Nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện trung áp

Đề tài “Nghiên cứu yêu cầu kĩ thuật khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện trung áp” thuộc danh mục các đề tài nghiên cứu năm 2010 của BộCông Thương. Thực hiện đề tài này có sựtham gia của một số chuyên gia từ các cơ quan, đơn vị: Viện Năng lượng, trung tâm điều độ HTĐ miền Bắc... trong đó Viện Năng lượng là đơn vị thực hiện chính. Đề tài được biên chế thành hai phần là: phần thuyết minh báo cáo và phần phụ lục. Phần một: Thuyết minh chung bao gồm- Mở đầu - Chương 1: Tổng quan vềnguồn điện phân tán Giới thiệu tổng quan vềcác loại nguồn điện phân tán chính hiện có trên thếgiới, một số đặc điểm chính của những loại nguồn điện này và sự xuất hiện của chúng trong hệthống điện Việt Nam. - Chương 2: Tác động của nguồn điện phân tán trong hệthống điện Trình bày vềlợi ích, ảnh hưởng của nguồn phân tán đến hệthống điện. - Chương 3: Quy định kĩthuật đối với nguồn phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp Giới thiệu vềnhững yêu cầu kỹthuật đối với nguồn điện phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp của Việt Nam, các nước Bắc Âu, Hòa Kỳ, Anh và một sốquốc gia khác. - Chương 4: Nghiên cứu nguồn điện phân tán trong hệthống điện Việt Nam Nghiên cứu hoạt động của nguồn điện phân tán trên lưới trung áp tại Việt Nam với mô hình được lựa chọn. Trong đó, tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến chất lượng điện áp và hệthống bảo vệ của lưới điện trung áp. - Chương 5: Kết luận và kiến nghịKết luận vềcác kết quảnghiên cứu và đưa ra một số đề xuất từ kết quảnghiên cứu của đềtài. Phần hai: Phụ lục gồm kết quả tính toán và các tài liệu nghiên cứu liên quan

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NĂNG LƯỢNG

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2010

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU YÊU CẦU KĨ THUẬT KHI ĐẤU NỐI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN

VÀO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP

Mã số đề tài: I-173

Chủ nhiệm Đề tài

Lê Việt Cường

Cơ quan chủ trì Đề tài

Hà nội – 12/2010

K.s Nguyễn Hoàng Minh TTĐĐ HTĐ miền Bắc A1

2

Mục lục

MỞ ĐẦU 6

1 Cơ sở và lý do thực hiện đề tài 6

2 Định nghĩa về nguồn điện phân tán 7

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 8

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 9

1.1 Phân loại nguồn phân tán 9

1.2 Máy phát điện sử dụng động cơ đốt trong 9

1.3 Máy phát điện tua-bin khí 10

1.4 Thủy điện nhỏ 11

1.5 Pin nhiên liệu (Fuel cell) 13

1.6 Nguồn điện sử dụng NLMT 15

1.7 Tuabin gió 17

Chương 2: TÁC ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN 20

2.1 Lợi ích nguồn điện phân tán 20

2.2 Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán 21

2.2.1 Ảnh hưởng về kinh tế 21

2.2.2 Ảnh hưởng về kĩ thuật 21

2.3 Giải pháp đối với những ảnh hưởng của nguồn phân tán 28

2.3.1 Giải pháp cho những ảnh hưởng về kinh tế của nguồn phân tán 28

2.3.2 Giải pháp đối với những ảnh hưởng về kĩ thuật của nguồn điện phân tán 29

Chương 3: YÊU CẦU KĨ THUẬT ĐỐI VỚI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẤU NỐI VÀO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 32

3.1 Yêu cầu kĩ thuật của Việt Nam đối với nguồn phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp 32

3.2 Quy định kĩ thuật của một số quốc gia trên thế giới 35

3.2.1 Quy định đấu nối của hệ thống điện các nước Bắc Âu 35

3.2.2 Quy định đấu nối của hệ thống điện bang Texas, Hoa Kỳ 37

3.2.3 Quy định về thông số bảo vệ khi đấu nối nguồn phân tán vào lưới điện của IEEE và một số quốc gia khác 40

3.3 Đánh giá về những quy định kĩ thuật đối với nguồn điện phân tán 41

Chương 4: NGHIÊN CỨU NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN TRONG HTĐ VIỆT NAM 42

4.1 Hiện trạng hệ thống nguồn điện 42

4.1.1 Tình hình sản xuất điện 42

3

4.1.2 Hiện trạng nguồn điện phân tán 44

4.2 Kế hoạch phát triển của nguồn điện phân tán 47

4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán khi đấu nối vào lưới điện trung áp 48

4.3.1 Lựa chọn mô hình 48

4.3.2 Mô hình nghiên cứu 49

4.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến điện áp trên lưới điện 52

4.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến bảo vệ hệ thống điện 56

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

5.1 Kết luận 61

5.2 Kiến nghị và đề xuất 62

5.3 Hướng nghiên cứu trong tương lai 64

Tài liệu tham khảo: 65

4

Danh mục viết tắt

DCS Distributed Control System (Hệ thống điều khiển phân tán)

D-FACTS Distribution-Flexible AC Transmission System (Hệ thống truyền tải

điện linh hoạt dùng cho lưới phân phối)

NLMT Năng lượng mặt trời

PV Photovoltaic – Pin năng lượng mặt trời

RTU Remote Terminal Unit (Thiết bị đầu cuối từ xa)

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition (Hệ thống thu thập số

liệu để phục vụ việc giám sát, điều khiển và vận hành hệ thống điện) TĐL Tự động đóng lại

5

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu yêu cầu kĩ thuật khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện trung áp” thuộc danh mục các đề tài nghiên cứu năm 2010 của Bộ Công Thương Thực hiện đề tài này có sự tham gia của một số chuyên gia từ các cơ quan, đơn vị: Viện Năng lượng, trung tâm điều độ HTĐ miền Bắc trong đó Viện Năng lượng là đơn vị thực hiện chính

Đề tài được biên chế thành hai phần là: phần thuyết minh báo cáo và phần phụ lục

Phần một: Thuyết minh chung bao gồm

- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về nguồn điện phân tán

Giới thiệu tổng quan về các loại nguồn điện phân tán chính hiện có trên thế giới, một số đặc điểm chính của những loại nguồn điện này và sự xuất hiện của chúng trong hệ thống điện Việt Nam

- Chương 2: Tác động của nguồn điện phân tán trong hệ thống điện

Trình bày về lợi ích, ảnh hưởng của nguồn phân tán đến hệ thống điện

- Chương 3: Quy định kĩ thuật đối với nguồn phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp

Giới thiệu về những yêu cầu kỹ thuật đối với nguồn điện phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp của Việt Nam, các nước Bắc Âu, Hòa Kỳ, Anh và một số quốc gia khác

- Chương 4: Nghiên cứu nguồn điện phân tán trong hệ thống điện Việt Nam

Nghiên cứu hoạt động của nguồn điện phân tán trên lưới trung áp tại Việt Nam với mô hình được lựa chọn Trong đó, tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến chất lượng điện áp và hệ thống bảo vệ của lưới điện trung áp

- Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Kết luận về các kết quả nghiên cứu và đưa ra một số đề xuất từ kết quả nghiên cứu của đề tài

Phần hai: Phụ lục gồm kết quả tính toán và các tài liệu nghiên cứu liên quan

6

MỞ ĐẦU

1 Cơ sở và lý do thực hiện đề tài

Hiện nay nguồn điện từ năng lượng tái tạo đấu nối vào lưới trung áp (trong đó chủ yếu là nhà máy thủy điện nhỏ) đang phát triển nhanh và rộng trên phạm vi toàn quốc Từ nay đến năm 2015 cũng như những năm sau đó, ngày càng có nhiều nguồn điện được triển khai xây dựng và đấu nối vào lưới điện trung áp Các phương án đấu nối những nguồn điện này vào hệ thống điện thường chỉ đơn thuần xem xét đến khía cạnh kĩ thuật của phương án về tổn thất công suất, điện năng trên lưới mà chưa xem xét, đánh giá đến những ảnh hưởng kĩ thuật khác có thể có của chúng đến hệ thống điện như điện áp trên lưới, hệ thống bảo vệ rơle

Thông tư số 32/2010/TT-BCT của Bộ Công Thương ban hành ngày 30 tháng 7 năm 2010 về “Qui định hệ thống điện phân phối” thay thế cho quyết định số 37/2006/QĐ-BCN do Bộ Công Nghiệp cũ ban hành tháng 10 năm 2006 cũng đưa ra những quy định kĩ thuật về vận hành nguồn điện trong lưới trung áp về tần số, điện áp và bảo vệ hệ thống điện Cùng với qui định này là biểu mẫu hồ sơ đề nghị đấu nối vào lưới điện phân phối qui định việc cung cấp các thông số kĩ thuật của nguồn điện cho đơn vị phân phối điện Các tài liệu này chưa yêu cầu xem xét cụ thể đến sự thay đổi và những ảnh hưởng khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện trung áp Trong khi đó thực tế một số nhà máy thuỷ điện nhỏ vận hành đấu nối vào lưới trung áp đang gây nên những ảnh hưởng đến lưới điện phân phối như điện áp trên lưới tăng cao, thu hẹp pham vi bảo

vệ của rơ-le Qui định trong thông tư 32/2010/TT-BCT được áp dụng cho cả cấp điện áp 110kV và trung, hạ áp đang nên gây khó khăn nhất định cho đơn vị phân phối điện cũng như nhà máy điện Đó là chưa kể đến những ảnh hưởng có thể có khi đấu nối nguồn điện

từ năng lượng tái tạo khác trong tương lai

Trong nước một số bài báo, nghiên cứu khoa học và luận án tốt nghiệp sau đại học cũng đã bước đầu đề cập đến ảnh hưởng của nguồn điện khi đấu nối vào lưới điện trung

áp Những tài liệu này chủ yếu tập trung nghiên cứu tác động của nguồn điện đến ổn định điện áp và tổn thất công suất trên lưới điện khi đấu nối vào lưới trung áp [16], [17], [18], [25], [26] Tuy nhiên các nghiên cứu này chưa phân tích, đánh giá đầy đủ những ảnh hưởng khác của nguồn điện khi đấu nối vào lưới trung áp cũng như chưa đưa ra những giải pháp có tính chất toàn diện, lâu dài

7

Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của nguồn điện khi đấu nối vào lưới điện phân phối nói chung và lưới điện trung áp nói riêng Các nghiên cứu này thường giải quyết những vấn đề của từng quốc gia, từng khu vực hoặc dự án cụ thể Nhiều quốc gia đã có những yêu cầu kĩ thuật riêng, chi tiết đối với nguồn điện đấu nối vào lưới điện phân phối theo từng cấp điện áp (110kV, trung áp và hạ áp) hoặc quy mô công suất của nguồn điện

2 Định nghĩa về nguồn điện phân tán

Tại Việt Nam, khái niệm nguồn điện phân tán đã xuất hiện trong một số bài báo, nghiên cứu khoa học chuyên ngành cũng như trong luận án tốt nghiệp đại học và sau đại học Tuy nhiên các tác giả đều chưa đưa ra được định nghĩa về khái niệm này Hiện nay trên thế giới cũng chưa có định nghĩa thống nhất về nguồn điện phân tán Một số quốc gia định nghĩa nguồn điện phân tán là nguồn điện theo các thông số cơ bản như: “nguồn điện phân tán là nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo, không điều khiển tập trung ”; hoặc một số khác căn cứ theo cấp điện áp mà nguồn điện đó đấu nối vào: “nguồn điện phân tán là nguồn điện đấu nối vào lưới điện cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải khách hàng” Các tổ chức quốc tế cũng đưa ra những định nghĩa khác nhau về nguồn điện phân tán Các định nghĩa đó như sau [13]:

- CIGRE (International Council on Large Electricity Systems) định nghĩa nguồn điện phân tán là nguồn điện không được quy hoạch tập trung, không được điều khiển tập trung và thường đấu nối vào lưới điện phân phối với quy mô công suất nhỏ hơn 50 hoặc 100MW

- IEA (International Energy Agency) định nghĩa nguồn điện phân tán là nguồn điện phục vụ trực tiếp phụ tải khách hàng hoặc hỗ trợ cho lưới điện phân phối, được đấu nối vào hệ thống điện ở các cấp điện áp của lưới phân phối

- IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.) định nghĩa nguồn điện phân tán là nguồn phát điện nhỏ hơn những nhà máy điện trung tâm, thường nhỏ hơn hoặc bằng 10MW, cho phép đấu nối vào bất kỳ điểm nào trong hệ thống điện

- EPRI (Electric Power Research Institute) định nghĩa nguồn điện có công suất từ vài kW đến 50MW và/hoặc các thiết bị lưu điện có vị trí gần phụ tải khách hàng hoặc lưới phân phối và các trạm biến áp truyền tải trung gian là những nguồn điện phân tán

Như vậy, những định nghĩa về nguồn điện phân tán thường căn cứ vào quy mô công suất và cấp điện áp đấu nối Do chưa có sự thống nhất về quy mô công suất cũng như cấp điện áp đấu nối nên một định nghĩa tổng quan về nguồn điện phân tán là cần thiết Gần đây, định nghĩa nguồn điện phân tán là nguồn điện đấu nối trực tiếp vào lưới

8

điện phân phối hoặc đấu nối vào lưới điện của phía khách hàng (so với điểm đặt thiết bị

đo đếm) được chấp nhận rộng rãi và phổ biến Do định nghĩa này xem xét nguồn điện phân tán về vị trí nguồn điện trong hệ thống điện và điểm đấu nối của nguồn điện hơn là xem xét đến quy mô công suất của nguồn điện nên có tính khái quát cao cũng như bao trùm được những đặc điểm kĩ thuật của loại nguồn điện này Định nghĩa này về nguồn phân tán được sử dụng trong các nghiên cứu của đề tài

3 Phạm vi và mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

Tại Việt Nam, theo thông tư 32/2010/TT-BCT lưới điện phân phối là lưới điện có cấp điện áp từ 110kV trở xuống Lưới phân phối bao gồm lưới điện có điện áp danh định 110kV, lưới điện trung áp (điện áp danh định 35, 22, 15, 10, 6kV) và lưới hạ áp (điện áp danh định 0,4kV)

+ Đối tượng nghiên cứu của đề tài là những nguồn điện phân tán khi đấu nối vào lưới điện trung áp

+ Phạm vi nghiên cứu là các yêu cầu kĩ thuật khi đấu nối những nguồn điện này vào lưới điện

- Mục tiêu của đề tài:

Mục tiêu hoa học công nghệ:

+ Cập nhật thông tin khoa học liên quan đến những vấn đề khi đấu nối nhà máy điện vào lưới trung áp cho đội ngũ quản lí kĩ thuật của các đơn vị phân phối trong ngành điện

+ Đưa ra một số giải pháp kĩ thuật giải quyết và hạn chế, có xét đến tính khả thi khi áp dụng vào Việt Nam, đối với những ảnh hưởng khi đấu nối nhà máy điện vào lưới trung áp

+ Đưa ra một số kiến nghị đối với các yêu cầu kỹ thuật hiện hành

Mục tiêu của kinh tế - xã hội đề tài:

+ Là tài liệu kĩ thuật tham khảo cho chủ đầu tư các dự án nguồn điện phân tán được đấu nối vào lưới điện trung áp trên phạm vi toàn quốc

+ Làm tài liệu kĩ thuật tham khảo hữu ích cho các đơn vị quản lí, vận hành lưới điện phân phối

9

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN

1.1 Phân loại nguồn phân tán

Các loại nguồn phân tán sử dụng nhiều công nghệ khác nhau, trong đó công nghệ

sử dụng máy phát truyền thống đã được hoàn thiện như động cơ đốt trong, tua-bin khí…

và các công nghệ khác đang được phát triển như pin nhiên liệu, pin mặt trời, tua-bin gió Mỗi loại nguồn phân tán đều có những ưu điểm, hạn chế về đặc tính kĩ thuật và tính kinh tế Sự lựa chọn công nghệ là nhân tố chính để quyết định về công suất và vị trí lắp đặt của nguồn phân tán Dưới đây là phân loại một số nguồn điện phân tán chính hiện có trên thế giới Phần lớn những loại nguồn điện này đã xuất hiện và đang được phát triển trong hệ thống điện của Việt Nam

Hình 1.1: Sơ đồ phân loại các loại nguồn phân tán

1.2 Máy phát điện sử dụng động cơ đốt trong

Động cơ pittông, công nghệ đầu tiên của các loại nguồn phân tán, được phát triển hơn 100 năm, được tiêu thụ nhanh trên thị trường bởi có tính cạnh tranh và độ tin cậy cao, tuổi thọ lớn và ít phải bảo dưỡng Động cơ đốt trong được sử dụng rộng rãi, có công suất từ vài chục kW (tua bin siêu nhỏ) cho tới 60MW Nhược điểm lớn nhất của động cơ này là tiếng ồn, chi phí bảo dưỡng lớn, và khí thải lớn Lượng phát thải này có thể giảm được bằng cách thay đổi đặc tính đốt của động cơ Chi phí lắp đặt và vận hành của động

cơ này phụ thuộc vào lượng khí phát thải muốn cắt giảm

Đông cơ đốt trong là công nghệ đã được kiểm chứng qua thực tế với tính cạnh tranh cao, dải công suất rộng, có khả năng khởi động nhanh, hiệu suất cao (lên tới 43% cho các hệ thống diesel lớn, 80% đối với micro turbine), và độ tin cậy cao trong vận hành Hầu hết các động cơ đốt trong sử dụng cho việc phát điện đều dùng động cơ bốn

kỳ Các động cơ này sử dụng khí tự nhiên, khí biogas hoặc dầu diesel làm nhiên liệu

Nguồn điện phân tán

Nguồn điện sử dụng công nghệ

truyền thống

Nguồn điện sử dụng công nghệ mới

Động cơ

đốt trong

Tuabin diesel, khí Thủy điện nhỏ điện hóa, Thiết bị

tích điện

Pin nhiên liệu

Năng lượng gió

Tuabin gió

Năng lượng mặt trời

Pin NLMT (PV), nhiệt điện NLMT

Hình 1.2: Hoạt động của tuabin sử dụng động cơ đốt trong

Một số đặc tính của máy phát điện sử dụng động cơ đốt trong:

• Hiệu suất cao, chi phí đầu tư thấp và chi phí sản xuất điện cạnh tranh so với nhiều loại công nghệ sử dụng trong nguồn phân tán khác

• Thời gian khởi động ngắn nên có thể sử dụng để phủ đỉnh đồ thị phụ tải hoặc thích hợp cho dự phòng quay

• Phát thải khí CO và NOx nhiều hơn so với tuabin khí

• Chất lượng điện năng không được cao

• Có khả năng hoạt động độc lập và có khả năng khởi động “đen” (black start)

1.3 Máy phát điện tua-bin khí

Tuabin khí là các thiết bị sử dụng không khí nén dưới áp suất cao kết hợp với nhiên liệu khí hoặc nhiên liệu lỏng được đánh lửa tạo thành hỗn hợp cháy dưới nhiệt độ

và áp suất cao Hỗn hợp này được phun trực tiếp vào các cánh tuabin để làm quay máy phát điện Loại tuabin khí này được phát triển đầu tiên cho các động cơ máy bay, sau đó được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy nhiệt điện Đặc biệt là công nghệ chu trình nhiệt điện hỗn hợp Nhiên liệu của máy phát điện tua-bin khí có thể là khí tự nhiên, dầu diezel, khí biogas (khí sinh học) Hiệu suất của các tuabin khí phụ thuộc vào chế độ hoạt động Hiệu suất cao nhất khi tuabin khí làm việc ở chế độ phụ tải cực đại và giảm dần khi phụ tải giảm Khi giá thành của các nhiên liệu khí rẻ, các tuabin khí chu trình hỗn hợp được sử dụng để phủ đáy của đồ thị phụ tải

Nhiên liệu

Tua-bin Máy phát Khí vào

Bộ nén khí

Một số đặc tính của Tuabin khí:

• Chi phí lắp đặt thấp, chi phí nhiên liệu hợp lý,

• Lượng khí phát thải nhỏ,

• Thích hợp cho chu trình nhiệt điện hỗn hợp,

• Thời gian khởi động, thay đổi công suất nhỏ,

• Hiệu suất điện thấp hơn nhiều so với hiệu suất của cả chu trình nhiệt điện hỗn hợp

1.4 Thủy điện nhỏ

Nhà máy thủy điện nhỏ biến đổi năng lượng thế năng của nước thành cơ năng quay tuabin máy phát để sản xuất ra điện Công suất điện được tạo ra bởi thế năng của nước được tính theo công thức:

P = η*ρ*g*Q*H Trong đó: P là công suất điện được tạo ra,

W; η là hiệu suất tuabin;

ρ là khối lượng riêng của nước, kg/m3;

g là gia tốc trọng trường, m/s2;

Buồng đốt

Máy phát Tua-bin

Đường ống dẫn

khí biogas

Khí thải của quá trình cháy

Phân loại các nhà máy thủy điện nhỏ:

• Theo dòng chảy:

o Thủy điện kiểu đập

o Thủy điện kiểu kênh dẫn

• Theo công suất nhà máy:

o Từ 2.5MW tới 30MW: nhà máy thủy điện nhỏ

o Tử 100kW tới 2.5MW: nhà máy thủy điện mini

o Nhỏ hơn 100kW: máy phát thủy điện cực nhỏ

Hình 1.5: Mô hình nhà máy thủy điện kiểu đập

Nguồn: Internet

Nguồn điện thủy điện nhỏ hiện nay đang phát triển nhanh và rộng rãi trên toàn quốc Hàng năm có thêm hàng chục nhà máy thủy điện nhỏ được đưa vào vận hành, bổ sung lượng công suất và điện năng đáng kể vào hệ thống điện quốc gia Các nguồn điện này được đấu nối chủ yếu vào lưới điện trung áp, tập trung phần lớn tại khu vực miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ, Trung Trung Bộ và Tây Nguyên

13

Hình 1.6: Mô hình nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn

Nguồn: www.hydromaxenergy.com

Một số tính chất của thủy điện nhỏ:

• Linh hoạt trong vận hành, có dự trữ quay nên có khả năng dự phòng cho các trường hợp sự cố,

• Thủy điện kiểu kênh dẫn thân thiện với môi trường do không làm biến đổi dòng chảy, không ảnh hưởng tới khu vực hạ lưu,

• Có ý nghĩa rất lớn trong chương trình điện khí hóa nông thôn và khu vực miền núi Ngoài nhiệm vụ phát điện, một số nhà máy thủy điện còn làm nhiệm vụ điều tiết thủy lợi,

• Các nhà máy thủy điện nhỏ thường có hồ chứa nhỏ hoặc không có hồ chứa nên công suất phát điện phụ thuộc rất lớn vào lưu lượng nước trên sông theo mùa, theo thời điểm trong ngày

1.5 Pin nhiên liệu (Fuel cell)

Pin nhiên liệu biến đổi khí hydrô hoặc nhiêu liệu có chứa hydrô thành năng lượng điện và nhiệt thông qua phản ứng hóa học của hydrô với oxi thành nước Các phản ứng hóa học như sau:

Bảng 1.1 : Đặc tính kỹ thuật của một số loại pin nhiên liệu

Loại Điện cực Nhiệt độ làm

việc (°F) [33]

Hiệu suất điện

Lĩnh vực ứng dụng

Hiện nay, Việt Nam chưa có hệ thống pin nhiên liệu công suất lớn đấu nối, hoạt động song song trên lưới điện do giá thành của loại nguồn điện này còn rất cao Khi yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện ngày càng cao, khái niệm “lưới điện thông minh” bắt đầu được giới thiệu rộng rãi tại các thành phố lớn thì khả năng xuất hiện của hệ thống pin nhiên liệu trong hệ thống điện Việt Nam sẽ không còn xa

Cực dương Chất điện phân Cực âm

Nhiên liệu Hydro

Phụ tải điện

Khí Oxy

Nước Dòng electron

15

Một số tính chất của pin Hydrô:

• Hiệu suất cao so với các loại máy phát truyền thống (lớn hơn 60%),

• Tiếng ồn và mức độ ô nhiễm thấp, độ tin cậy cao nên thường được sử dụng làm nguồn điện dự phòng tại khu vực đô thị hoặc trong “lưới điện thông minh”,

• Điện kháng bên trong máy phát tăng theo thời gian, vì vậy các thiết bị điện tử công suất phải được sử dụng để điều chỉnh điện áp

1.6 Nguồn điện sử dụng NLMT

Nguồn điện sử dụng năng lượng mặt trời gồm hai loại chính: nguồn điện pin NLMT (PV) và nhà máy nhiệt điện NLMT

Nguồn điện PV: gồm các dàn pin NLMT được đấu nối với nhau, mỗi dàn pin

NLMT được ghép từ các miếng pin rời rạc nối với nhau để biến đổi bức xạ mặt trời thành dòng điện một chiều Trong pin mặt trời, điện áp được hình thành bằng các electron và các hố điện tích ở trạng thái mất cân bằng khi có bức xạ mặt trời chiếu vào Pin mặt trời tạo ra dòng điện một chiều và chỉ phát điện khi có ánh sáng mặt trời Do đó cần sử dụng

bộ nghịch lưu để chuyển đổi thành dòng xoay chiều và các bộ tích điện để phát điện vào thời điểm khác

Hệ thống PV đấu nối vào lưới điện được chia làm hai loại chính là hệ thống PV tích hợp, PV phát điện tập trung Đối với hệ thống PV tích hợp, điện năng sản xuất bằng các tấm pin năng lượng mặt trời thông qua bộ nghịch lưu biến đổi thành dòng điện xoay chiều Tại tủ phân phối, một phần điện năng được sử dụng cho các thiết bị trong một tòa nhà hoặc khu vực dân cư Phần điện năng dư thừa sẽ nạp điện các bộ tích điện như acquy hoặc phát lên lưới điện, bán lại điện cho các công ty điện lực

Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống PV tích hợp

Nguồn: Internet

Dàn pin NL mặt trời

Bộ nghịch lưu

Tủ phân phối

Phụ tải tại chỗ

Thiết bị đo đếm

Lưới điện phân phối

Công suất thiếu Công suất

dư thừa

16

Đối với hệ thống PV phát điện tập trung, điện năng có thể được lưu trữ trong các

bộ acquy hoặc phát trực tiếp lên lưới điện

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống PV phát điện tập trung

Nguồn: Internet

Hiện nay, nguồn điện PV đang được ứng dụng tại một số khu vực mà lưới điện quốc gia không thể cấp điện như khu vực hải đảo, vùng núi cao Quy mô những nguồn điện này không lớn, đấu nối vào lưới hạ áp cấp điện cho một khu vực dân cư và hoạt động độc lập với lưới điện quốc gia Tuy nhiên, Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển nguồn năng lượng mặt trời nên hiện nay đã có một số dự án nguồn điện PV có quy mô lớn, đấu nối vào lưới điện quốc gia đang dự kiến được triển khai

Một số tính chất của nguồn điện pin NLMT:

• Chi phí vận hành thấp, không có khí thải,

• Độ tin cậy cao và ít phải bảo dưỡng,

• Chất lượng điện năng không cao,

• Hiệu suất trong phòng thí nghiệm là 24% nhưng trong thực tế là 10%,

• Chi phí đầu tư cao, công suất phát thấp so với các dạng nguồn phân tán khác do phụ thuộc vào thời tiết và thời gian trong ngày

Nhà máy nhiệt điện NLMT: Hoạt động với nguyên lý như một nhà máy nhiệt điện

thông thường trong đó năng lượng sơ cấp biến đổi nước thành hơi là nhiệt năng từ ánh sáng mặt trời Nguyên lý hoạt động của nhà máy được trình bày trong hình 1.10 Hiện nay Việt Nam chưa có nhà máy nhiệt điện NLMT nhưng qua nghiên cứu bước đầu cho thấy có một số địa điểm thích hợp để xây dựng nhà máy điện loại này tại khu vực Trung Trung Bộ và Nam Trung Bộ

Dàn pin NL mặt trời

Tủ đấu nối

Bvệ chống chạm đất

MCắt

DC

Bộ nghịch lưu DC/AC MCắt

AC

Sân phân phối

Lưới điện

độ gió và diện tích bao phủ của vùng cánh quạt Hiện nay, có nhiều phân loại khác nhau

về mô hình tua-bin máy phát điện gió nhưng có thể chia làm ba loại chính sau[14]:

• Tua-bin gió có vận tốc không đổi (Fixed-Speed Wind Turbine)

Hình 1.10: Mô hình tua-bin gió có vận tốc không đổi

Trong mô hình này, máy phát điện không đồng bộ được nối trực tiếp với lưới như trong hình vẽ trên Bộ điều tốc (Gear-box) có vai trò biến đổi tăng tốc độ quay của tua-bin gió phù hợp với tốc độ của rô-to máy phát điện Máy biến áp được sử dụng để nâng điện áp máy phát lên điện áp của lưới điện đấu nối hoặc điện áp hệ thống gom Trong mô hình này, hệ thống tụ được đặt tại đầu ra của máy phát để bù công suất phản kháng mà

Bộ tụ

Máy biến áp

Điều tốc

Dàn hấp thụ nhiệt NLMT

Máy phát điện và MBA

Hơi quá nhiệt

Bộ gia nhiệt bổ sung

18

máy phát không đồng bộ tiêu thụ Tốc độ của máy phát được xác định bởi tần số của hệ thống và số đôi cực của máy phát Đây chính là mô hình đơn giản nhất và có giá thành thấp nhất trong các mô hình máy phát điện gió nhưng mô hình này có rất nhiều hạn chế Trong đó hạn chế lớn nhất là mô hình này không có khả năng điều khiển công suất phản kháng (hay hệ số công suất) của máy phát, do đó mô hình này đòi hỏi phải có nguồn công suất phản kháng trong hệ thống có khả năng điều khiển được

• Tua-bin gió có vận tốc biến đổi chỉnh lưu toàn phần (Variable-Speed Wind Turbine with Full Converter)

Hình 1.11: Mô hình tua-bin gió có vận tốc biến đổi chỉnh lưu toàn phần

Trong mô hình này, máy phát điện được nối với lưới qua một bộ chỉnh lưu điện tử công suất Bộ chỉnh lưu công suất này được nối trực tiếp với stato của máy phát nên bộ chỉnh lưu công suất này phải có khả năng biến đổi toàn bộ công suất từ máy phát điện phát lên lưới Máy phát điện trong mô hình này có thể là máy phát không đồng bộ hoặc máy phát đồng bộ Bộ điều tốc trong mô hình này có thể được loại bỏ hoặc đơn giản hóa nếu sử dụng máy phát đồng bộ nhiều cực Mô hình tua-bin gió này có khả năng linh hoạt

về điều khiển công suất phản kháng Hạn chế của mô hình này là công suất phát phụ thuộc vào công suất của hệ thống chỉnh lưu nên sẽ làm tăng giá thành đầu tư và tăng tổn thất qua bộ chỉnh lưu đối với tua-bin gió có công suất lớn

• Tua-bin gió có vận tốc biến đổi chỉnh lưu một phần (Variable-Speed Wind Turbine with Doubly-Fed Induction Generator)

Hình 1.12: Mô hình tua-bin gió có vận tốc biến đổi chỉnh lưu một phần

Điều tốc

Bộ biến đổi điện

tốc

19

Mô hình này cũng sử dụng một bộ chỉnh lưu điện tử công suất nhưng điểm khác nhau chính so với mô hình chỉnh lưu toàn phần là bộ chỉnh lưu này được nối với rô-to của máy phát không đồng bộ, còn stato của máy phát được nối trực tiếp với lưới Mô hình này không những giữ được khả năng điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát

mà còn giảm chi phí đầu tư và tổn thất công suất qua bộ chỉnh lưu điện tử công suất do chỉ một phần công suất công suất của máy phát (thông thường từ 20-30%) đi qua bộ biến đổi này Mô hình này thích hợp cho những tua-bin gió có công suất lớn

Việt Nam hiện có duy nhất một nhà máy điện gió đang hoạt động đấu nối vào lưới điện 110kV: dự án Nhà máy phong điện Tuy Phong - Bình Thuận 20x1,5 MW (công suất

cả dự án) của Công ty cổ phần Năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) Hiện nay có năm tuabin gió (5x1,5 MW) đang vận hành hòa điện, đấu nối và cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia từ tháng 8/2009 Ngoài ra còn có nhiều dự án điện gió khác đang được triển khai đầu tư sẽ sớm đưa các nhà máy điện tua-bin gió này vào vận hành như nhà máy điện gió Phước Hữu, nhà máy điện gió Ninh Thuận

Một số đặc tính của năng lượng gió:

• Không phát thải ra khí thải ô nhiễm,

• Không thể sử dụng với các ứng dụng trong chu trình nhiệt điện hỗn hợp (CHP),

• Lượng điện sản xuất phụ thuộc vào tốc độ gió, do đó không thể sử dụng để phủ đỉnh đồ thị phụ tải,

• Các tuabin gió sử dụng máy phát không đồng bộ để sản xuất ra công suất tác dụng nhưng lại tiêu thụ công suất phản kháng,

• Gây ra dao động điện áp do công suất phát thay đổi theo tốc độ gió,

• Ngoài ra, tua-bin gió còn có thể gây ra tiếng ồn hoặc ảnh hưởng đến cảnh quan của khu vực được lắp đặt

20

Chương 2: TÁC ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN

HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Lợi ích nguồn điện phân tán

Nguồn điện phân tán đóng vai trò ngày càng quan trọng trong hệ thống điện Nguồn điện phân tán nói chung và nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo nói riêng đang đem lại nhiều lợi ích to lớn về kinh tế, đặc biệt đối với thị trường điện tự do, lợi ích về môi trường, cũng như góp phần đảm bảo an ninh năng lượng của mỗi quốc gia Những lợi ích này không chỉ có ý nghĩa tại thời điểm hiện tại mà cho cả tương lai lâu dài

Do đó đầu tư phát triển vào lĩnh vực nguồn phân tán đang trở thành một xu thế trên toàn thế giới Nguyên nhân chủ yếu của xu thế này là do:

- Nguồn điện phân tán sẽ có đóng góp ngày càng quan trọng vào đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia đặc biệt đối với những quốc gia phụ thuộc phần lớn vào năng lượng nhập khẩu Đa số nguồn điện phân tán đều sử dụng năng lượng sơ cấp tại chỗ nên không bị phụ thuộc vào năng lượng sơ cấp nhập khẩu Trong khi đó, tình hình thế giới hiện tại và tương lai có nhiều biến động về kinh tế, chính trị ảnh hưởng trực tiếp đến đến nguồn cung cấp năng lượng sơ cấp truyền thống như than

đá, dầu, khí trên thị trường thế giới Giá các loại nhiên liệu hóa thạch có xu hướng tăng cao khó lường dẫn tới chi phí sản xuất điện năng tăng cao

- Giãn tiến độ đầu tư của nền kinh tế vào hệ thống truyền tải, phân phối điện cũng như giảm gánh nặng cho đầu tư vào hệ thống nguồn điện Ngoài ra, do công suất nhỏ, cho nên các nguồn phân tán có thời gian xây dựng ngắn, giảm thiểu nguy cơ rủi ro trong thực hiện quy hoạch, kế hoạch xây dựng nguồn điện mới so với các nhà máy điện công suất lớn

- Về mặt kĩ thuật, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là hệ thống điều khiển

và tự động hóa, làm cho việc vận hành và điều khiển các nguồn phân tán trở nên linh hoạt và tin cậy Nguồn điện phân tán có thể đóng vai trò là nguồn dự phòng hoặc phủ đỉnh để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cũng như nâng cao chất lượng điện năng của cả khách hàng và đơn vị phân phối điện

- Nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, thủy điện nhỏ, tuabin gió… là những công nghệ thân thiện với môi trường, giảm thiểu

sự phát thải khí nhà kính, khí CO, NOx, SOx ra môi trường Từ đó góp phần quan trọng trong việc thực hiện các cam kết quốc tế của mỗi quốc gia về môi trường và biến đổi khí hậu toàn cầu

- Hơn nữa, nguồn phân tán còn khuyến khích cạnh tranh trong thị trường phát điện

do thời gian thu hồi vốn nhanh (so với các dự án về truyền tải và các nhà máy phát điện công suất lớn) và cung cấp điện trực tiếp tới các hộ phụ tải và đơn vị phân phối điện

21

2.2 Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán

Mặc dù nguồn điện phân tán đem lại nhiều lợi ích cho hệ thống điện nhưng chúng cũng gây ra những ảnh hưởng nhất định Những ảnh hưởng này được phân tích trên hai mặt kinh tế và kĩ thuật

2.2.1 Ảnh hưởng về kinh tế

Về kinh tế, một số nguồn phân tán có công suất phát biến thiên rất lớn trong ngày (thay đổi từ 0 đến Pmax), phụ thuộc vào các yếu tố thời tiết, khí hậu như tua-bin gió, hệ thống PV, thủy điện nhỏ… Do đó, trong quy hoạch phát triển hệ thống điện vẫn phải tính toán phát triển dự phòng cả nguồn điện và lưới điện để đáp ứng được nhu cầu phụ tải ngay cả khi những nguồn phân tán không hoạt động Như vậy, trong một số trường hợp ngành điện phải đầu tư khối lượng lớn hơn cho cả nguồn điện và lưới điện nhưng hiệu suất sử dụng lại không cao

Đa số nguồn phân tán sử dụng công nghệ mới đều đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu cao hơn so với công nghệ truyền thống Điện năng sản xuất của những loại nguồn điện này lại không lớn nên thời gian thu hồi vốn lâu Giá thành điện sản xuất của nguồn điện phân tán sử dụng công nghệ mới chưa cạnh tranh được so với các nguồn điện truyền thống khác Chính phủ muốn phát triển những loại nguồn phân tán này phải có chính sách trợ giá, cũng như những chính sách ưu đãi đặc biệt khác Những chính sách này có thể góp phần làm tăng gánh nặng tài chính và thâm hụt ngân sách quốc gia…

a) Quá tải lưới điện

Đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới phân phối sẽ làm thay đổi dòng công suất trên lưới điện Trong nhiều trường hợp những thay đổi này là tích cực khi làm giảm dòng công suất mang tải của lưới điện Tuy nhiên, nếu quy hoạch lưới điện phân phối không được thực hiện tốt hoặc phương án đấu nối chưa xem xét tính toán kĩ thì nguồn phân tán

sẽ làm tăng dòng công suất trên lưới Dòng công suất khi nguồn điện đi vào hoạt động có

22

thể vượt giá trị mang tải định mức các thiết bị trên lưới điện, gây quá tải cục bộ cho lưới phân phối trong một số chế độ vận hành

b) Điều khiển điện áp

Trong các chế độ hoạt động khác nhau của nguồn điện phân phối, những nguồn điện này sẽ tác động đến quá trình điều khiển điện áp của lưới điện Nguồn điện này có thể làm điện áp trên lưới tăng cao, sụt xuống thấp hoặc gây dao động điện áp trên lưới điện

Hình vẽ dưới đây minh họa dao động điện áp phụ thuộc vào công suất phát tác dụng của nguồn điện phân tán

Hình 2.1: Sự dao động điện áp theo dòng công suất phát vào lưới

Điện áp tăng cao: Nguồn điện phân tán phát công suất tác dụng và công suất phản

kháng vào hệ thống, có xu hướng làm tăng giá trị điện áp trên lưới Đối với lưới phân phối trung áp, đơn vị vận hành lưới điện thường không áp dụng phương pháp điều chỉnh

23

điện áp dưới tải Phương pháp điều chỉnh điện áp này khiến điện áp trên lưới phân phối trung áp chỉ có thể thích ứng với những biến đổi nhỏ của nguồn phân tán mà không làm điện áp trên lưới vượt ra ngoài dải điện áp cho phép Trong khi công suất phát của nguồn phân tán lại có thể thay đổi liên tục theo từng giờ, theo từng ngày Do đó, điện áp trên lưới điện có nguồn điện phân tán đấu nối vào thường tăng cao trong một số chế độ vận hành của lưới điện

Điện áp giảm thấp: Điện áp trên lưới phân phối có thể đột ngột giảm thấp do một

số nguyên nhân như quá trình khởi động nguồn phân tán, khi đóng cắt một nhánh, khởi động động cơ, cắt máy phát điện ra khỏi lưới, hoặc khi xảy ra ngắn mạch trên lưới Các nguồn điện phân tán sử dụng máy phát điện không đồng bộ nếu không được bù sẽ khi hoạt động sẽ tiêu thụ một lượng công suất phản kháng nhất định Gây ra hiện tượng sụt giảm điện áp trên lưới, ảnh hưởng tới khả năng làm việc của các thiết bị phụ tải Trường hợp nặng hơn có thể xảy ra sụp đổ điện áp của các nguồn phân tán

c) Thay đổi dòng ngắn mạch và hệ thống bảo vệ

Nguồn điện phân tán được đấu nối vào lưới điện phân phối sẽ làm tăng dòng ngắn mạch trên lưới điện khi vận hành đặc biệt tại các vị trí gần điểm đấu nối Dòng ngắn mạch trên lưới tăng là do dòng điện từ máy phát khi có sự cố Nếu dòng ngắn mạch trên lưới trước khi nguồn phân tán mới đấu nối đã gần đạt đến giá trị dòng ngắn mạch quy định thì giá trị dòng ngắn mạch trên lưới có thể vượt giá trị quy định khi nguồn điện mới này được đấu nối vào lưới

Hình 2.2: Thay đổi dòng ngắn mạch khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện

Dòng ngắn mạch thiết kế

Nguồn phân tán mới

24

Thay đổi hệ thống bảo vệ của lưới điện: tăng dòng ngắn mạch trên lưới sẽ tác

động đến hệ thống bảo vệ của lưới điện như làm thay đổi sự phối hợp của hệ thống các thiết bị bảo vệ, thay đổi tính chọn lọc của rơ-le, thay đổi đặc tính thời gian của thiết bị tự động đóng lại, thay đổi đến sự an toàn của hệ thống bảo vệ và thay đổi vùng tác động của rơ-le bảo vệ Cụ thể như sau:

- Thay đổi sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ:

Hình 2.3: Sơ đồ minh họa tác động của nguồn điện phân tán đến hệ thống bảo vệ

BB, BA: Máy cắt DG1, DG2, DG3: Nguồn điện phân tán FA, FB: Cầu chì

Xét sơ đồ cho một lưới trung áp ba pha với xuất tuyến 35kV hình tia, được đấu nối với hệ thống điện qua TBA 110kV như hình vẽ trên Trước khi nguồn điện DG1 được đấu nối vào lưới điện, nếu sự cố xảy ra tại điểm 1, bảo vệ FA sẽ tác động trước bảo vệ

FB do dòng ngắn mạch từ lưới trên chảy xuống điểm sự cố Khi nguồn điện DG1 được đấu nối vào lưới điện theo sơ đồ như trên sẽ xuất hiện dòng ngắn mạch từ nguồn DG1 chảy đến điểm sự cố Khi đó bảo vệ FB có thể tác động trước bảo vệ FA

Điểm sự cố 1

Điểm sự cố 2

Vùng bảo vệ thông thường của rơ-le

Vùng bảo vệ của rơ-le sau khi

có nguồn phân tán

Điểm sự cố 1

Điểm sự cố 2

Vùng bảo vệ thông thường của rơ-le

Vùng bảo vệ của rơ-le sau khi

có nguồn phân tán

25

MM: điểm bắt đầu tác động TC: điểm tác động Margin: độ dự phòng biên

Hình 2.4: Đặc tính thời gian của bảo vệ FA và FB

Xét trường hợp hai bảo vệ FA và FB có đặc tính thời gian như hình vẽ trên thì nếu hiệu số giữa dòng ngắn mạch giữa IFA và IFB nhỏ hơn độ lệch biên của hai bảo vệ thì bảo

vệ FB sẽ tác động trước bảo vệ FA Hiệu số giữa IFA và IFB lại phụ thuộc vào đặc tính của máy phát DG1 Do đó, nguồn điện DG1 chính là nguyên nhân làm mất đi sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ

- Thay đổi tính chọn lọc của thiết bị bảo vệ:

Dòng ngắn mạch trên lưới trung áp tăng trong một số cấu hình lưới điện đã làm

thay đổi tính chọn lọc của thiết bị bảo vệ Trong Hình vẽ 2.2 minh họa tác động này: giả

sử có một nguồn phân tán công suất khá lớn, ở gần TBA 110kV được đấu nối vào thanh cái 35kV của TBA này Trong trường hợp có sự cố tại bất kì xuất tuyền khác không thuộc đường dây đấu nối nguồn điện thì bảo vệ BB vẫn tác động cắt nhà máy ra khỏi lưới điện

- Thay đổi thời gian đóng lại của TĐL:

Khi đấu nối nguồn điện vào lưới điện trung áp, thiết bị TĐL trên lưới phải được chỉnh định lại Nếu không có yêu cầu đặc biệt khác, nguồn điện phân tán phải được tách khỏi lưới điện trước khi TĐL tác động và phải có thời gian để sự cố thoáng qua được loại

26

trừ Nếu thời gian được thiết lập không đúng thì sự cố thoáng qua có thể trở thành sự cố vĩnh cửa

- Thay đổi sự an toàn của hệ thống bảo vệ:

Sự an toàn của hệ thống bảo vệ có thể bị ảnh hưởng khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện gây tăng dòng ngắn mạch Nếu dòng ngắn mạch sau khi đấu nối nguồn phân tán cao hơn quy định hiện hành hoặc cao hơn khả năng hoạt động của các thiết bị trên lưới hiện tại thì khi xảy ra sự cố dòng ngắn mạch có thể được duy trì Điều này không chỉ làm hỏng các thiết bị trên lưới điện mà còn gây nguy hiểm cho tính mạng con người

- Thay đổi vùng tác động của thiết bị bảo vệ:

Nguồn phân tán có thể làm giảm vùng tác động của rơ-le bảo vệ hệ thống điện như trong trường hợp được minh họa trong hình Trường hợp chạm đất xảy ra tại điểm sự cố

2 trong chế độ phụ tải cực đại Nguồn DG2 xuất hiện giữa điểm sự cố và thanh cái 35kV

có thể làm giảm dòng sự cố qua rơ le bảo vệ tại đầu xuất tuyến Như vậy nguồn điện DG2 đã làm giảm vùng tác động của rơ-le, làm tăng nguy cơ rơ-le bảo vệ không phát hiện được dòng chạm đất

d) Ảnh hưởng khác đến chất lượng điện năng

Sóng hài: Trong hệ thống điện, lí tưởng là điện áp tại điểm bất kì đều có dạng hình

sin với tần số danh định (50Hz hoặc 60Hz) Tuy nhiên trên thực tế rất khó đạt được điều này do trong hệ thống có thành phần sóng hài làm biến dạng sóng điện áp Nguồn phát ra sóng hài có thể là nguồn phân tán sử dụng mạch nghịch lưu, bóng đèn huỳnh quanh, thiết

bị thay đổi vận tốc động cơ điện… Các nguồn này sinh ra thành phần sóng hài và có thể bơm chúng vào trong lưới điện Loại sóng hài và mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào công nghệ của các bộ chỉnh lưu, nghịch lưu và sơ đồ kết nối Những dạng nguồn điện phân tán

có thể nguồn phát ra sóng hài bao gồm hệ thống pin nhiên liệu, hệ thống PV Ngoài ra các máy phát điện quay cũng có thể là nguồn phát sóng hài, phụ thuộc vào thiết kế cuộn dây, từ hóa lõi thép

27

Hình 2.5: Ảnh hưởng của sóng hài bậc 3 đến dạng sóng điện áp trên lưới điện

Độ nhấp nháy điện áp: Độ nhấp nháy điện áp là những dao động nhanh của điện

áp trên lưới phân phối Những dao động này có thể làm giảm chất lượng điện năng cấp cho khách hàng khi ánh sáng từ bóng đèn sợi đốt nhấp nháy thay vì là ánh sáng liên tục Những dao động với tần số khoảng 8Hz trở xuống sẽ gây những bất tiện này

Vấn đề nhấp nháy điện áp xuất hiện liên quan đến tua-bin gió Trong lịch sử phát triển của nguồn phân tán, những dự án tua-bin gió đầu tiên chính là nguyên nhân gây ra nhấp nháy điện áp cho lưới phân phối Kết quả là đến nay nhiều người vẫn gắn nguyên nhân hiện tượng nhấp nháy điện áp với các dự án điện gió Tua-bin gió sử dụng tua-bin

có vận tốc cố định với máy phát không đồng bộ là nguyên nhân chính gây ra nhấp nháy điện áp do những đặc tính điện của loại động cơ này Tuy nhiên, phần lớn các dự án điện gió hiện nay sử dụng tua-bin gió có vận tốc thay đổi, công suất phát của những máy phát loại này ổn định nên không còn gây ra nhấp nháy điện áp

Mất cân bằng pha điện áp và dòng điện: Khi đấu nối các nguồn phân tán một pha

vào trong lưới điện, như hệ thống pin mặt trời, sẽ gây ra mất cân bằng điện áp trong hệ thống Mất cân bằng điện áp gây ra quá nhiệt trên động cơ và máy phát không đồng bộ vì máy điện không đồng bộ có thành phần điện kháng thứ tự nghịch thấp Ngoài ra các máy điện đồng bộ và các bộ chỉnh lưu điện tử cũng rất nhạy cảm với mất cân bằng điện áp

Sóng điện áp tần số cơ sở Sóng hài bậc 3

Sóng điện áp thực tế

2.3 Giải pháp đối với những ảnh hưởng của nguồn phân tán

Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến lưới điện cần những giải pháp ở các mức

độ khác nhau Giải pháp đó có thể bắt đầu từ chiến lược, chính sách về phát triển nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo trong hệ thống điện Giải pháp đó có thể từ bước thực hiện quy hoạch hệ thống điện phân phối trong hệ thống điện đến những quy định, yêu cầu kĩ thuật đối với nguồn điện phân tán khi đấu nối vào hệ thống được áp dụng trên toàn hệ thống điện Giải pháp đó có thể là phương án đấu nối kèm theo những giải pháp kĩ thuật đối với từng loại nguồn phân tán, từng dự án cụ thể

2.3.1 Giải pháp cho những ảnh hưởng về kinh tế của nguồn phân tán

Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán về mặt kinh tế chủ yếu là những vấn đề của nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo Đối với những vấn đề này cần phải có giải pháp mang tính chiến lược, chính sách về phát triển nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo Một quốc gia phải xác định được mục tiêu cụ thể về phát triển nguồn năng lượng tái tạo trong từng giai đoạn, xác định được nguồn lực để thực hiện những mục tiêu đó Quốc gia đó cần phải tính toán, lựa chọn để trả lời câu hỏi: Nền kinh tế sẵn sàng chấp nhận chi phí ở mức độ nào để phát triển nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo nhằm đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia và đáp ứng những cam kết quốc tế về môi trường?

29

Từ đó, chính phủ phải đưa ra được chiến lược, chính sách để phát triển nguồn năng lượng tái tạo được thể hiện qua một hệ thống chương trình hành động theo từng lộ trình cụ thể Chương trình hành động này thường được bắt đầu từ việc cải tổ thị trường điện nhằm hướng tới thị trường điện cạnh tranh và tự do Chương trình hành động này cũng đưa ra những biện pháp hỗ trợ, ưu đãi nhằm khuyến khích, thu hút đầu tư vào nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo Thực hiện chương trình hành động này chính là cơ sở để nguồn điện phân tán nói chung và nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo nói riêng có thể phát huy hết những lợi thế khi tham gia vào thị trường điện

2.3.2 Giải pháp đối với những ảnh hưởng về kĩ thuật của nguồn điện phân tán

a) Đối với ảnh hưởng gây quá tải lưới điện

Để nguồn điện không gây quá tải cục bộ cho lưới phân phối khi được đấu nối vào lưới điện trung áp, cần phải tiến hành lập và triển khai đúng theo quy hoạch lưới điện phân phối trung áp Trong quá trình lập quy hoạch lưới điện trung áp cần xem xét, tính toán đến khả năng nguồn điện phân tán có thể phát triển trong tương lai Từ đó đưa ra kế hoạch xây dựng mới hoặc cải tạo lưới điện để trong các chế độ vận hành khác nhau đảm bảo lưới điện vận hành trong giới hạn mang tải cho phép khi xuất hiện nguồn điện phân tán đấu nối vào Như vậy, phát triển nguồn điện phân tán phải nằm trong quy hoạch phát triển lưới điện phân phối trung áp của địa phương

b) Đối với ảnh hưởng đến điện áp lưới điện

Trước hết, nguồn điện phân tán phải hoạt động theo quy định quốc gia về dải điện

áp hoạt động trong chế độ làm việc bình thường, chế độ trong thời gian xảy ra sự cố và chế độ sau khi xảy ra sự cố Do những đặc tính kĩ thuật của nguồn phân tán nên cần phải

có những quy định dành riêng cho đối tượng này trong lưới điện Những quy định này không cần thiết phải có tiêu chuẩn cao nhưng vẫn cần phải đảm bảo hoạt động của nguồn phân tán trong lưới điện không gây ảnh hưởng xấu đến khách hàng dùng điện cũng như hoạt động của đơn vị phân phối điện

Đối với khu vực lưới điện không có nhiều nguồn phân tán (sử dụng máy phát điện đồng bộ) thì máy biến áp liên lạc giữa lưới điện phân phối và truyền tải phải là máy biến

áp có khả năng điều chỉnh điện áp dưới tải Khi khu vực lưới điện có nhiều nguồn điện phân tán mà điện áp trên lưới điện nằm ngoài khả năng điều chỉnh của máy biến áp thì

30

cần thiết phải lắp đặt thêm các thiết bị phụ trợ nhằm điều chỉnh điện áp trên lưới nằm trong dải điện áp quy định Những thiết bị điều chỉnh điện áp này nên là những thiết bị điều khiển theo thuật toán nhằm đáp ứng những thay đổi liên tục của nguồn điện phân tán Các thiết bị này có thể là máy bù đồng bộ điểu khiển được hoặc thiết bị D-FACTS dùng trong lưới phân phối như SVC, STACOM

Cần phải quy định nguồn điện sử dụng máy phát không đồng bộ hoặc sử dụng bộ biến đổi điện tử công suất nghịch lưu, những nguồn điện này không được phép tiêu thụ công suất phản kháng tại điểm đấu nối trong chế độ làm việc bình thường và chế độ khởi động Quy định này nhằm đảm bảo những nguồn điện này không gây sụp áp trên lưới điện khi bắt đầu phát điện Ngoài ra, để tránh hiện tượng sụp đổ điện áp trên diện rộng của lưới điện có nhiều nguồn điện phân tán sử dụng máy phát không đồng bộ cũng cần phải có quy định những nguồn điện này không được tách khỏi lưới điện khi có sự cố trong một khoảng thời gian nhất định Quy định này nhằm đảm bảo nếu sự cố đó là sự cố thoáng qua thì nguồn điện phân tán vẫn tiếp tục phát điện lên lưới sau sự cố mà không cần phải khởi động lại

c) Thay đổi dòng ngắn mạch và hệ thống bảo vệ

Trước hết, trong quy hoạch phát triển lưới điện phân phối cần thiết phải có những tính toán và đánh giá tác động về thay đổi dòng ngắn mạch trên lưới điện khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối Kết quả tính toán trong quy hoạch là cơ sở

để đơn vị quản lí lưới điện đánh giá trước những ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đối với lưới điện phân phối địa phương Đơn vị quản lí lưới điện phân phối sẽ có căn cứ để trao đổi, phối hợp với đơn vị quản lí vận hành nguồn điện phân tán hiện có, chủ đầu tư

dự án nguồn điện phân tán dự kiến về phương án đấu nối Từ đó, các bên sẽ cùng nhau đưa ra giải pháp cụ thể và phân chia trách nhiệm để giải quyết những ảnh hưởng nếu có

Ví dụ nếu có nguồn điện phân tán đấu nối vào một xuất tuyến trung áp bên đơn vị phân phối điện sẽ có trách nhiệm tính toán bổ sung chức năng bảo vệ quá dòng có hướng để đảm bảo tính chọn lọc của rơle, lắp đặt thêm bảo vệ dự phòng để đảm bảo vùng bảo vệ của rơ le Bên phía nhà máy điện phải trang bị hệ thống bảo vệ điện áp cao, bảo vệ điện

áp thấp, bảo vệ tần số thấp

Ngoài ra, quá trình lập phương án đấu nối nguồn điện phân tán mới vào lưới điện phân phối cần phải thực hiện tính toán chi tiết, xem xét cụ thể về ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đối với dòng ngắn mạch trên lưới điện và hệ thống bảo vệ lưới điện

31

Những tính toán trong phương án đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối là thông tin quan trọng mà chủ đầu tư và đơn vị quản lí lưới điện phân phối cần biết trước khi dự án được triển khai

Cần thiết phải có qui định về những hệ thống bảo vệ mà nguồn điện phân tán bắt buộc phải trang bị khi đấu nối vào lưới điện Để đảm bảo sự phối hợp trong hoạt động của hệ thống bảo vệ cũng cần có những qui định cụ thể một số đặc tính của những hệ thống bảo vệ này, yêu cầu về hệ thống thông tin liên lạc

d) Ảnh hưởng đến chất lượng điện năng

Để giảm thiểu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến chất lượng điện năng bao gồm độ nhấp nháy điện áp, sóng hài, mất cân bằng pha điện áp và dòng điện , những qui định với tiêu chuẩn cụ thể áp dụng cho tất cả các loại nguồn điện phân tán khác nhau Thông thường những tiêu chuẩn này thường được lấy theo các tiêu chuẩn quốc tế đang hiện hành

32

Chương 3: YÊU CẦU KĨ THUẬT ĐỐI VỚI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN

ĐẤU NỐI VÀO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 3.1 Yêu cầu kĩ thuật của Việt Nam đối với nguồn phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp

Theo thông tư 32/2010/TT-BCT[1] yêu cầu kĩ thuật đối với lưới điện phân phối nói chung và nguồn điện đấu nối vào lưới điện trung áp được tổng hợp như sau:

Tần số

Tần số định mức trong hệ thống điện quốc gia là 50Hz Trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ± 0,2Hz so với tần số định mức Trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ± 0,5Hz so với tần số định mức

Điện áp

Trong chế độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định như sau:

a) Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là ±5%;

b) Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là +10% và -5%

Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn định sau sự

cố, cho phép mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sự cố trong khoảng +5% và –10% so với điện áp danh định

Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự cố, cho phép mức dao động điện áp trong khoảng ± 10% so với điện áp danh định

Trong đó dao động điện áp được định nghĩa là sự biến đổi biên độ điện áp so với

điện áp danh định trong thời gian dài hơn một (01) phút

Yêu cầu đối với tổ máy phát điện đấu nối vào lưới điện

Tổ máy phát điện đấu nối vào lưới điện phân phối phải đáp ứng các yêu cầu sau: a) Máy cắt của tổ máy phát điện tại điểm đấu nối phải có khả năng cắt dòng điện ngắn mạch lớn nhất cho phép và cách ly được tổ máy ra khỏi lưới điện phân phối trong mọi chế độ vận hành

b) Có khả năng phát công suất tác dụng định mức liên tục trong dải tần số từ 49Hz đến 51Hz Trong dải tần số từ 47Hz đến 49Hz, mức giảm công suất không được vượt quá giá trị tính theo tỷ lệ yêu cầu của mức giảm tần số hệ thống điện, phù hợp với đặc tuyến quan hệ giữa công suất tác dụng và tần số của tổ máy Trong trường hợp tần số thấp hơn 47Hz hoặc cao hơn 51Hz, khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có tổ máy phát điện có quyền quyết định tách hoặc không tách đấu nối các tổ máy phát điện khỏi lưới phân phối điện

c) Trong điều kiện vận hành bình thường, tổ máy phát điện đấu nối vào lưới điện phân phối phải có khả năng phát công suất phản kháng theo đặc tính công suất của

tổ máy và giữ được độ lệch điện áp trong dải quy định

f) Trong trường hợp điểm đấu nối được trang bị thiết bị tự động đóng lại, hệ thống

rơ le bảo vệ của nhà máy điện phải đảm bảo phối hợp được với thiết bị tự động đóng lại của Đơn vị phân phối điện và phải được thiết kế để đảm bảo tách được tổ máy phát điện khỏi lưới điện phân phối ngay sau khi máy cắt, thiết bị tự động đóng lại hoặc dao phân đoạn của lưới điện phân phối mở ra lần đầu tiên và duy trì cách ly tổ máy phát điện khỏi lưới điện phân phối cho tới khi lưới điện phân phối được khôi phục hoàn toàn

Yêu cầu về cân bằng pha

Trong chế độ làm việc bình thường, Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối phải đảm bảo thiết bị của mình không gây ra thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha tại điểm đấu nối quá 5% điện áp danh định đối với cấp điện áp dưới 110kV

Yêu cầu về sóng hài

Giá trị cực đại cho phép (tính theo giá trị tuyệt đối của dòng điện hoặc % dòng điện phụ tải tại điểm đấu nối) của tổng độ biến dạng dòng điện do các thành phần sóng hài bậc cao gây ra tùy theo cấp điện áp được quy định như sau:

a) Đối với đấu nối vào cấp điện áp trung áp hoặc đấu nối có công suất trên 10kW và nhỏ hơn 50kW: giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao không vượt quá 20% dòng điện phụ tải;

b) Đối với đấu nối vào cấp điện áp cao áp hoặc các đấu nối có công suất từ 50kW trở lên: giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao không vượt quá 12% dòng điện phụ tải

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định sau đây: