Vì vậy việc xác định dung lượng tiếp nhận công suất năng lượng mặt trời áp mái của lưới phân phối được xác định trong luận văn này.. Trong luận văn này sẽ xác định dung lượng tiếp nhận
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
LÊ QUANG KHÁNH
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NGUỒN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THUỘC
CÔNG TY ĐIỆN LỰC KON TUM
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số: 8520201
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng – Năm 2020
Trang 2Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hữu Hiếu
Phản biện 1: TS Phan Đình Chung
Phản biện 2: TS Trần Vinh Tịnh
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách khoa
vào ngày 18 tháng 07 năm 2020
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Trung tâm Học liệu và Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Trang 3MỞ ĐẦU
I Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với xu thế của các nước trên thế giới về đầu tư phát triển năng lượng tái tạo, Việt Nam đã đưa ra quan điểm ưu tiên phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo Điều này góp phần đảm bảo
an ninh năng lượng Quốc gia, bảo tồn tài nguyên năng lượng, giảm các tác động tiêu cực đến môi trường Theo quy hoạch điện VII hiệu chỉnh tính đến năm 2025 cơ cấu nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo rất lớn chiếm đến 12.5%, trong đó điện mặt trời chiếm tỷ trọng cao nhất Hiện nay trong lưới phân phối các hộ khác hàng nhìn thấy lợi ích của các hệ thống mặt trời áp mái đem lại như: tiết kiệm điện tiền điện hàng tháng, sản xuất bán ngược lại lên lưới… đem lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường
Vì vậy hiện nay chính phủ cũng có nhiều chính sách ưu đãi thúc đẩy lắp đặt và sử dụng các hệ thống mặt trời áp mái Một khi các
hệ thống áp mái phát công suất lên lưới quá nhiều sẽ ảnh hưởng đến chất lượng điện năng, có thể gây quá điện áp ảnh hưởng đến các thiết
bị điện, quá dòng điện ảnh hưởng đến khả năng truyền tải của lưới điện Có hai phương pháp để khắc phục đó là đầu tư nâng cấp lưới hoặc giới hạn dung lượng công suất điện mặt trời phát lên lưới Phương pháp thứ nhất đòi hỏi một số vốn đầu tư rất cao, tuy nhiên trong điều kiện của Việt Nam hiện nay thì khó có thể thực hiện đồng
bộ Vì vậy việc xác định dung lượng tiếp nhận công suất năng lượng mặt trời áp mái của lưới phân phối được xác định trong luận văn này
Với lý do đó thực hiện đề tài: “Đánh giá khả năng tiếp nhận
nguồn năng lượng mặt trời trên lưới điện phân phối thuộc Công
Trang 4ty Điện lực Kon Tum” Trong luận văn này sẽ xác định dung lượng
tiếp nhận của lưới phân phối và tính toán về giới hạn công suất phát lên lưới ở con số báo động cho trạm thuộc khu vực tỉnh Kon Tum
II Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài là phân tích các tác động của mặt trời áp mái lên lưới phân phối tại các trạm 22/0.4 kV và phát triển mô hình thuật toán nhằm xác định giới hạn khả năng thâm nhập nguồn phân tán tối ưu lên lưới phân phối khi có tích hợp các hệ thống
áp mái Kết quả của đề tài là các giới hạn về chỉ số báo động khi lưới được nhận công suất từ các hệ thống PV lên quá nhiều Từ các con số báo động người vận hành lưới sẽ đưa ra giải pháp để nâng cao độ ổn định của lưới điện Hiện nay trên thế giới đã sử dụng nhiều phương pháp để xác định dung lượng thâm nhập khác nhau và đem lại kết quả
III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a Đối tượng nghiên cứu
Để thực hiện nghiên cứu có chiều sâu và có thể phát triển đề tài trong tương lai, nhóm tác giả lựa chọn một trạm điển hình trong lưới điện tỉnh Kon Tum là trạm Trung tâm huyện Kon Plong, loại trạm 22/0.4kV thuộc điện lực Kon Plong, điện lực tỉnh Kon Tum Sau đó đưa ra kết luận và áp dụng cho các trạm khác
b Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tác động của các hệ thống mặt trời áp mái và lượng công suất phát lên lưới phân phối từ các hệ thống Xác định chỉ số công suất nằm trong phạm vi an toàn khi phát lên lưới đảm bảo các vấn đề
về kĩ thuật, ổn định cho lưới điện
Trang 5IV Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu về lý thuyết, áp dụng mô hình toán và phát triển
mô hình bằng phần mềm MATLAB lập trình đưa ra kết quả
Phương pháp xử lý thông tin: Thu thập và xử lý thông tin của trạm trung tâm Kon Plong
V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài này có thể áp dụng để xây dựng giá trị con số báo động tại mỗi trạm phục vụ công tác giám sát ổn định lưới khi nhận công suất từ các hệ thống mặt trời áp mái lên lưới
VI Cấu trúc của luận văn tốt nghiệp
Nội dung của luận văn gồm những phần chính sau:
Chương 1: Cấu trúc của các hệ thống mặt trời áp mái Các chính sách và nhu cầu lắp đặt của hệ thống năng lượng mặt trời áp mái Chương 2: Phân tích các ảnh hưởng khi lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời áp mái lên lưới phân phối và khả năng tiếp nhận công suất mặt trời áp mái của lưới phân phối
Chương 3: Xác định dung lượng tiếp nhận công suất năng lượng mặt trời áp mái lên lưới bằng thuật toán Monte Carlo
Chương 4: Xác định dung lượng tiếp nhận của nguồn công suất từ hệ thống năng lượng mặt trời áp mái Áp dụng cho mạng lưới thử nghiệm trung tâm Kon Plong - tỉnh Kon Tum
Trang 6Chương 1 - CẤU TRÚC CỦA CÁC HỆ THỐNG MẶT TRỜI ÁP MÁI CÁC CHÍNH SÁCH VÀ NHU CẦU LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI
1.1 Mở đầu
1.1.1 Cấu trúc của các hệ thống mặt trời áp mái
Hệ thống năng lượng mặt trời áp mái là hệ thống các tấm pin được lắp đặt trên mái nhà gắn với công trình xây dựng của tổ chức hoặc cá nhân làm chủ đầu tư có đấu nối và bán điện cho Các dự án điện mặt trời lắp đặt trên mặt đất, mặt nước … không gắn với công trình mái nhà hoặc công trình xây dựng thì không được xét là các hệ thống năng lượng mặt trời áp mái
1.1.2 Các kiểu mô hình áp mái hiện nay
Có 3 mô hình hệ thống điện mặt trời áp mái đang được sử dụng hiện nay:
Hệ thống điện mặt trời lắp mái độc lập
Hệ thống điện mặt trời lắp mái nối lưới trực tiếp
Hệ thống kiểu kết hợp, vừa lưu trữ vừa hòa lưới
1.1.3 Hoạt động của các hệ thống mặt trời áp mái
Hệ thống pin năng lượng mặt trời sẽ nhận bức xạ của mặt trời và chuyển hóa thành các nguồn điện một chiều DC;
Nguồn điện một chiều DC này sẽ được tối ưu hiệu suất chuyển hóa DC/AC thông qua thiết bị Inverter với công nghệ MTTP nhằm tối ưu hóa nguồn năng lượng từ hệ pin năng lượng mặt trời và cung cấp cho phụ tải ngôi nhà;
1.1.4 Lợi ích của hệ thống điện mặt trời áp mái
Lợi ích cho xã hội:
- Khách hàng sẽ cắt giảm được chi phí và có thêm thu nhập
Trang 7- Góp phần bảo vệ môi trường, đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lượng;
Lợi ích cho ngành điện:
- Có thêm nguồn điện là nguồn điện phân tán tại chỗ giải quyết một phần tình trạng quá tải có thể xảy ra ở các giờ cao điểm;
1.2 Các quy định về đấu nối của các công trình mặt trời áp mái
Thực hiện Quyết định, Thông tư quy định về phát triển dự án
và Hợp đồng mua bán điện
1.3 Nhu cầu lắp đặt các hệ thống mặt trời áp mái
1.3.1 Tác động của giá điện
Giá điện tăng cao và suất đầu tư hệ thống điện năng lượng mặt trời giảm là trong nguyên nhân thúc đẩy các hộ gia đình lựa chọn lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời áp mái cho hộ gia đình
1.3.2 Tác động của tình hình kinh tế kĩ thuật
Khoa học kỹ thuật phát triển làm nâng cao hiệu suất của các tấm pin mặt trời cũng là một yếu tố tố tác động đến nhu cầu lắp đặt
hệ thống mặt trời áp mái
1.3.3 Tác động của chiến lược bảo vệ môi trường
Mặt trời là một nguồn năng lượng khổng lồ vừa mới được khai thác tại Việt Nam Nó cung cấp nguồn năng lượng to lớn không
gây ô nhiễm môi trường và là nguồn năng lượng bền vững;
1.3.4 Tác động về an ninh năng lượng
Đứng trước yêu cầu của công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước nhu cầu sử dụng năng lượng điện của Việt Nam không ngừng gia tăng trong khi nguồn cung cấp ngày càng cạn kiệt Do vậy việc phát triển và sử dụng các nguồn năng lượng sạch và bền vững đang là vấn đề được ưu tiên
Trang 8Chương 2 - PHÂN TÍCH CÁC ẢNH HƯỞNG KHI LẮP ĐẶT
HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI LÊN LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN TỐI ƯU NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI
2.1 Khái niệm về dung lượng tiếp nhận NLMTAM
Quá trình thâm nhập nguồn năng lượng từ hệ thống năng lượng phân tán lên lưới có ba giai đoạn:
- Giai đoạn đầu tiên: Mức tiêu thụ cao hơn so với mức sản xuất NLMTAM Giai đoạn này hầu như không có ảnh hưởng nào đến lưới phân phối
- Giai đoạn thứ hai: Mức sản xuất PV bắt đầu vượt quá mức tiêu thụ năng lượng của hộ phụ tải, lúc này có hiện tượng dòng công suất chảy ngược về trạm biến áp, bắt đầu có những ảnh hưởng đáng kể xuất hiện
- Gia đoạn thứ ba: Mức sản xuất PV cao, lượng công suất phát ngược lên lưới vào lưới là rất cao, gây đến những ảnh hưởng đến lưới điện: Quá dòng dây dẫn, quá điện áp nút, quá tải máy biến áp
Vì vậy, để lưới điện vận hành bình thường, cần xác định dung lượng giới hạn của NLMTAM phát vào lưới phân phối gọi
là khả năng tiếp nhận nguồn phân tán vào lưới
2.2 Ảnh hưởng của NLMT áp mái đối với lưới điện phân phối
2.3.1 Ảnh hưởng về điện áp
Điện áp là chỉ số quan trọng để đánh giá về chất lượng điện năng Việc tích hợp các hệ thống năng lượng áp mái lên lưới phân phối có thể làm mất cân bằng điện áp của hệ thống dẫn đến việc hệ
Trang 9thống bị mất ổn định Điện áp của hệ thống bị mất cân bằng nguyên
do là các hệ thống mặt trời áp mái được lắp đặt tại các vị trí ngẫu nhiên dẫn đến không cân bằng trở kháng trong lưới điện
2.3.2 Ảnh hưởng đến máy biến áp
Khi một lượng lớn PV thâm nhập vào lưới phân phối, tải tại mỗi nút sẽ tiêu thụ một phần công suất mà PV đã tạo ra Phần lớn lượng công suất còn lại sẽ được truyền ngược lên lưới phân phối Hầu hết các mạng phân phối đang phục vụ trong hệ thống điện không được thiết kế để phục vụ cho việc nhận công suất ở cấp phân phối Lưới phân phối chỉ được thiết kế để phân phối năng lượng từ nguồn phát đến tải Vì vậy, máy biến áp hiện tại có thể bị quá tải khi một lượng lớn PV thâm nhập vào lưới
2.3.3 Ảnh hưởng đến kết cấu lưới
Một số đường dây sẽ bị quá tải do thiết kế ban đầu của nó chỉ
để phục vụ cho tải tiêu thụ Nhưng khi đưa một lương lớn PV vào hệ thống, dòng điện truyền ngược từ tải vào lưới sẽ lớn hơn so với giá trị định mức ban đầu mà các đoạn cáp có thể chịu được
Trang 10Chương 3 - MÔ HÌNH TOÁN XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG TIẾP
NHẬN TỐI ƯU NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
ÁP MÁI CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI KHI CÓ QUAN TÂM ĐẾN CÁC YẾU TỐ NGẪU NHIÊN CỦA LƯỚI
Đề tài xây dựng thuật toán xác định dung lượng tiếp nhận tối
ưu năng lượng mặt trời áp mái của lưới phân phối khi có quan tâm đến các yếu tố ngẫu nhiên của lưới
Trong thực tế, có hai hướng để phát triển thuật toán:
- Sử dụng vòng lặp
- Sử dụng các mô hình toán tối ưu
Tuy nhiên, các yếu tố ngẫu nhiên của NLMTAM và lưới phân phối sẽ dẫn đến khó khăn trong việc phát triển và lựa chọn thuật toán Do đó, đề tài tập trung sử dụng mô hình toán xác định dung lượng tiếp nhận NLMTAM của lưới phân phối
Sử dụng thuật toán vòng lặp Monte Carlo để giải quyết các vấn đề ngẫu nhiên của lưới và phát triển mô hình toán trên phần mềm MATLAB
3.2 Thuật toán Monte Carlo
Thuật toán Monte Carlo là thuật toán được lấy tên từ một sòng bài nổi tiếng Là phương pháp xử lý những bài toán phân bổ phức tạp không thể lý giải một cách chính xác bằng giải tích toán học Phương pháp gắn liền với việc tạo ra lịch sử tồn tại điển hình của hệ thống biểu thị bài toán cần giải và các quy tắc vận hành của
nó Việc lặp đi lặp lại nhiều sự mô phỏng, mỗi lần thay đổi quy tắc
Trang 113.2.3 Ưu điểm, nhược điểm của thuật toán
Ưu điểm: Phương pháp Monte Carlo thường thực hiện lặp lại một số lượng rất lớn các bước đơn giản, song song với nhau; một phương pháp phù hợp cho máy tính Kết quả của phương pháp này càng chính xác (tiệm cận về kết quả đúng) khi số lượng lặp các bước tăng
Nhược điểm: Tuy có nhiều ưu điểm trong việc tính toán nhưng thuật toán này có nhược điểm là mất thời gian tính toán cho các vòng lặp quá lớn
3.3 Các phầm mềm và Modul ứng dụng cho thuật toán
3.3.1 Phần mềm MATLAB
Nghiên cứu được thực hiện bằng cách xây dựng các mô hình máy tính của lưới được nghiên cứu, và sau đó chạy thuật toán được
đề cập trước đó trên mô hình
3.3.2 MATPOWER trong MATLAB
Việc tính toán dòng điện sẽ được thực hiện bằng, đây là gói các tệp MATLAB để giải quyết các vấn đề về dòng điện và dòng điện tối ưu MATPOWER cho phép sử dụng các phương pháp lặp để
Trang 12tiến hành tính toán dòng điện trên lưới, bao gồm cả phương pháp Newton-Raphson được chọn cho dự án này
3.3.3 Xử lý dữ liệu đầu vào bằng tệp Excel
Dữ liệu đầu vào sẽ được nhập vào MATLAB từ các tệp Excel với dữ liệu đã được xử lí Sau đó ta xác định số trường hợp thâm nhập có thể xảy ra của lưới bằng cách ngẫu nhiên các khách hàng và công suất lắp đặt của các hệ thống mặt trời áp
Tất cả dữ liệu được thu thập và xử lí trên Excel để làm sạch
dữ liệu đưa về quy chuẩn để ứng dụng cho thuật toán
3.4 Thuật toán xác định dung lượng tiếp nhận nguồn NLMTAM của lưới phân phối
Trên thế giới, có nhiều nghiên cứu về khả năng thâm nhập nguồn phân tán lên lưới phân phối đã được tiến hành Có 3 phương pháp được sử dụng là phương pháp xác định; phương pháp ngẫu nhiên và phương pháp chuỗi thời gian Trong luận văn này, phương pháp xác định kết hợp quan tâm đến các yếu tố ngẫu nhiên của lưới là phương pháp được sử dụng đến
3.5 Xây dựng mô hình toán trên MATLAB
3.5.1 Dữ liệu đầu vào
Dữ liệu đầu vào được cung cấp cần thiết bao gồm các thông
số trạm, các thông số thiết bị của trạm, thông số về phụ tải của trạm Tất cả những dữ liệu sẽ được đưa vào excel và làm sách đưa về các file tổng quát bao gồm:
- Phụ tải của trạm tại thời điểm nhỏ nhất
- Thông số các cột của trạm
- Thông số khách hàng của trạm
- Dữ liệu về máy phát, nhánh, và nút theo mô hình data của Matpower trong Matlab
Trang 133.5.2 Kết quả đưa ra từ mô hình toán
Các thông số kết quả được xuất ra tệp Excel bao gồm:
- “kichban_output” là số kịch bản được thực hiện từ việc ngẫu nhiên
các thông số ngẫu nhiên của lưới;
- “pvthamnhap_output” là lượng công suất PV phát lên lưới (MW) ;
- “Stba_output” là công suất của trạm biến áp (MVA);
- “voltagemax_output” là điện áp cực đại trong mỗi kịch bản (pu) ;
- “percentMBA_output” là phần trăm công suất của PV được phát lên
so với máy biến áp;
- “nhanhso_output” là nhánh xảy ra sự cố về dòng điện;
- “suco_output” là loại sự cố xảy ra “1” là sự cố quá tải máy biến áp,
“2” là sự cố về điện áp, “3” là sự cố về dòng điện và “0” là không
có sự cố xảy ra;
- “Stbamax_output” là công suất cực đại của máy biến áp (MVA) ;
- “dongdien_output” là dòng điện lớn nhất khi vi phạm các giới hạn về
dòng điện (kA);
- “vmax_output” là điện áp lớn nhất cho phép theo quy định (1.05pu) ;
- “busmax_output” là nút có điện áp lớn nhất trong mỗi kịch bản (pu)
Kết quả của mô hình toán là tất cả các trường hợp xảy ra đối với lưới khi có sự thâm nhập của các hệ thống PV
Ở Hình 3.1 thể hiện mô hình toán để xác định mức thâm
nhập tối đa của hệ thống nguồn NLMTAM vào lưới phân phối