằm giảm tổn thất công suất đối với hệ thống IEEE30-Bus Tiến hành chạy mô phỏng phân bố công suất trên hệ thống IEEE 30-Bus bằngphần mềm ETAP Cuối cùng, đề tài mô phỏng ảnh hưởng của loại pin năng lượng mặttrời đến tổn thất công suất của hệ thống IEEE 30-Bus.

Trang 11

Hình 2.1: Biểu đồ sản lượng điện sản xuất toàn hệ thống trong 5 tháng đầu năm 2022 4

Hình 2.2: Ví dụ về mô hình hệ thống điện [1] 6

Hình 2.3: Nguyên lí hoạt động của pin năng lượng mặt trời [8] 7

Hình 2.4: Tế bào PV đơn tinh thể [11] 9

Hình 2.5: Tế bào PV đa tinh thể [11] 10

Hình 2.6: Giao diện khởi động của phần mềm ETAP 11

Hình 2.7: Giao diện làm việc của phần mềm ETAP 11

Hình 2.8: Thanh công cụ project của phần mềm ETAP 12

Hình 2.9: Thanh công cụ file phần mềm ETAP 12

Hình 2.10: Thanh công cụ Edit phần mềm ETAP 13

Hình 2.11: Thanh công cụ View phần mềm ETAP 13

Hình 2.12: Thanh công cụ project phần mềm ETAP 14

Hình 2.13: Thanh công cụ cơ sở dữ liệu và hiệu chỉnh của phần mềm ETAP 14

Hình 2.14: Thanh công cụ hệ thống 15

Hình 2.15: Thanh công cụ hệ thống 16

Hình 2.16: Các phần tử DC phần mềm ETAP 17

Hình 2.17: Các thiết bị đo lường bảo vệ phần mềm ETAP 17

Hình 2.18: Một số chức năng của phần mềm ETAP 18

Hình 3.1: Thanh công cụ Load Flow 21

Hình 3.2: Cửa sổ Edit Study Case 22

Hình 3.3: Trang Info của Edit Study Case 22

Hình 3.4: Trang Loading của cửa sổ Edit Study Case 23

Hình 3.5: Trang Adjustment của cửa sổ Edit Study Case 24

Hình 3.6: Trang Alert của cửa sổ Edit Study Case 25

Trang 12

Hình 3.8: Cửa sổ Output Report Name 27

Hình 3.9: Xuất báo cáo các dữ liệu ngõ vào 27

Hình 3.10: Xuất báo cáo thông số sau khi mô phỏng 28

Hình 3.11: Xuất báo cáo tổng kết mô phỏng 29

Hình 3.12: Xem kết quả phân tích 30

Hình 3.13: Sơ đồ hệ thống IEEE 30-Bus [20] 31

Hình 3.14: Khởi tạo dự án 32

Hình 3.15: Một phần sơ đồ hệ thống IEEE 30-Bus trên cửa sổ thiết kế 32

Hình 3.16: Chọn phương pháp Newton - Raphson 33

Hình 3.17: Lựa chọn thông tin cần hiển thị trên sơ đồ 34

Hình 3.18: Cửa sổ Load Flow Report 35

Hình 3.19: Xuất báo cáo tổn thất 35

Hình 3.20: Phần tử PV Array 36

Hình 3.21: Trang Info của PV Array 37

Hình 3.22: Lựa chọn tấm pin năng lượng mặt trời trong thư viện 37

Hình 3.23: Cài đặt dung lượng cho tấm pin năng lượng mặt trời 38

Hình 3.24: Cài đặt thông số Inverter 39

Hình 3.25: Thông số Inverter của pin năng lượng mặt trời 40

Hình 3.26: Thay đổi thông số mức % tải 41

Hình 3.27: Thông số chung của tấm pin đơn tinh thể 43

Hình 3.28: Cài đặt thông số dung lượng pin 44

Hình 3.29: Cài đặt thông số Inverter của pin 44

Hình 3.30: Thông số chung của tấm pin đa tinh thể 45

Hình 3.31: Cài đặt thông số dung lượng pin 46

Hình 3.32: Cài đặt thông số Inverter của pin 46

Hình 4.1: Kết quả thông số của hệ thống sau khi mô phỏng phân bố công suất 47

Trang 13

Hình 4.5: Thông số sau khi mô phỏng với pin mặt trời đơn tinh thể 61

Hình 4 6: Thông số sau khi mô phỏng với pin mặt trời đa tinh thể 62

Trang 14

Bảng 3.1: Bảng lựa chọn dung lượng pin năng lượng mặt trời 42

Bảng 4.1: Công suất tổn thất khi mô phỏng pin 100MW 49

Bảng 4.11: Công suất tổn thất khi mô phỏng ở mức tải 100% - pin 95MW 54

Bảng 4.22: Bảng thông số điện áp (%) của hệ thống khi lắp các mức dung lượng pin khác

Trang 16

Bảng phụ lục 2: Thông số dữ liệu 2 của hệ thống IEEE 30-Bus 67

Bảng phụ lục 3: Thông số dữ liệu 2 của hệ thống IEEE 30-Bus 68

Bảng phụ lục 4: Thông số dữ liệu MBA của hệ thống IEEE 30-Bus 68

Trang 17

ETAP Electrical Power System Analysis

IEC International Electrotechnical Commission

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

EVN Tập đoàn điện lực Việt Nam

Trang 18

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Lý do chọn đề tài

Điện là một phần thiết yếu trong đời sống của con người và vô cùng quan trọngđối với nền kinh tế của mọi quốc gia trên thế giới Điện – nguồn năng lượng được sửdụng rộng rãi trên khắp thế giới, sự tiện lợi và tầm quan trọng của điện đối với cuộc sốnghiện đại ngày nay đã được thể hiện rất rõ trong hầu hết mọi lĩnh vực mà bất cứ một phátminh nào khác khó có thể so sánh được

Tuy nhiên, vấn đề về nguồn cung cấp để sản xuất điện vốn chủ yếu dựa vào nhiênliệu hoá thạch, đã gây ra những vấn đề về sức khoẻ cho trái đất và con người, những tácđộng tiêu cực của sự nóng lên toàn cầu Hơn hết, nguồn năng lượng này sẽ cạn kiệt theothời gian, ngược lại, các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, năng lượnggió… đang được quan tâm nhiều hơn vì đây là nguồn năng lượng sạch và tái tạo được

Để phân tích, quản lý chính xác và hiệu quả nhất cho một hệ thống điện nhằmtránh những tổn thất đến kinh tế cần phải có một công cụ hỗ trợ, trong đó phần mềmETAP là một phần mềm mô phỏng, phân tích và thiết kế hệ thống điện tích hợp rất nhiềucông cụ để phục vụ cho việc nghiên cứu này Xuất phát từ những lí do trên, em đã quyết

định chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí đặt pin năng lượng mặt trời lên hệ

thống điện sử dụng phần mềm ETAP”

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ

● Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của pin năng lượng mặt trời lên

hệ thống IEEE 30-Bus kết hợp năng lượng mặt trời mô phỏng trên phần mềm ETAP

Các vấn đề nghiên cứu cụ thể bao gồm:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí đặt pin năng lượng mặt trời đối với hệ thốngIEEE 30-Bus

- Sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng vị trí tốt nhất để lắp đặt hệ thống pin nănglượng mặt trời nhằm giảm tổn thất công suất cho hệ thống IEEE 30-Bus

- Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của loại pin năng lượng mặt trời lên hệthống IEEE 30-Bus

● Để hoàn thành mục tiêu cần thực hiện những nhiệm vụ sau:

- Tìm hiểu phần mềm ETAP để mô phỏng được phân bố công suất trên hệ thốngIEEE 30-Bus

Trang 19

- Tìm kiếm tài liệu nghiên cứu khoa học, các bài báo, ấn phẩm đã được xuất bảntrong và ngoài nước gần đây liên quan đến ảnh hưởng của pin năng lượng mặt trời đốivới hệ thống IEEE 30-Bus

- Xác định vị trí tối ưu nhất để lắp đặt hệ thống pin năng lượng trên hệ thống IEEE30-Bus

- So sánh tổn thất công suất của hệ thống trước khi đặt tấm pin năng lượng mặt trời

và sau khi đặt, tấm pin năng lượng mặt trời vào hệ thống IEEE 30-Bus trên phần mềmETAP

- So sánh công suất tổn thất khi lắp pin mặt trời đơn tinh thể và pin mặt trời đa tinhthể

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng các phương pháp sau:

- Phương pháp thu thập và nghiên cứu tài liệu: chọn lọc, tổng hợp kiến thức từnhiều bài báo nghiên cứu, tạp chí khoa học đã được công bố cả trong và ngoài nước

- Phương pháp mô hình hóa - mô phỏng: sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏngphân bố công suất hệ thống IEEE 30-Bus

1.5 Bố cục nội dung đề tài

Nội dung đề tài bao gồm 5 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Mô phỏng phân bố công suất trên hệ thống IEEE 30-Bus bằng phần mềm

ETAP

Chương 4: Kết quả mô phỏng

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Trang 20

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tổng quan hệ thống điện

2.1.1 Khái niệm chung hệ thống điện

Hệ thống điện là một tập hợp các phần tử bao gồm: nhà máy điện, mạng điện, trạmbiến áp, hộ tiêu thụ điện kết hợp với nhiều thiết bị khác nhằm tạo thành một hệ thống sảnxuất, truyền tải và tiêu thụ điện năng [1]

● Nhà máy điện

Nhà máy điện là doanh nghiệp công nghiệp có nhiệm vụ tạo ra điện năng từ nhữngnguồn năng lương sơ cấp như: dầu mỏ, than đá, khí đốt tự nhiên… để cung cấp điện chocác hộ tiêu thụ điện thông qua đường dây tải điện và các trạm biến áp Điện năng do nhàmáy sản xuất được truyền qua dường dây trên không hoặc cáp của lưới điện có chiều dài

và điện áp khác nhau phụ thuộc vào khoảng cách giữa nhà máy sản xuất điện với hộ tiêuthụ [2] Máy phát điện được kết nối với động cơ sơ cấp là các tuabin Theo dạng nănglượng làm quay tuabin, nhà máy điện được chia thành các loại nhà máy khác nhau nhưnhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện, nhà máy điện nguyên tử, v.v

Dù là dạng năng lượng nào thì mục đích chung vẫn là tạo ra điện năng để phục vụnhu cầu sử dụng cho con người Theo EVN, trong khoảng thời gian 5 tháng đầu của năm

2022, sản lượng điện sản xuất toàn hệ thống đạt 108,95 tỷ kW Trong đó, thủy điện đạt30,53 tỷ kWh chiếm 28%, nhiệt điện than đạt 48,12 tỷ kWh chiếm 44,2%, turbine khí đạt12,97 tỷ kWh chiếm 11,9% và nhóm năng lượng tái tạo đạt 16,18 tỷ kWh chiếm 14.8 %[3] Tuy nhiên, có thể thấy, nguồn năng lượng dùng để sản xuất điện vẫn còn phụ thuộcvào những nguồn nhiên liệu hoá thạch chiếm tỉ lệ cao nhất lên đến 44%.2 Đây có thể xem

là nguồn nhiên liệu tạo ra điện chính ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới Chúng takhông thể nào phủ nhận những đóng góp to lớn mà nguồn năng lượng ấy đã mang lại.Tuy nhiên, những ảnh hưởng nguồn năng lượng hoá thạch trong sản xuất điện đã gây ranhiều hậu quả nghiêm trọng Khí CO2 được thải ra từ việc đốt những nguồn nhiên liệuhoá thạch đã tác động trực tiếp đến môi trường, gây nên hiệu ứng nhà kính và sự nóng lêntoàn cầu Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Environmental Research vào9/2, ô nhiễm do nhiên liệu hóa thạch khiến 1/5 người chết sớm trên toàn cầu, với hơn 8triệu ca tử vong [4] Có thể thấy rằng, vấn đề ô nhiễm môi trường vẫn đang rất cấp bách,chúng ta cần phải tìm giải pháp thay thế bằng những nguồn năng lượng khác Một trong

số đó là nguồn năng lượng tái tạo đang trên đà phát triển mạnh mẽ trong những năm gầnđây, và đang là xu hướng trong tương lai Nhìn lại những con số mà nguồn năng lượng táitạo đã mang lại, trong 5 tháng đầu năm 2022, NLTT đạt 16,18 tỷ kWh Trong đó, nguồn

Trang 21

năng lượng mặt trời đạt 11,73 kWh, chiếm hơn 70% trong nguồn năng lượng tái tạo, vàchiếm 10,77% tổng sản lượng điện sản xuất trong 5 tháng năm 2022.

Hình 2.1: Biểu đồ sản lượng điện sản xuất toàn hệ thống trong 5 tháng đầu năm 2022

Có thể nói rằng năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch nhất và vô thời hạnkhai thác trong tất cả các nguồn năng tái tạo Nguồn năng lượng sạch đang được đầu tưnghiên cứu và khuyến khích sử dụng ở Việt Nam và trên toàn thế giới Đây được xem làgiải pháp hữu hiệu nhằm hạn chế sự nóng lên của trái đất

Việt Nam là một quốc gia có tiềm năng phát triển về năng lượng mặt trời rất lớnbởi vị trí địa lý rất thuận lợi, nằm trong khu vực xích đạo nên nhận được nhiều bức xạ từmặt trời Tuy nhiên, ở lĩnh vực này Việt Nam vẫn chưa phát triển tương xứng với tiềmnăng Thị phần năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng trong tổngmức năng lượng sản xuất điện của quốc gia còn thấp, số lượng các dự án đầu tư còn ít.Chúng ta cần nghiên cứu nhiều hơn nữa, cần hành động nhiều hơn nữa để không phảilãng phí nguồn năng lượng mặt trời sẵn có này

● Mạng điện

Mạng điện là một tập hợp các đường dây trên không, đường dây cáp, trạm biến áp

và thiết bị đóng cắt Mạng điện có nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng đến các hộtiêu thụ

Trang 22

Yêu cầu mạng điện phải đáp ứng được cái chỉ tiêu như: độ tin cậy cung cấp điện,chất lượng điện năng, tính kinh tế, an toàn, vận hành thuận tiện và khả năng phát triểncủa mạng điện [2].

● Trạm biến áp

TBA có nhiệm vụ nâng áp điện năng cao lên để truyền tải điện trên quãng đườngdài nhằm giảm tổn thất năng lượng trên đường dây và hạ xuống mức điện áp an toànphục vụ cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ TBA bao gồm các máy biến áp và các thiết bịphân phối, bảo vệ đo lường và điều khiển v.v sắp đặt trong một hệ thống nhất định làmnhiệm vụ biến đổi điện áp và phân phối điện năng [5]

● Hộ tiêu thụ

Hộ tiêu thụ là tập hợp các thiết bị sử dụng điện được cung cấp từ nhà máy điện.Phụ tải điện là đại lượng đặc trưng cho mức tiêu thụ điện của người sử dụng điện Theomức độ tin cậy cung cấp điện, các hộ tiêu thụ có thể được chia thành 3 loại [6]:

Hộ loại một là những hộ tiêu thụ mà trong trường hợp xảy ra ngắt kết nối cung cấpđiện có thể gây nguy hiểm cho con người, gây thiệt hại đáng kể cho nền kinh tế, làm giánđoạn các quá trình công nghệ phức tạp, làm gián đoạn quy trình hoạt động của các cơ sởkinh tế đặc biệt quan trọng Hộ tiêu thụ loại một yêu cầu cần được đáp ứng điện liên tục,

và dường như không được phép ngừng cấp điện cho hộ loại một Do đó, đối với hộ tiêuthụ loại một, cần phải đảm bảo nhiều nguồn cung cấp khác nhau, ít nhất là từ hai nguồnkhác nhau hoặc phải có nguồn dự phòng chẳng hạn như bộ lưu điện UPS để nhằm giảmthiểu tối đa thời gian mất điện Hộ loại một vẫn có một khoảng thời gian bị ngắt điện, tuynhiên lượng thời gian mất điện ở hộ loại một rất nhỏ, bằng đúng với thời gian đóngnguồn dự phòng một cách tự động

Hộ loại hai những hộ tiêu thụ nếu ngừng cung cấp điện có thể gây hư hỏng hàngloạt sản phẩm, công nhân phải nghỉ việc, cản trở sinh hoạt của phần lớn dân cư sống ởcác thành phố Yêu cầu về tính liên tục điện nhỏ hơn so với hộ loại một, cho phép ngắtkết nối điện trong một thời gian ngắn để thay đổi các thiết bị đã bị hư hỏng Ảnh hưởngcủa sự mất điện đối với hộ loại hai chỉ mang tính thiệt hại kinh tế

Hộ loại ba là những hộ tiêu thụ không thuộc hộ loại một và hộ hai ví dụ như: tiểuxưởng, những xóm nhỏ, v.v Yêu cầu về tính liên tục cung cấp điện thấp nhất trong baloại hộ tiêu thụ, có thể bị mất điện trong khoảng thời gian dài để thay thế thiết bị hoặc sữachữa những hư hỏng khác nhưng thường không quá 24 giờ từ khi xảy ra mất điện, sau đó

sẽ khôi phục lại nguồn điện cho hộ loại một

Trang 23

Hình 2.2: Ví dụ về mô hình hệ thống điện [1]

2.1.2 Các chế độ của hệ thống điện

Tập hợp các quá trình xảy ra trong HTĐ và xác định trạng thái làm việc của HTĐtrong một thời điểm hay một khoảng thời gian nào đó gọi là chế độ của HTĐ Ở bất cứchế độ nào thì các tham số chế độ như điện áp, tần số, dòng điện, công suất thực hoặccông suất phản kháng v.v đều được xác định trong từng trạng thái làm việc của HTĐ.Tuy nhiên, các tham số này có thể biến thiên, nếu biến thiên rất nhỏ hoặc không thay đổithì được xem là chế độ xác lập Ngược lại, các tham số chế độ thay đổi nhanh hoặc rấtnhanh thì được xem là chế độ quá độ Một số chế độ trong HTĐ:

- Chế độ xác lập bình thường: đây là chế độ vận hành bình thường của HTĐ, cáctham số chế độ thay đổi rất ít hoặc thậm chí không thay đổi HTĐ được thiết kế để làmviệc ở chế độ này

- Chế độ quá độ bình thường: xảy ra thường xuyên khi HTĐ chuyển từ chế độ xáclập này sang chế độ xác lập khác

- Chế độ quá độ sự cố: xảy ra khi có sự cố trong HTĐ

Trang 24

2.2 Tổng quan về pin năng lượng mặt trời

2.2.1 Nguyên lí hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Quang điện mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo DC với cấu trúc liên kết hiện tạitích hợp nguồn năng lượng này với cơ sở hạ tầng phân phối điện với nhu cầu của việc sửdụng bộ chuyển đổi DC-AC

Pin năng lượng mặt trời thường được làm từ silic, chất bán dẫn phong phú thứ haitrên thế giới Trong một mô hình pin mặt trời, tinh thể silic nằm giữa các lớp bán dẫn.Mỗi nguyên tử silic liên kết với 4 liên kết bền giữ các electron tại chỗ để không códòngchảy electron nào Mỗi pin mặt trời dùng 2 lớp silic khác nhau: Silic loại N có dưelectronvà silic loại P có dư chỗ cho electron gọi là lỗ trống Ở nơi tiếp giáp của hai loạisilic này gọi là vùng nghèo, các electron có thể tự do di chuyển qua lại để lại một điệntích dương ở một bên và tạo ra điện tích âm ở phía còn lại [7] Ánh sáng năng lượng mặttrời gồm các hạt nhỏ gọi là photon được phát ra chiếu vào pin năng lượng mặt trời, khi đủnăng lượng nó có thể đánh bật electron ra khỏi liên kết để lại lỗ trống Các electron cóđiện cực âm và các lỗ trống có điện cực dương bây giờ được tự do di chuyển Nhưng bởi

vì điện trường ở vùng nghèo chỉ di chuyển một hướng nên electron bị kéo về phía N,trong khi lỗ trống bị kéo về phía P Các electron di động qua thanh kim loại đặt trên đỉnhcủa pin Từ đó chúng chảy theo dòng và tạo nên dòng điện

Hình 2.3: Nguyên lí hoạt động của pin năng lượng mặt trời [8]

Trang 25

2.2.2 Ảnh hưởng của pin năng lượng mặt trời đối với hệ thống điện

Việc lắp đặt pin năng lượng mặt trời có thể làm giảm chi phí hoặc thậm chí tăngthu nhập cho người sử dụng Giảm chi phí thông qua việc quản lý năng lượng hiệu quả vàtạo ra nguồn doanh thu bằng cách bán lại năng lượng cho lưới điện trung tâm Vào nhữnggiờ cao điểm, khi giá bán điện từ lưới điện trung tâm cao hơn bình thường, thì người tiêudùng sẽ sử dụng nguồn năng lượng từ NLMT Phần điện dư thừa có thể hoà vào lưới điệntrung tâm Nhờ đó, lượng điện mua từ lưới điện trung tâm giảm xuống, làm giảm đáng kểchi phí tiêu thụ

Nhìn chung, lợi ích mà hệ thống PV mang lại rất hoàn hảo Thế nhưng, tại sao lợiích lớn và tối ưu đến như vậy con người vẫn chưa chuyển sang hoàn toàn bằng NLMT?

Đó là do cách thức vận hành và hoạt động của pin năng lượng mặt trời vẫn có những hạnchế nhất định, các tấm pin sản sinh ra điện phụ thuộc hoàn toàn vào lượng bức xạ mặttrời mà pin hấp thụ được Các yếu tố từ môi trường rất dễ ảnh hưởng tới việc sản xuấtđiện năng của pin năng lượng mặt trời Chẳng hạn như bề mặt hấp thụ bức xạ của pin bịhạn chế bởi mây hoặc bụi bẩn bám trên bề mặt pin tạo nên hiện tượng bóng che Phầntrăm bề mặt pin bị bóng che tỉ lệ thuận với lượng điện mà pin NLMT tạo ra được Ngoài

ra, ảnh hưởng của thời tiết như mưa, bão cũng tác động xấu đến hệ thống PV Điều nàyảnh hưởng đến việc sản xuất điện năng và có thể không đủ đáp ứng như cầu sử dụng

Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện từ hệ thống điện năng lượng mặt trời, cầnphải lắp đặt thêm nguồn dữ trữ pin có công suất lớn, để trong những tình huống ngặtnghèo nhất có thể đáp ứng đủ công suất cho hệ thống cho đến khi pin NLMT có thể hoạtđộng trở lại Việc lắp đặt pin lưu trữ năng lượng mặt trời cũng giúp chúng ta tận dụng tối

đa lượng điện năng mà pin sản sinh ra được

2.2.2 Ảnh hưởng của vị trí đặt pin năng lượng mặt trời trong hệ thống điện

Nhu cầu năng lượng toàn cầu hiện đang tăng vượt quá giới hạn của công suất phátđiện đã lắp đặt Để phục vụ việc sử năng lượng trong tương lai cũng như độ tin cậy phảiđược cải thiện và các nguồn năng lượng thay thế cần phải được nghiên cứu chuyên sâu

mà đặc biệt quan tâm đến nguồn năng lượng tái tạo Trong số nhiều nguồn năng lượng táitạo hiện có, điện mặt trời rõ ràng là một lựa chọn đầy hứa hẹn vì độ phổ biến rộng rãi trênkhắp thế giới Năng lượng mặt trời, đặc biệt là khi trở nên cạnh tranh hơn với các nguồnnăng lượng khác, có thể duy trì cuộc sống của hàng triệu người kém may mắn ở các nướcđang phát triển Ngoài ra, các thiết bị năng lượng mặt trời có thể mang lại lợi ích cho môitrường và nền kinh tế của các nước đang phát triển

Trang 26

Trên bất kì một lưới điện nào, việc bố trí lắp đặt phù hợp các nguồn phát nănglượng như pin năng lượng mặt trời phù hợp là rất cần thiết để giảm thiểu công suất tổnthất trong quá trình truyền và phát Mặc khác, việc phân bố nguồn phát năng lượng hợp lí

sẽ mang đến hiệu quả kinh tế cao hơn và đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru

2.2.3 Ảnh hưởng của loại hình pin năng lượng mặt trời

Hiện nay, pin mặt trời tinh thể Silic được chia thành 2 dạng là pin đơn tinh thể(mono) và pin đa tinh thể (Poly) [9]

Tấm pin mặt trời đơn tinh thể còn gọi là tấm pin mặt trời mono, các tấm pin mặttrời đơn tinh thể này được đặc trưng bởi các tế bào quang điện màu đen [10] Mỗi tế bàoquang điện được tạo ra bởi duy nhất một tinh thể silicon Nhờ đó, các electron trong tếbào quang điện có nhiều chổ trống để di chuyển hơn, kết quả là tấm pin năng lượng đơntinh thể có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn so với các tấm đa tinh thể, có nghĩa

là chúng tạo ra nhiều điện hơn

Hình 2.4: Tế bào PV đơn tinh thể [11]

Tấm năng lượng mặt trời đa tinh thể còn gọi là tấm pin mặt trời Poly, mỗi tế bàoquang điện được làm từ nhiều mảnh tinh thể silicon được ghép lại với nhau trong quátrình sản xuất [10], các tấm pin này được làm nóng chảy và đổ vào khuôn hình vuông rồilàm nguội Do các tấm pin mặt trời đa tinh thể, được cấu tạo từ nhiều mảnh tinh thểsilicon, nên các electron cũng ít không gian di chuyển hơn Nên sẽ tạo ra được dòng điện

ít hơn pin mono

Trang 27

Hình 2.5: Tế bào PV đa tinh thể [11]

Cũng giống như tấm pin mặt trời đơn tinh thể, tấm pin đa tinh thể cũng có chungmột mục đích là biến đổi quang năng thu được từ mặt trời thành năng lượng điện năng.Tuy nhiên, thành phần cấu trúc silicon tinh thể của từng tế bào năng lượng mặt trời củamỗi loại pin là khác nhau Do đó, ảnh hưởng đến hiệu suất biến đổi thành điện năngcũng khác nhau Mà cụ thể là, tấm pin đơn tinh thể mono có hiệu suất chuyển đổi tốthơn tấm pin đa tinh thể [7]

Nhiều tấm pin mặt trời đơn tinh thể có công suất trên 300W thậm chí lên đến500W, trong khi tấm pin mặt trời đa tinh thể thường có công suất thấp hơn rất nhiều

2.3 Giới thiệu phần mềm ETAP

2.3.1 Tổng quan về phần mềm ETAP

Phần mềm ETAP là một sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc (OTI)chuyên về mô phỏng, thiết kế, điều khiển, tối ưu hoá hệ thống điện Bên cạnh đó, cácchức năng của ETAP giúp can thiệp vào các giai đoạn trong quá trình tính toán, giúp choquá trình chuyển giao bước, xâu chuỗi các bước hay bảo trì, vận hành dễ dàng nhờ sửdụng một nền tảng, ngôn ngữ chung Phần mềm ETAP dùng để phân tích mạch và tínhtoán lưới điện, rất mạnh, với quy mô lớn, không giới hạn số lượng nút với quy mô lớn và

có thể ứng dụng rộng rãi trong tính toán, quản lý, vận hành hệ thống điện Việt Nam [12].Giao diện khởi động của phần mềm ETAP được trình bày trong Hình 2.6

Trang 28

Hình 2.6: Giao diện khởi động của phần mềm ETAP 2.3.2 Giới thiệu các thanh công cụ chính của phần mềm ETAP

Trong giao diện chính của phần mềm ETAP gồm có: thanh công cụ projecttoolbars, thanh công cụ menu, các chức năng tính toán, các phần tử AC, Phần tử DC, …

Hình 2.7: Giao diện làm việc của phần mềm ETAP a) Thanh công cụ project toolbars

Trang 29

Thanh công cụ project toolbars cho phép người dùng thực hiện các chức năng: tạo

dự án thiết kế mới; mở dự án có sẵn hoặc đã lưu trong thư viện; lưu dự án; in tài liệuđang thiết kế; cắt, sao chéo, dán dữ liệu; phóng to, thu nhỏ; điều hướng trở lại hoặc điềuhướng về phía trước; … thanh công cụ project toolbars được trình bày như Hình 2.8

Hình 2.8: Thanh công cụ project của phần mềm ETAP b) Thanh công cụ menu

● Thanh công cụ file có một số chức năng như: tạo dự án mới, mở dự án cũ, đóng

dự án, lưu dự án, sao chép dự án, in sơ đồ dự án

Hình 2.9: Thanh công cụ file phần mềm ETAP

● Thanh công cụ Edit có một số chức năng như: hoàn tác thao tác đã thực hiện,

khôi phục lại thao tác đã được hoàn tác, cắt, sao chép, dán, chọn tất cả, v.v

Trang 30

Hình 2.10: Thanh công cụ Edit phần mềm ETAP

● Thanh công cụ View có một số chức năng: phóng to, thu nhỏ tất cả các phần tử,

ngăn phân loại, nhật kí thông tin và bật hoặc tắt các thanh công cụ khác

Trang 31

Hình 2.11: Thanh công cụ View phần mềm ETAP

● Thanh công cụ project chứa: thông tin của dự án, vị trí của dự án… các tiêu

chuẩn cho hệ thống dự án, cài chế độ hoạt động của tải, cài đặt chế độ tự lưu lại dự ánđược trình bày như Hình 2.12

Hình 2.12: Thanh công cụ project phần mềm ETAP

Trang 32

Thanh công cụ cơ sở và hiệu chỉnh gồm các mục quản lý dữ liệu, các hiển thị, cácmạng điện hỗn hợp và cấu hình được trình bày như hình 2.13.

Hình 2.13: Thanh công cụ cơ sở dữ liệu và hiệu chỉnh của phần mềm ETAP

d) Thanh công cụ hệ thống

Thanh công cụ hệ thống chứa nhiều công cụ để thực hiện đa dạng bài toán trênphần mềm ETAP Chẳng hạn như: quản lý hệ thống, sơ đồ một sợi, hệ thống thời gianthực, sơ đồ hệ thống điều khiển, v.v

Trang 33

Hình 2.14: Thanh công cụ hệ thống e) Các phần tử AC

Thanh công cụ phần tử AC chứa hầu hết các phần tử thiết bị AC hỗ trợ mô phỏngtrong hệ thống điện

Trang 34

Hình 2.15: Thanh công cụ hệ thống

f) Các phần tử DC

Thanh công cụ phần tử DC chứa hầu hết các phần tử thiết bị DC hỗ trợ mô phỏng

hệ thống điện được trình bày như hình 2.16

Trang 35

Hình 2.16: Các phần tử DC phần mềm ETAP g) Các thiết bị đo lường bảo vệ

Các thiết bị đo lường bảo vệ gồm có: biến dòng, biến điện áp, volt kế, ampe kế,đồng hồ vạn năng và các loại rơle được trình bày như Hình 2.17

Trang 36

2.3.3 Một số chức năng của phần mềm ETAP

Chức năng của phần mềm ETAP cực kì đa dạng, cho phép người dùng thực hiện

mô phỏng tính toán các bài toán xoay quanh hệ thống điện Các chức năng được trình bàytrong hình 2.18

Hình 2.18: Một số chức năng của phần mềm ETAP

Trang 37

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN

HỆ THỐNG IEEE 30-BUS BẰNG PHẦN MỀM ETAP

3.1 Giới thiệu bài toán phân bố công suất

Phân bố công suất (PBCS), tính toán trào lưu công suất là vấn đề quan trọng vàgần như thiết yếu trong việc lập kế hoạch, thiết kế, phát triển hệ thống, giúp cho hệ thốngvận hành trơn tru, mượt mà, đạt hiệu quả tối ưu nhất trong tương lai Vì vậy, việc áp dụngcác mô hình toán học để giải chính xác và hiệu quả cho việc thiết kế và vận hành hệthống điện, chẳng hạn như khảo sát hệ thống ở chế độ trước và sau khi xảy ra sự cố, điềuchỉnh điện áp và công suất … luôn giữ một vai trò quan trọng nhất định [12]

Trong mô hình toán học, các nút trong hệ thống điện bao gồm:

• Nút cân bằng (slack bus, swing bus hoặc reference bus): là một nút đặc biệt,trong hệ thống điện thường chỉ có một nút cân bằng Cho biết giá trị độ lớn điện áp U vàgóc pha điện áp Cần xác định P, Q (nút này thường là nút nhà máy điện)

• Nút máy phát (generator buses hay voltage-controlled buses), còn gọi là nút P-U,cho biết công suất thực P và độ lớn điện áp U được giữ không đổi bằng cách điều chỉnhkích từ của máy phát đồng bộ tại nút đó Cần xác định góc pha điện áp và công suất phảnkháng Q

• Nút phụ tải (load buses): hay còn gọi là nút P-Q, là nút có công suất P và Q củaphụ tải đã được xác định Trong khi độ lớn điện áp U và góc pha điện áp cần phải tính

3.2 Phân bố công suất trong phần mềm ETAP

Phần mềm ETAP có 3 phương pháp tính toán dòng công suất:

∙ Phương pháp Newton – Raphson

∙ Phương pháp Adaptive Newton – Raphson

∙ Phương pháp Fast – Decoupled

3.2.1 Phương pháp Newton – Raphson

Phương pháp Newton-Raphson xây dựng và giải phương trình dòng tải như sau:

Trang 38

Trong đó: ΔP và ΔQ lần lượt là sai lệch công suất thực và công suất phản khánggiữa giá trị được quy định và giá trị sau khi tính toán,ΔV vàΔδđại diện cho biên độ điện

áp và góc điện áp, J1đến J4được gọi là ma trận Jacobian

Phương pháp Newton – Raphson có ưu điểm hơn về độ hội tụ, có tốc độ hội tụ rấtcao nếu chọn các giá trị ban đầu tốt, thích hợp cho những mạng điện lớn

Phương pháp này phụ thuộc nhiều vào giá trị điện áp ban đầu của các nút Việcchọn giá trị ban đầu của các nút được yêu cầu cao Khi chạy chương trình tính toán bằngphép lặp Newton – Raphson, chương trình ETAP lặp vài lần bằng Gauss – Seidel để xácđịnh các giá trị ban đầu của điện áp nút [12]

3.2.2 Phương pháp Adaptive Newton – Raphson

Đây là phương pháp lặp Newton – Raphson cải tiến, phương pháp này cải thiện độhội tụ và trạng thái phân kỳ của phép lặp Newton – Raphson của một số trường hợp, bằngcách hiệu chỉnh gia số αktheo hàm số sau:

Phương pháp này đã giải quyết và cải thiện đáng kể sự hội tụ đối với các hệ thốngtruyền tải và phân phối với số lượng lớn các dãy tụ điện (tức là điện kháng âm), hoặcnhững hệ thống có giá trị trở kháng rất nhỏ [12]

3.2.3 Phương pháp Fast – Decoupled

Phương pháp Fast – Decoupled bắt nguồn từ phương pháp Newton – Raphson.Lưu ý khi sử dụng phương pháp này:

Một số thay đổi nhỏ về độ lớn điện áp nút sẽ khó làm biến đổi tới công suất thực P,chỉ ảnh hưởng đến công suất kháng Q trên đường dây

Với những thay đổi nhỏ của góc pha điện áp nút, công suất phản kháng cũngkhông thay đổi đáng kể

Theo đó dòng công suất cân bằng từ công thức Newton – Raphson có thể đơn giảnhóa sang hai cách tách rời như sau:

Trang 39

Phương pháp này làm giảm bộ nhớ cho máy tính khoảng một nửa so với phươngpháp Newton – Raphson Nó cũng giải quyết dòng công suất cân bằng sử dụng ít thờigian hơn phương pháp Newton – Raphson do có ma trận Jacobian không thay đổi.

Nói chung, phương pháp này có thể được sử dụng như một phương pháp thay thếcho phương pháp lặp Newton – Raphson khi tính toán cho những hệ thống có nhữngnhánh rẽ dài hoặc những hệ thống có đường dây hay cáp truyền tải dài [12]

3.3 Giới thiệu các chức năng PBCS trong ETAP

3.3.1 Thanh công cụ (Load Flow Toolbar)

Hình 3.1: Thanh công cụ Load Flow 3.3.2 Tùy chỉnh phân tích phân bố công suất

Để tùy chỉnh phân tích phân bố công suất, chọn mục Edit Study Case:

Trang 40

Hình 3.2: Cửa sổ Edit Study Case

● Giới thiệu trang Info của Edit Study Case

Study Case ID: Đặt tên cho trường hợp phân tích PBCS

Report: Cài đặt tùychỉnh xuất báo cáo

Method: Phương pháp phân bố công suất

Max Iteration: lặp lại tối đa

Precision: Mức độ chính xác

Hình 3.3: Trang Info của Edit Study Case

● Giới thiệu trang Loading của cửa sổ Edit Study Case

Loading Category: Loại tải

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	4,71 MB