Phân tích ảnh hưởng của nhà máy điện gió Bãi Dinh đến các chế độ vận hành lưới điện tỉnh Quảng Bình

Vì vậy đề tài “Phân tích ảnh hưởng của nhà máy điện gió Bãi Dinh đến các chế độ vận hành lưới điện tỉnh Quảng Bình” mang tính thực tiễn cao.. M đ ng i n - Phân tích các chế độ vận hành

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐINH VĂN TỚI

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ BÃI DINH ĐẾN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS DƯƠNG MINH QUÂN

Phản biện 1: PGS.TS NGÔ VĂN DƯỠNG

Phản biện 2: TS LÊ ĐỨC TRUNG

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách khoa vào

ngày 27 tháng 10 năm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu và Truyền thông Trường Đại học Bách khoa

Đại học Đà Nẵng

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 L n đ tài

Ngành điện là một ngành kinh tế mũi nhọn, có vai trò quan trọng trong việc góp phần sự phát triển kinh tế đất nước, phải được ưu tiên phát triển trước so với các ngành kinh tế khác Với chính sách khuyến khích đầu tư của Nhà nước trong những năm gần đây tập trung vào nguồn năng lượng tái tạo, loại hình này ngày càng phát triển mạnh mẽ, trong đó có năng lượng gió Đối với nước ta việc Quy hoạch điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030 trình bày các vấn đề ưu tiên phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo Tổng công suất nguồn điện gió từ mức 140 MW như hiện nay lên 800 MW vào năm 2020 và 6000 MW vào năm 2030 Năng lượng gió ở nước ta lại có tiềm năng cao so với các nước trong khu vực Đông Nam Á Tổng tiềm năng năng lượng gió là 1.750 MW Tốc độ gió trung bình ở khu vực có gió tốt là 6 m/s ở độ cao 60m tập trung chủ yếu ở các tỉnh phía duyên hải Nam trung bộ (Bình Thuận, Ninh Thuận), khu vực Bắc trung bộ (Quảng Bình, Quảng Trị), khu vực Tây nguyên (Gia lai, Đăk Lăk) Bên cạnh đó Nhà nước cũng có những những cơ chế khuyến khích cụ thể như ưu tiên về giá mua điện từ các nhà máy điện gió, miễn thuế thu nhập doanh nghiệp, thuế nhập khẩu, phí sử dụng đất, VAT, phí môi trường Việc phát triển nguồn năng lượng gió có vai trò hết sức quan trọng nhằm thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch vốn là nguyên nhân gây ra khí thải CO2 đang dần tăng cao tại Việt Nam

Nhờ sự hỗ trợ từ chính phủ, các Tỉnh, Thành phố có tiềm năng về năng lượng gió, các nhà đầu tư năng lượng gió đã nhận được nhiều sự hỗ trợ trong quá trình xúc tiến xây dựng Hiện nay trên địa bàn tỉnh Quảng Bình đang chuẩn bị triển khai nhiều

dự án điện gió, trong đó có dự án nhà máy điện gió Bãi Dinh Vì vậy đề tài “Phân

tích ảnh hưởng của nhà máy điện gió Bãi Dinh đến các chế độ vận hành lưới điện tỉnh Quảng Bình” mang tính thực tiễn cao Đáp ứng nhu cầu tính toán, phân tích ảnh

hưởng của nhà máy đến chế độ vận hành của lưới điện tỉnh Quảng Bình sau khi hoàn thành

2 M đ ng i n

- Phân tích các chế độ vận hành của lưới điện tỉnh Quảng Bình khi có sự xâm

nhập của nhà máy điện gió Bãi Dinh

- Mô hình hóa lưới điện tỉnh Quảng Bình và nhà máy điện gió Bãi Dinh

3 Đối t ng à m i ng i n

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nhà máy điện gió Bãi Dinh

- Hệ thống lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Các chế độ vận hành: trào lưu công suất; các chế độ sự cố trong lưới điện tỉnh

Quảng Bình khi tích hợp nhà máy điện gió Bãi Dinh Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển P

- Thời gian nghiên cứu: 06 tháng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG BÌNH VÀ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG GIÓ CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ BÃI DINH

1.1 Giới thiệu v l ới điện tỉnh Quảng Bình:

1.1.1 Nhu cầu phụ tải khu vực

Theo qui hoạch phát triển điện lực tỉnh Quảng Bình giai đoạn 2016-2025, có xét đến năm 2035 đã được phệ duyệt, dự báo tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm hàng năm của tỉnh Quảng Bình là 804,1 triệu kWh, tốc độ tăng trưởng bình quân giai đoạn

2011 - 2015 là 14,3%/năm Theo số liệu thống kê, công suất cực đại (Pmax) toàn tỉnh đạt 163MW vào mùa khô (tháng 07/2015)

1.1.2 Khả năng đáp ứng phụ tải của lưới điện tỉnh Quảng Bình

Trạm nguồn cung cấp điện: Quảng Bình chưa có trạm 500kV, tỉnh nhận điện từ

hệ thống điện quốc gia thông qua 02 trạm 220kV Ba Đồn và Đồng Hới, với tổng dung lượng 375MVA Trạm 220kV Ba Đồn vừa mới được đóng điện và đưa vào khai thác vận hành tháng 12/2015, hiện đã hoàn thành việc đấu nối phía ngăn lộ 110kV, giảm tải cho trạm 220kV Đồng Hới Ngoài ra, tỉnh còn được hỗ trợ cấp điện từ trạm 220kV Đông Hà (2x125MVA) thông qua đường dây mạch kép 110kV Đông Hà - Đồng Hới

Lưới điện: lưới điện tỉnh Quảng Bình gồm lưới điện cao áp 110kV và lưới điện phân phối trung, hạ áp 35, 22, 0,4kV

1.1.3 Hiện trạng theo số liệu thống kê

a) Các nguồn cung cấp điện năng

Nhận điện từ trạm 220kV Đông Hà: theo phương thức vận hành hiện tại, trạm 110kV Lệ Thủy của tỉnh Quảng Bình còn nhận điện từ trạm 220kV Đông Hà (tỉnh Quảng Trị) thông qua đường dây 110kV Đông Hà - Lệ Thủy với công suất Pmax = 14MW

K ả năng n ận điện từ l ới điện Q ố gia:

Đường dây 500kV: Hiện tại, tỉnh Quảng Bình chưa có trạm nguồn 500kV Đường dây truyền tải điện 500kV Bắc - Nam (2 mạch) đi qua địa bàn tỉnh với tổng chiều dài 249,9km Mạch 1: đường dây 500kV Vũng Áng - Đà Nẵng dài 125,4km và

mạch 02: đường dây 500kV Hà Tĩnh - Đà Nẵng dài 124,5km Mang tải các đường dây như sau:

Đường dây 220kV: Các trạm nguồn 220kV được cấp điện từ 04 mạch đường dây 220kV, với tổng chiều dài 274,3km (đi trên địa bàn Quảng Bình 181,7km)

b) Lưới điện 110kV hiện trạng

L ới điện 110kV:

Tính đến tháng 3/2016, tỉnh Quảng Bình có 283,5km đường dây 110kV và 8

trạm/13 máy biến áp 110kV với tổng dung lượng 325MVA

 Tr m 220kV Đồng Hới gồm 05 đường dây 110kV: đường dây 171 cấp riêng

cho trạm biến áp 110kV Đồng Hới; đường dây mạch kép 172, 173 cấp cho phụ tải phía Nam của tỉnh (2 trạm Áng Sơn và Lệ Thủy) và liên lạc cấp điện với trạm 220kV Đông Hà; đường dây 174, 175 cấp điện cho các trạm biến áp Bắc Đồng Hới và 110kV Ba Đồn và tạo mạch vòng liên thông các đường dây 171, 172 trạm 220kV Ba Đồn qua thanh cái trạm 110kV Ba Đồn

 Tr m 220kV Ba Đồn gồm 06 ngăn lộ xuất tuyến, hiện đang khai thác 05 ngăn

lộ Ngoài các lộ 171, 172 liên lạc với trạm 220kV Đồng Hới, còn có các đường dây

173, 174 cấp điện cho các trạm Văn Hóa và Sông Gianh và đường dây 176 cấp điện cho trạm Hòn La Chi tiết như sau:

c) Lưới điện trung áp hiện trạng

Từ cuối tháng 7/2015, toàn bộ lưới điện 10kV của Công ty Điện lực Quảng Bình

đã được cải tạo, nâng điện áp lên vận hành ở cấp điện áp 22kV, lưới điện trung áp trên địa bàn tỉnh Quảng Bình chỉ còn tồn tại ở 2 cấp điện áp 35kV và 22kV

Tổng chiều dài đường dây 35kV là 226,8km, chiếm tỷ lệ 11,1%; tổng chiều dài đường dây 22kV là 1.808,9km, chiếm tỷ lệ 88,9%

d) Lưới điện hạ áp hiện trạng

Hiện tr ng l ới điện á : Toàn tỉnh có 3.358km đường dây hạ áp và hơn

232 nghìn công tơ các loại, trong đó tài sản ngành điện là 3.083km và tài sản khách hàng là 273km, hơn 10 nghìn công tơ 3 pha và trên 222 nghìn công tơ 1 pha

1.2 Ti m năng điện gió t i tỉnh Quảng Bình

Căn cứ vào Quy hoạch phát triển điện gió tỉnh Quảng Bình giai đoạn đến 2020, tầm nhìn đến 2030 thì tỉnh Quảng Bình được đánh giá là một trong những tỉnh có tiềm năng gió, trong đó khu vực các xã ven biển huyện Lệ Thủy, Quảng Ninh, khu

vực Bãi Dinh (xã Dân Hóa, huyện Minh Hóa, tỉnh Quảng Bình) có tiềm năng gió cũng như các điều kiện thuận lợi cho đầu tư phát triển nhà máy điện gió tại đây có vận tốc gió bình quân ở độ cao 60m từ 5,75-6m/s, cụ thể như hình bên dưới:

1.3 N à máy điện gió Bãi Dinh

1.3.1 Địa điểm xây dựng nhà máy

Địa điểm xây dựng nhà máy điện gió dự kiến được xây dựng tại khu vực Bãi Dinh, xã Dân Hóa, huyện Minh Hóa, tỉnh Quảng Bình, cách cửa khẩu Cha Lo khoảng 8,5km Toạ độ địa lý hệ VN2000 múi 3 là 475756; 1963911

Hình 1.1: Mặt bằng khu vực lắp cột đo gió tại khu vực Bãi Dinh

1.3.2 Vận tốc gió trung bình khu vực Bãi Dinh

Bảng 1.1: Tốc độ gió trung bình hàng tháng tại khu vực Bãi Dinh

Đơn vị: m/s

60m 6,41 5,06 5,30 6,13 4,70 11,26 50m

6,35 5 5,2 6,04 4,68 11,29

Tháng T1 T2 T3 T4 T5 T6

60m

9,85 8,50 7,15 5,55 7,41 6,63 6,93 50m

9,93 8,2 6,93 5,3 7,12 6,55 6,91

1.3.3 Quy mô dự án

Nhà máy điện gió Bãi Dinh dự kiến có công suất lắp đặt khoảng 30MW bao gồm

15 tua bin, tổng diện tích khoảng 700 ha Tổng mức đầu tư khoảng 1.419 tỉ đồng Chủ đầu tư là Công ty Cổ phần Tổng Công ty Tân Hoàn Cầu Dự kiến khởi công vào tháng 10.2020

1.3.4 Phương án kết lưới nhà máy

Dự kiến sẽ bố trí một trạm nâng áp 22/110kV để thu gom điện sản xuất và nâng

áp gọi là Trạm 110kV Bãi Dinh, công suất 2x25MVA Trạm này có nhiệm vụ thu gom điện 22kV từ các trạm nâng áp tại các tua bin để phát lên lưới điện quốc gia thông qua dàn thanh cái 110kV của trạm

Xây dựng đường dây mạch kép 110kV đấu nối chuyển tiếp công suất từ trạm 110kV Bãi Dinh vào thanh cái của TBA110kV Tuyên Hóa hiện đang xây dựng, dây dẫn ACSR-185/29, chiều dài khoảng 60 km

1.3.5 Đặc tính mô tả chung về Tuabine gió 2.5 MW – G114 hãng Gamesa

1.3.6 Loại máy phát tuabin gió được sử dụng - DFIG (Doubly fed Induction Generator):

Máy phát không đồng bộ nguồn kép (Doubly Fed nduction Generator – DFIG) là

hệ thống chuyển đổi năng lượng cơ thành năng lượng điện để điều chỉnh công suất phát lên lưới điện

CHƯƠNG 2: PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ETAP VÀ MÔ HÌNH HÓA LƯỚI

ĐIỆN TỈNH QUẢNG BÌNH 2.1 Tổng quan và ng d ng phần m m mô phỏng Etap

Etap là một phần mềm mô phỏng (Etap simulator, sản phẩm của công ty Nhật Operation Technology, Phần mềm được dùng để thiết kế và mô phỏng dựa vào những khối có sẳn ( các phần tử) để mô tả sự vận hành của một hệ thống điện, phần mềm có khả năng phân tích và tính toán các thông số của hệ thống như điện áp dòng điện, trào lưu công suất tối ưu, đánh giá ổn định của hệ thống,

2.1.1 Các khả năng tính toán của Etap 7.00

Etap ngày cang được mở rộng nhiều chức năng tính toán, phục vụ cho các công tác vận hành hệ thống điện

2.1.2 Giao diện 7.00

2.1.3 Các phần tử chính dùng cho quá trình mô hình hóa lưới điện

2.1.4 Xây dựng sơ đồ tính toán

2.1.5 Trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác

2.2 Mô ìn óa l ới điện tỉnh Quảng Bình

Trên địa bàn tỉnh Quảng Bình hiện tại có 8 trạm biến áp 110kV, với tổng dung lượng 325MVA Được kết nối thông qua đường dây phân phối chủ yếu là dây AC-

185 trêm một phạm vi trải dài Toàn bộ công suất cung cấp cho phụ tải trong lưới đều được lấy từ các xuất tuyên 110kV của hai trạm biến áp 220kV Đồng Hới và 220kV

Ba Đồn Hình 2.19 và 2.20 có thấy sơ đồ địa giới các huyện và sơ đồ lưới điện phân phối hiện nay của tỉnh

Hình 2.1: Sơ đồ lưới điện phân phối 110kV tỉnh Quảng Bình hiện nay

Với cấu trúc lưới đã cho, các tham số cơ bản của đường dây truyền tải trong lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình được tổng kết ở bảng 2.1:

Bảng 2.1: Thông số đường dây lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình

Bảng 2.2: Thông số phụ tải điển hình các xuất tuyến 110kV

P(MW)

Q(MVAr)

P(MW)

Q(MVAr)

Hới

Thông qua ứng dụng phần mềm ETAP kết hợp với các phần tử mô phỏng như

đã trình bày ở mục 2.1, lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình được tiến hành xây dựng, mô hình hóa với các số liệu giống với thực tế thu thập để đảm bảo tính chính xác Sơ đồ mô phỏng được thể hiện qua hình 2.20

Hình 2.2: Sơ đồ mô phỏng lưới điện Quảng Bình

2.3 Kết luận

Trong chương này, tác giả đã giới thiệu về phần mềm mô phỏng lưới điện – ETAP và các công cụ hỗ trợ cho công việc mô hình hóa lưới điện phân phối tỉnh Quảng Bình Dựa vào các thông số thực về lưới điện đã thu thập được, lưới điện tỉnh Quảng Bình đã được xây dựng hoàn chỉnh và đảm bảo tính chính xác phục vụ cho quá trình phân tích các chế độ vận hành của lưới điện

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN

GIÓ BÃI DINH ĐẾN LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG BÌNH 3.1 Chế độ vận hành

3.1.1 Nhu cầu phụ tải khu vực và nguồn cấp

Hiện tại lưới điện Quảng Bình được cấp chủ yếu từ nguồn điện thuộc hệ thống điện quốc gia thông qua hai trạm biến áp 220kV Đồng Hới và Ba Đồn, không có nguồn thủy điện hay nhiệt điện nào kết nối trực tiếp với lưới điện của tỉnh

3.1.2 Đặc điểm phụ tải lưới điện khu vực

 Đặ điểm t àn ần tải tỉn Q ảng Bìn

Hình 3.1: Biểu đồ thành phần phụ tải tỉnh Quảng Bình

 Đặ điểm tải ngày tỉn Q ảng Bìn

Phụ tải ngày đặc trưng của tỉnh Quảng Bình trong ngày 19/6/2017 như sau:

Bảng 3.1: Số liệu phụ tải ngày của tỉnh Quảng Bình

8 Tải Sông Gianh 25,63 8,30 12,82 4,15

Phụ tải tiêu dùng dân cư 31%

Phụ tải công nghiệp, xây dựng 48%

Phụ tải nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản 8%

Phụ tải thương nghiệp, khách sạn, nhà hàng 10%

Phụ tải khác 3%

Thông số nguồn:

Bảng 3.2: Thông số các nguồn trên lưới khu vực

BaDon220 (Nguồn cung cấp từ hệ thống

thông qua trạm biến áp 220kV Ba Đồn) 70 MW 95

U1 (Nguồn cung cấp từ hệ thống thông

qua trạm biến áp 220kV Đồng hới) 500 MVA 95

3.2 Chế độ vận hành của l ới điện phân phối khu vự k i a kết nối nhà máy điện gió Bãi Dinh

3.2.1 Chế độ lưới điện vận hành tải cực đại

Phân bố công suất trên lưới phân phối tỉnh Quảng Bình khi chưa có sự tham gia của NMĐG Bãi Dinh (lúc này máy cắt kết nối NMĐG và lưới điện đang ở vị trí mở)

ở chế độ phụ tải là cực đại Các thông số chi tiết thể hiện tại hình 3.2 và từ bảng 3.3 đến bảng 3.8

Hình 3.2: Phân bố công suất lưới điện khi tải cực đại và chưa kết nối Bãi Dinh Bảng 3.3: Thông tin tổng quát khi tải cực đại và chưa kết nối Bãi Dinh

Diversity Factor Normal Loading

Diversity Factor Normal Loading

Generation-MW 109,544 Generation-Mvar 12,753

- Điện áp tại các nút trên lưới điện 110 kV và tại khu vực kết nối NMĐG Bãi Dinh tỉnh Quảng Bình trong chế độ phụ tải cực đại khi chưa có sự tham gia của nhà máy điện gió vận hành duy trì trong giới hạn cho phép từ 95% đến 105% Uđm, độ lệch điện áp giữa các nút nằm trong phạm vi cho phép ±5% Uđm

- Tất cả các đường dây tải điện của lưới điện 110 kV vận hành bình thường đảm bảo các thông số vận hành nằm trong giới hạn cho phép (dưới 100% cp), không có đường dây nào vận hành quá tải

3.2.2 Chế độ lưới điện vận hành tải cực tiểu

Phân bố công suất trên lưới phân phối tỉnh Quảng Bình khi chưa có sự tham gia của NMĐG Bãi Dinh ở chế độ phụ tải là cực tiểu Các thông số chi tiết thể hiện tại hình 3.3 và từ bảng 3.10 đến bảng 3.15

Hình 3.3: Phân bố công suất lưới điện khi tải cực tiểu và chưa kết nối Bãi Dinh

- Trong chế độ vận hành lưới phân phối tỉnh Quảng Bình khi chưa có kết nối nhà máy điện gió Bãi Dinh ở chế độ phụ tải cực tiểu với công suất 54,699

MW, tổn thất công suất trong toàn lưới là 0,109 MW, chiếm tỷ lệ 0,2 % Do toàn bộ công suất lưới đều phải lấy từ hệ thống điện quốc gia và được tiêu thu hết, do đó với công suất tải nhỏ kéo theo tổn hao trên đường giây giảm xuống

và ít hơn chế độ vận hành với phụ tải cực đại

- Tương tự như trường hợp phụ tải cực đại, điện áp tại các nút trên lưới điện

110 kV và khu vực kết nối trong chế độ phụ tải cực tiểu khi chưa có sự tham gia của nhà máy điện gió vận hành duy trì trong giới hạn cho phép từ 95% đến 105% Uđm, độ lệch điện áp giữa các nút nằm trong phạm vi cho phép ±5% Uđm

- Tất cả các đường dây tải điện của lưới điện 110 kV vận hành trong chế độ phụ tải bình thường đảm bảo các thông số vận hành nằm trong giới hạn cho phép, không có đường dây nào vận hành quá tải

3.2.3 So sánh 2 chế độ vận khi chưa kết nối nhà máy phong điện Bãi Dinh

Sau khi phân tích số liệu về trào lưu công suất, tổn thất công suất, điện áp tại các nút ta được bảng tổng hợp như sau:

Bảng 3.4: So sánh tổn thất công suất giữa các chế độ trên các phần tử lưới điện