Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn phân tán đến chất lượng điện áp của lưới điện phân phối

Tuy nhiên, trong quá trình phát triển hệ thống điện Việt Nam, sự xuất hiện của nguồn điện phân tán DG trong lưới điện phân phối cũng kéo theo một số vấn đề nảy sinh khi bản thân các lưới

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-* -

VŨ NGỌC TUÂN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG NGUỒN PHÂN TÁN ĐẾN CHẤT

LƯỢNG ĐIỆN ÁP CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Trần Bách

Hà Nội, năm 2014

Trang 2

Trong quá trình làm luận văn, cũng như trong quá trình học tập nghiên cứu tác giả nhận được sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của Viện Điện, Viện Đào tạo sau Đại học – Đại học Bách khoa Hà Nội và sự quan tâm tạo điều kiện của Công ty Điện lực Nam Định nơi tác giả đang làm việc Tôi xin trân trọng cảm ơn

Tác giả cũng xin trân thành cảm ơn tới thầy giáo PGS.TS Trần Bách, đã nhiệt tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này Qua đây cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giải đáp những vấn đề còn thắc mắc để tôi hiểu sâu sắc hơn cũng như hoàn thành chương trình học này

Do kiến thức còn hạn chế nên bản luận văn khó có thể tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy giáo, cô giáo trong Hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ, cũng như các thầy cô giáo Viện Điện – Đại học Bách Khoa và các bạn có chung điểm quan tâm đến luận văn này

Xin chân thành cám ơn!

Tác giả luận văn

Vũ Ngọc Tuân

Trang 3

LuËn v¨n th¹c sÜ HÖ thèng ®iÖn

Học viên: Vũ Ngọc Tuân Lớp: 2012 B –HTĐ-PC

2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác

Tác giả

Vũ Ngọc Tuân

Trang 4

1.4 Các chế độ làm việc và yêu cầu của lưới điện phân phối 20

Chương 3: Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán tới các chỉ tiêu

kinh tế - kỹ thuật của lưới trung áp

46-76

3.4 Vấn đề về dòng điện sự cố và bảo vệ rơle 58

Trang 5

LuËn v¨n th¹c sÜ HÖ thèng ®iÖn

Học viên: Vũ Ngọc Tuân Lớp: 2012B – HTĐ-PC

4

3.7 Đánh giá ảnh hưởng của DG bằng hệ số đa mục tiêu 72

Chương 4: Tính toán áp dụng, phân tích tổn thất điện năng 77-102

4.2 Hiệu quả của DG trong việc cải thiện chất lượng điện áp và giảm

tổn thất diện năng trên đường dây

Trang 6

Học viên: Vũ Ngọc Tuân Lớp: 2012 B –HTĐ-PC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Trang 7

Bảng 1.1 Hệ số thống kê cho một số phụ tải thông dụng

Bảng 2.1 Dãy công suất tương ứng của các công nghệ nguồn phân tán

Bảng 4.1 Số liệu lưới thử nghiệm khi không có DG

Bảng 4.2 Độ cải thiện điện áp sau khi kết nối DG

Bảng 4.3 Mức giảm tổn thất công suất sau khi kết nối DG

Bảng 4.4 Hệ số đánh giá phương án (IMO)

Trang 8

Hình 1.1 Lưới điện 3 pha 3 dây

Hình 1.2 Lưới điện 3 pha 4 dây

Hình 1.3 Các loại sơ đồ lưới điện trung áp

Hình 1.4 Các loại sơ đồ trung áp trên không

Hình 2.1 Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC)

Hình 2.2 Mặt cắt dọc hộp tổ hợp tuabin - máy phát điện gió

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió tốc độ không đổi

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió DFIG

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió kết nối trực tiếp

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống năng lượng mặt trời

Hình 2.7 Mô hình nhà máy thủy điện nhỏ

Hình 2.8 Mô hình cung cấp điện sử dụng khí Biogass

Hình 2.9 Nhà máy điện địa nhiệt

Hình 3.1 DG làm giảm công suất trên đoạn lưới từ hệ thống tới

Hình 3.2 Phân bố hợp lý các DG trên lưới sẽ giảm được tổn thất so với

Hình 3.3 Điện áp nút tăng lên tại nút có đấu nối DG

Hình 3.4 Ảnh hưởng của DG tới sự phối hợp giữa các bảo vệ

Hình 3.5 Sự phối hợp giữa TĐL và CC trên lưới điện hình tia

Hình 3.6 DG làm việc song song với lưới

Hình 3.7 Chế độ vận hàn cô lập của DG làm tăng độ tin cậy CCĐ

Hình 3.8 Cách thức đặt TĐL có thể làm tăng độ tin cậy của lưới

Hình 4.1 Lưới điện phân phối

Trang 9

Hình 4.2 Biểu đồ điện áp nút trên lưới điện khi chưa có DG

Hình 4.3 Biểu đồ tổn thất công suất các nhánh khi chưa có DG

Hình 4.4 Biểu đồ điện áp nút trên lưới khi có DG tại nút 57

Hình 4.5 Biểu đồ điện áp nút trên lưới khi có DG tại nút 50

Hình 4.6: Biểu đồ điện áp nút trên lưới khi có DG tại nút 36

Hình 4.9: Biểu đồ điện áp nút trên lưới khi có DG tại hai nút 50, 57

Hình 50: Biểu đồ chỉ số chất lượng điện áp khi có DG tại các nút

Hình 51: Biểu đồ chỉ số tổn thất công suất khi có DG tại các nút

Trang 10

Tuy nhiên, trong quá trình phát triển hệ thống điện Việt Nam, sự xuất hiện của nguồn điện phân tán (DG) trong lưới điện phân phối cũng kéo theo một số vấn đề nảy sinh khi bản thân các lưới phân phối chưa đáp ứng được sự gia tăng của nguồn

và tải Sự kết nối DG vào lưới có thể làm thay đổi dòng công suất trên lưới, ảnh hưởng tới tổn thất điện áp và tổn thất công suất trên lưới, ảnh hưởng tới dòng sự cố

và độ tin cậy cung cấp điện của lưới Để tăng mức độ thâm nhập của DG cần phải tập trung quan tâm đến việc bố trí phụ tải trên lưới hiện có Ngoài ra, sự kết nối DG còn ảnh hưởng khác về môi trường và vấn đề kinh tế như đầu tư cải tạo, xây dựng mới hoặc nâng cấp lưới,…

Chính vì những lý do đó, luận văn này sẽ đi vào trình bày những ảnh hưởng của DG tới chất lượng điện áp của nguồn phân phối, trong đó tập trung vào mối quan hệ giữa mức độ thâm nhập và vị trí kết nối của DG trên lưới điện với vấn đề

về điện áp và tổn thất công suất trên lưới thông qua việc sử dụng phần mềm tính toán Những kết luận có liên quan sẽ được đưa ra để phù hợp cho từng đối tượng như thiết kế, vận hành và khai thác lưới điện

Mục tiêu của luận văn

- Phân tích ảnh hưởng của DG tới chất lượng điện áp của lưới điện phân phối

Trang 12

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI TRUNG ÁP

Lưới điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác (như thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) được nối liền với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất truyền tải và phân phối điện năng [1]

1.1 Phân loại lưới điện

Lưới điện được chia thành các loại theo tính chất kỹ thuật, đối tượng phục vụ hoặc phương pháp nghiên cứu:

1.1.1 Theo tính chất dòng điện

- Lưới điện xoay chiều

- Lưới điện một chiều

Lưới điện hiện nay trên thế giới chủ yếu là xoay chiều, hệ thống điện một chiều mới được áp dụng hạn chế trong một số nước

1.1.2 Theo chức năng

- Lưới hệ thống: Nối liền các nhà máy điện và các trạm trung gian khu vực tạo thành hệ thống điện, lưới điện này có yêu cầu độ tin cậy rất cao nên có nhiều mạch vòng kín và vận hành kín Lưới điện hệ thống có điện áp cao và siêu cao

- Lưới truyền tải: Tải điện từ các nhà máy điện hoặc các trạm khu vực đến các trạm trung gian địa phương, lưới điện này có mạch vòng kín đơn giản và có thể vận hành kín hoặc hở Lưới điện này có điện áp 35, 110 hoặc 220kV

- Lưới phân phối trung áp: Đưa điện năng từ các nguồn điện hay các trạm trung gian (địa phương hay khu vực) đến các trạm phân phối phụ tải (gọi tắt là trạm phân phối hay trạm phụ tải)

Lưới phân phối trung áp (phạm vi nghiên cứu của đề tài - sau đây gọi tắt là

Lưới điện phân phối - LPP) làm nhiện vụ phân phối điện năng từ các trạm trung

gian (hoặc trạm khu vực hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải

Lưới phân phối gồm hai phần:

Trang 13

Luận văn cao học Kỹ thuật điện Chương 1

12

- Lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10, 15, 22, 35kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp/ hạ áp và các phụ tải trung áp

- Lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220V

Các động cơ công suất lớn và lò điện dùng trực tiếp điện áp 6  10kV, còn tuyệt đại các bộ phận phụ tải dùng điện áp 0,4kV

Lưới phân phối có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục vụ phụ tải (bao gồm chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện)

Lưới phân phối có cấu trúc kín nhưng vận hành hở (lưới phân phối K/H) Khi

sự cố phần lưới phân phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về phía nguồn bị cắt điện, sau khi cô lập đoạn lưới sự cố, phần lưới tốt còn lại sẽ được đóng điện để tiếp tục vận hành Chỉ có đoạn lưới sự cố bị mất điện cho đến khi sửa chữa xong Phụ tải đặc biệt cần độ tin cậy cao được dự phòng riêng bằng đường dây trung áp hay hạ áp Phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp

Các khối cơ bản của LPP là:

- Trạm biến áp trung gian, biến đổi điện năng sơ cấp máy biến áp (MBA) ở các cấp điện áp cao (110kV, 220kV) cấp cho các LPP địa phương và thường là nâng cao khả năng điều chỉnh điện áp cho lưới cao áp phía sơ cấp MBA

- Lưới phân phối trung áp thường được thiết kế dưới dạng đường dây trên không hoặc cáp ngầm, có cấp điện áp 6, 10, 15, 22, 35kV, được thiết kế phù hợp với địa hình từng khu vực và cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp

- Trạm biến áp phân phối hạ áp, với mật độ dày đặc trên LPP, biến đổi điện năng từ cấp điện áp trung áp xuống cấp điện áp 0,4kV cấp điện trực tiếp cho phụ tải

1.1.3 Theo điện áp

- Lưới điện cao và siêu cao áp;

- Lưới điện trung áp;

- Lưới điện hạ áp

1.1.4 Theo phạm vi hoạt động

- Lưới điện đô thị;

Trang 14

- Lưới điện nông thôn;

- Lưới điện xí nghiệp và dân dụng

1.2 Công nghệ phân phối điện trung áp

Hiện tại có hai loại công nghệ lưới phân phối điện trung áp được sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam:

1.2.1 Lưới phân phối điện 3 pha 3 dây (3p3)

Lưới này chỉ có 3 dây pha, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây

Hình 1.1: Lưới điện 3 pha 3 dây

Khó khăn về kỹ thuật của lưới điện này là khi một pha chạm đất, nếu dòng điện chạm đất do điện dung của các pha đối với đất lớn sẽ xảy ra dập hồ quang lặp lại, hiện tượng này gây ra quá điện áp khá lớn (đến 3,5 lần Uđm pha) có thể làm hỏng cách điện của đường dây hoặc máy biến áp

Để khắc phục người ta phải nối đất trung tính của các cuộn dây trung áp, đây

là nối đất kỹ thuật (cùng với nối đất lưới cao áp, gọi chung là nối đất làm việc)

MBA nguồn Đường trục pha 3 dây

MBA phụ tải 3 pha

Trang 15

14

Điểm trung tính của phía trung áp có thể ở các dạng sau: Trung tính nối đất trực tiếp (Z=0), trung tính cách đất (Z=), trung tính nối đất qua điện trở hoặc điện kháng (Z=R hoặc Z=R+jX), hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang (Petersen) [1]

- Trung tính nối đất trực tiếp (Z=0): Loại trừ hiện tượng hồ quang lặp lại bằng cách cắt ngay đường dây vì lúc này chạm đất sẽ gây ra dòng ngắn mạch rất lớn Bất lợi của cách nối đất này là độ tin cậy cung cấp điện giảm do khi chạm đất một pha cũng tương đương là ngắn mạch một pha, lưới sẽ bị cắt điện để đảm bảo an toàn cho thiết bị trên lưới Dòng điện ngắn mạch quá lớn gây nguy hại cho lưới điện và gây nhiễu thông tin

- Trung tính cách đất (Z=): Ưu điểm của trung tính cách đất là khi bị chạm đất một pha thì lưới vẫn có thể vận hành do đó lưới này có độ tin cậy cao Tuy nhiên, loại trung tính này chỉ có thể áp dụng cho lưới điện có dòng chạm đất do điện dung gây ra nhỏ hơn giá trị giới hạn Vì cách điện của lưới điện phải chịu được điện

áp dây nên sẽ bị ảnh hưởng rất lớn khi xảy ra hiện tượng chạm đất một pha do điện

áp các pha còn lại có thể tăng cao gây quá áp và cộng hưởng Đồng thời làm tăng giá thành lưới điện (nhất là lưới cáp)

- Trung tính nối đất qua điện trở hoặc điện kháng (Z=R hoặc Z=R+jX): điện trở hoặc điện kháng nhằm giảm dòng ngắn mạch xuống mức cho phép Biện pháp này được dùng phổ biến cho lưới phân phối 22kV

- Trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang: điện kháng của cuộn dập hồ quang (còn gọi là cuộn Petersen) tạo ra dòng điện điện cảm triệt tiêu dòng điện điện dung khi chạm đất làm cho dòng điện tổng đi qua điểm chạm đất nhỏ đến mức không gây ra hồ quang lặp lại Do đó khi xảy ra chạm đất một pha lưới điện vẫn vận hành được Lợi ích của biện pháp này là: Dập nhanh hồ quang khi chạm đất một pha, dòng chạm đất rất nhỏ có khi bị triệt tiêu, độ sụt áp nhỏ, không gây nhiễu đường dây điện thoại…Bên cạnh những lợi ích trên thì phương pháp này vẫn có những nhược điểm: khi chạm đất các pha lành phải chịu điện áp dây, sự cố cách điện có thể gây ra hồ quang dao động gây quá áp trên cách điện các pha lành, cuộn dập hồ quang phải điều chỉnh được để thích nghi với cấu trúc vận hành thay đổi của

Trang 16

1.2.2 Lưới phân phối điện 3 pha 4 dây (3p4)

Lưới này ngoài 3 dây pha còn có dây trung tính, các máy biến áp được phân phối được cấp điện bằng điện áp dây (máy biến áp 3 pha) và điện áp pha (máy biến

áp 1 pha) Trung tính của các cuộn dây trung áp được nối đất trực tiếp Đối với loại lưới điện này khi chạm đất là ngắn mạch

Hình 1.2: Lưới điện 3 pha 4 dây

1.3 Sơ đồ lưới phân phối điện trung áp

Lưới điện phân phối với mật độ khá dày đặc, là lưới trung gian kết nối giữa các trạm biến áp trung gian (nguồn) và các khách hàng tiêu thụ điện năng (phụ tải) a) Lưới phân phối hình tia: lưới này có ưu điểm là rẻ tiền nhưng độ tin cậy thì rất thấp b) Lưới phân phối hình tia phân đoạn: độ tin cậy cao hơn Phân đoạn lưới phía nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn lưới phía sau vì

nó ảnh hưởng ít đến các phân đoạn trước Nếu thiết bị phân đoạn là máy cắt thì không ảnh hưởng, nếu là dao cách ly thì ảnh hưởng trong thời gian đổi nối lưới điện

c) Lưới phân phối kín vận hành hở (lưới K/H) do một nguồn cung cấp: có độ tin cậy cao hơn nữa do mỗi phân đoạn được cấp điện từ hai phía Lưới điện này cs thể vận hành kín cho độ tin cậy cao hơn nhưng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo

MBA nguồn Đường trục pha 4 dây

MBA phụ tải 1 pha

Nhánh 1 pha + trung tính

Nhánh 2 pha + trung tính Nối đất lặp lại

Trang 17

e) Lưới điện kiểu đường trục, cấp điện cho một trạm cắt hay một trạm biến áp,

từ đó có các đường dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ tải Trên các đường dây cấp điện không có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy cao Loại này hay dùng để cấp điện cho các xí nghiệp hay các nhóm phụ tải xa trạm nguồn và có yêu cầu công suất lớn f) Lưới điện có đường dây dự phòng chung: có nhiều đường dây phân phối được dự phòng chung bởi một đường dây dự phòng Lưới điện này có độ tin cậy cao và rẻ hơn là kiểu một đường dây dự phòng cho một đường dây như ở trên Loại này được dùng tiện lợi cho lưới điện cáp ngầm

Lưới điện trong thực tế là tổ hợp của 5 loại lưới điện trên Áp dụng cụ thể cho lưới điện trên không hay lưới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ thống điện có kiểu sơ đồ riêng

Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể được điều khiển bằng tay Các thiết bị phân đoạn phải là loại không đòi hỏi bảo dưỡng định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi như tin cậy tuyệt đối

g) Hệ thống phân phối điện: đây là dạng cao cấp nhất và hoàn hảo nhất của lưới phân phối trung áp Lưới điện có nhiều nguồn, nhiều đường dây tạo thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn Lưới điện bắt buộc phải điều khiển

từ xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống SCADA Hiện đang nghiên cứu loại điều khiển hoàn toàn tự động

Các điểm cắt được chọn theo điều kiện tổn thất điện năng nhỏ nhất cho chế độ bình thường, chọn loại theo mùa trong năm và chọn theo điều kiện an toàn cao nhất khi sự cố

Trang 19

18

1.3.1 Sơ đồ lưới phân phối trung áp trên không

Lưới phân phối trên không sử dụng ở nông thôn là nơi có phụ tải phân tán với mật độ phụ tải không cao, việc đi dây trên không không bị hạn chế vì điều kiện an toàn hay mỹ quan Ở lưới phân phối trên không có thể dễ dàng nối các dây dẫn với nhau, các đường dây khá dài và việc tìm kiếm điểm sự cố không khó khăn như với lưới phân phối cáp Lưới phân phối nông thôn không đòi hỏi về độ tin cậy cao như

TBPĐ

Trạm trung gian khác TBPĐ

TBPĐ

2

1 Trạm

b) Lưới phân phối hình tia phân đoạn

c) Lưới phân phối kín vận hành hở

d) Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập

e) Lưới điện kiểu đường trục

f) Lưới điện có đường dây dự phòng chung

g) Hệ thống phân phối điện

Hình 1.4: Các loại sơ đồ trung áp trên không a) Lưới hình tia

b) Lưới hình tia phân đoạn c) Lưới kín vận hành hở

Trang 20

với lưới phân phối thành phố Vì thế lưới phân phối trên không có sơ đồ hình tia, từ trạm nguồn có nhiều trục chính đi ra cấp điện cho từng nhóm trạm phân phối Các trục chính được phân đoạn để tăng độ tin cậy, thiết bị phân đoạn có thể là máy cắt, máy cắt có tự đóng lại có thể tự động cắt ra khi sự cố và điều khiển từ xa Giữa các trục chính của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông để dự phòng khi sự cố hoặc khi ngừng điện kế hoặc đường trục hoặc trạm biến áp nguồn Máy cắt hoặc dao cách ly liên lạc được mở trong khi làm việc để vận hành hở

Dây dẫn của đường trục phải được kiểm tra theo điều kiện sự cố để có thể tải điện dự phòng cho các trục khác bị sự cố

1.3.2 Sơ đồ lưới phân phối cáp trung áp

Lưới phân phối cáp trung áp được dùng ở thành phố có mật độ phụ tải cao, do

đó lưới ngắn Ở đầu đường dây cáp có thể phải đặt thêm kháng điện để giảm dòng điện ngắn mạch

Lưới cáp có cấu tạo phức tạp hơn lưới trên không Do việc phát hiện điểm sự

cố và sửa chữa cáp khó hơn đường dây trên không nên lưới cáp có sơ đồ cơ bản là kín vận hành hở Cáp được chôn trong đất hoặc trong các mương cáp chỉ ngóc lên mặt đất trong trạm phân phối và được nối qua 2 dao cách ly nối tiếp Một trong số dao này mở để vận hành hở

Lưới cáp đô thị có nhiều dạng phức tạp nhằm nâng cao độ tin cậy với giá rẻ

1.3.3 Sơ đồ hệ thống phân phối điện

Hệ thống phân phối điện bao gồm nhiều trạm trung gian được nối liên thông với nhau bởi mạng lưới đường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vòng kín Hệ thống phân phối điện được điều khiển thống nhất trong vận hành bằng hệ thống điều khiển từ xa có sự trợ giúp của máy tính điện tử và tiến tới được điều khiển tự động hoàn toàn bằng máy tính điện tử Hệ thống phân phối điện cho phép vận hành kinh tế lưới điện trong trạng thái bình thường và rất linh hoạt trong tình trạng sự cố, đảm bảo độ tin cậy rất cao Điểm cắt lưới để vận hành hở được thay đổi thường xuyên trong quá trình vận hành khi đồ thị phụ tải thay đổi, sơ đồ vận hành tối ưu

Trang 21

20

được máy tính điện tử tính toán ra từ các số liệu đo xa đặt trên các điểm kiểm tra của hệ thống phân phối điện Khi xảy ra sự cố, máy tính điện tử cũng tính cho ngay phương án vận hành thay thế tốt nhất Nhân viên vận hành thực hiện các sơ đồ tối

ưu bằng các thiết bị điều khiển từ xa

Chú ý rằng nếu không có điều khiển và đo lường từ xa thì vẫn có thể vận hành kinh tế nhưng theo mùa trong năm Người ta tính chọn sơ đồ vận hành tối ưu cho khoảng thời gian trong đó phụ tải gần giống nhau (thường là trong từng mùa do điều kiện khí hậu các ngày giống nhau) sau đó thao tác các thiết bị phân đoạn để thực hiện

1.4 Các chế độ làm việc và yêu cầu của lưới điện phân phối

1.4.1 Định nghĩa chế độ làm việc

Tập hợp các quá trình điện xảy ra trong một thời điểm hoặc một khoảng thời gian vận hành gọi là chế độ của hệ thống điện Đặc trưng của chế độ là các thông số chế độ U, I, P, Q, … Các thông số này luôn biến đổi theo thời gian, là hàm số của thời gian Tùy theo sự biến đổi của các thông số chế độ theo thời gian và dựa vào sự biến thiên này để phân chia chế độ làm việc của lưới điện

Chế độ xác lập có thể là chế độ xác lập đối xứng hoặc không đối xứng Đối với LPP (3 pha 3 dây) thì chế độ làm việc chủ yếu là chế độ đối xứng vì phụ tải được cấp qua MBA 3 pha và phía hạ áp các hộ dùng điện được phân đều cho các pha, Trong các chế độ xác lập thì các chế độ sau được quan tâm hơn cả:

- Chế độ max: là chế độ dùng để chọn hoặc kiểm tra kỹ thuật dây dẫn và thiết

bị phân phối điện, tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng Trên lưới phân phối, chế độ max của từng phần tử và chế độ max chung của lưới điện (mức điện áp trên

Trang 22

Chế độ quá độ là chế độ trong đó các thông số chế độ biến đổi theo thời gian

- Chế độ quá độ bình thường xảy ra khi phụ tải biến đổi giá trị yêu cầu do quy luật sinh hoạt và sản xuất, khi đó điện áp cũng biến đổi theo và được điều chỉnh bởi thiết bị điều chỉnh điện

- Chế độ quá độ sự cố xảy ra khi ngắn mạch, chạm đất pha…trong chế độ này, dòng điện và điện áp biến đổi mạnh, lưới điện có thể phải cắt bộ phận sự cố để đảm bảo an toàn, đưa lưới điện về chế độ xác lập sau sự cố

1.4.2 Các yêu cầu của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối có mật độ khá dày đặc, cung cấp điện năng cho phụ tải với chất lượng điện năng đảm bảo, độ tin cậy cao, an toàn và đem lại cho doanh nghiệp kinh doanh điện lợi nhuận cao nhất trong toàn bộ thời gian vận hành:

- Chất lượng điện năng bao gồm chất lượng điện áp và chất lượng tần số, phải đảm bảo chúng thỏa mãn các tiêu chuẩn về độ lệch và độ dao động Riêng với điện

áp, nó còn phải đảm bảo độ không đối xứng và độ không sin

- An toàn điện gồm có an toàn cho thiết bị phân phối điện, cho hệ thống điện, cho người vận hành và người dùng điện

- Độ tin cậy cung cấp điện cao, cần được xem xét chọn mức tin cậy hợp lý về kinh tế, thể hiện trong việc lựa chọn phương án lưới điện

- Tổn thất điện năng trên lưới là nhỏ nhất

Bên cạnh đó, khả năng tải của lưới điện cũng cần được đảm bảo, đó là dòng điện hoặc dòng công suất mà đường dây hoặc MBA tải được mà không vi phạm các tiêu chuẩn kỹ thuật Trên LPP, khả năng tải được tính theo phát nóng và điều kiện

Trang 23

22

điện áp, tổn thất điện áp trên đường dây phải nhỏ hơn giá trị cho phép, trong điều kiện bình thường và sự cố, đảm bảo chất lượng điện áp ở phụ tải

1.4 Phụ tải của lưới điện phân phối

Phụ tải điện là công suất tác dụng (P) và phản kháng (Q) yêu cầu đối với lưới điện ở điện áp và tần số danh định tại một điểm nào đó trên lưới điện (gọi là điểm tải) và trong một khoảng thời gian nào đó

Trong các giá trị của phụ tải thì quan trọng nhất là phụ tải cực đại (max) là công suất yêu cầu lớn nhất đối với lưới điện trong một chu kỳ vận hành nhất định Giá trị phụ tải đó thường được lấy là giá trị trung bình lớn nhất trong vòng 30 phút của đồ thị phụ tải thực Đây chính là giá trị công suất gây nên tổn thất điện áp lớn nhất trên lưới phân phối

Lưới điện phân phối cung cấp điện tới một lượng lớn và đa dạng về các loại phụ tải như: sinh hoạt, thương mại, công nghiệp, nông nghiệp và các thành phần khác Các phụ tải này có những tính chất và đặc điểm riêng về điện nên có những yêu cầu khác nhau về đặc tính của các lộ đường dây cấp điện cho chúng Và do đó các lộ đường dây sẽ được phân loại theo từng loại phụ tải mà chúng cấp điện tới Trong một trạm trung gian với nhiều lộ xuất tuyến đó phụ thuộc vào phần trăm phụ tải trên tổng số phụ tải được cấp điện [24]

Trên toàn bộ lưới thì đặc tính phụ tải của lưới sẽ thay đổi theo số hộ phụ tải được cấp điện từ lưới Khi số hộ tiêu thụ tăng lên tức là mức ảnh hưởng của chúng tới các chế độ của lưới điện sẽ giảm đi Phụ tải trên lưới có thể được chia thành phụ tải động, phụ tải nhiệt, phụ tải chiếu sáng và các tổn thất trên lưới

Trong phạm vi 80120% điện áp định mức, thì sự phụ thuộc của các thành phần phụ tải hỗn hợp vào điện áp có thể được mô tả thông qua quan hệ sau [24]:

dm a

dmP.U

Trang 24

qf qv

pf pv

).(

)U.(

KqQ

).(

)U.(

KpP

Bảng 1.1 Hệ số thống kê cho một số phụ tải thông dụng

Khi có nhiều thiết bị điện dùng điện đối với một điểm tải, các hệ số pv, pf, qv

và qf có thể tính theo phương pháp trung bình toán học như sau:

Ppv

Trong đó Pi là công suất của phụ tải thứ i

Trang 25

24

1.5.Sự phát triển của lưới phân phối

1.5.1.Sự phát triển của hệ thống điện :

Hệ thống điện trước đây: công suất đi một chiều từ nhà máy điện đến lưới truyền tải rồi đến lưới phân phối và từ lưới phân phối đến phụ tải điện

Hệ thống điện ngày nay: các nhà máy điện nhỏ- nguồn điện phân tán đặt nhiều ở lưới phân phối trung áp và cả ở các hộ tiêu thụ Do đó dòng công suất trên lưới phân phối

và lưới truyền tải đi cả 2 chiều

1.5.2 Lưới điện thông minh :

1-Nguyên do của lưới điện thông minh :

Hiện nay lưới phân phối đang phát triển sang một giai đoạn mới, do xuất hiện các yếu tố sau:

a-Các nguồn điện phân tán được khai thác và đưa vào sử dụng mạnh mẽ, các nguồn công suất nhỏ được đấu vào lưới phân phối trung áp

b-Nhu cầu tiết kiệm điện năng ngày càng cao, nhu cầu độ tin cậy và chất lượng điện năng ngày càng cao

c-Xuất hiện ô tô điện ngày càng nhiều và do đó có nhu cầu nạp điện cao

Trang 26

2-Lưới điện thông minh có các đặc tính sau:

a-Sự phục hồi sau các sự cố, nhận dạng sự cố, giảm đến nhỏ nhất ảnh hưởng của sự

cố

b-Cho phép người dùng điện tam gia tích cực vào việc đáp ứng nhu cầu điện (demand response),cho phép họ sử dụng điện tối ưu, với chi phí thấp

c-Có khả năng chống lại các tấn công vật lý và tấn công mạng

d-Nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện, an toàn điện

e-Điều tiết sự lựa chọn công suất phát và lưu trữ điện năng

f-Tạo thuận lợi cho thị trường điện và các dịch vụ

g-Tối ưu hóa tài sử dụng tài sản và vận hành hiệu quả

3-Các thành phần của lưới điện thông minh :

Trang 27

26

Đường trục trung áp tính từ trạm biến áp trung gian đến tận phụ tải

4-Sơ đồ lưới điện thông minh

Trang 28

5-Các hệ thống tự động cho lưới điện thông minh:

-DA( distribution automation)-hệ thống tự động phân phối điện: một tập hợp các công nghệ cho phép một công ty điện lực giám sát từ xa, phối hợp và điều hành các thành phần của phân phối trong thời gian thực và từ xa

-SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) : Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA là thành phần chính của DA

-DMS(Distribution Management System) : hệ thống quản lý phân phối điện

dưới đây là sơ đồ hệ thống DA

Trang 29

28

hệ thống tự lưới phân phối gồm có: tự động trạm, tự động đường trục và tự động tại

hộ dùng điện

6-Chức năng của DA trên lưới phân phối :

a-Tự động khôi phục vận hành(rơle và tự đóng lại), nâng cao độ tin cậy : gairm thời gian mất điện

b-Tự động điều chỉnh điện áp (điều áp dưới tải và tụ bù)

c-Tái cấu trúc lưới phân phối để cân bằng công suất các phần tránh quá tải , thay đổi nguồn điện tối ưu, giảm phụ tải điện đỉnh, giảm tổn thất điện năng …

Khi các thiết bị này được nối về trung tâm tạo thành hệ thống DA

Hệ thống DA lưới phân phối đặc biệt hiệu quả khi các nguồn điện phân tán (DG)

TBA phân phối

Trang 30

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN

2.1 Định nghĩa và đặc điểm công nghệ

2.1.1 Định nghĩa

Bên cạnh cấu trúc truyền thống của LPP, kết nối từ các trạm biến áp trung gian tới các khách hàng dùng điện thì cùng với sự phát triển của nguồn năng lượng thay thế, yếu tố môi trường, sự phát triển của các công nghệ mới, chất lượng điện năng,

độ tin cậy hệ thống điện…, sự ra đời hệ thống nguồn phân tán (Distributed Generation – DG) là thiết thực cho nhu cầu năng lượng đối với một xã hội phát triển, hiện đại nhằm bổ sung và đáp ứng nhanh chóng nguồn điện cho phụ tải

Nguồn phân tán DG (Distributed Generation) là nguồn phát được lắp đặt gần nơi tiêu thụ điện năng nên loại trừ được những chi phí truyền tải và phân phối không cần thiết Hơn nữa, nó có thể làm giảm việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, tăng cường tính linh hoạt của nguồn điện và độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất

và cải thiện điều kiện điện áp đường dây phân phối [29]

Lợi ích cơ bản nhất của DG là nguồn tái tạo đó là không phát thải khí hiệu ứng nhà kính cũng như là không cần tới nhiên liệu hóa thạch Một lợi ích khác đó là chi phí nhiên liệu rất nhỏ (hầu như là không có đối với điện mặt trời, gió) Điều này sẽ giảm bớt được chi phí vận hành và rủi ro khi vận hành Hạn chế lớn nhất đó chính là vốn đầu tư ban đầu thường rất lớn hơn so với các DG không tái tạo Chẳng hạn đối với nhiệt điện khí, chi phí xây dựng hệ thống là 500EUR/MW, tuy nhiên với điện gió thì giá trị này là 900EUR/MW [2]

Bên cạnh đó là những bất lợi của DG về chi phí cho kết nối, đo đếm và cân bằng

2.1.2 Đặc điểm công nghệ nguồn phát điện phân tán

Các công nghệ DG được phân thành hai nhóm chính:

- Nguồn tái tạo: Điện gió, điện sinh khối (Biomass), điện mặt trời, địa nhiệt, thủy điện nhỏ và cực nhỏ, điện thủy triều và sóng biển

Trang 31

Bảng 2.1 Dãy công suất tương ứng của các công nghệ DG

Loại DG Dãy công suất Loại DG Dãy công suất Thủy điện nhỏ 1 - 100MW Điện sinh khối 100kW - 20MW Thủy điện rất nhỏ 25kW -1 MW Pin nhiên liệu 1kW - 5MW

Pin quang điện 20W - 100kW Năng lượng biển 100kW - 1MW Điện mặt trời 1 - 80MW

Với sự đa dạng về các nguồn phát điện nhỏ phân tán như vậy thì trong tương lai, lưới điện sẽ giống như một mạng internet, trong đó các nguồn phát điện sẽ giống như các máy vi tính ở khắp mọi nơi kết nối tới

Hệ thống điện lúc này là sự kết hợp của các DG và các CG Các CG được kết nối vào lưới điện áp cao ( 110kV) cung cấp điện cho các trung tâm, vùng miền, tiêu thụ công suất lớn trong khi các DG được kết nối vào lưới điện trung thế từ 35kV trở xuống Bên cạnh đó thì một số nguồn nhỏ như: máy phát Diesel, điện mặt trời, pin nhiên liệu… được nối trực tiếp vào lưới hạ thế 0,4kV cung cấp điện cho các khách hàng nhỏ như hộ gia đình hoặc tòa nhà chung cư

DG được kết nối với LPP thông qua điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC) Cách thức đấu nối DG vào lưới phân phối được thể hiện trong hình 2.1 Thiết bị được sử dụng cho việc kết nối DG với lưới phụ thuộc tiêu chuẩn được áp dụng trên lưới Tuy nhiên, ở đầu ra trạm kết nối DG luôn bao gồm các thiết bị đóng/cắt bảo vệ và các thiết bị đo đếm

Trang 32

Hình 2.1 Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC)

2.2 Một số dạng nguồn phát điện phân tán

Một số dạng nguồn phân tán đang được đánh giá là có tiềm năng và tính khả

thi nhất trong quá trình phát triển ở nước ta trong tương lai đó là: điện gió, thủy điện

nhỏ và điện mặt trời…

2.2.1.Nguồn điện gió

2.2.1.1 Khái niệm chung

Đối với tuabin gió, động năng dòng không khí được biến đổi thành điện năng

Công suất của các tuabin gió ngày càng tăng lên trong vòng 2 thập kỉ qua với công

suất lớn nhất của một tổ tuabin gió – máy phát đã lên tới 4MW Đối với các tổ có

công suất nhỏ hơn, cấu hình thường gặp là loại tuabin “đứng” (stall regulated turbin

– không quay) tốc độ cố định Các tuabin lớn hơn 1MW được trang bị hệ thống điều

chỉnh tốc độ để đáp ứng được ứng lực cơ khí tăng lên Các tuabin đơn lẻ thường

Đo đếm

Hệ thống bảo vệ kết

nối

Dao cách ly Máy cắt Lưới

Điểm kết nối (CP) Đường dây kết nối DG

Trang 33

32

được kết nối vào lưới phân phối trung áp Riêng đối với các nhà máy điện gió lớn (tổ hợp kết nối của nhiều tuabin gió), nếu cần thiết có thể nối lên lưới truyền tải

Hình 2.2 Mặt cắt dọc hộp tổ hợp tuabin - máy phát điện gió

Tháp đặt tổ hợp tuabin-máy phát thường được đặt trên trụ thép có thể cao tới 100m, có trang bị các bậc thang để dẫn người vận hành, bảo dưỡng lên trên Các bộ phận chính của hộp tổ hợp tuabin-máy phát như trên hình 2.2 bao gồm: rôto và cánh quạt (rotor and wings), vỏ hộp máy (nacelle), hộp bánh răng truyền động (gear box)

và máy phát điện (generator)

Công suất cơ lấy ra từ tuabin gió phụ thuộc vào diện tích quét của cánh quạt và

tỉ lệ bậc ba với tốc độ gió theo công thức:

p .A.C2

Cp: hệ số công suất cơ của tuabin gió (Cp = 0,20,5)

Ở tốc độ gió 6m/s thì năng lượng tương ứng là 132 W/m2, khi  = 12m/s thì năng lượng tương ứng là 1053 W/m2

Trang 34

Nguồn điện gió có ưu điểm là không tiêu thụ nhiên liệu và không gây ô nhiễm môi trường nhưng nhược điểm cơ bản của điện gió là không ổn định, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng Một vấn đề khác nữa là tiếng ồn từ cánh quạt của tuabin gió cũng cần được quan tâm thỏa đáng

Công thức (2.1) được tính ứng với tốc độ gió nhất định Tuy nhiên tốc độ gió lại thường xuyên thay đổi Nếu tính một cách chính xác cần xác định chế độ gió tại rất nhiều thời điểm khác nhau trong ngày (thường được xác định theo giờ)

max

i n igio P P



Trong đó:

Pigio: công suất máy phát gió tại mức vận tốc i, kW

i : vận tốc gió tại thời điểm i, m/s

max: vận tốc gió cực đại, m/s

Pn: công suất đặt của máy phát, kW

Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho châu Á, Ngân hàng thế giới đã

có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam Theo tính toán của nghiên cứu này thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất, tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt khoảng 513.360MW

Ưu điểm dễ thấy nhất của điện bằng sức gió là không tiêu tốn nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa điểm và tiết kiệm đất xây dựng Các trạm điện bằng sức gió có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ tránh được chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện Ngày nay, điện năng sức gió đã trở nên rất phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, công nghệ lắp ráp đã hoàn thiện nên chi phí cho việc hoàn thành một trạm điện bằng sức gió hiện nay chỉ bằng 1/5 so với năm 1986

Trạm điện bằng sức gió có thể đặt ở những địa điểm và vị trí khác nhau, với những giải pháp rất linh hoạt và phong phú Các trạm điện bằng sức gió đặt ở ven biển cho sản lượng cao hơn các trạm nội địa vì ở bờ biển thường có gió mạnh Giải

Trang 35

34

pháp này tiết kiệm đất xây dựng, đồng thời việc vận chuyển các cấu kiện lớn trên biển cũng thuận lợi hơn trên bộ Dải bờ biển Việt Nam trên 3000km có thể tạo ra công suất hàng tỉ kW điện năng bằng sức gió Đặt một trạm điện bằng sức gió bên cạnh các trạm bơm thủy lợi ở xa lưới điện quốc gia sẽ tránh được việc xây dựng đường dây tải điện với chi phí lớn gấp nhiều lần chi phí xây dựng một trạm điện bằng sức gió Việc bảo quản một trạm điện bằng sức gió cũng đơn giản hơn việc bảo vệ đường dây tải điện rất nhiều

Tuy nhiên, gió là dạng năng lượng mang tính bất định cao nên khi đầu tư vào lĩnh vực này cần có các số liệu thống kê đầy đủ, tin cậy Nhưng chắc chắn chi phí đầu tư cho điện bằng sức gió thấp hơn so với thủy điện Toàn bộ chi phí cho một trạm điện bằng sức gió 5MW khoảng 3.000.000 euro Với 500 trạm điện bằng sức gió loại 5MW sẽ có công suất 2,5 triệu kW, lớn hơn công suất thủy điện Sơn La, tổng chi phí sẽ là 1,875 tỉ USD, chi phí này nhỏ hơn 2,4 tỉ USD là dự toán xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La

2.2.1.2 Phân loại máy phát điện gió

A) Loại A – Constant Speed Wind Turbine

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió tốc độ không đổi

Mô hình loại này được phát triển từ Đan Mạch, có cấu tạo gồm một máy phát điện không đồng bộ (MPKĐB – là loại máy điện cảm ứng roto lồng sóc), biến đổi năng lượng cơ học thành điện năng Hộp bánh răng có tác dụng khớp tốc độ của roto tuabin gió và máy phát điện do chúng có tốc độ vận hành khác nhau

Trang 36

Máy phát điện trượt nhẹ theo lượng công suất đầu ra và do đó không hẳn là tốc

độ của máy phát điện là không đổi Tuy nhiên, sự thay đổi tốc độ này nằm trong giới hạn 12% nên loại tuabin gió này được coi là có tốc độ không đổi hoặc cố định [26]

Mặc dù có cấu tạo đơn giản, chắc chắn nhưng mô hình loại này có những nhược điểm sau:

- Không thể điều chỉnh được công suất tối ưu;

- Ứng lực tác động lên hệ thống lớn khi tốc độ thay đổi đột ngột;

- Không có khả năng điều chỉnh tích cực do tần số và điện áp stato cố định theo lưới MPKĐB thường tiêu thụ công suất phản kháng Mức tiêu thụ công suất phản kháng phụ thuộc vào điện áp nút, công suất tác dụng P và tốc độ của roto Do vậy, MPKĐB không được sử dụng để điều chỉnh điện áp Lượng công suất phản kháng của MPKĐB tiêu thụ trong phần lớn các trường hợp được bù bằng tụ bù Theo đó, công suất phản kháng chỉ trao đổi giữa MPKĐB và tụ bù, làm giảm lượng Q trên lưới và tăng hệ số công suất cos trên lưới, giảm tổn thất điện áp

Để nâng cao khả năng điều chỉnh điện áp trong trường hợp này, ta sử dụng các

bộ tụ bù đóng cắt hoặc các giàn tụ Statcom hoặc tụ bù tĩnh (SVC)

B) Loại B – Doubly Fed Induction Generator

Mô hình loại này được trang bị với một MPKĐB với cuộn dây stator của máy phát điện được nối trực tiếp với lưới điện, còn cuộn dây roto máy phát điện được nối với bộ biến đổi công suất, sử dụng cấu hình Back-to-Back tạo thành mạch vòng điều khiển dòng Vì bộ biến đổi công suất bù lại sự sai lệch giữa tần số cơ và điện bằng cách bơm vào một dòng roto có tần số thay đổi nên tuabin gió làm việc với tốc

độ thay đổi Điều đó có nghĩa là tốc độ cơ của roto có thể được điều chỉnh theo hàm mục tiêu cụ thể, như là đạt tối đa công suất nhận được và tối thiểu hóa tiếng ồn Tốc độ của roto được điều chỉnh bằng cách thay đổi công suất phát có được từ hàm mục tiêu

Việc phát công suất phản kháng có thể được điều khiển bằng dòng roto Trong trường hợp này, không tồn tại một quan hệ duy nhất giữa công suất phản kháng và

Trang 37

36

các đại lượng khác như tốc độ roto và công suất tác dụng phát Thay vào đó, ứng với một tốc độ roto cụ thể và mức phát công suất tác dụng tương ứng là lượng công suất phản kháng có thể được phát hoặc tiêu thụ trong một phạm vi thay đổi rộng

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió DFIG

Tuy không phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ roto và công suất phát P nhưng công suất phản kháng Q vẫn bị ảnh hưởng bởi các đại lượng đó Điều đó là do cả mômen quay MPKĐB và việc phát Q phụ thuộc trực tiếp vào dòng điện mà bộ điều khiển tốc độ roto nhận được từ tốc độ thực roto Dòng điện cần để tạo ra mômen mong muốn lại quyết định dung lượng bộ biến đổi cho khép vòng dòng điện để phát hay tiêu thụ công suất phản kháng

Trong loại A và B, máy phát diện được thiết kế và vận hành ở hệ số công suất cos = 0,9

C) Loại C – Direct Drive Wind Turbine

Mô hình loại này cấu tạo gồm có một máy phát điện đồng bộ (MPĐB) nhiều cực có tốc độ quay thấp, có chiều quay cùng với chiều quay của roto tuabin gió, biến đổi năng lượng cơ học thành điện năng

Loại này không sử dụng hộp bánh răng truyền động Đầu dây ra từ stato nối trực tiếp với lưới thông qua bộ biến đổi công suất Bộ biến đổi sử dụng loại Back-to-Back biến đổi nguồn điện áp hoặc bộ chỉnh lưu đi-ốt với bộ biến đổi nguồn điện

áp đơn pha

Trang 38

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió kết nối trực tiếp

Sự trao đổi công suất phản kháng giữa MPĐB với lưới điện không phụ thuộc vào đặc tính của MPĐB mà được xác định bởi đặc tính phía lưới điện của bộ biến đổi MPĐB được tách biệt hoàn toàn khỏi lưới điện Do vậy, việc trao đổi công suất phản kháng giữa bản thân MPĐB và phía máy phát điện của bộ biến đổi cũng như

là giữa phía lưới điện của bộ biến đổi với lưới điện là hoàn toàn tách biệt Điều này

có nghĩa là hệ số công suất cos của MPĐB và hệ số công suất cos phía lưới điện cua bộ biến đổi có thể được điều chỉnh độc lập với nhau Thông thường, máy phát điện trong trường hợp này được thiết kế và vận hành với cos = 1

Đối với cả 3 loại mô hình, thông thường thì điện áp tại các nút được đo và làm tín hiệu điều khiển bộ điều khiển điện áp, điều khiển mức phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng Tuy nhiên trong một số trường hợp hoặc điện áp ở một nút nào đó lân cận với nút kết nối tuabin gió cũng được điều chỉnh do đặc tính địa phương của điện áp lưới Khi điện áp đo được quá thấp, việc phát công suất phản kháng tăng lên; khi điện áp đó quá cao thì công suất phản kháng phát lại được giảm xuống Trong trường hợp sự cố ngắn mạch gần MPĐ, làm cho điện áp đầu cực của MPĐ sụt giảm mạnh và công suất điện do MPĐ phát ra cũng sụt giảm, trong khi công suất cơ của tuabin gió vẫn được duy trì Roto của máy phát điện lúc này sẽ bị gia tốc và máy rơi vào trạng thái lồng tốc trong thời gian trước khi sự cố bị loại trừ Sau khi sự cố được loại trừ, MPĐ lúc này yêu cầu một lượng công suất phản kháng lớn từ lưới điện để duy trì từ trường quay trong nó, và khôi phục điện áp đầu cực

Trang 39

38

Nếu lượng công suất phản kháng này không được đáp ứng kịp thời khiến cho điện

áp đầu cực không khôi phục được thì MPĐ không khởi động được Để khắc phục, ngay tại điểm kết nối của điện gió thường được trang bị thiết bị bù, làm nguồn cấp công suất phản kháng ngay tại chỗ Giá trị dung lượng bù phụ thuộc vào hệ số công suất yêu cầu, công suất phát của máy phát (hoặc trạm điện gió) và đặc điểm của lưới điện

2.2.2 Nguồn điện mặt trời

Việt Nam là nước nhiệt đới, tiềm năng bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế giới, đặc biệt ở các vùng miền phía Nam có nhiều nắng (số giờ nắng vào khoảng 1600-2600 giờ/năm) Vào năm 2007, mức sản xuất hệ thống biến năng lượng mặt trời (PV) tành điện năng trên toàn thế giới đạt đến mức 850MW, tăng 39% so với năm 2004 Quốc gia có mức tăng trưởng nhanh nguồn năng lượng trên là Nhật Bản, 45% và Châu Âu, 40% Những ưu điểm chính của nguồn năng lượng mặt trời là: Không làm ô nhiễm không khí; không tạo ra hiệu ứng nhà kính, không tạo ra phế thải rắn và khí như các nguồn năng lượng do than đá, khí đốt và năng lượng nguyên tử; các hệ thống PV này có thể thiết lập ngay tại khu đông đúc dân cư hay ngay trên nóc các chung cư hay các tòa nhà lớn

Mặc dù hiện nay giá thành của việc thiết lập một hệ thống PV cao hơn 10 lần

so với một nhà máy nhiệt điện dùng than đá, 2 lần so với nhà máy nguyên tử, 4 lần

so với nhà máy dùng khí tái lập (renewable gas), nhưng hệ thống PV một khi đã được thiết lập thì chi phí điện năng sử dụng sẽ được giữ cố định trong vòng 20 năm sau đó vì hệ thống không cần đến nhu cầu nguyên liệu và các PV đã được bảo đảm vận hành suốt đời Nếu tính một dự án điện mặt trời có vòng đời 20 năm thì việc lắp đặt

để ung cấp điện và nhiệt năng có hiệu quả cao Hơn nữa, năng lượng trên có thể được dự trữ để dùng trong thời gian trời không đủ nắng hoặc chuyển tải điện dư thừa vào lưới điện

Trang 40

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống năng lượng mặt trời

Sự chuyển đổi năng lượng nhiệt của Mặt trời thành điện năng có thể được thực hiện theo hai phương thức:

- Phương thức thứ nhất của nhà máy dùng bức xạ mặt trời là hệ thống làm việc như một nhà máy nhiệt điện, mà trong đó lò hơi được thay bằng hệ thống kính hội

tụ thu nhận nhiệt bức xạ mặt trời để tạo hơi nước quay tuabin

- Phương thức thứ hai là chuyển đổi quang năng thành điện năng dưới dạng pin mặt trời Pin mặt trời có cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p và n Lớp tiếp xúc giữa gọi là lớp chuyển tiếp p-n Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời vào lớp chuyển tiếp p-n có sự khuyêch tán của các hạt dẫn cơ bản qua lớp tiếp xúc, tạo nên một điện trường và do đó sinh ra một suất điện động quang điện Giá trị của suất điện động này tăng theo sự tăng của cường độ chiếu sáng Như vậy Pin Mặt trời biến đổi trực tiếp bức xạ năng lượng mặt trời thành điện năng, không qua bước trung gian về nhiệt

Điện năng do pin Mặt trời sản xuất ra không dùng hết có thể được tích trữ bằng ắcqui Đặc điểm chung của nguồn điện này là công suất đặt của một tổ hợp các tấm pin mặt trời thường khá nhỏ, thường chỉ cấp điện cho các phụ tải quy mô nhỏ

và hoạt động độc lập hoặc chỉ kết nối vào lưới hạ áp Dòng điện ngắn mạch ngoài

Định dạng
Số trang	105
Dung lượng	2,69 MB

Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn phân tán đến chất lượng điện áp của lưới điện phân phối

Phõn loại mỏy phỏt điện giú