Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán DG đến chất lượng điện áp của lưới điện phân phối áp dụng cho lưới điện địa phương của tỉnh hủa phăn CHDCND lào

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan bản luận văn cao học này với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán DG đến chất lượng điện áp của lưới điện phân phối, áp dụng cho lưới đ

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

-

Bounsong KHANTHALY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN (DG) ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN

ĐỊA PHƯƠNG CỦA TỈNH HỦA PHĂN,

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

-

Bounsong KHANTHALY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN (DG) ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN

ĐỊA PHƯƠNG CỦA TỈNH HỦA PHĂN,

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện

trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã giúp đỡ, động

viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực hiện luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ

lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS TS Trần Bách người đã tận tình hướng dẫn giúp

tác giả hoàn thiện luận văn này

Tác giả luận văn

Bounsong KHANTHALY

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan bản luận văn cao học này với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán (DG) đến chất lượng điện áp của lưới điện phân phối, áp dụng

cho lưới điện địa phương của tỉnh Hủa Phăn, CHDCND Lào” và các giải pháp nâng cao

chất lượng điện áp” hoàn toàn do tác giả tự làm và các số liệu chưa từng được công bố trong các tài liệu nào khác Tác giả có tham khảo một số tài liệu được ghi trong mục “Tài liệu tham khảo”

Tác giả

Bounsong KHANTHALY

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 8

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 11

GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP 11

1.1 Tổng quát về lưới điện [1] 11

1.1.1 Định nghĩa 11

1.1.2 Phân loại lưới điện 11

1.2 Giới thiệu về lưới điện phân phối trung áp 12

1.2.1 Tổng quan 12

1.2.2 Lưới phân phối điện 3 pha 3 dây (3p3) 13

1.2.3 Lưới phân phối điện 3 pha 4 dây (3p4) 14

1.3 Sơ đồ lưới phân phối điện trung áp 15

1.3.1 Sơ đồ lưới phân phối trung áp trên không 18

1.3.2 Sơ đồ lưới phân phối cáp trung áp 19

1.3.3 Sơ đồ hệ thống phân phối điện 19

1.4 Các chế độ làm việc và yêu cầu của lưới điện phân phối trung áp 19

1.4.1 Định nghĩa chế độ làm việc 19

1.4.2 Các yêu cầu của lưới điện phân phối trung áp 21

1.4.3 Phụ tải của lưới điện phân phối trung áp 22

CHƯƠNG 2 24

TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 24

2.1 Định nghĩa và đặc điểm công nghệ 24

2.1.1 Định nghĩa 24

2.1.2 Đặc điểm công nghệ nguồn phát điện phân tán 24

2.2 Một số dạng nguồn phát điện phân tán 26

2.2.1 Nguồn điện gió 26

2.2.2 Nguồn điện mắt trời 27

2.2.3 Thủy điện nhỏ 30

2.2.4 Điện sinh khối (Biomass) 32

2.2.5 Năng lượng địa nhiệt 33

CHƯƠNG 3………35

ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA LƯỚI TRUNG ÁP 35

3.1 Khái quát chung 35

3.1.1 Các lợi ích của DG: 35

3.1.2 Các điều cần chú ý khi kết nối DG vào lưới phân phối: 36

3.2 Tổn thất công suất trên lưới 36

3.3 Các vấn đề về điện áp 39

3.3.1 Sự gia tăng điện áp 41

3.3.2 Sự suy giảm nhanh điện áp 42

3.3.3 Sự dao động điện áp 43

3.3.4 Độ không sin sóng điện áp ( hài bậc cao xuất hiện) 44

3.4 Vấn đề về dòng điện sự cố và bảo vẹ rơle 46

3.4.1 Dòng điện tăng cao trong các trường hợp sự cố 47

3.4.2 Thay đổi sự phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ 48

3.4.3 Máy cắt không mong muốn 49

3.4.4 Tác động đến sự làm việc của tự động đóng lại 49

3.4.5 Thay đổi vùng tác động của rơle bảo vệ 52

3.4.6 Các biện pháp hạn chế ảnh hưởng của DG trong chế độ sự cố lưới điện 52

3.5 Độ tin cậy cung cấp điện 53

3.5.1 Độ tin cậy cung cấp điện 53

3.5.2 Tính toán độ tin cậy cung cấp điện 55

3.6 Vấn đề về kinh tế và môi trường 58

3.6.1 Những vấn đề về môi trường: 58

3.6.2 Những vấn đề về kinh tế 59

3.7 Đánh giá ảnh hưởng của DG bằng hệ số đa mục tiêu 60

3.7.1 Các hệ số ảnh hưởng của DG tới lưới phân phối 60

3.7.2 Hệ số đa mục tiêu 63

CHƯƠNG 4 64

TÍNH TOÁN ÁP DỤNG, PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA DG ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN 64

4.1 Phương pháp tính toán lưới điện 64

4.1.1 Ma trận tổng dẫn nút 64

4.1.2 Các loại nút trong lưới điện 65

4.1.3 Mô hình cân bằng công suất nút khi có kết nối DG 65

4.1.4 Phương pháp Newton-Raphson (NR) 67

4.1.5 Phần mềm tính toán PSS/ADEPT 68

4.2 Tính hiệu quả của DG trong việc cải thiện chất lượng điện áp và giảm tổn thất diện năng trên đường dây 70

4.2.1 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả cải thiện điện áp 70

4.2.2 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả giảm tổn thất công suất 71

4 3 Tính toán áp dụng cho lưới điện thực tế 71

4.3.1 Tình hình chung của tỉnh HỦA PHĂN - LÀO 71

4.3.2 Hiện trạng của lưới phân phối tỉnh HỦA PHĂN 72

4.3.3 Lưới điện nghiên cứu 73

4.3.4 Tính toán điện áp các nút và tổn thất công suất khi chưa có DG: 82

4.3.5 Tính toán điện áp các nút và tổn thất công suất khi có DG……… 83

4.3.6 Phân tích độ giảm tổn thất công suất và chất lượng VI : 87

4.4 Kết luận……… ………88

Kết luận chung luận văn ……… 89

Tài liệu tham khảo……… …….90

Kết quả tính toán lưới điện

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Danh mục Trang

Bảng 1.1 Hệ số thống kê cho một số phụ tải thông dụng……….….23

Bảng 2.1 Dãy công suất tương ứng của các công nghệ nguồn DG……….….25

Bảng 3.1 Ví dụ về các hệ số đa mục tiêu……… 63

Bảng 4.1: Số liệu nút ……… 75

Bảng 4.2: Số liệu dây dẫn ……… …78

Bảng 4.3: Kết quả phân bố điện áp……… 87

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Danh mục Trang Hình 1.1 Lưới điện 3 pha 3 dây……….… …… 13

Hình 1.2 Lưới điện 3 pha 4 dây……… … 15

Hình 1.3 Lưới phân phối hình tia……….… 15

Hình 1.4 Lưới phân phối hình tia phân đoạn……… 15

Hình 1.5 Lưới phân phối kín vận hành hở……….… 16

Hình 1.6 Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập………… … 16

Hình 1.7 Lưới điện kiểu đường trục……… 16

Hình 1.8 Lưới điện có đường dây dự phòng chung……… …….… 17

Hình 1.9 Hệ thống phân phối điện……….… 17

Hình 1.9 Các loại sơ đồ trung áp trên không……… 18

Hình 2.1 Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC)……… 25

Hình 2.2 Tổng quát về cấu tạo tổ hợp tuabin - máy phát điện gió……….… 27

Hình 2.3 Sơ đồ năng lượng mắt trời ……… 28

Hình 2.4 Mô hình nhà máy thủy điện nhỏ……….… 30

Hình 2.5 Năng lượng sinh khối……… 32

Hình 2.6 Năng lượng địa nhiệt……….….34

Hình 3.1 DG làm giảm công suất trên đoạn lưới từ hệ thông tới………….………… 37

Hình 3.2 Phân bố hợp lý các DG trên lưới sẽ giảm được tổn thất so với đặt tập trung 38

Hình 3.3 Điện áp nút tăng lên tại nút có đấu nối DG……… 41

Hình 3.4 Ảnh hưởng của DG tới sự phối hợp giữa các bảo vệ……….… 48

Hình 3.5 Sự phối hợp giữa TĐL và CC trên lưới điện hình tia……….……….… 50

Hình 3.6 DG làm việc song song với lưới ……… ….54

Hình 3.7 Chế độ vận hành cô lập của DG làm tăng độ tin cậy của CCĐ……… …54

Hình 3.8 Các thức đặt TĐL có thể làm tăng độ tin cậy của lưới điện……….….….55

Hình 4.1 Sơ đồ lưới điện Feeder3 của tỉnh Hủa Phăn……… 74

Hình 4.2 Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi chưa có DG ……… …82

Hình 4.3 Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 117 ……… 83

Hình 4.4 Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 117……….….84

Hình 4.5 Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 117……… …84

Hình 4.6 Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 117 … ……… 85

Hình 4.7 Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 92 ……… ….85

Hình 4.8 Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 92…… ……… …… 86

Hình 4.9 Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 92 … ……….…86

Hình 4.10 Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 92 … ………87

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật trên thế giới ngày này, đi đôi với nhu cầu ngày càng lớn về năng lược nhằm đáp ưng sự phát triển của kinh tế xã hội Việc tập trung nghiên cứu để tìm ra các nguồn năng lượng mới là yêu cầu cấp bách Nguồn năng lượng mới, các nguồn năng lượng tài tạo có công suất nhỏ là một trong những giải pháp đó Tại Lào do địa hình phức tạp, đồi núi song ngòi nhiều việc truyền tải điện đến vùng sâu, vùng

xa gặp rất nhiều khó khăn do đó phát triển các nguồn năng lượng có công suất nhỏ là một giải pháp hiệu quả

Tuy nhiên, trong quá trình phát triển hệ thống điện Sự xuất hiện của nguồn điện phân tán (DG) trong lưới điện phân phối cũng kéo theo một số vấn đề này 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 điện 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 lí 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 phân 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

Do đó tôi chọn đề tài nghiên cứu là:

“ Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán (DG) đến chất lượng điện áp của lưới điện phân phối, áp dụng cho lưới điện địa phương của tỉnh Hủa Phăn, CHDCND - Lào”

Mục tiêu của luận văn

- Phân tích ảnh hưởng của DG đến lưới điện áp của lưới điện phân phối

- Tính toán phân tích ảnh hưởng của DG trong việc cải thiện chất lượng điện áp và giảm tổn thất công suất trên lưới

- Sử dụng phân mềm PSS/ADEPT mô phỏng ảnh hưởng nguồn điện phân tán (DG), Áp dụng với lưới điện trung áp của tỉnh Hủa Phăn – Lào

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP

1.1 Tổng quát về lưới điện [1]

1.1.1 Định nghĩa

Lưới điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đương 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

1.1.2 Phân loại lưới điện

Có nhiều cách phân loại lưới điện, sau đây là một số cách phân loại thường gặp:

1.1.2.1.Phân loại theo dòng điện

- Theo dòng điện, lưới điện bao gồm 2 loại:

+ Lưới điện xoay chiều là lưới điện mà nguồn điện được sử dụng trong các khâu chính như phát điện, truyền tải, phân phối, tiêu thụ là nguồn xoay chiều

+ Lưới điện một chiều là lưới điện mà nguồn điện được sử dụng trong hầu hết các khâu

là điện một chiều

1.1.2.2 Phân loại 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: Là lưới điện, làm nhiệm vụ truyền tải điện từ các nhà máy điện hoặc các trạm khu vực đến các trạm trung gian địa phương

- 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 tải – sau đây gọi tắt là lưới điện phân phối – LPP ) làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian ( hoặc hoặc trạm khu vực hoặc thanh cái nhà máy điện ) cho các phụ tải

1.1.2.3 Phân loại theo điện áp:

- Lưới điện cao và siêu cao áp

- Lưới điện trung áp

- Lưới điện hạ áp

1.1.2.4.Phân loại theo khu vực

- Lưới điện đô thị

- Lưới điện nông thôn

- Lưới điện xí nghiệp và dân dụng

1.1.2.5 Phân loại theo phương án đi dây

- Lưới sử dụng đường dây trên không;

- Lưới sử dụng cáp

1.1.2.6 Phân loại theo sự phát triển

- Lưới điện phát triển hay lưới điện động: là lưới điện cung cấp điện cho phụ tải luôn phát triển theo thời gian và không gian

- Lưới điện bão hòa hay lưới điện tĩnh: cung cấp điện cho phụ tải cố định, không phát triển theo thời gian và không gian

1.2 Giới thiệu về lưới điện phân phối trung áp

1.2.1 Tổng quan

- Lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp là hai thành phần tạo nên lưới phân phối Trong đó: Lưới phân phối trung áp là lưới phân phối có điện áp 6, 10, 15, 22, 35 kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp/ hạ áp và các phụ tải trung áp; Lưới phân phối hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220 V

- Mang đặc điểm của Lưới phân phối, Lưới phân phối trung áp cũng có cấu trúc kín nhưng vận hành hở Khi có sự cố, phần lưới phân phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất

về phía nguồn bị cắt điện để tách sự cố ra khỏi hệ thống, phần lưới không có điểm bị sự

cố vẫn được đóng điện để tiếp tục vận hành Chỉ có đoạn lưới sự cố bị mất điện cho đến khi sửa chữa xong Do đặc điểm của lưới phân phối là trải rộng trên khắp các khu vực, vùng miền nên phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp

- Các thành phần cơ bản của LPP trung áp là:

+ Trạm biến áp trung gian, biến đổi điện năng sơ cấp máy biến áp (MBA) ở các cấp điện

áp cao (110 kV, 220 kV) cấp cho các LPP địa phương

+ Lưới phân phối trung áp cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp

- Có hai loại lưới phân phối điện trung áp là lưới phân phối trung áp 3 pha 3 dây và lưới phân phối trung áp 3 pha 4 dây

1.2.2 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

MBA Phụ tải 3 pha

MBA Phụ tải 2 pha

Đường trục pha 3 dây MBA nguồn

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 gay 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 )

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+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 quy hại cho lưới điện và gây nhiều 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 lớn 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 ): điên trở hoặc điện kháng nhằm giảm dòng ngắn mạch xuống mức cho phép Biến 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 xảy 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 dể thích nghi với cấu trúc vận hành thay đổi của lưới, sơ đồ bảo vệ sự cố chạm đất phức tạp và khó tìm chỗ sự

cố, giá thành cao và đòi hỏi bảo quản thường xuyên lien tục

Trên thực tế lưới điện trên không 6-10kV không phải nối đất, lưới cáp thì phải tính toán cụ thể, lưới điện 22kV trở lên nhất điện phải nối đất theo một trong các cách trên

1.2.3 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

MBA Phụ tải 1 pha Phụ tải 1 phaMBA

Nhánh 2 pha + trung tính

Nhánh 2 pha + trung tính

Đường trục pha 4 dây MBA nguồn

MBA Phụ tải 1 pha

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 ( 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

Hình 1.3: Lưới phân phối hình tia

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 lý thì ảnh hưởng trong thời gian đổi nối lưới điện

Hình 1.4: Lưới phân phối hình tia phân đoạn 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 có thể vận hành kín cho độ tin cậy cao hơn nhưng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo vệ có hướng nên đắt tiền Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn một chút do phải thao tác khi sự cố nhưng rẻ tiền,

có thể dùng dao cách lý tự động hay điều khiển từ xa

Hình 1.5: Lưới phân phối kín vận hành hở d) Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập Lưới điện này phải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song song lưới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn mạch

Hình 1.6: Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập

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 các yêu cầu công suất lớn

Hình 1.7: Lưới điện kiểu đường trục

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 như ở trên Loại này được dùng tiện lợi cho lưới điện cáp ngầm

Nguồn 1 ĐD TBPĐ ĐD

ĐD TBPĐ ĐD

TBPĐ Nguồn 2

Nguồn

ĐD1

ĐD2

TBPĐ

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

Hình 1.8: Lưới điện có đường dây dự phòng chung 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

1.3.1 Sơ đồ lưới phân phối trung áp trên không

a) Lưới hình tia

b) Lưới hình tia phân phối

1

Hình 1.10: Các loại sơ đồ 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 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 sự cố không khó khan như với lưới phân phối cáp Lưới phân phối nông thôn đòi hỏi về độ tin cậy như 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 lien 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 lý lien lạc được mở trong khi làm việc

để vận hành hở

Day 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

Lưới cáp đô thị có nhiều dạng phực 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 thong 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 tính 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 đô vận hành tối ưu 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 lương 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 trung áp

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 Tùy theo sự biến đổi của các thong

số chế độ theo thời gian và dựa vào sự biến thiên này để phân chia chế độ làm việc của

lưới điện

1.4.1.1 Chế độ xác lập

- Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thông số biến đổi nhỏ quanh giá trị trung bình nên

có thể quy ước các thông số là hằng số không đổi

cố do mất cân bằng pha gây nên, do đó, chế độ xác lập đối xứng là chế độ lý tưởng, là chế

độ tốt nhất cho sự làm việc ổn định của hệ thống; Ngược lại, chế độ làm việc không đối xứng thì sẽ phát sinh nhiều vấn đề trong thực tế vận hành, cũng như do sự mất cân bằng pha mang lại

- Bên cạnh sự khác nhau trong thực tế vận hành, việc tính toán lưới trong chế độ xác lập không đối xứng cũng khó khăn hơn nhiều so với lưới đối xứng Đối với Lưới phân phối trung áp, chế độ làm việc thường là chế độ làm việc không đối xứng, rất ít khi hệ thống làm việc trong chế độ đối xứng; Nhưng do có sự tính toán, chia phụ tải cho các pha trong quá trình vận hành nên sự mất cân bằng giữa các pha là không lớn, để dễ dàng trong tính toán chế độ, Lưới phân phối trung áp được coi là có chế độ làm việc chủ yếu là chế độ đối xứng

- Một cách phân chia khác dựa theo thời điểm xuất hiện chế độ xác lập:

+ Chế độ xác lập trước sự cố;

+ Chế độ xác lập sau sự cố

- Dựa trên giá trị công suất thực tế của phụ tải, các chế độ của lưới phân phối trung áp được quan tâm nhất là:

+ 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, đây là chế độ mà công suất phụ tải

có giá trị lớn, tiệm cận tới công suất thiết kế của lưới;

+ Chế độ min: là chế độ của lưới điện trong đó mức điện áp trên lưới là cao nhất; hệ thống không có phụ tải hay hệ thống ở chế độ không tải cũng được coi là một trường hợp của chế độ min

1.4.1.2 Chế độ quá độ

- Chế độ quá độ là chế độ của lưới điện không phải là chế độ xác lập, đây là chế độ mà các thông số chế độ biến đổi liên tục, rất nhanh theo thời gian, chế độ trước và sau của chế độ quá độ là chế độ xác lập

- Chế độ quá độ xuất hiện tại bất cứ thời điểm nào, mỗi khi bật/tắt một thiết bị phụ tải hoặc xảy ra sự cố như ngắn mạch, sự cố do mất cân bằng pha, khiến cấu trúc của hệ thống thay đổi, các thông số chế độ sẽ thay đổi và mất một thời gian để đưa hệ thống về xác lập Tùy thuộc vào tác nhân tạo ra sự thay đổi của các thông số chế độ mà thời gian tồn tại chế

độ quá độ là khác nhau Nếu tác nhân là nhỏ thì chế độ quá độ tồn tại trong thời gian ngắn, ngược lại, chế độ quá độ sẽ xuất hiện trong thời gian dài

1.4.2 Các yêu cầu của lưới điện phân phối trung áp

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 thõa mãn các tiêu chuẩn về độ lệnh 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 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

1.4.3 Phụ tải của lưới điện phân phối trung áp

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 [15]

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 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 [15]:

Một trong những đặc điểm của phụ tải là biến đổi theo tần số và điện áp tại điểm nối vào lưới điện Phụ tải cơ sở có giá trị ở Uđm và fđm Khi điện áp và tần số lệch khỏi định mức thì giá trị thực tế của phụ tải sẽ biến đổi theo quan hệ [1]:

P = Kp (f)pf

Q = Kq (U)qf (f)qf

Trong đó, Kp và Kqlà các hệ số phụ thuộc giá trị định mức của phụ tải Còn các hệ

số pv, pf, qv và qf là các hệ số thống kê đặc trung cho các loại thiết bị dùng điện Bảng 1.1 liệt kê giá trị của một số phụ tải

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

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 lưới phân phối, 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 công nghệ mới, chất lượng điện năng, độ tin cậy của 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 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 [19]

Lợi ích cơ bản nhất của DG là người 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 [14]

2.1.2 Đặc điểm công nghệ nguồn phát điện phân tán

Các công nghệ DG được phân thành hai nhóm chinh:

- 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

- Nguồn tái tạo: ( sử dụng nhiên liệu hóa thạch làm nhiêu liệu sơ cấp): pin nhiên liệu, động cơ đốt trong, tuabin hơi ( combustion tuabines) Trong đó các DG là nguồn năng lượng tái tạo đang được thực đẩy phát triển nhờ hiệu quả tác động tới môi trường

Các công nghệ DG và dãy công suất thông thường được chỉ ra trong bảng dưới đây [3]

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

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 thống 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 điểm

Đường dây Kết nối DG

Điểm kết nối chung

(PCC)

Điểm kết nối (CP)

Máy cắt

Dao Cách lý

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 phát điện phân tán đang được đánh giá là có tiềm năng và tính khả thi nhất trong quá trình phát triển ở nước Lào 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 tuabin gió – máy phát đã lên tới 4MW Đối với các tổ có công suất nhỏ lớn, cấu hình thường gặp là loại tổ tuabin “đứng” (stall regulated tuabin – không quay) tốc độ cố định Các tua bin 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 nguồn điện gió có ưu điểm là không tiêu thụ nhiên liệu va không gây ô nhiễm môi trường nhưng được 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 đốc 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

v P

P  (2.1)

Trong đó:

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

Pn: công suất đặt của máy phát, (kW)

i : vận tốc gió tại thời điểm I, (m/s)

max: vận tốc gió cực đại, (m/s)

+ 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

+ Nhược điểm: Chi phí xây dựng nhà máy điện gió cao do trang thiết bị đều phải nhập ngoại dẫn đến giá điện cao, hiệu suất của nhà máy chỉ cao khi đặt tại những địa điểm có nguồn gió nhiều và ổn định, phát thải tiếng ồn lớn

Hình 2.2: Tổng quát về cấu tạo tổ hợp tuabin - máy phát điện gió

- Các thành phần chính của hộp tổ hợp tuabin-máy phát bao gồm (hình 2.2):

+ 1 Bánh răng chính – main bearing

+ 2 Hộp số truyền động – gear box

+ 3 Máy phát điện – generator

+ 4 Đồng hồ đo gió

+ 5 Mô tơ điện

+ 6 Tủ điện điều khiển

2.2.2 Nguồn điện mắt trời

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 chỉnh 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 lương ngiên 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 toa 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 do 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 nhiết 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 suất đời Nếu tính một dự án điện mặt trời có vòng đời 20 năm thì việc lắp đặt để cung cấp điện và nhiệt năng có hiệu quả cao Hơn nữa, năng lương trên có thể được dự trữ để dùng trong thời gian trời không đủ nắng hoặc chuyển tải điện dư thừa vào lưới điện

Hình 2.3: Sơ đồ 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 của 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 trức tiếp bức xa năng lượng mặt trời thành điện năng, không qua bức trung gian về nhiệt

Điện năng do pin mặt trời sản xuất ra không dùng hết có thể được tích trữ ắc qui 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 thay đổi nếu cường độ bức

xạ mặt trời thay đổi dẫn đến có thể làm thay đổi điện áp ra làm ảnh hưởng đến chất lượng điện năng Để khắc phục điều này có thể kết nối giữa nguồn cấp và phụ tải thông qua trạm sạc ắc-qui hay bộ biến đổi công suất

Chế độ phát điện của điện mặt trời (ĐMT) phụ thuộc nhiều vào cường độ bức xạ mặt trời Số giờ có nắng trong ngày thường chỉ từ 8h sáng đến 16h chiều (tức là 9h trong ngày), trong đó cường độ bức xạ cực đại đạt được vào khoảng thời gian từ 11h-13h và cực tiểu vào lúc 8h và 16h Dựa vào cường độ bức xạ của mặt trời có thể xác định được công suất phát của ĐMT:

.

1000

i bucxa dat i DMT i

P P

P  

(2.2) Trong đó:

𝑃𝑏𝑢𝑐𝑥𝑎𝑖 = cường độ bức xạ của mặt trời tổng tại thời điểm I, kWp/m2

𝑃𝑖−𝑑𝑎𝑡 = công suất đặt của dàn Pin mặt trời, kWp

: hiệu suất nhà máy,%

* Ưu điểm của năng lượng trời:

- Không mất tiền mua nhiên liệu và bảo dưỡng

- Độ bền cao và đáng tin cậy

- Không gây ô nhiễm

* Nhược điểm của năng lượng mặt trời:

- 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

Hình 2.4: Mô hình nhà máy thủy điện nhỏ

Đối với các hồ chứa thủy điện nhỏ công suất đến ≤ 30MW thì các hồ chứa thủy điện thu thập mưa để sau đó có thể sử dụng cho sinh hoạt và lưới tiêu Nhờ việc tích trữ nước, các hồ chứa ngăn chặn việc ngập úng do xả toàn bộ khối nước và giảm khả năng ngập lụt

và hạn hán Hơn nữa, điện năng được phát từ các nhà máy thủy điện nhỏ có thể được đưa vào lưới nhanh hơn các nguồn năng lượng khác Khả năng tăng công suất của thủy điện từ

0 lên cực đại là nhanh chóng và có thể dự đoán trước, cho phép thủy điện đáp ứng các mức thay đổi phụ tải và cung cấp các dịch vụ phụ thuộc điện năng để giữ cân bằng giữa nguồn cấp và nhu cầu phụ tải Trong suất vòng đời của trạm thủy điện, các trạm này sản sinh một lượng rất nhỏ các khí gây hiệu ứng kính (GHGs), bù lại việc phát thải GHG từ các nhà máy nhiệt điện chạy than, dầu và khí đốt, thủy điện có thể làm chậm lại việc cảnh báo toàn cầu về GHG Mặc dù mới chỉ có 33% các nguồn năng lượng thủy điện được khai thác và phát triển trên thể giới, nhưng đã giúp toàn thế giới tránh phải đốt tương đương 4,5 triệu thùng dầu mỗi ngày

Công suất của trạm TĐN được xác định theo biểu thức:

P9.81..Q.H (2.3)

Trong đó:

: Hiệu suất biến đổi năng lượng

Q: Lưu lượng nước, m3/s

H: Chiều cao cột nước, m

Do tính đa dạng của TDN, đáp ứng nhu cầu sử dụng của nhiều đối tượng khác nhau

và tùy thuộc vào quy mô công suất, TĐN cũng được phân thành 3 loại: thủy điện nhỏ (small hydropower), thủy điện mini (mini hydropower) và thủy điện cực nhỏ (micro hydropower)

* Ưu điểm của thủy điện nhỏ:

- Chi phí nhân công thấp bởi vì các nhà máy 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 của 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 nhỏ, khí tự nhiên hay than

đá và không cần phải nhập nhiên liệu

* Nhược điểm của thủy điện nhỏ:

- 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

2.2.4 Điện sinh khối (Biomass)

Một dạng năng lượng phân tán có tiềm năng phát triển rất lớn với tỉ lệ 14-15% tổng

năng lượng tiêu thụ trên thế giới đó là Biomass Biomass (năng lượng sinh khối, hay năng lượng từ vật liệu hữu cơ) là nguồn khí nhiên liệu được tạo ra từ quá trình phân thủy các chất hữu cơ, thức ăn thừa và phân động vật Biomass có thể giải quyết tình trạng thay đổi khí hậu và có khả năng giữ vai trò sống còn trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai

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

Hình 2.5 Năng lượng sinh khối

* 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

2.2.5 Năng lượng địa nhiệt

Đia nhiệt là nguồn năng lượng tiềm tàng từ sức nóng dưới long đất, nếu được khai thác sẽ đem lại hiệu quả vô cùng to lớn cho sản suất và đời sống con người Ngày nay các nước như Mỹ, Anh, Đức, Nga, Nhật… đã bỏ ra hàng tỉ đô la để tiếp tục nghiên cứu nguồn năng lượng này Theo báo cáo khoa học mới nhất của Viện Công Nghệ Mỹ Masachusset,

khác với năng lượng mặt trời, năng lượng gió hay năng lượng biển thì năng lượng địa nhiệt luôn luôn hiện diện dưới long đất, nó tìm tàng và hết sức to lớn, là nguồn năng lượng của tương lai Về mặt khoa học, nguồn năng lượng địa nhiệt luôn luôn tồn tại là do cấu tạo của quả đất có một hạt nhân giống như một “hòn lửa” không lồ, nhiệt độ cực kỳ cao và tùy theo độ sâu, trong các tầng địa chất, sẽ có nhiệt độ và nhiệt lượng tương ứng Các nhà khoa học địa nhiệt đã tính toán xác định, ở độ sâu 40km trong long đất, nhiệt độ

sẽ nóng 1000 độ C, ở sâu 5km sức nóng là 350 độ C

Năm 1960, nhà máy địa nhiệt lần đầu tiền trên thế giới được khánh thành và đưa vào hoạt động tại Geysers (California – Hoa kỳ) với công suất 11MW Với 8000MW công suất điện được sản suất tại 20 nước trên thế giới thì điện địa nhiệt chiềm 0,2% tổng công suất điện toàn thế giới

Hình: 2.6 Năng lượng địa nhiệt

CHƯƠNG 3 ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH

TẾ - KỸ THUẬT CỦA LƯỚI TRUNG ÁP

3.1 Khái quát chung

3.1.1 Các lợi ích của DG:

* Lợi ích về mặt độ tin cậy và an toàn:

- Tăng khả năng an toàn trong các trường hợp phụ tải tăng đến mức giới hạn

- Giảm nhẹ nghẽn mạch trên lưới truyển tải và lưới phân phối

- Giảm ảnh hưởng của các tấn công vật lý và tấn công mạng

- Giảm độ tán xạ của nguồn phát

* Lợi ích về kinh tế:

- Giảm chi phí cho tổn thất điện năng

- Giảm chi phí vốn cho nâng cấp nguồn điện, lưới truyển tải và phân phối

- Chi phí vận hành thấp hơn do giảm được công suất đỉnh

- Giảm chi phí nhiên liệu do nâng được hiệu suất chung

- Giảm diện tích đất cho nguồn điện

* Lợi ích về phát tải khí:

- Giảm tổn thất điện năng trên đường dây điện

- Giảm khí thải ô nhiễm

* Lợi ích về chất lượng điện năng:

- Cải thiện đồ thị điện áp

- Giảm dao động điện áp

- Giảm độ không sin của điện áp

3.1.2 Các điều cần chú ý khi kết nối DG vào lưới phân phối:

Tuy nhiên, khi kết nối DG vào lưới điện còn phải tuân thủ các tiêu chuẩn kết nối và

rang buộc về mặt kỹ thuật và kinh tế Tùy thuộc vào cấu trúc của lưới điện mà những tiêu chuẩn cũng khác nhau và kéo theo ảnh hưởng của DG tới lưới cũng khác nhau Lưới điện phân phối bị giới hạn bởi những rang buộc về ổn định điện áp và khả năng tải của đường dây, thiết bị Ngoài ra các tiêu chuẩn cơ bản cho phép kết nối vào lưới điện phân phối (tiêu chuẩn về cấp điện áp, tần số…) bị ảnh hưởng bởi kỹ thuật và công nghệ chế tạo

Các nguồn phân tán (DG) thường được kết nối chủ yếu là ở lưới điện phân phối trung áp với cấp điện áp từ 6kV đến 35kV Những nghiên cứu trước đây cho thấy, với mức độ thâm nhập từ 10-15% của các nguồn phân tán vào lưới sẽ không có những thay đổi đáng kể nào đối với cấu trúc lưới và hệ thống điện [3] Tuy nhiên khi mức độ thâm nhập của DG càng tăng thì mức độ ảnh hưởng lên lưới là càng lớn Khi đó, ngoài những ảnh hưởng tới tính kinh tế của lưới điện, những lợi ích và bất lợi, và những vấn đề lien quan đến môi trường và biến đổi khí hậu, sự thâm nhập của DG vào lưới còn làm phát sinh những vấn đề kỹ thuật cần phải quan tâm, đó là:

- Đặc tính điện áp thay đổi trên toàn lưới phụ thuộc vào công suất tiêu thụ

- Quá độ điện áp sẽ xảy ra do việc kết nối và ngắt kết nối các máy phát thậm chí là do quá trình vận hành máy phát phân tán

- Tăng mức độ dòng ngắn mạch sự cố

- Vấn đề về phối hợp bảo vệ giữa phía máy phát phân tán và lưới điện

- Tổn thất công suất thay đổi theo các cấp độ phụ tải

- Chất lượng độ an toàn và độ tin cậy cung cấp điện

3.2 Tổn thất công suất trên lưới

DG xuất hiện sẽ làm thay đổi dòng công suất trên lưới Nếu DG đặt giữa nguồn cấp

điện và phụ tải sẽ làm giảm công suất truyển 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 đông nghĩa với việc giảm được lượng công suất từ nguồn truyền thống tới phụ tải, trong lưới phân phối thì nguồn đó thường là các trạm biến áp trung gian Mặt khác, khi phụ tải giảm thấp thì nguồn phân tán lúc đó có thể cung cấp điện cho lưới điện Mức độ đóng góp của DG còn tùy thuộc vào công suất của nó với nhu cầu tăng thêm của phụ tải

HT

21

MC

3

P3+jQ3DG

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

DG có thể làm giảm hoặc tăng tổn thất công suất trên lưới phụ thuộc vào vị trí của nó

trên lưới và cấu hình của lưới (cấp điện áp, sơ đồ lưới…) Trong thực tế thì vị trí của DG

được xác định để cho khi đó tổn thất trên lưới là nhỏ hơn trước khi có DG Việc xác định

tối ưu vị trí đặt và công suất DG, có xét đến 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 trên lưới Tổn thất sẽ

được giảm nhiều hơn khi kết nối các DG ở các khu vực có mật độ phụ tải cao hơn [11]

Xét lưới đơn giản như trong hình 3.1, để cấp cho phụ tải tại nút 3, khi chưa có DG thì

hệ thống (HT) sẽ phải cấp tới một lượng công suất : 𝑆1̇ = 𝑆3̇ + ∆𝑆13̇ Tuy nhiên, khi có

DG thì lượng công suất đó sẽ giảm đi một lượng chính là công suất của DG (𝑆1̇ = 𝑆3̇ +

∆𝑆13̇ + 𝑆𝐷𝐺̇ nếu như DG không cấp đủ cho phụ tải tại nút 3 Trong trường hợp này, dòng )

công suất trên đoạn 12 sẽ giảm và kéo theo là giảm tổn thất công suất trên đoạn này và vị

trí kết nối là có lợi

Với sự có mặt DG, tổn thất công suất trên đường dây của LPP có thể được điều chính

và có thể được đánh giá thông qua hệ số tổn thất công suất trên đừng dây [14]

Trong đó:

LLDG: Là tổng tổn thất công suất trên đường dây trong hệ thống có DG và

ngược lại

LLKDG: Là khi không có DG

Cũng theo [14], tổn thất công suất trên lưới điện còn phụ thuộc chặt chẽ với công

nghệ DG được sử dụng, mức độ thâm nhập (DGpen - liên quan về công suất) và mức độ

phân tán (DGdis – lien quan tới vị trí kết nối) của DG trên lưới Mức độ thâm nhập có thể

được tính toán theo hàm của tổng công suất phát của DG (PDG) và tổng công suất phụ tải

đỉnh của lưới (PL)

 100%

L

DG pen

N

N

DG (3.3)

Với NDG + NL + 1 = N là số nút của lưới điện

Mức độ phân tán của DG < 30% (NDG < 0,3.NL) được coi là thấp và lý tưởng là

100% (NDG=NL) Khi DGdis = 0% thì trên lưới chỉ nguồn phát điện tập trung truyền thống

Tổn thất công suất trên lưới có thể được tăng lên khi mức độ thâm nhập của DG vào lưới là lớn và cung cấp đủ công suất phản kháng trên lưới (hình 3.2)