MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, năng lượng tái tạo (NLTT) ở nước ta phát triển mạnh mẽ. Trong đó, các nguồn điện gió (ĐG) và điện mặt trời (ĐMT) phát triển nhanh với quy mô lớn. Các nguồn NLTT này có ưu điểm lớn so với các dạng năng lượng truyền thống như: nhiệt điện, thủy điện,… là không phát thải khí CO2 trong quá trình vận hành, thân thiện với môi trường, không ảnh hưởng đến hệ sinh thái, dễ dàng lắp đặt, cung cấp nguồn điện tại chỗ cho phụ tải khu vực.
Bên cạnh những ưu điểm đó, NLTT cũng có một số khuyết điểm là các nhà máy NLTT này có sử dụng các thiết bị điện tử công suất, các bộ biến đổi công suất gây ra sóng hài, những nguồn hài này phát lên HTĐ làm giảm chất lượng điện năng, tác động nguy hiểm đến các thiết bị trên HTĐ. Những nhược điểm đó ảnh hưởng đến ổn định HTĐ, chất lượng điện năng, ảnh hưởng trong các công tác vận hành HTĐ. Hiện này, tiềm năng NLTT ở nước ta vẫn còn rất lớn, trong tương lai sẽ còn phát triển mạnh mẽ. Chính phủ đã định hướng chuyển đổi nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện than, khí nhằm đáp ứng cam kết giảm phát thải CO2 về Net Zero của Việt Nam tại hội nghị COP26, ưu tiên phát triển các nguồn NLTT.
ĐG trên bờ và gần bờ: Về mặt tiềm năng, tổng quy mô tiềm năng ĐG trên bờ khá lớn 221000 MW. Tổng tiềm năng của khu vực gió cao khoảng 30000 MW và gió trung bình là 30000 MW. Tiềm năng này chủ yếu tập trung tại Tây Nam Bộ, Tây Nguyên và Nam Trung Bộ. Đặc biệt ở khu vực Tây Nam Bộ, quy mô đăng ký các dự án ĐG ngoài khơi rất lớn, tổng công suất lên tới khoảng 20000 MW.
ĐG ngoài khơi: Tổng quy mô tiềm năng kỹ thuật của ĐG ngoài khơi khoảng 165000 MW, khu vực gió cao và có tiềm năng kinh tế tốt chỉ nằm ở Nam Trung Bộ (Bình Thuận, Ninh Thuận, Khánh Hòa, Phú Yên, Bình Định) với tổng tiềm năng khoảng 80000 MW (tốc độ gió trên 7-9 m/s). ĐMT: Tổng tiềm năng kỹ thuật của ĐMT rất lớn, lên đến 914000 MW (837000 MW là tiềm năng mặt đất và 77000 MW là tiềm năng mặt nước), tuy nhiên nếu xét thêm về điều kiện khả năng xây dựng và tiềm năng kinh tế theo từng tỉnh thì tổng quy mô HVTH: Lê Quốc Khánh Trang 1 Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM GVHD: PGS. Võ Ngọc Điều tiềm năng có thể phát triển của ĐMT quy mô lớn toàn quốc khoảng 386000 MW, tập trung chủ yếu tại miền Nam, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên.
ĐMT mái nhà: đến hết năm 2020 tổng công suất lắp đặt đến 7780 MW. Suất vốn đầu tư điện mặt trời mái nhà ở Việt Nam thấp hơn khoảng 10% so với ĐMT quy mô lớn. Tổng tiềm năng ĐMT mái nhà toàn quốc lên tới 48000 MW, trong đó chủ yếu nằm ở khu vực miền Nam là khoảng 22000 MW. Các nguồn NLTT này vẫn còn tiếp tục phát triển trong tương lai.
Do đó, đồng nghĩa với việc các nguồn sóng hài phát ra từ các nhà máy NLTT ngày càng tăng, gây ảnh hưởng đến HTĐ khu vực, làm giảm chất lượng điện năng,. Đồng thời, các nguồn NLTT chủ yếu tập trung khu vực phía Nam và Nam Trung Bộ. Vì vậy, đề tài quyết định chọn HTĐ miền Nam để đánh giá sóng hài từ các nguồn NLTT phát lên khu vực này. Từ đó sẽ đưa ra giải pháp hạn chế sóng hài lên HTĐ khu vực, góp phần nâng cao chất lượng điện năng cho HTĐ khu vực nói riêng và cả nước nói chung.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU − Đánh giá giá trị sóng hài điện áp và dòng điện trên các ĐZ, MBA và TC 110kV, 220kV và 500kV từ các nhà máy NLTT phát lên HTĐ miền Nam; − Đề xuất giải pháp làm giảm giá trị sóng hài, góp phần nâng cao chất lượng điện năng của HTĐ miền Nam. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Sử dụng phần mềm DIgSILENT PowerFactory để mô phỏng, phân tích và đánh giá các giá trị sóng hài điện áp và dòng điện trên các ĐZ, MBA và TC 110kV, 220kV và 500kV từ các nhà máy ĐG và ĐMT phát lên HTĐ miền Nam. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Tìm hiểu và nghiên cứu trong khuôn khổ HTĐ miền Nam (EVNSPC) từ cấp 110kV đến cấp 500kV. HTĐ miền Nam bao gồm các tỉnh thành sau: Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Hậu Giang, Kiên Giang, Trà Vinh, Vĩnh Long, TP.
Cần Thơ, An Giang, Đồng Tháp, Tiền Giang, Bến Tre, Long An, Đồng Nai, Bà Rịa – Vũng Tàu, Bình Dương, Tây Ninh, Bình Phước, Bình Thuận, Ninh Thuận, Lâm Đồng. HVTH: Lê Quốc Khánh Trang 2 Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM GVHD: PGS. Võ Ngọc Điều Đề tài tập trung đánh giá các giá trị sóng hài điện áp và dòng điện trên các ĐZ, MBA và TC 110kV, 220kV và 500kV từ các nhà máy NLTT phát lên HTĐ miền Nam.
Đề xuất giải pháp hạn chế các giá trị sóng hài điện áp và dòng điện trên các ĐZ, MBA và TC 110kV, 220kV và 500kV từ các nhà máy NLTT phát lên HTĐ miền Nam. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu định lượng và định tính, thu thập dữ liệu, mô phỏng và đánh giá nhằm đáp ứng các mục tiêu trên; Để có dữ liệu đầy đủ nằm mô phỏng chính xác nhất, đề tài thu thập và xây dựng mô phỏng HTĐ theo dữ liệu của các đơn vị tư vấn thiết kế, đơn vị vận hành, các văn bản pháp lý về quy mô, tiến độ của các nhà máy NLTT đã vận hành và theo quy hoạch; Tham khảo các thông tư, tiêu chuẩn trong nước và nước ngoài (TCVN, IEC, IEEE,…) quy định về sóng hài trong HTĐ. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 1. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu cho thấy khi các nguồn NLTT đưa vào vận hành sẽ phát ra nguồn sóng hài gây ảnh hưởng đến chất lượng điện năng của HTĐ trong khu vực.
Từ việc đánh giá mức độ gây sóng hài từ các nguồn NLTT, đề tài đưa ra giải pháp hạn chế các nguồn sóng hài phát lên HTĐ (lắp các bộ lọc sóng hài phù hợp) từ đó đưa các giá trị sóng hài về giới hạn cho phép, đáp ứng các tiêu chuẩn, quy định hiện hành, góp phần nâng cao chất lượng điện năng và ổn định HTĐ trong khu vực. Ý nghĩa khoa học Đóng góp thêm một đề tài khoa học trong lĩnh vực NLTT về ảnh hưởng của sóng hài, cụ thể là sóng hài từ các nguồn NLTT phát lên HTĐ miền Nam. Đồng thời, cung cấp thêm dữ liệu trong việc đánh giá về chất lượng điện năng của HTĐ miền Nam ở Việt Nam. HVTH: Lê Quốc Khánh Trang 3 Trường Đại học Bách Khoa TP.
HCM GVHD: PGS. Võ Ngọc Điều Chương 2 TỔNG QUAN VỀ SÓNG HÀI VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 2. SÓNG HÀI Khi một tín hiệu điện được hiển thị trên máy hiện sóng, dạng sóng này được quan sát trong miền thời gian. Các đại lượng đặc trưng cho tín hiệu điện này là biên độ tại từng thời điểm theo thời gian và chu kỳ của tín hiệu đó.
Đại lượng nghịch đảo của chu kỳ sẽ cho giá trị của tần số của tín hiệu đó. Tín hiệu điện này còn có thể được biểu diễn trong miền tần số để phục vụ cho việc phân tích đánh giá. Công cụ phổ biến được sử dụng trong kỹ thuật phân tích trong miền tần số là phép phân tích chuỗi Fourier. Trong trạng thái cơ sở, tín hiệu điện trên hệ thống truyền tải và cung cấp điện sẽ có giá trị tần số là 50 Hz hoặc 60 Hz.
Trong thực tế, bên cạnh tần số cơ bản này, trong tín hiệu điện còn có thể chứa các giá trị tần số khác. Dạng sóng điện áp do nguồn phát sẽ có dạng thuần sin biến thiên tuần hoàn theo thời gian. Nhưng khi dạng sóng điện áp thuần sin này được đặt lên một phụ tải không tuyến tính, dòng điện mà phụ tải không tuyến tính này tiêu thụ lại không có dạng thuần sin. Trong trường hợp tổng trở nguồn không phải là giá trị vô cùng bé mà đạt một giá trị xác định nào đó, dòng điện không thuần sin sẽ gây một điện áp giáng trên tổng trở nguồn này.
Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng méo dạng sóng tín hiệu điện áp tại cực của phụ tải nói trên. Hiện tượng nói trên chính là nguyên nhân phát sinh méo dạng sóng điện áp tại cực phụ tải, hay nói cách khác là phát sinh sóng hài. Méo dạng sóng điện áp này nếu được đặt lên các phụ tải tuyến tính khác lại sinh ra méo dạng dòng điện tương ứng trên các phụ tải đó. Nguyên tắc phát sinh méo dạng sóng điện áp và sóng hài xuất phát từ tải phi tuyến.
Sóng hài trong HTĐ được định nghĩa là các dạng điện áp và dòng điện thuần sin nhưng lại có tần số bằng bội của một số nguyên lần tần số cơ bản (tại Việt Nam, tần số cơ bản là 50 Hz). Sóng hài góp phần lớn trong việc gây méo dạng sóng điện áp và dòng điện. Bên cạnh đó, còn tồn tại những loại méo dạng sóng khác không phải là bội nguyên lần của tần số cơ bản càng làm cho vấn đề sóng hài ngày càng được quan tâm nhiều hơn. HVTH: Lê Quốc Khánh Trang 4 Trường Đại học Bách Khoa TP.
HCM GVHD: PGS. Võ Ngọc Điều Hình 2.1: Nguyên tắc phát sinh méo điện áp và sóng hài xuất phát từ tải phi tuyến 2. NGUYÊN NHÂN GÂY RA SÓNG HÀI Cùng với sự xuất hiện của ngành điện tử bán dẫn, các ứng dụng dùng các bộ biến đổi công suất lớn như hệ thống lò hồ quang, các bộ biến tần trong công nghiệp, bộ biến đổi công suất của các nhà máy NLTT,… là nguyên nhân chính gây ra các méo dạng sóng hài. Các hệ thống dân dụng khác có công suất nhỏ hơn như đèn phóng điện cũng là nguyên nhân gây ra các ảnh hưởng méo dạng sóng đến các thiết bị điện truyền thống như động cơ và MBA.
Bộ biến đổi điện tử công suất phổ thông nhất là bộ chỉnh lưu một pha. Bộ biến đổi này là thiết bị đầu vào cung cấp năng lượng cho hầu hết các thiết bị dân dụng và văn phòng. Mặc dù công suất định mức của bộ chỉnh lưu một pha là nhỏ, nhưng nếu tập hợp chúng lại sẽ gây nên sự méo dạng điện áp và dòng điện một cách đáng kể. Những hệ thống chỉnh lưu công suất lớn cũng là những đối tượng gây ra hiện tượng sóng hài.
Cụm từ Chỉnh lưu hoặc Nghịch lưu được dùng để mô tả quá trình biến đổi năng lượng điện xoay chiều (AC) thành năng lượng điện một chiều (DC) và ngược lại.