Yêu cầu về khả năng điều khiển công suất tác dụng và điều chỉnh tần số Theo quy định của quy định nối lưới quốc tế, các nhà máy năng lượng tái tạo phải điều khiển lượng công suất tác d[r]
Trang 1TỔNG QUAN CÁC QUY ĐỊNH VÀ CÁC NGHIÊN CỨU NỐI LƯỚI ĐỐI VỚI NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ TÍNH TOÁN CHO
NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI NAM PHI
Nguyễn Mậu Cương 1 , Nguyễn Đức Ninh 2
1 Bộ phận tư vấn điện PTI, Tập đoàn Siemens Đức
2 Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia, Tập Đoàn Điện lực Việt Nam
Tóm tắt: Bài báo trình bày tổng quan các yêu cầu nối lưới đối với nhà máy điện năng
lượng tái tạo của một số quốc gia có tỷ trọng năng lượng tái tạo lớn trong hệ thống điện Đó là các yêu cầu về khả năng vượt qua sự cố điện áp thấp và điện áp cao, đáp ứng công suất tác dụng và công suất phản kháng Phần tiếp theo là các nghiên cứu cần thiết để kiểm tra khả năng đáp ứng các yêu cầu nêu trên của nhà máy năng lượng tái tạo Cuối cùng tính toán minh họa cho một nhà máy điện mặt trời tại Nam Phi được trình bày
Từ khóa: năng lượng tái tạo, yêu cầu nối lưới, điện mặt trời, điện gió
1 GIỚI THIỆU
Các yêu cầu nối lưới được định nghĩa bởi cơ quan điều độ hệ thống điện bao gồm các quy định về quyền lợi và trách nhiệm của các tổ máy và phụ tải khi đấu nối vào lưới điện truyền tải cũng như phân phối Do tỷ trọng của các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng tăng thì việc bổ sung các quy định cho loại nguồn điện này ngày càng trở nên cấp thiết trong khoảng hơn một thập kỷ gần đây
2 TỔNG QUAN CÁC QUY ĐỊNH NỐI LƯỚI ĐỐI VỚI NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CỦA CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI
Các quy định có thể phân thành 6 nhóm như sau
2.1 Yêu cầu về khả năng vượt qua sự cố
Yêu cầu này bao gồm khả năng vượt qua sự cố khi điện áp giảm thấp (LVRT) như
ở 0 và khi điện áp tăng cao (HVRT) như ở hình 2
Đối với quy định LVRT được định nghĩa khi điện áp tại điểm mà nhà máy điện năng lượng tái tạo đấu nối vào hệ thống bị giảm xuống 20% trong khoảng thời gian 500
ms (ví dụ đối với quy định của Đan Mạch như ở hình 1) thì nhà máy không được tách ra khỏi lưới và phải đủ khả năng điều chỉnh điện áp phục hồi nằm trong khu A và B
Trang 2Đối với quy định HVRT để xét đến khả năng điện áp tăng cao (ví dụ trong trường hợp cắt phụ tải) như hình 2 quy định nhà máy phải nối lưới trong thời gian vài trăm ms với điện áp 1.3 pu và phải có khả năng đưa điện áp dần về vùng làm việc bình thường Tổng hợp các giá trị liên quan đến LVRT và HVRT của các nước được tổng hợp
ở phụ lục
Hình 1: Yêu cầu LVRT của hệ thống điện Đan Mạch [1]
Hình 2: Yêu cầu HVRT của hệ thống điện Úc [2]
2.2 Yêu cầu về khả năng đáp ứng công suất tác dụng và công suất phản kháng trong và sau sự cố
Hình 3: Yêu cầu về hỗ trợ công suất phản kháng của hệ thống điện Đức [3]
Quy định này của hệ thống điện Đức và Tây Ban Nha được thể hiện ở hình 3 và hình 4 Yêu cầu về điều chỉnh công suất tác dụng nhằm góp phần duy trì trong ngắn hạn
ổn định tần số Yêu cầu về điều chỉnh công suất phản kháng nhằm đảm bảo nhà máy
Trang 3điện năng lượng tái tạo tham gia vào hỗ trợ và tăng cường giới hạn ổn định điện áp của
hệ thống Cụ thể quy định của hệ thống điện Úc là nhà máy năng lượng tái tạo phải cung cấp được dòng phản kháng dung bằng 4% của dòng điện vận hành liên tục lớn nhất cho mỗi thay đổi 1% điện áp tại điểm đầu nối Như vậy một cách gần đúng thì nhà máy phải phát tối đa dòng điện phản kháng khi điện áp tại điểm nối giảm xuống hơn 25% Trong khi đó hệ thống điện Đức quy định giá trị thay đổi này là 2% tương đương dòng phản kháng cực đại cả nhà máy sẽ được huy động hết khi điện áp tại điểm đấu nối giảm xuống 50%
Đối với khả năng điều chỉnh công suất tác dụng, hệ thống điện Úc quy định nhà máy phải phục hồi 95% công suất phát sau 100 ms kể từ sau khi sự cố kết thúc Hệ thống điện Ailen quy định nhà máy điện tái tạo phải duy trì lượng công suất phát tỉ lệ với điện áp trên điểm đấu nối và phải phục hồi lại 90% khả năng phát lớn nhất trong vòng 1s kể từ khi điện áp phục hồi lại được 90% Hệ thống điện Đức thì quy định nhà máy phải phục hồi lại giá trị phát trước sự cố với độ dốc lớn hơn 20% của công suất định mức cho mỗi giây Tại Tây Ban Nha, nhà máy điện tái tạo không được phép tiêu thụ công suất tác dụng trong lúc sự cố và trong giai đoạn phục hồi điện áp, nhà máy phải nối lưới và phát công suất tỉ lệ với điện áp dư trên điểm đấu nối Còn tại Anh quy định nhà máy phải phục hồi lại 90% của lượng công suất phát trước sự cố trong vòng
500 ms tính từ lúc điện áp phục hồi lại được 90% điện áp định mức
Hình 4: Yêu cầu về hỗ trợ công suất phản kháng của hệ thống điện Tây Ban Nha [4]
Trang 42.3 Yêu cầu về khả năng vận hành trong các vùng tần số và điện áp
Các quy định nối lưới quốc tế đều quy định vùng làm việc liên tục của nhà máy xác định bởi vùng giới hạn theo tần số và điện áp tại điểm nối
Ở Úc, nhà máy phải vận hành liên tục trong khoảng tần số từ 49.5 - 50.5 Hz và dải điện áp từ 90 - 110% Nhà máy phải chịu được thay đổi tần số trong khoảng 49 - 51 Hz trong vòng 10 phút, với khoảng 48 - 51 Hz trong vòng 2 phút và trong khoảng 47.5 - 52
Hz trong vòng 9s Quy định này của Đan Mạch và Bắc Âu được thể hiện ở hình 5 và hình 6
Hình 5: Phạm vi làm việc ứng với các dải tần số
và điện áp khác nhau hệ thống điện Đan Mạch [1]
Hình 6: Phạm vi làm việc ứng với các dải tần số
và điện áp khác nhau của hệ thống điện Bắc Âu [5]
Trang 52.4 Yêu cầu về khả năng điều khiển công suất tác dụng và điều chỉnh tần số
Theo quy định của quy định nối lưới quốc tế, các nhà máy năng lượng tái tạo phải điều khiển lượng công suất tác dụng phát ra khi có sự thay đổi tần số trong hệ thống Cụ thể đối với quy định của hệ thống điện Transpower, Ailen, Đan Mạch như ở hình
7, 8, 9
Hình 7: Yêu cầu về khả năng điều chỉnh công suất tác dụng và tần số (hình trên)
và phạm vi làm việc ứng với các dải tần số và điện áp khác nhau (hình dưới)
của hệ thống điện Transpower [6]
Hình 8: Yêu cầu về khả năng điều chỉnh công suất tác dụng
và tần số của hệ thống điện Ailen [7]
Trang 6Hình 9: Yêu cầu về khả năng điều chỉnh công suất tác dụng
và tần số của hệ thống điện Đan Mạch [1]
Trong hình 9 quy định rõ là khi tần số hệ thống thay đổi ra khỏi 50 Hz thì nhà máy điện tái tạo phải có khả năng cung cấp công suất tác dụng nhằm ổn định tần số hệ thống Mục đích cùa f1-f4 là tạo là dead band và vùng điều khiển cho việc điều khiển sơ cấp Mục đích của f5-f7 là cung cấp khả năng điều khiển công suất khẩn cấp
2.5 Yêu cầu về khả năng điều khiển công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp
Các quy định này của Đan Mạch, Đức, Anh, Ailen được thể hiện ở hình 10, 11,
12, 13, 14
Hình 10: Yêu cầu về vùng điều chỉnh công suất phản kháng
của hệ thống điện Đan Mạch [1]
Trang 7Theo quy định của Úc thì nhà máy phải phát công suất định mức với hệ số công suất thay đổi từ 0.93 dung đến 0.93 kháng dựa theo tín hiệu yêu cầu của người vận hành
hệ thống Tại Đức, nhà máy điện tái tạo phải vận hành liên tục với hệ số công suất từ 0.95 kháng đến 0.925 dung phụ thuộc vào điện áp điểm nối
Hình 11: Yêu cầu về vùng điều chỉnh công suất phản kháng của hệ thống điện Anh [8]
Hình 12: Yêu cầu về vùng điều chỉnh công suất điện áp của hệ thống điện Đan Mạch [1]
Hình 13: Yêu cầu về điều chỉnh hệ số công suất của hệ thống điện Đức [3]