CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1. Tổng quan nghiên cứu trong nƣớc Việt Nam đƣợc xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lƣợng mặt trời, ở khu vực miền trung và miền nam của đất nƣớc, với cƣờng độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2/ngày, đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh miền trung và miền nam vào khoảng 300 ngày/năm. Năng lƣợng mặt trời đƣợc sử dụng chủ yếu cho các mục đích sản xuất điện và cung cấp nhiệt. Tính đến năm 2020, tổng công suất lắp đặt năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam đã vƣợt 16,6 GW, chiếm 24 % tổng công suất lắp đặt của lƣới điện quốc gia.
Theo dự thảo gần đây của Quy hoạch Năng lƣợng Việt Nam (PDP) VIII, đến năm 2030 điện mặt trời 18,6 GW và điện gió là 18 GW (30% tổng công suất lắp đặt sẽ đƣợc kết nối vào lƣới điện). Theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh, Chính phủ chủ trƣơng khuyến khích đẩy nhanh phát triển nguồn điện sử dụng NLMT, bao gồm cả nguồn tập trung lắp đặt trên mặt đất và nguồn phân tán lắp đặt trên mái nhà; đƣa tổng công suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể từ năm 2016 lên khoảng 850 MW vào năm 2020, khoảng 4.000MW vào năm 2025 và khoảng 12. Tuy nhiên, trong 2 năm gần đây triển khai Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg của Thủ tƣớng Chính phủ, về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam, đã tạo ra ―cú hích‖ với hàng loạt dự án đầu tƣ sắp đi vào hoạt động. Dữ liệu đến hết tháng 9/2018 của Bộ Công Thƣơng cho biết, 121 dự án đƣợc phê duyệt bổ sung vào quy hoạch điện quốc gia và cấp tỉnh với tổng công suất phát điện đến 2020 là 6.100 MW và 2030 là 7.
Trong số này 25 dự án đã ký hợp đồng mua bán điện (PPA) với Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và 70 dự án thẩm định thiết kế cơ sở. Ngoài ra, còn 221 dự án đang xếp hàng chờ phê duyệt, công suất đăng ký hơn 13. Nhƣ vậy tổng công suất đã bổ sung và đăng ký lên tới gần 26.000MW vƣợt hơn gấp đôi so với Quy hoạch điện VII điều chỉnh. Đặc biệt trong năm 2019, rất nhiều nhà đầu tƣ chạy đua với mục tiêu đƣợc cấp chứng nhận vận hành thƣơng mại (COD) trƣớc ngày 30/6/2019.
Theo kế hoạch có 88 nhà máy điện mặt trời đóng điện trong quý 2/2019. Đến hết tháng 5/2019 đã có 47 dự án điện mặt trời với công suất 2.300 MW đƣợc đấu nối vào lƣới điện quốc gia. Dự kiến, 41 dự án còn lại sẽ đóng điện trong tháng 6 với tổng công suất 2.500 MW, với tốc độ đóng điện trung bình 10 nhà máy/tuần. Với nhu cầu điện tăng trƣởng khoảng 10%/năm, Việt Nam cần bổ sung khoảng 3.000 MW công suất nguồn điện mới mỗi năm.
Và việc bổ sung nhanh chóng 3 nguồn điện mặt trời là vô cùng cần thiết. Tuy nhiên, NLMT có tính chất không ổn định gây không ít khó khăn trong việc vận hành hệ thống điện để cân đối cung – cầu, đảm bảo an ninh năng lƣợng quốc gia. Ngoài ra khi NMĐMT tham gia vào hệ thống còn ảnh hƣởng đến độ ổn định của hệ thống, thay đổi hệ thống rơle bảo vệ, chất lƣợng điện năng. Do đó nhà máy điện mặt trời khi nối lƣới phải đáp ứng một số yêu cầu nhƣ: khả năng điều chỉnh tần số, khả năng điều chỉnh công suất phản kháng và điện áp, thành phần thứ tự nghịch, sóng hài, độ nhấp nháy điện áp, yêu cầu về ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố.
Một số công trình nghiên cứu đã đề cập đến các khía cạnh của vấn đề này nhƣ nghiên cứu sử dụng chƣơng trình PSS/E đánh giá ảnh hƣởng của điện mặt trời tới lƣới điện phân phối huyện Đức Phổ [1]. Mức độ mang tải của các đƣờng dây lân cận nhà máy điện mặt trời Đầm An Khê với công suất 8,5MW đƣợc đánh giá không thay đổi nhiều khi có sự tham gia của điện mặt trời. Mức biến động dòng tải trong chế độ cực đại dao động từ -14% đến 21%. Bên cạnh đó, mức độ tổn thất điện áp giảm khi có sự tham gia của điện mặt trời.
Ảnh hƣởng của nhà máy điện mặt trời Fujiwara đến dòng ngắn mạch của lƣới điện phân phối tỉnh Bình Định đƣợc làm rõ trong nghiên cứu sử dụng chƣơng trình PSCAD [1]. Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng nhà máy điện mặt trời Fujiwara Bình Định đảm bảo yêu cầu duy trì đƣợc khả năng phát điện trong khoảng thời gian 150ms khi có sự cố ngắn mạch nặng nề nhất tại thanh cái nhà máy và đang phát ở công suất 42MW. Khi sự cố đƣợc giải trừ trong khoảng thời gian này nhà máy tiếp tục phát công suất để ổn định chế độ vận hành. Đánh giá ảnh hƣởng của nhà máy điện mặt trời Phong Điền đến lƣới điện phân phối tỉnh Thừa Thiên Huế đƣợc giới thiệu trong nghiên cứu [2].
Các tác giả đã phân tích ổn định động của hệ thống điện đƣợc cải thiện khi có sự tham gia của nhà máy Phong Điền với dao động tần số khi có sự cố trên lƣới điện giảm từ 0,15% xuống 0,02%. Tuy nhiên, điện áp của lƣới điện dao động tăng cao rõ rệt do dƣ thừa công suất phản kháng khi nhà máy bị tách khỏi lƣới. Bên cạnh đó, khía cạnh ảnh hƣởng của nguồn điện mặt trời tới hệ thống bảo vệ rơ le đƣợc báo cáo trong nghiên cứu [3]. Khi mức độ thâm nhập của PV cao, đặc biệt vị trí đấu nối gần phía nguồn lƣới hệ thống, sẽ ảnh hƣởng tới độ nhạy và tính chọn lọc cũng nhƣ sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ.
Bảo vệ rơ le có thể tác động chậm, tác động sai, tác động không đúng vùng cài đặt. Vị trí đấu nối của nguồn PV cũng có ảnh hƣởng rất lớn. Điểm đấu nối càng gần đầu nguồn thì ảnh hƣởng càng lớn. Bài báo cũng có thể phát triển thêm theo hƣớng đánh giá ảnh hƣởng của chiều dài đƣờng dây tới sự làm việc của BVRL.
4 Chất lƣợng điện năng của lƣới điện do ảnh hƣởng các hệ thống điện mặt trời áp mái công suất nhỏ cũng đƣợc báo cáo trong nghiên cứu [4]. Các tác giả thực hiện mô phỏng hệ thống điện áp mái có công suất 0,48MW bằng chƣơng trình PSCAD. Các kết quả chỉ ra tổng độ méo sóng hài THD ở mức 2,8%, thấp hơn so với mức độ tối đa cho phép trên lƣới điện phân phối Việt Nam. Tổng quan nghiên cứu ngoài nƣớc Theo báo cáo Solar Power Europe 2019 [5] trong Hình 1-1, hệ thống điện mặt trời (PV) gắn trên mái nhà vào năm 2023 đƣợc ƣớc tính là 44 GW với xác suất thấp và 76,5 GW với xác suất cao.
Ngoài năng lƣợng thƣơng mại đầu tƣ, hệ thống PV trên mái nhà hoặc nhà máy là một giải pháp hiệu quả hơn để đáp ứng nhu cầu năng lƣợng. Hình 1-1: Ƣớc tính lƣợng công suất PV đến năm 2023. Gần đây, xu hƣớng toàn cầu đối với việc lắp đặt hệ thống PV trên mái nhà, và kết nối với lƣới điện phân phối tăng lên. Ngoài tính bền vững, chi phí hiệu quả, thân thiện với môi trƣờng, hệ thống PV cũng có những tác động tiêu cực tới lƣới điện nhƣ điện áp tăng, dao động điện áp, dòng công suất ngƣợc (RPF), sóng hài, biến dạng tần số, ổn định hệ thống, sự cố hệ thống và các vấn đề bảo vệ rơle, ảnh hƣởng đến điện áp và chất lƣợng điện năng của hệ thống điện.
5 Các ảnh hƣởng của hệ thống điện mặt trời tới lƣới điện phân phối có thể đƣợc tóm lƣợc qua các nghiên cứu sau đây. Tổn thất công suất Tổn thất công suất phát sinh từ các bộ phận tích hợp hệ thống PV vào lƣới điện, việc sử dụng các tấm PV có đặc điểm I&V khác nhau trong cùng một hệ thống, che nắng và ô nhiễm bề mặt bảng điều khiển, tăng mức độ thâm nhập của PV [6,7]. Một trong những các kỹ thuật đƣợc sử dụng để giảm tổn thất công suất trong các hệ thống năng lƣợng tái tạo là phân tán các nguồn DG cho hệ thống. Khi DG đƣợc thêm vào hệ thống năng lƣợng tái tạo, nó phải đƣợc đặt đúng vị trí và tính toán công suất phù hợp.
Nếu không, nó có thể khiến bộ nạp bị quá tải, có thể dẫn đến tổn thất công suất [8]. Nếu năng lƣợng đƣợc tạo ra từ các tấm PV vƣợt quá nhu cầu của ngƣời tiêu dùng, nó đƣợc trả lại cho lƣới điện và kết quả là, dòng điện xuất tuyến thay đổi [9]. Sự thay đổi của dòng công suất luân chuyển trong lƣới có thể đƣợc kích hoạt hơn nữa với sự thâm nhập PV ở mức độ cao [10] và kết quả là tổn thất công suất tăng lên. Trong [11], các tác giả đã đề xuất một cách tiếp cận quản lý điện áp và nhu cầu, đó là tăng đáng kể năng lực của mạng lƣới phân phối để hấp thụ và sử dụng điện năng PV cho các kho lƣu trữ pin phân tán.
Các mô phỏng đã đƣợc thực hiện trong một sự mất cân bằng mạng phân phối ba pha bởi các tải thay đổi cứ sau 15 phút trong khoảng thời gian 24 giờ. Các tác giả đã phát hiện ra rằng do kết quả của bốn trƣờng hợp khác nhau, tổn thất giảm đáng kể, độ ổn định điện áp tăng lên, và do đó, chúng có thể đƣợc vận hành với chất lƣợng tốt hơn và điện áp ở mức an toàn hơn. Trào lƣu công suất ngƣợc Thông thƣờng, điện năng vào lƣới điện chảy từ điện áp cao đến điện áp thấp. Điện năng tạo ra bởi PV không đƣợc sử dụng bởi ngƣời tiêu dùng đảo ngƣợc hƣớng của dòng công suất và do đó, hƣớng dòng điện thay đổi [12].
Nói chung, các hệ thống PV trên mái nhà đƣợc kết nối trực tiếp với mạng lƣới điện phân phối. Tuy nhiên, các thiết bị lƣu trữ hỗ trợ giảm sự tăng của điện áp và đảo ngƣợc dòng công suất. Mặc dù mức giảm này bị giới hạn bởi kích thƣớc của thiết bị lƣu trữ, nhƣng về cơ bản nó có thể là giảm với công suất lƣu trữ thích hợp. Trong báo cáo [13] nơi có hệ thống điện mặt trời trên mái nhà có và không có hệ thống lƣu trữ đã đƣợc quan sát, các tác giả đã kết luận rằng việc sử dụng hệ thống lƣu trữ giảm RPF xuống 44%.
Trong [14], các tác giả đã đề xuất một lịch trình tiêu thụ năng lƣợng tự trị thuật toán để loại bỏ phụ tải cực đại của mức thâm nhập PV cao trên mái nhà và giảm RPF.