Xét ảnh hưởng của các nguồn phân tán và các bộ tụ bù tới chất lượng điện áp và tổn thất trong lưới phân phối

Trường đại học bách khoa hà nội ---0o0---Luận văn thạc sỹ khoa học XéT ảNH HƯởng của các nguồn phân tán và các bộ tụ bù tới chất lượng điện áp và tổn thất trong lưới ph ân phối... Mục đí

Trường đại học bách khoa hà nội

-0o0 -Luận văn thạc sỹ khoa học

XéT ảNH HƯởng của các nguồn phân tán

và các bộ tụ bù tới chất lượng điện áp

và tổn thất trong lưới ph ân phối

-0o0 -Luận văn thạc sỹ khoa học

XéT ảNH HƯởng của các nguồn phân tán

và các bộ tụ bù tới chất lượng điện áp

và tổn thất trong lưới phân phối

luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác.

Hà Nội, tháng 4 năm 2010 Tác giả luận văn

Lê Công Thịnh

Để hoàn thành được luận văn, ngoài sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô, các bạn b è và đồng nghiệp.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Đào Quang Thạch, người đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn tôi trong suốt quá tr ình học tập cũng như làm luận văn Tác giả cũng xin chân th ành cám ơn các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa H à Nội đã tận tình dạy bảo cho tôi có được như ngày hôm nay.

Bên cạnh đó, tác giả xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình giúp đỡ và đóng góp ý kiến về chuyên môn của các đồng nghiệp ở Viện Khoa học năng l ượng – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cũng như trong quá trình công tác đã tạo điều kiện thời gian cho tôi học tập v à hoàn thành luận văn.

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 cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện và những người quan tâm.

Xin chân thành cám ơn!

Tác giả

Lê Công Thịnh

EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam

PCC Point of common connection - Điểm kết nói chung

Bảng 2.1: Đánh giá tiềm năng gió ở Việt Nam (tại các v ùng có dân cư)

Bảng 2.2: Tiềm năng của nguồn năng l ượng gió phát điện ở Việt Nam

Bảng 4.1: Tổng tổn thất của hệ thống tr ước và sau khi đặt PDG = 4MW cho một

Bảng 4.4: Tổng tổn thất của hệ thống tr ước và sau khi đặt PDG= 3MW; QDG =

-0.41MVAr cho một số nút điển hình trong hệ thống

Bảng 4.5: Tổng tổn thất của hệ thống tr ước và sau khi đặt PDG = 4.5MW; Q =

-0.86MVAr cho một số nút điển hình trong hệ thống

Bảng 4.6: Tổng tổn thất của hệ thống tr ước và sau khi đặt PDG= 5MW; QDG =

-1.05MVAr cho một số nút điển hình trong hệ thống

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Nguồn phát điện hiện tại và trong tương lai

Hình 2.1: Các phương thức kết nối DG với lưới điện

Hình 2.2: Các phương thức vận hành của DG trong lưới điện

Hình 2.3: Máy phát phân tán n ối lưới và biểu đồ điện áp

Hình 2.4: Tổn thất công suất tác dụng với mức thâm nhập khác nhau của DG Hình 2.5: Sụt điện áp với mức thâm nhập khác nhau của DG

Hình 2.6-2.9: Biểu diễn sự suy giảm điện áp của máy phát khi ngắn mạch ba pha

tại điểm kết nối chung với các tỷ số công suất ngắn mạch khác nhau Hình 2.10: Mô hình máy phát tuabin gió n ối lưới và biểu đồ pha điện áp

Hình 2.11: Dao động vận tốc gió (a), công suất tác dụng (b), phản kháng (c) v à

dao động điện áp (d) của máy phát điện gió

Hình 2.12: Máy phát điện gió hấp thụ công suất phản kháng từ l ưới khi gia tăng

công suất phát tác dụng

Hình 2.15: Đường biểu diễn P và Q của tuabin gió công suất 600kW

Hình 2.16: Điện áp của tuabin gió lúc khởi động

Hình 2.17: Các bước tính toán xác định chập chờn của tuabin gió

Hình 2.18: Mô hình đường dây truyền tải

Hình 2.19: Hệ thống điện kết nối tuabin gió

Hình 2.20: Sơ đồ thay thế tương đương

Hình 2.21: Biểu đồ véctơ quan hệ điện áp giữa nút phát và nút nhận

Hình 2.22: Biểu đồ pha điện áp của mạng điện

Hình 2.23: Biểu đồ công suất P-Q tại nút nhận

Hình 2.24: Biểu đồ véctơ trên mặt phẳng công suất

Hình 2.25: Các bước thực hiện xác định điện áp v à công suất giới hạn tại nút kết

nối chung của các nhà máy điện gió với hệ thống điện

Hình 3.1: Mô hình của một mạch đường dây

Hình 3.2: Mô hình thay thế hình  lưới 3 pha

Hình 3.3: Sơ đồ đánh số nút và nhánh

Hình 3.4: Các bước cơ bản của thuật toán

Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán tính toán tổn thất hệ thống khi có DG thâm nhập v ào

hệ thống và tối ưu hoá vị trí đặt DG

Hình 4.2: Sơ đồ thuật toán tính toán điện áp v à dòng điện [V,I]

Hình 4.3: Tổn thất của hệ thống khi đặt PDG=4MW tại vị trí từng nút trên lưới Hình 4.4: Chất lượng điện áp ban đầu của hệ thống v à sau khi đặt DG tại vị trí

nút 19

Hình 4.5: Tổn thất của hệ thống khi đặt PDG = 5MWtại vị trí từng nút trên lưới

Hình 4.6: Chất lượng điện áp ban đầu của hệ thống và sau khi đặt DG tại vị trí nút 18

Hình 4.7: Tổn thất của hệ thống khi đặt PDG=6.5MW tại vị trí từng nút trên lưới Hình 4.8: Chất lượng điện áp ban đầu của hệ thống v à sau khi đặt DG tại vị trí

nút 16

Hình 4.10: Bảng tổng hợp chất lượng điện áp của hệ thống tại vị trí tối ưu nhất

trong 3 trường hợp trên

Hình 4.11: Tổn thất của hệ thống khi đặt PDG= 3MW; QDG= - 0.41MVAr tại vị

Hình 4.17: Bảng tổng hợp tổn thất của hệ th ống khi đặt DG tại vị trí từng nút

trong 3 trường hợp trên

Hình 4.18: Bảng tổng hợp chất lượng điện áp của hệ thống tại vị trí tối ưu nhất

trong 3 trường hợp trên

Tóm tắt luận văn

Danh mục các chữ viết tắt, các bảng biểu, các h ình vẽ

Mở đầu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN PHÁT ĐIỆN

PHÂN TÁN

1.1 Giới thiệu chung về lưới điện phân phối 4

1.2 Tổn thất điện năng trong lưới phân phối 5

1.3 Nguồn điện phân tán 7

1.3.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán (DG) 7

1.3.2 Những lợi ích của nguồn phân tán 9

1.3.3 Các ảnh hưởng của nguồn phân tán 10

1.3.4 Đặc điểm công nghệ nguồn phân tán 10

1.3.5 Gam công suất DG ứng với các công nghệ khác nhau 21

1.3.6 Hiện trạng và xu hướng phát triển nguồn DG ở Việt Nam 21

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CÁC TÁC Đ ỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN LƯỚI ĐIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CÁC NGUỒN NĂNG L ƯỢNG PHÂN TÁN 2.1 Giới thiệu chung 23

2.2 Các tác động chính của DG đến lưới điện phân phối 24

2.2.1 Thay đổi điện áp các nút trên xuất tuyến 24

2.2.2 Thay đổi tổn thất công suất 26

2.2.3 Suy giảm điện áp 29

2.2.4 Dao động điện áp và hiện tượng chập chờn điện áp 32

2.2.5 Ổn định điện áp trong hệ thống cung cấp điện có kết nối DG …39 2.2.5.1 Phương trình công suất của hệ thống phân phối điện 40

2.2.5.2 Xác định mối quan hệ giữa điện áp v à công suất giới hạn tại nút kết nối trong hệ thống điện có kết nối máy phát điện gió 43

2.3 Xét ảnh hưởng của các nguồn điện phân tán (DG) đến chế độ vận h ành kinh tế lưới điện 49

2.4.1.1 Tiềm năng 52

2.4.1.2 Khả năng khai thác năng lượng mặt trời 56

2.4.2 Đánh giá tiềm năng về năng lượng gió 58

2.4.2.1 Tiềm năng 58

2.4.2.2 Khả năng khai thác các dự án điện gió 62

2.4.3 Đánh giá về tiềm năng năng lượng điện Thủy triều 64

2.4.3.1 Đánh giá tiềm năng 64

2.4.3.2 Khả năng khai thác 65

2.4.4 Đánh giá về năng lượng sinh khối 68

2.4.4.1 Hiện trạng khai thác và sản xuất NL từ nguồn sinh khối 68

2.4.4.2 Đánh giá tiềm năng 69

2.5 Các giải pháp cấp điện cho khu vực xa l ưới điện Quốc gia, phát triển nguồn năng lượng phân tán cho các vùng sâu, vùng xa 71

2.5.1 Định hướng khuyến khích phát triển các công nghệ ngo ài lưới.71 2.5.2 Các giải pháp cụ thể cung ứng điện cho các khu vực v ùng sâu, vùng xa mà lưới điện không thể kéo đến hoặc không kinh tế 72

2.5.2.1 Các tiếp cận cho định hướng phát triển 72

2.5.2.2 Các giải pháp cung ứng điện bằng nguồn năng l ượng phân tán73 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN B Ố DÒNG CÔNG SUẤT TẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TỐI ƯU DG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI 3.1 Mục đích tính toán chế độ xác lập 76

3.2 Các phương pháp tính toán ch ế độ xác lập lưới phân phối 76

3.3 Mô hình các phần tử cơ bản của hệ thống 79

3.3.1 Mô hình đường dây 79

3.3.2 Mô hình phụ tải 80

3.3.3 Mô hình của tụ điện 81

3.3.4 Mô hình nguồn phân tán 82

3.3.5 Đánh số nút lưới 82

3.3.6 Thuật toán dòng tải 83

3.3.6.1 Quá trình ngược 83

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN TÌM VỊ TRÍ TỐI ƯU NGUỒN PHÂN TÁN

TRONG HỆ THỐNG

4.1 Tính toán vị trí tối ưu DG trong hệ thống 88

4.2 Tính toán vị trí tối ưu DG khi DG chỉ cung cấp công suất tác dụng 93 4.3 Tính toán vị trí tối ưu DG khi DG cung cấp công suất tác dụng P v à tiêu thụ công suất phản kháng Q 93

4.4 Thuật toán tính toán vị trí tối ưu DG trong hệ thống 94

4.5 Áp dụng tính toán cho hệ thống l ưới điện 97

4.6 Kết quả tính toán và nhận xét 98

4.6.1 Kịch bản 1: DG chỉ cung cấp công suất tác dụng P 98

4.6.2 Kịch bản 2: Nguồn phân tán (DG) cung cấp công suất tác dụng P v à tiêu thụ công suất phản kháng Q 107

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận chung 118

5.2 Kiến nghị 119

PHẦN II: PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển nhanh của nền kinh tế và kỹ thuật nhu cầu về năng

lượng và tốc độ sử dụng năng lượng ngày càng cao Nguồn điện phân tán (DG) là

một trong những loại nguồn sẽ ngày càng được ứng dụng nhiều trong l ưới điệnphân phối trong tương lai vì những lý do chính sau: thứ nhất l à do việc thị trường

điện đã mở cửa cho các nhà đầu tư tham gia ở tất cả các dạng nguồn năng l ượng,

thứ hai đó là các nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt trong khi

ý thức bảo vệ môi trường của người dân tăng lên Một lý do nữa đó là sự pháttriển rất nhanh của nhu cầu phụ tải trong khi việc xây dựng các nguồn phát điệntruyền thống công suất lớn cần nhiều thời gian Khuynh hướng này được tạo racòn bởi những hiệu quả chính mà DG mang lại khi tham gia vào lưới phân phối.Khách hàng sử dụng DG sẽ dẫn đến việc giảm bớt gánh nặng công suất v ào giờ

cao điểm, giảm tổn thất trên đường dây truyền tải, cải thiện chất l ượng điện năng,tăng cường độ tin cậy và thân thiện với môi trường Nhà cung cấp sử dụng DG

để giảm áp lực về đầu t ư cải tạo lưới điện, giảm chi phí nhi ên liệu, chi phí vận

hành và các yêu cầu dự phòng

2 Mục đích của luận văn

Mục tiêu chính của luận văn này là xem xét các khả năng tối ưu vị trí đặt

DG vào lưới để mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và kỹ thuật như cải thiện chấtlượng điện áp, giảm tối thiểu tổn thất công suất trong hệ thống phân phối, thì việcđịnh ra được các vấn đề liên quan như trên là thực sự hữu ích để giúp các nh à

quản lý, vận hành và sản xuất có tiếng nói chung Chất lượng điện năng trong hệthống phân phối có thể được cải thiện bởi việc chọn vị trí DG v à dung lượng phùhợp Quá trình tìm kiếm vị trí DG có thể xem xét như một vấn đề tối ưu Tuynhiên, nếu DG cung cấp công suất với mục đích giảm tổn thất, nâng cao chất

lượng điện áp trong giới hạn cho phép th ì trong trường hợp này nó không có lợi

ích thực sự dưới quan điểm tổn thất, nâng cao chất lượng điện áp của hệ thốngcũng như về vấn đề đầu tư giá thành vào DG Vì vậy đối với hệ thống cung cấp

điện trung áp, ngoài điện lưới còn có các nguồn thủy điện nhỏ (TĐN) cũng như

các nguồn điện phân tán tham gia cung cấp điện Các nguồn có vai tr ò quan trọngtrong cân bằng năng lượng, nhưng do lưới điện trung áp thường là lưới yếu, nêncác nguồn phân tán có những tác động không nhỏ đến chế độ của chúng Trong

công tác điều độ lưới điện, việc tính toán phân bố công suất, t ìm điểm mở mạch

vòng, chọn các phương thức vận hành lưới điện cho các nguồn DG l à hết sức cầnthiết nhằm khai thác triệt để nguồn DG, tiết kiệm điện năng từ l ưới quốc gia, đảmbảo giảm thiểu tổn thất điện năng và điện áp, vận hành đơn giản Chính vì những

lý do đó, mục tiêu của bài toán tối ưu hoá vị trí đặt và công suất phát của DG là

một sự chọn lựa hấp dẫn đố i với việc lập kế hoạch mở rộng v à phát triển lưới

điện phân phối trong tương lai Những nguồn phân tán có thể được đặt một cách

có chiến lược trong lưới điện nhằm giảm tổn thất điện năng, cải thiện chất l ượng

điện áp và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

3 Phạm vi nghiên cứu

 Nguồn phân tán là gì? Và những lợi ích mà chúng mang lại

 Đánh giá các tác động của nguồn phân tán đến l ưới điện và đánh giá tiềmnăng nguồn năng lượng DG

 Xây dựng một chương trình bằng phần mềm MATLAB để tính toán tổnthất hệ thống và tìm ra vị trí tối ưu DG trong hệ thống

và cung cấp công suất tác dụng; cung cấp công suất tác dụng nhưng tiêuthụ công suất phản kháng

 Áp dụng với sơ đồ lưới điện thực tế, đánh giá kế t quả chất lượng điện năngkhi có DG thâm nhập vào lưới

4 Bố cục của luận văn

Luận văn bao gồm 5 chương, được phân bố như sau:

Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối và nguồn phát điện phân tán Chương 2: Phân tích các tác động của nguồn điện phân tán đ ến lưới điện và

đánh giá tiềm năng các nguồn năng l ượng phân tán

Chương 3: Phương pháp phân bố dòng công suất tải và phương pháp xác định vị

trí tối ưu DG trong lưới phân phối

Chương 4: Tính toán tìm vị trí tối ưu nguồn phân tán trong hệ thống.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN PHÁT ĐIỆN

PHÂN TÁN 1.1 Giới thiệu chung về lưới điện phân phối

Lưới điện địa phương hay còn gọi là lưới phân phối bao gồm các đường dây trên không, đường cáp ngầm và các trạm biến áp phân phối Chúng có nhiệm vụ phân phối và cung cấp điện trực tiếp đến các hộ dùng điện nằm cách trung tâm cung cấp điện (thường là trạm biến áp truyền tải 110kV) khoảng vài chục kilômét.

Nhìn chung lưới điện phân phối ở Việt Nam có rất nhiều cấp điện áp, lưới điện chắp vá, các đường dây quá dài, mang tải hơn khả năng cấp điện, các thiết bị chưa được nâng cấp, vận hành chưa được hợp lý dẫn tới tổn thất công suất, điện áp trên lưới phân phối là rất lớn Hiện tại, lưới phân phối của Việt Nam bao gồm:

 Lưới phân phối trung áp, có điện áp 6, 10, 15, 22, 35 kV phân phối

điện cho các trạm trung áp / hạ áp và các phụ tải trung áp.

 Lưới hạ áp, cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220 V.

Lưới phân phối thường có cấu trúc hình tia, một số lưới có cấu trúc kín nhưng vận hành hở hình tia Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện tạo lưới

có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở Trong cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở thì các xuất tuyến được nối với nhau bằng dao cách ly hoặc thiết

bị nối mạch vòng (Ring main unit), các thiết bị này vận hành ở trạng thái mở, được đóng hoặc tự động chuyển đổi trong các trường hợp sự cố hoặc sửa chữa

để không làm gián đoạn lâu dài việc cung cấp điện.

Phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp, do đó hệ số đồng thời của các phụ tải bé Cần chú ý đến đặc điểm này trong quá trình thiết kế, lựa chọn thiết bị cho lưới phân phối, đảm bảo chỉ tiêu kinh tế của lưới điện.

1.2 Tổn thất điện năng trong lưới phân phối

Phân phối điện là khâu cuối cùng của hệ thống điện, đưa điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng Lưới điện phân phối bao gồm lưới điện trung áp và lưới điện hạ áp Các vấn đề kinh tế - kỹ thuật của lưới điện phân phối trong đó

có vấn đề giảm tổn thất điện năng vẫn sẽ là trọng tâm trong công tác điều hành quản lý, cải tạo, nâng cấp Để giải quyết các khó khăn và đồng thời nâng cao năng lực quản lý kỹ thuật, trong đó có vấn đề giảm tổn thất điện năng, các công ty Điện lực cần ứng dụng các biện pháp công nghệ hiện đại đang ngày càng được sử dụng phổ biến trên thế giới.

Lưới điện phân phối có các đặc điểm về thiết kế và vận hành khác với lưới điện truyền tải Lưới điện phân phối phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng và có tổn thất lớn hơn Kinh nghiệm các điện lực trên thế giới cho thấy tổn thất thấp nhất trên lưới phân phối vào khoảng 4%, trong khi trên lưới truyền tải là khoảng 2% [24] Vấn đề tổn thất trên lưới phân phối liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kinh tế-kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành Trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng, kỹ thuật và vận hành của lưới điện phân phối.

Trong những năm gần đây, lưới điện phân phối của nước ta phát triển mạnh, các Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh về quản lý Chất lượng vận hành của lưới phân phối được nâng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm mạnh Mặc dù tỷ lệ tổn thất trên lưới điện phân phối đã giảm đáng kể trong thời gian qua, nhưng mức giảm tổn thất này vẫn còn rất khiêm tốn Chính phủ có quyết định yêu cầu EVN giảm mức tổn thất trên toàn lưới điện (bao gồm cả lưới truyền tải) xuống mức 11% vào năm 2006 và 9% vào năm

2010 [11] Thực tế trong 6 tháng đầu năm 2007, mức tổn thất điện năng của EVN là 11,43%, cao hơn kế hoạch là 0,93% [12] Như vậy vẫn còn nhiều biện pháp đồng bộ cần thực hiện để đạt được mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện.

Phân tích các biện pháp giảm tổn thất điện năng cho thấy nếu thực hiện tốt, tổn thất điện năng trên lưới phân phối có thể hạ thấp đáng kể.

Tổn thất trên lưới điện phân phối bao gồm tổn thất phi kỹ thuật (tổn thất thương mại) và tổn thất kỹ thuật Tổn thất phi kỹ thuật (tổn thất thương mại) bao gồm 4 dạng tổn thất như sau:

 Trộm điện (câu, móc trộm).

 Không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện.

 Sai sót tính toán tổn thất kỹ thuật.

 Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng.

Tổn thất phi kỹ thuật phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trình quản lý hành chính, hệ thống công tơ đo đếm và ý thức của người sử dụng Tổn thất phi kỹ thuật cũng một phần chịu ảnh hưởng của năng lực và công cụ quản lý của bản thân các Điện lực, trong đó có phương tiện máy móc, máy tính, phần mềm quản lý.

Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện phân phối chủ yếu trên dây dẫn và các máy biến áp phân phối Tổn thất kỹ thuật bao gồm tổn thất công suất tác dụng

và tổn thất công suất phản kháng Tổn thất công suất phản kháng do từ thông tản và gây từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây Tổn thất công suất phản kháng chỉ làm lệch góc giữa điện áp và dòng điện, ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng Tổn thất công suất tác dụng có ảnh hưởng đáng

kể đến tổn thất điện năng.

Mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện phân phối chịu tác động của rất nhiều yếu tố và đòi hỏi nhiều biện pháp đồng bộ Các biện pháp quản lý, hành chính nhằm giảm tổn thất thương mại cần thực hiện song song với các nỗ lực giảm tổn thất kỹ thuật Có thể liệt kê các biện pháp chính giảm tổn thất kỹ thuật trong lưới điện phân phối như sau:

 Tối ưu hóa các chế độ vận hành lưới điện.

Trong những phương pháp trên, lắp đặt hệ thống tụ bù được quan tâm nhiều nhất như là một lựa chọn kinh tế nhất Những năm gần đây, nguồn phân tán được quan tâm rất nhiều và cũng như là sự lựa chọn tốt, cùng với những lợi ích khác nhau mà nguồn phân tán mang lại.

1.3 Nguồn điện phân tán

1.3.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán (DG)

Vài thập kỷ nay, hệ thống cung cấp điện bao gồm các khâu phát điện, truyền tải và phân phối Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nhiều công nghệ mới, nhiều loại nguồn điện phân tán đã được ứng dụng thành công, chủ yếu là các nước đang phát triển.

Mặc dù có nhiều thách thức, DG ngày càng đang tiến đến thị trường điện cùng với việc mở rộng thị trường điện tự do, để thực hiện được điều này bằng cách nhanh chóng phát triển và đưa nhiều DG vào thị trường điện Ví dụ ở

Mỹ nguồn DG hoặc nguồn phát khác chiếm hơn 30% trong số nguồn điện phát [24] Xu hướng này nhanh chóng xoá bỏ cơ chế thị trường điện độc quyền Theo Hội đồng quốc tế Hệ thống điện lớn (CIGRE-International Council on Large Electric System) báo cáo, nguồn DG ở Đan Mạch chiếm 37% và Hà Lan chiếm 40% [24] Viện nghiên cứu Hệ thống Năng Lượng

(EPRI-Electric Power Research Institute) dự báo vào năm 2010 nguồn phát mới chiếm khoảng 25% và những nghiên cứu khác của Tổ chức Khí Tự nhiên (Natural Gas Foundation) thì nguồn phát mới DG sẽ chiếm 30% vào năm

phân tán (sau đây được gọi tắt là nguồn phân tán) Tuy rằng hiện nay chưa có

một định nghĩa nào thống nhất về nguồn phân tán nhưng mọi ý tưởng đều hướng đến các nguồn phát điện được đấu nối vào lưới điện phân phối trung áp

và hạ áp Trong luận văn này sẽ định nghĩa nguồn phân tán theo mục đích chung: “ Nguồn phân tán là một loại nguồn kết nối trực tiếp tới hệ thống phân phối hoặc thiết lập phía sau công tơ khách hàng”.

Hơn nữa, nguồn phân tán có thể được định nghĩa như một nguồn phát hoặc trạm trung gian cung cấp cho phụ tải, thường đặt tại phía khách hàng Ngoài ra nó có thể định nghĩa như một vài mô hình nguồn phát tại vị trí hoặc gần trung tâm phụ tải Nó có thể là nguồn năng lượng mới như thủy điện cực nhỏ, mặt trời, gió và quang năng hoặc nguồn nhiên liệu như pin nhiên liệu và tuabin khí Nó có thể được hiểu như là một nguồn phát điện với quy mô nhỏ.

1.3.2 Những lợi ích của nguồn phân tán

 Phát triển công nghệ nguồn phân tán, hạn chế xây dựng đường dây truyền tải mới, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, tạo một thị trường điện có tính cạnh tranh và giải quyết những vấn đề về thay đổi khí hậu, môi trường [28].

 Tránh được chi phí đầu tư xây dựng, cải tạo đường dây truyền tải và phân phối khi lắp đặt nguồn mới gần phụ tải [28].

 DG có thể làm dự phòng cấp điện và có thể tăng hiệu quả sử dụng năng lượng.

 DG kết hợp với những nhà máy điện có thể giảm tổn thất trên đường dây truyền tải, nâng cao chất lượng điện áp và tăng lợi ích về kinh tế.

 Mang lại nhiều sự lựa chọn nguồn cung cấp điện cho khách hàng khi thị trường điện hình thành [9].

 DG có thể giảm giá điện bán buôn từ lưới cung cấp điện, dẫn đến giảm nhu cầu cung cấp điện.

 DG có thể đảm bảo việc cung cấp điện năng cho khách hàng với yêu cầu chất lượng điện áp tốt hơn so với lưới điện bình thường [9].

 Kết hợp với nguồn phân tán, chúng ta có một lưới điện cực nhỏ hoạt động độc lập của hệ thống từ lợi ích cung cấp và có thể ngăn ngừa thiết bị hư hỏng từ điện áp thấp.

 Khi số lượng DG tham gia nhiều trong lưới điện sẽ có thể nâng cao chất lượng điện áp vận hành, cung cấp công suất trong quá trình sự cố

để cải thiện độ võng điện áp trên đường dây Hơn nữa, DG nâng cao

độ tin cậy cấp điện rõ rệt khi một máy phát dự phòng khởi động chỉ trong vòng vài phút [13].

 Sự bổ sung của DG làm đa dạng hoá nguồn cung cấp năng lượng sơ cấp giúp chúng ta tránh phụ thuộc vào các dạng nguồn năng lượng tập trung.

 Các nguồn năng lượng tái tạo góp phần làm giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, giúp môi trường trong sạch hơn [9].

1.3.3 Các ảnh hưởng của nguồn phân tán

 Sự khởi động không đúng lúc của các nguồn DG có tính cảm ứng lớn

có thể làm cho các điện áp bị hạ thấp dẫn tới ảnh hưởng đến các phụ tải nhạy cảm và trục trặc của rơle bảo vệ.

 DG có thể cũng ảnh hưởng tới sự hoạt động ổn định của lưới điện phân phối.

 Gây ra sự gia tăng độ lớn toàn bộ các dòng điện chảy trong mạng, điều này dẫn đến những phần tử trong mạng sẽ gần đạt đến giới hạn nhiệt

độ của chúng Gây ra các dao động điện áp và độ võng điện áp lớn trong lưới điện trong quá trình vận hành, khởi động hay dừng do sự cố của DG [13].

 Tạo ra sự méo dạng sóng hài trên lưới điện do các bộ biến đổi điện tử công suất hiện đại giao tiếp với lưới điện [13].

 Làm tăng mức độ dòng sự cố do tổng trở sự cố bị giảm khi DG mắc song song với lưới điện [13].

 Dòng chảy công suất trên lưới thay đổi hướng của nó so với ban đầu nếu công suất phát của nguồn phát lớn hơn công suất phụ tải cục bộ tại nơi nó được gắn vào [13].

1.3.4 Đặc điểm công nghệ nguồn phân tán

DG có thể là nguồn năng lượng tái tạo hoặc không tái tạo Quá trình khai thác công nghệ DG có thể phân thành các loại chính là: động cơ đốt trong,

tuabin khí, động cơ Stirling, pin nhiên liệu và các nguồn năng lượng tái tạo.

DG tái tạo đang được thúc đẩy phát triển nhờ hiệu quả tác động đến môi trường, chủ yếu như: Pin quang điện; tua bin gió; Tổ hợp nhiệt điện CHP; Pin nhiên liệu; Năng lượng sinh khối; Thủy điện nhỏ… Có các loại DG khác nhau

từ cấu trúc và thời điểm công nghệ đưa ra.

Hình 1.1: Nguồn phát điện hiện tại và trong tương lai

a Tuabin khí

Công nghệ tuabin khí là những tua bin nhỏ có động cơ sử dụng nhiên liệu khí sinh học, khí ga tự nhiên, khí đốt và dầu lửa Với tuabin đơn giản bao gồm một máy nén, một buồng đốt, tuabin nhỏ và máy phát Có các loại tuabin nhỏ khác nhau hoạt động như tuabin khí và tuabin đốt Tuabin khí luôn được

sử dụng trên 1MW nhưng ngày nay chúng ta có thể sử dụng module nhỏ hơn với công suất từ 20kW đến 500kW.

- Hiệu suất nhiên liệu thấp so với một số loại DG khác.

b Máy phát điện Diesel

Máy phát điện Diesel là một loại động cơ đốt trong, sử dụng dầu diesel hoặc khí ga tự nhiên làm nhiên liệu, hiện nay loại máy phát này sử dụng rất

rộng rãi Hầu hết các máy phát điện này đều sử dụng động cơ 4 kỳ và hoạt động trong 4 chu kỳ khép kín Công suất của máy phát điện Diesel từ 3- 1500kVA.

* Ưu điểm:

- Chi phí chế tạo thấp và bảo dưỡng đơn giản.

- Thời gian khởi động nhanh.

* Nhược điểm:

- Gây ô nhiễm môi trường, ồn ào và rung động.

- Chất lượng điện năng không cao như một số công nghệ chuyển đổi như pin nhiên liệu và tuabin nhỏ.

c Quang điện

Quang điện là cục pin hình vuông hoặc hình tròn, được làm bằng chất lỏng tinh thể silicon Những cục pin này được kết nối với nhau thành module hoặc panen và các module này được kết nối thành một hàng để tạo ra năng lượng cần thiết Những cục pin này hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời,

ở đấy lượng tử ánh sáng tác động đến dòng electron biến đổi thành điện năng Thông thường một dẫy pin cung cấp khoảng 12V, công suất 20W-100kW.

* Ưu điểm:

- Không mất tiền mua nhiên liệu và bảo dưỡng.

- Không gây ô nhiễm.

- Độ bền cao và đáng tin cậy.

* Nhược điểm:

- Hiệu quả thấp (trong phòng thí nghiệm đạt 24% và trong thực tế đạt 10%).

- Chí phí ban đầu cao.

- Đòi hỏi phải có nơi lưu trữ và chuyển đổi thiết bị.

50kW được sử dụng cho gia đình, viễn thông hoặc bơm nước, đôi khi cũng dùng để nối với máy phát diezen, pin và hệ thống quang điện Các hệ thống này được gọi là hệ thống lai gió và điển hình là sử dụng cho các vùng sâu vùng xa, những địa phương chưa có lưới điện, những nơi mà mạng điện không thể nối tới các khu vực này.

Loại máy phát điện phổ dụng nhất được áp dụng cho tổ tuabin – máy phát điện gió là máy phát không đồng bộ Nếu một máy phát không đồng bộ được nối trực tiếp với tuabin thì một bộ khởi động mềm cần được trang bị để giảm thiểu dòng khởi động của máy phát Trong điều kiện vận hành bình thường, máy phát được nối trực tiếp có thể làm cho mức độ nhấp nháy điện tăng lên theo sự biến đổi của dòng công suất tác dụng.

Gần đây, công nghệ nghịch lưu hiện đại đã được áp dụng trong các hệ thống điều chỉnh tốc độ và công suất đầu ra có thể được giữ gần như không đổi so với sự thay đổi tốc độ gió Với sự xuất hiện của hệ thống này thì cả máy phát đồng bộ và không đồng bộ đều có thể được áp dụng.

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 sau:

3

2

P  p     Trong đó: =mật độ không khí, kg/m3.

A = diện tích quét gió của cánh quạt, m2.

V = tốc độ gió, m/s.

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 V=12m/s thì năng lượng tương ứng là 1053 W/m2.

* Ưu điểm:

- Không cần nạp nhiên liệu

- Không gây ô nhiễm môi trường.

- Phù hợp lắp đặt cho các khu vực vùng sâu, vùng xa.

* Nhược điểm:

- Phụ thuộc vào thời tiết và điều kiện địa lý.

e Pin nhiên liệu

Pin nhiên liệu (fuel cell) biến đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu, thí

dụ như là hiđrô trực tiếp thành năng lượng điện Không giống như các loại pin bình thường khác hoặc ắc quy, pin nhiên liệu không bị mất điện và cũng không có khả năng tích điện Pin nhiên liệu hoạt động liên tục khi nhiên liệu (hiđrô) và chất ôxi (ôxy) được đưa từ ngoài vào Về phương diện hóa học pin nhiên liệu là phản ứng ngược lại của sự điện phân Trong quá trình điện phân nước bị tách ra thành khí hiđrô và khí ôxy nhờ vào năng lượng điện Pin nhiên liệu lấy chính hai chất này biến đổi chúng thành nước Qua đó, trên lý thuyết, chính phần năng lượng điện đã đưa vào sẽ được giải phóng nhưng thật ra vì những thất thoát qua các quá trình hóa học và vật lý năng lượng thu được ít hơn Các loại pin nhiên liệu đều cùng chung một nguyên tắc được mô tả dựa vào tế bào nhiên liệu PEM (Proton Exchange Membrane - tế bào nhiên liệu màng trao đổi bằng proton) Các hệ thống pin nhiên liệu được phân loại theo nhiều cách khác nhau: AFC (Alkaline fuel cell - tế bào nhiên liệu kiềm); PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - trao đổi hạt nhân qua mạng lọc), công suất vào khoảng 3-250kW; PAFC (Phosphoric acid fuel cell - tế

bào nhiên liệu axit phosphoric), công suất vào khoảng từ 100-200kW; MCFC (Molten carbonate fuel cell - tế bào nhiên liệu carbonat nóng chảy), công suất vào khoảng 250kW-10MW; SOFC (Solid oxide fuel cell - tế bào nhiên liệu oxit rắn), công suất vào khoảng 1kW-10MW; DMFC (Direct methanol fuel cell - tế bào nhiên liệu methanol trực tiếp), có công suất vào khoảng từ 300kW-2,8MW.

TĐN chủ yếu là loại thủy điện lợi dụng trực tiếp dòng chảy, không tạo thành hồ chứa hoặc hồ chứa dung tích rất nhỏ Loại thủy điện này thường bao gồm các đập nhỏ và hầu như không gây ảnh hưởng đến môi trường TĐN thường được thiết kế với cột nước thấp, nằm trên những dòng sông nhỏ với độ dốc không lớn lắm, có thể sử dụng toàn bộ hoặc một phần lưu lượng của dòng sông.

Đặc điểm của TĐN là công suất ở mỗi thời điểm phụ thuộc vào lưu lượng nước thiên nhiên, hầu như không đổi trong phạm vi một ngày đêm Vì vậy công suất cả trạm TĐN trong phạm vi một ngày đêm có thể xem là cố định và luôn làm việc ở phần gốc của đồ thị phụ tải Do không có khả năng điều tiết nên công suất thiết kế và công suất đảm bảo của TĐN cố định trong ngày đêm, nhưng trong những ngày khác nhau thì khác nhau theo điều kiện thủy văn.

Công suất của trạm TĐN xác định theo biểu thức:

(kW)81

,

P  

Trong đó  là hiệu suất biến đổi năng lượng, Q là lưu lượng nước (m3/s)

và H là chiều cao cột nước (m).

Do tính đa dạng của TĐN và đáp ứng nhu cầu sử dụng TĐN của nhiều loại đối tượng khác nhau, và tùy thuộc vào qui mô công suất, TĐN cũng được phân thành 3 loại: thủy điện nhỏ (Small Hydropower), thủy điện mini (mini hydropower, thủy điện cực nhỏ (micro hydropower).

Ở Việt Nam, TĐN tập trung chủ yếu ở các vùng núi phía Bắc, miền Trung và Tây Nguyên, rất thuận lợi cho quá trình Điện khí hóa nông thôn, đặc biệt là các khu vực xa lưới điện có mật độ phụ tải nhỏ.

* Ưu điểm:

- Chi phí nhân công thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hóa cao

và có ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường.

- Nhà máy thủy điện có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện.

- Lợi ích lớn nhất của thủy điện là hạn chế giá thành nhiên liệu Các nhà máy thủy điện không phải chịu tăng giá của nhiên liệu hóa thạch như dầu

mỏ, khí tự nhiên hay than đá và không cần phải nhập nhiên liệu.

* Nhược điểm:

- Ảnh hưởng đến cân bằng sinh thái.

- Sự phát điện của nhà máy điện cũng có thể ảnh hưởng đến môi trường của dòng sông bên dưới.

- Ảnh hưởng đến việc tái định cư dân chúng sống trong vùng hồ chứa.

g Năng lượng sinh khối

Sinh khối chứa năng lượng hóa học, nguồn năng lượng tử mặt trời tích lũy trong thực vật qua quá trình quang hợp Sinh khối là các phế phẩm từ nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp v v ), phế phẩm lâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ v.v ), giấy vụn, mêtan từ các bãi chôn lấp, trạm xử lý nước thải, phân

từ các trại chăn nuôi gia súc và gia cầm.

Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng, khí được đốt để phóng thích năng lượng Sinh khối, đặc biệt là gỗ, than gỗ (charcoal) cung cấp phần năng lượng đáng kể trên thế giới Hiện nay, gỗ vẫn được sử dụng làm nhiên liệu phổ biến ở các nước đang phát triển.

Sinh khối cũng có thể chuyển thành dạng nhiên liệu lỏng như mêtanol, êtanol dùng trong các động cơ đốt trong; hay thành dạng khí sinh học (biogas) ứng dụng cho nhu cầu năng lượng ở quy mô gia đình.

* Ưu điểm:

Về mặt kinh tế:

- Phát triển nông thôn là một trong những lợi ích chính của việc phát triển NLSK, tạo thêm công ăn việc làm cho người lao động (sản xuất, thu hoạch )

- Thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất các thiết bị chuyển hóa năng lượng.v.v

- Giảm sự phụ thuộc vào dầu, than, đa dạng hóa nguồn cung cấp nhiên liệu.

Về mặt môi trường:

Đây là một nguồn năng lượng khá hấp dẫn với nhiều ích lợi to lớn cho môi trường

- NLSK có thể tái sinh được.

- NLSK tận dụng chất thải làm nhiên liệu Do đó nó vừa làm giảm lượng rác vừa biến chất thải thành sản phẩm hữu ích.

- Phát triển NLSK làm giảm sự thay đổi khí hậu bất lợi, giảm hiện tượng mưa axit, giảm sức ép về bãi chôn lấp v.v

Về mặt kỹ thuật:

- Có chỉ số cetan cao hơn Diesel.

- Sinh khối rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào.

- Sinh khối có điểm chớp cháy cao hơn diesel, đốt cháy hoàn toàn, an toàn trong tồn chứa và sử dụng.

* Nhược điểm:

- Năng lượng sinh khối có một số tác động môi trường Khi đốt, các nguồn sinh khối phát thải vào không khí bụi và khí sulfurơ (SO2) Mức độ phát thải tùy thuộc vào nguyên liệu sinh khối, công nghệ và biện pháp kiểm soát ô nhiễm.

- Việc phát triển quy mô lớn các cây năng lượng để sản xuất nhiên liệu sinh học (biofuel) có thể dẫn tới gia tăng sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón, gây tác hại đối với động vật hoang dã và môi trường sống.

- Sản xuất năng lượng từ gỗ có thể gây thêm áp lực cho rừng…

1.3.5 Gam công suất DG ứng với các công nghệ khác nhau

Gam công suất DG khác nhau sẽ giúp người nghiên cứu hệ thống, quy hoạch có thể lựa chọn đúng gam công suất cần thiết Bảng 1.1 các công nghệ

và gam công suất khác nhau của DG.

8 Trung tâm nhận năng lượng nhiệt mặt trời 1 – 10 MW

9 Máng hệ thống nhận năng lượng mặt trời 10 – 30 MW

10 Năng lượng sinh khối dựa vào khí hoá 100 kW – 20 MW

11 Pin nhiên liệu, axít phốt pho 200 kW – 2 MW

12 Pin nhiên liệu, kim loại cácbonát 250 kW – 2 MW

13 Pin nhiên liệu, biến đổi proton 1 kW – 250 kW

Bảng 1.1: Các gam công suất ứng với các công nghệ DG khác nhau

1.3.6 Hiện trạng và xu hướng phát triển nguồn DG ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, mối quan tâm về nguồn phân tán tại Việt Nam ngày càng nhiều khi mà nhu cầu về các nguồn phát điện tại chỗ đang tăng lên Những nguồn điện phân tán như: điện gió, điện mặt trời, thủy điện

nhỏ, điện sinh khối… đang được chú ý quan tâm hơn cả Tính tới năm 2007, tổng công suất của DG đã được lắp đặt và đưa vào vận hành khoảng 380,5MW, trong đó nguồn Thủy điện nhỏ, Điện gió chiếm tỉ trọng lớn nhất Trong một vài năm tới, các nguồn DG khác như: điện gió (Phương Mai – 50,4

MW, Phước Ninh – 20 MW, Phú Quý – 1000 MW…), điện mặt trời (1000kWp) ở khu vực Tây Nguyên… khi đi vào vận hành sẽ đóng vai trò đáng kể trong việc đảm bảo nhu cầu điện năng cho các phụ tải địa phương, góp phần giảm “nhiệt” cho các hệ thống điện khu vực.

Theo Tổng sơ đồ VI – Quy hoạch phát triển Điện lực Quốc gia giai đoạn

2006 - 2015 có xét triển vọng đến 2025, mục tiêu phát triển DG đến 2025 là

4051 MW, trong đó giai đoạn 2006-2015 là 2451 MW và giai đoạn

2015-2025 là 1600 MW.

Như vậy, lưới điện phân phối của Việt Nam trong tương lai không xa sẽ

có những thay đổi đáng kể về cấu hình cũng như các vấn đề kinh tế - kỹ thuật liên quan tới khai thác, vận hành mạng điện.

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CÁC TÁC Đ ỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN LƯỚI ĐIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CÁC NGUỒN NĂNG

LƯỢNG PHÂN TÁN

2.1 Giới thiệu chung

Lưới điện phân phối thường là các lưới điện yếu, có điện áp danh định

Udđ ≤35kV Ngoài việc được cung cấp điện từ hệ thống điện Quốc gia, ở một

số khu vực còn được hỗ trợ từ các nguồn điện phân tán nh ư: TĐN, động cơ

gió phát điện, năng lượng mặt trời,… gọi tắt là các nguồn DG (Distributed

Generation) Tuy nhiên, s ự tham gia của DG cũng làm gia tăng sự phức tạpkhi vận hành hệ thống cung cấp điện Khi phát công suất, DG có thể l àm thay

đổi điện áp tại nút kết nối v à những nút lân cận, các thiết bị điện tử công suất

trong các bộ biến đổi làm phát sinh sóng hài vào trong m ạng điện Ngoài sự

dao động công suất phát của DG: tu abin gió, Pin quang điện… có thể gây daođộng điện áp tại nút kết nối, có thể l àm ảnh hưởng đến chất lượng điện của

nhiệt hoặc tuabin gió hoạt động với tần số của lưới thì có thể được kết nốitrực tiếp với lưới Những công nghệ DG khác nếu như hoạt động với tần sốkhác tần số của lưới điện thì được kết nối với lưới thông qua bộ biến đổi điện

tử để cho phù hợp với tần số của lưới điện Tựa trung lại có ba phương thứcphổ biến như hình 2.1 và ba chế độ vận hành như hình 2.2 Các tác độngchính của DG đến hệ thống cung cấp điện có thể kể đến bao gồm:

- Làm thay đổi điện áp các nút trên xuất tuyến

- Gây hiện tượng suy giảm điện áp tr ên xuất tuyến khi có sự cố gầnmáy phát

- Làm thay đổi luồng phân bố công suất v à tổn thất điện năng trong

mạng điện

- Gây ra các hiện tượng dao động điện áp và chập chờn điện áp

- Các vấn đề về ổn định điện áp

Dưới đây ta lần lượt phân tích các tác động tr ên

2.2 Các tác động chính của DG đến l ưới điện phân phối

2.2.1 Thay đổi điện áp các nút trên xuất tuyến

Mạng điện phân phối được thiết kế để truyền tải điện năng từ các trạmbiến áp trung gian tới khách h àng Điện áp của xuất tuyến nói chung giảm dần

từ trạm (nút nguồn) đến phụ tải (nút cuối) Khi kết nối DG, các máy phát này

có thể sẽ cải thiện được các khu vực có điện áp thấp Để c hứng minh điềunày, trong hình 2.3 minh họa một xuất tuyến phân phối có kết nối một đ ơn vịmáy phát DG Tổng trở của đường dây bằng Zij = Rij+ jXij Giá trị Ui và Uj là

điện áp tại nút nguồn và nút cuối

Hình 2.3: Máy phát phân tán nối lưới và biểu đồ điện áp

Công suất phát tại điểm kết nối sẽ là :

Thông thường góc lệch δ giữa Uj và Ui là rất nhỏ, và j(P1X ịj - Q1Rij)/U*j= 0

như vậy giá trị ΔU = |Uj– Ui| xấp xỉ bằng:

Từ biểu thức trên có thể thấy rằng, công suất của các máy phát DG có thể

làm gia tăng hoặc suy giảm điện áp tại nút kết nối v à các nút lân cận

Máy phát điện đồng bộ có thể phát hoặc ti êu thụ công suất phản kháng,

nhưng MFĐ không đồng bộ chỉ tiêu thụ công suất phản kháng, chính vì vậy

mà MFĐ đồng bộ nâng cao điện áp nhanh hơn so với MFĐ không đồng bộ

Sự gia tăng điện áp của MFĐ không đồng bộ chậm hơn, trong một điều kiệnnhất định, điện áp bắt đầu suy giảm do MFĐ không đồng bộ đã tiêu thụ côngsuất phản kháng từ phía lưới DG có bộ biến đổi có thể thay đổi công suấtphản kháng đầu ra trong một phạm vi nhỏ Do đó, việc kết hợp tỷ số R/X của

hệ thống hoặc đặc tính l ưới phân phối với đặc tính tải (h ình dáng đồ thị phụtải) để xác định xem mức điện áp ở điểm kết nối có tăng l ên hay không khicông suất phát của DG tăng lên

2.2.2 Thay đổi tổn thất công suất

DG xuất hiện sẽ làm thay đổi dòng công suất trên lưới Nếu DG đặt giữanguồn cấp điện và phụ tải sẽ làm giảm công suất truyền tải từ nguồn tới vị trí

đặt DG do đó làm giảm tổn thất công suất trên đoạn lưới này Hoặc khi phụ

tải tăng cao thì sự xuất hiện của DG cục bộ gần phụ tải đó sẽ cấp công suất bù

vào lượng tăng thêm đó, điều này đồng nghĩa với việc giảm đ ược lượng công

suất từ nguồn truyền thống tới phụ tải (trong l ưới phân phối thì nguồn cungcấp điện thường là các trạm biến áp trung gian) Mặt khác, khi phụ tải giảmthấp thì công suất nguồn phân tán lúc đó có sự phát ngược công suất từ DGqua trạm biến áp cung cấp (TBA trung gian ), khi đó mức độ gia tăng tổn thất.Trong thực tế thì vị trí DG được xác định để cho khi đó tổn thất tr ên lưới

là nhỏ hơn trước khi có DG Việc xác địn h tối ưu vị trí đặt DG, có xét đến các

điều kiện vận hành khác nhau của lưới điện, sẽ đem lại kết quả tốt hơn cho bài

toán giảm thiểu tổn thất công suất tr ên lưới và đáp ứng đủ nhu cầu công suất

cho phụ tải Tổn thất sẽ được giảm nhiều hơn khi kết nối các DG ở các khuvực có mật độ phụ tải cao hơn.

Với sự có mặt của DG, tổn thất tr ên đường dây trên lưới phân phối có thể

được điều chỉnh và có thể được đánh giá thông qua hệ số tổn thất tổng trênđường dây:

LLwDG là tổng tổn thất trên đường dây trong hệ thống khi có DG

LLwoDG là tổng tổn thất trên đường dây trong hệ thống khi không có DG.Tổn thất công suất được tính toán xác định với mức thâm nhập khácnhau của DG vào hệ thống Mức thâm nhập của DG đ ược xem như là tỷ sốgiữa công suất phát của DG với tổng công suất phụ tải :

%100

P

P

Mức độ phân tán của DG trên lưới %DGdispersion= (NDG/Nbus).100% trong

đó NDG là số nút có kết nối DG, N bus là số nút tải trên lưới Theo đó tổn thấtcông suất trên lưới có thể tăng lên khi mức độ thâm nhập của DG v ào lưới làlớn Điều này có thể khắc phục được nếu như DG được phân bổ hợp lý trên

lưới và cung cấp đủ công suất lên lưới

Hình 2.4: Tổn thất công suất tác dụng với mức thâm nhập khác nhau của DG

Hình 2.5: Sụt điện áp với mức thâm nhập khác nhau của DG

Reactive-voltage drop (%) - Phần trăm sụt điện áp

Ploss(%) - Phần trăm tổn thất công suất.

Penetration level (%) – Phần trăm mức độ thâm nhập

Induc PF 0.9 – Máy phát không đồng bộ vận hành với hệ số công suất 0.9 Con PF 1.0 – Máy phát điện với hệ số công suất 1.0 (chỉ phát công suất P).Syn PF 0.9 – Máy phát đồng bộ vận hành với hệ số công suất 0.9

Qua các kết quả tính toán trong hình 2.4 và 2.5 [19] cho thấy: trong

trường hợp DG có mức thâm nhập thấp, tổn thất công suất giảm Nh ưng khi

mức thâm nhập tăng, giá trị tổn t hất cũng tăng lên Mức độ tổn thất gia tăng

do có sự phát ngược công suất từ DG qua trạm biến áp cung cấp Công suấtthừa tại các nút kết nối DG được cung cấp cho các nút lân cận

Mức tổn thất công suất trong mạng điện kết nối DG phụ thuộc nhiề u vàocông nghệ DG Các máy phát đồng bộ có khả năng cung cấp công suất tácdụng và phản kháng sẽ giảm bớt công suất cung cấp từ trạm biến áp Nhữngmáy phát kết nối qua bộ biến đổi phát công suất tác dụng lại không y êu cầucông suất phản kháng từ lưới, vì vậy tổn thất công suất nhỏ hơn so với máyphát đồng bộ Các máy phát không đồng bộ (như động cơ gió) phát công suấttác dụng nhưng tiêu thụ công suất phản kháng nên giảm tổn thất công suất doviệc phát công suất tác dụng cũng chỉ có thể b ù lại sự tăng tổn thất do việ ctiêu thụ công suất phản kháng

2.2.3 Suy giảm điện áp

Các máy phát phân tán thư ờng có công suất nhỏ kết nối l ưới điện hạ áp

và trung áp Khi có ngắn mạch gần đầu cực máy phát, điện áp tại điểm kết nốichung (Point of common connection - PCC) sẽ bị suy giảm nghiêm trọng,nhất là trong trường hợp máy phát phân tán l à máy phát không đồng bộ [19]

Ví dụ các máy phát không đồng bộ sẽ đ ược yêu cầu cắt ra khỏi lưới nếu xảy

ra các sự cố phía hệ thống làm suy giảm điện áp tới ngưỡng 70-80% điện áp

danh định quá 100ms Mức độ suy giảm này có thể thấy rằng máy phát DG sẽ