Luận văn thạc sĩ về tính ổn định của hệ thống điện và ảnh hưởng của nguồn phân tán

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật điện đánh giá tính ổn định của hệ thống điện theo mức độ xâm nhập của các nguồn phân tán, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Lê Hải Đăng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Phúc Khải
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Đánh Giá Tính Ổn Định Của Hệ Thống Điện Theo Mức Độ Xâm Nhập Của Các Nguồn Phân Tán
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• THESIS ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: Giới thiệu lý do chọn đề tài
• 1.1. Giới thiệu lý do chọn đề tài
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
• 2.1. Giới thiệu tổng quan về nguồn phân tán
• 2.2. Xu hướng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam
• 2.3. Các nguồn phân tán ảnh hưởng đến ổn định hệ thống điện
• 2.3.1. Ảnh hưởng của nguồn năng lượng gió (WPS) đến ổn định hệ thống điện
• 2.3.2. Ảnh hưởng của nguồn năng lượng mặt trời (PVS) đến ổn định hệ thống điện
• 2.4. Kết quả nghiên cứu về mức xâm nhập của nguồn phân tán
• 3. CHƯƠNG 3: ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
• 3.1. Ổn định trong Hệ thống điện
• 3.1.1. Ổn định điện áp
• 3.1.2. Ổn định góc rotor
• 3.1.3. Ổn định tần số
• 3.2. Tiêu chí đánh giá tính ổn định điện áp
• 3.3. Mô hình hóa các phần tử trong PSS/E
• 3.3.1. Mô hình nhà máy điện mặt trời
• 3.3.2. Mô hình nhà máy điện gió
• 3.3.3. Mô hình nhà máy điện truyền thống
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN TỈ TRỌNG XÂM NHẬP CỦA CÁC NGUỒN PHÂN TÁN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI ĐỊA PHƯƠNG
• 4.1. Phương pháp tìm tỉ trọng xâm nhập
• 4.1.1. Tính toán tỉ trọng xâm nhập nguồn phân tán
• 4.1.2. Giải thuật tìm tỉ trọng xâm nhập nguồn phân tán
• 4.1.3. Mô phỏng tính ổn định trên PSS/E
• 4.2. Tính toán tỉ trọng xâm nhập nguồn phân tán cho lưới điện tỉnh Bình Thuận
• 4.2.1. Đặc điểm, quy mô của nguồn phát
• 4.2.2. Kịch bản tính toán
• 4.3. Tính toán tỉ trọng xâm nhập nguồn phân tán cho lưới điện tỉnh Bình Định
• 4.3.1. Đặc điểm, quy mô nguồn phát
• 4.3.2. Kịch bản tính toán
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 5.1. Kết quả mô phỏng tính toán tỉ trọng xâm nhập nguồn phân tán tỉnh Bình Thuận
• 5.2. Kết quả mô phỏng tính toán tỉ trọng xâm nhập nguồn phân tán tỉnh Bình Định
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan về nguồn phân tán

Nội dung của chương này tập trung vào việc trình bày khái niệm và vai trò của nguồn phân tán trong hệ thống điện hiện đại. Nguồn phân tán được định nghĩa là các nguồn năng lượng nhỏ hơn, nằm gần hoặc tại nơi tiêu thụ, như năng lượng tái tạo từ gió và mặt trời. Chương này cũng thảo luận về các loại hình và quy mô của nguồn phân tán trên thế giới, đồng thời nêu rõ xu hướng phát triển của nguồn phân tán tại Việt Nam. Theo báo cáo của Chính phủ, tỷ trọng nguồn phân tán trong cơ cấu nguồn điện đang tăng lên, với mục tiêu đạt được 21,9% từ điện gió và 19,9% từ điện mặt trời vào năm 2030. Điều này cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu và đánh giá tác động của nguồn phân tán đến tính ổn định của hệ thống điện, đặc biệt trong bối cảnh Việt Nam đang chuyển mình mạnh mẽ hướng tới năng lượng tái tạo. Việc phân tích những lợi ích và thách thức của nguồn phân tán sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách mà nó có thể cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện.

1.1 Khái niệm về nguồn phân tán

Nguồn phân tán (DG) là những nguồn năng lượng nhỏ hơn, thường được lắp đặt gần nơi tiêu thụ, giúp giảm thiểu tổn thất điện năng và tăng cường độ tin cậy cho lưới điện. Các loại hình DG bao gồm năng lượng mặt trời, năng lượng gió, và các nguồn năng lượng sinh khối. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc sử dụng nguồn phân tán không chỉ giúp cải thiện tính ổn định của hệ thống điện mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững. Theo một nghiên cứu gần đây, việc tăng cường nguồn phân tán có thể góp phần làm giảm áp lực lên lưới điện truyền thống và cải thiện khả năng phục hồi trong các tình huống khẩn cấp. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và đánh giá nguồn phân tán là rất cần thiết để phát triển một hệ thống điện hiện đại và hiệu quả.

II. Đánh giá tính ổn định của hệ thống điện

Chương này trình bày về lý thuyết và các tiêu chí đánh giá tính ổn định của hệ thống điện. Tính ổn định được xác định là khả năng của hệ thống điện để duy trì hoạt động bình thường sau khi xảy ra sự cố. Các loại ổn định bao gồm ổn định điện áp, ổn định góc rotor và ổn định tần số. Đặc biệt, ổn định điện áp là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện liên tục và đáng tin cậy. Chương này cũng đề cập đến những thách thức mà nguồn phân tán mang lại cho tính ổn định của hệ thống điện, bao gồm sự biến động của điện áp và tần số do sự thay đổi trong công suất phát từ các nguồn tái tạo. Việc sử dụng phần mềm PSS/E để mô phỏng và phân tích ổn định điện áp là một phương pháp hiệu quả để đánh giá tác động của nguồn phân tán đến tính ổn định của hệ thống điện. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng, mặc dù nguồn phân tán có thể cải thiện tính ổn định, nhưng cần có các biện pháp quản lý và điều chỉnh phù hợp để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

2.1 Tiêu chí đánh giá tính ổn định điện áp

Tiêu chí đánh giá tính ổn định điện áp bao gồm khả năng phục hồi điện áp sau khi xảy ra sự cố. Theo tiêu chuẩn, điện áp được coi là ổn định nếu nó có thể phục hồi ít nhất 75% giá trị điện áp ban đầu trong vòng 5 giây sau khi sự cố được loại bỏ. Việc xác định các kịch bản mô phỏng khác nhau là cần thiết để đánh giá tác động của nguồn phân tán đến tính ổn định điện áp. Các nghiên cứu cho thấy rằng, với sự gia tăng nguồn phân tán, khả năng phục hồi của hệ thống điện có thể bị ảnh hưởng, đặc biệt là trong các tình huống có sự cố lớn. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc phát triển các chiến lược quản lý và điều chỉnh để duy trì tính ổn định của hệ thống điện trong bối cảnh gia tăng nguồn phân tán.

III. Kết quả mô phỏng và phân tích

Chương này trình bày kết quả mô phỏng tính ổn định điện áp cho các lưới điện tỉnh Bình Thuận và Bình Định với sự xâm nhập của các nguồn phân tán. Sử dụng phần mềm PSS/E, các kịch bản khác nhau đã được mô phỏng để đánh giá tác động của năng lượng tái tạo đến tính ổn định của hệ thống điện. Kết quả cho thấy tỷ trọng xâm nhập tối đa của nguồn phân tán cho lưới điện Bình Thuận là 37% và Bình Định là 34%. Những con số này cho thấy rằng, mặc dù nguồn phân tán có thể đóng góp tích cực vào cung cấp năng lượng, nhưng cũng có thể gây ra những thách thức về tính ổn định nếu không được quản lý đúng cách. Việc phân tích các kết quả mô phỏng giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định và đề xuất các giải pháp nhằm cải thiện hiệu suất của hệ thống điện trong tương lai.

3.1 Phân tích kết quả mô phỏng

Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng, với sự gia tăng nguồn phân tán, điện áp tại các nút lưới có thể bị ảnh hưởng đáng kể. Cụ thể, trong các kịch bản mô phỏng, khi tỷ trọng nguồn phân tán đạt 35%, điện áp tại các nút 500kV có sự biến động lớn, làm giảm khả năng phục hồi điện áp sau sự cố. Điều này cho thấy cần có các biện pháp điều chỉnh và quản lý để đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện. Bên cạnh đó, việc sử dụng công nghệ hiện đại và các phần mềm mô phỏng như PSS/E sẽ giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan hơn về tình trạng của lưới điện và từ đó đưa ra các quyết định phù hợp nhằm nâng cao tính ổn định trong bối cảnh gia tăng nguồn phân tán.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam đang chứng kiến sự phát triển nhanh chóng của các nguồn năng lượng tái tạo phân tán, đặc biệt là điện gió và điện mặt trời, với tổng công suất lắp đặt năng lượng tái tạo đạt khoảng 20.420 MW vào cuối năm 2021, chiếm 27% tổng công suất nguồn điện toàn quốc. Theo Dự thảo Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2021 – 2030, tầm nhìn đến năm 2045, tỷ trọng nguồn phân tán dự kiến tiếp tục tăng cao, với điện gió đạt 60.610 MW (21,9%) và điện mặt trời 55.090 MW (19,9%). Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng này đặt ra thách thức lớn về tính ổn định của hệ thống điện, đặc biệt khi lưới điện chưa được đồng bộ và khả năng truyền tải còn hạn chế.

Luận văn tập trung đánh giá tính ổn định điện áp của hệ thống điện theo mức độ xâm nhập của các nguồn phân tán, cụ thể là năng lượng gió và mặt trời, trên hai lưới điện tỉnh Bình Thuận và Bình Định. Mục tiêu nghiên cứu là xác định tỷ trọng xâm nhập tối đa của nguồn phân tán mà hệ thống vẫn duy trì được tính ổn định điện áp theo tiêu chuẩn phục hồi điện áp ít nhất 75% giá trị trước sự cố trong vòng 5 giây sau khi sự cố được loại trừ. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô hình động các phần tử hệ thống điện và nguồn phân tán, sử dụng phần mềm PSS/E để mô phỏng và phân tích.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quy hoạch phát triển nguồn năng lượng tái tạo, đảm bảo vận hành an toàn, ổn định hệ thống điện quốc gia, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho các đơn vị quản lý vận hành lưới điện trong việc huy động nguồn phù hợp và phát triển bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình về ổn định hệ thống điện, bao gồm:

• Ổn định điện áp: Khả năng hệ thống duy trì điện áp tại các nút trong giới hạn cho phép sau khi chịu kích động lớn hoặc nhỏ. Ổn định điện áp được chia thành ổn định động và tĩnh, với tiêu chuẩn phục hồi điện áp tối thiểu 75% trong 5 giây sau sự cố.

• Ổn định góc rotor: Khả năng các máy phát đồng bộ duy trì đồng bộ sau kích động, bao gồm ổn định tín hiệu nhỏ và ổn định quá độ.

• Ổn định tần số: Khả năng duy trì tần số hệ thống sau mất cân bằng công suất giữa nguồn và phụ tải.

Ngoài ra, luận văn sử dụng các mô hình động chi tiết của các phần tử hệ thống điện trong phần mềm PSS/E, bao gồm:

• Mô hình nhà máy điện mặt trời với bộ chuyển đổi công suất, điều khiển công suất tác dụng và phản kháng, logic giới hạn dòng điện và điều khiển điện áp.

• Mô hình tuabin gió loại 3 (WT3) và loại 4 (WT4), mô phỏng máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG) với các khối điều khiển máy phát, bộ biến đổi công suất, tuabin và góc pitch.

• Mô hình máy phát đồng bộ truyền thống, hệ thống điều tốc, kích từ và bộ ổn định hệ thống.

Các khái niệm chính bao gồm: tỷ trọng xâm nhập nguồn phân tán, quán tính hệ thống, ROCOF (tốc độ thay đổi tần số), và các thuật toán điều khiển công suất phản kháng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng động học hệ thống điện trên phần mềm PSS/E với các bước chính:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu lưới điện tỉnh Bình Thuận và Bình Định, bao gồm đặc điểm lưới điện, công suất các nguồn truyền thống và phân tán (điện gió, điện mặt trời).

• Phương pháp phân tích: Xây dựng mô hình động các phần tử hệ thống và nguồn phân tán, thiết lập các kịch bản mức độ xâm nhập nguồn phân tán khác nhau. Sử dụng lưu đồ giải thuật tìm tỷ trọng xâm nhập tối đa gây mất ổn định điện áp.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình lưới điện tỉnh với đầy đủ các nguồn phát và các nút quan trọng, lựa chọn các điểm sự cố ngắn mạch để đánh giá tính ổn định.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022, bao gồm xây dựng mô hình, chạy mô phỏng, phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn.

Phương pháp này cho phép đánh giá chính xác ảnh hưởng của mức độ xâm nhập nguồn phân tán đến tính ổn định điện áp, từ đó xác định giới hạn an toàn cho phát triển nguồn tái tạo phân tán.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tỷ trọng xâm nhập tối đa của nguồn phân tán: Kết quả mô phỏng cho thấy tỷ trọng xâm nhập tối đa của nguồn phân tán là khoảng 37% đối với lưới điện Bình Thuận và 34% đối với lưới điện Bình Định. Khi vượt quá mức này, hệ thống bắt đầu mất ổn định điện áp tại các điểm sự cố.

2. Phục hồi điện áp sau sự cố: Điện áp tại các nút sự cố phục hồi ít nhất 75% giá trị trước sự cố trong vòng 5 giây khi mức độ xâm nhập nguồn phân tán nằm trong giới hạn trên. Ví dụ, với mức xâm nhập 35% tại Bình Thuận, điện áp tại nút Tân Uyên 500kV và các nút lân cận được duy trì ổn định sau sự cố ngắn mạch.

3. Ảnh hưởng của loại nguồn phân tán: Nguồn điện gió (DFIG) có quán tính thấp hơn so với nguồn truyền thống, làm giảm quán tính tổng thể của hệ thống và tăng tốc độ thay đổi tần số (ROCOF). Nguồn điện mặt trời có dao động điện áp lớn hơn khi mức xâm nhập tăng, ảnh hưởng đến ổn định điện áp động.

4. Vị trí và loại sự cố ảnh hưởng đến ổn định: Mức độ mất ổn định phụ thuộc vào vị trí xảy ra sự cố và loại sự cố. Sự cố gần các nguồn phân tán có mức xâm nhập cao gây ảnh hưởng tiêu cực hơn đến ổn định quá độ và điện áp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của giới hạn tỷ trọng xâm nhập nguồn phân tán là do các nguồn này, đặc biệt là điện gió và mặt trời, không cung cấp đủ quán tính và công suất phản kháng cần thiết để duy trì ổn định điện áp và tần số khi xảy ra sự cố. Điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế cho thấy mức độ xâm nhập trên 40% có thể gây mất ổn định hệ thống.

So sánh với các nghiên cứu khác, kết quả tỷ trọng xâm nhập tối đa khoảng 34-37% là tương đồng với các báo cáo về giới hạn an toàn trong vận hành lưới điện có nguồn phân tán. Việc sử dụng phần mềm PSS/E với mô hình động chi tiết giúp mô phỏng chính xác các phản ứng của hệ thống điện trong các kịch bản khác nhau.

Kết quả nghiên cứu có thể được trình bày qua các biểu đồ điện áp tại các nút quan trọng theo thời gian sau sự cố, cũng như bảng tổng hợp tỷ trọng xâm nhập và trạng thái ổn định tương ứng. Điều này giúp trực quan hóa ảnh hưởng của nguồn phân tán đến tính ổn định hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng quy hoạch phát triển nguồn phân tán có kiểm soát: Đề xuất các cơ quan quản lý xây dựng kế hoạch phát triển nguồn phân tán theo từng giai đoạn, đảm bảo tỷ trọng xâm nhập không vượt quá khoảng 35% để duy trì ổn định hệ thống. Thời gian thực hiện trong 5 năm tới, chủ thể là Bộ Công Thương và các đơn vị quy hoạch điện.

2. Nâng cấp và đồng bộ lưới điện truyền tải, phân phối: Tăng cường đầu tư nâng cấp lưới điện để cải thiện khả năng truyền tải và điều khiển điện áp, giảm thiểu tổn thất và tăng tính ổn định khi có nguồn phân tán lớn. Chủ thể thực hiện là các công ty truyền tải và phân phối điện, với kế hoạch 3-5 năm.

3. Phát triển công nghệ điều khiển và lưu trữ năng lượng: Áp dụng các giải pháp công nghệ như bộ điều khiển công suất phản kháng tiên tiến, hệ thống lưu trữ năng lượng để hỗ trợ ổn định điện áp và tần số khi nguồn phân tán biến động. Chủ thể là các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp công nghệ điện, thời gian 2-4 năm.

4. Tăng cường đào tạo và nâng cao năng lực vận hành: Đào tạo chuyên sâu cho cán bộ vận hành lưới điện về quản lý và điều khiển hệ thống có nguồn phân tán cao, sử dụng phần mềm mô phỏng như PSS/E để dự báo và xử lý sự cố. Chủ thể là các trường đại học, trung tâm đào tạo, thời gian liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Nhận diện giới hạn an toàn trong phát triển nguồn phân tán, từ đó xây dựng chính sách phát triển bền vững và quy hoạch điện lực phù hợp.

2. Các kỹ sư vận hành và quản lý lưới điện: Áp dụng kết quả nghiên cứu để điều chỉnh vận hành, huy động nguồn và xử lý sự cố nhằm đảm bảo ổn định điện áp và tần số trong hệ thống có nguồn phân tán.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện: Tham khảo mô hình, phương pháp mô phỏng và phân tích ổn định hệ thống điện với nguồn phân tán, phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo.

4. Doanh nghiệp phát triển và đầu tư năng lượng tái tạo: Hiểu rõ giới hạn kỹ thuật và yêu cầu vận hành để thiết kế, triển khai các dự án năng lượng tái tạo phù hợp với lưới điện hiện hữu.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn phân tán là gì và tại sao lại ảnh hưởng đến ổn định hệ thống điện?
   Nguồn phân tán là các nguồn phát điện nhỏ, nằm gần điểm tiêu thụ như điện gió, điện mặt trời. Chúng ảnh hưởng đến ổn định do quán tính thấp, dao động công suất và điện áp, làm thay đổi đặc tính vận hành của hệ thống điện truyền thống.

2. Tỷ trọng xâm nhập nguồn phân tán tối đa là bao nhiêu để đảm bảo ổn định?
   Theo nghiên cứu, tỷ trọng xâm nhập tối đa khoảng 34-37% tùy theo đặc điểm lưới điện địa phương, vượt quá mức này có thể gây mất ổn định điện áp và tần số.

3. Phần mềm PSS/E được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   PSS/E được dùng để mô phỏng mô hình động các phần tử hệ thống điện và nguồn phân tán, phân tích ổn định điện áp sau sự cố với các kịch bản mức độ xâm nhập khác nhau, giúp đánh giá giới hạn an toàn.

4. Làm thế nào để cải thiện ổn định hệ thống khi tỷ trọng nguồn phân tán tăng?
   Có thể nâng cấp lưới điện, áp dụng công nghệ điều khiển công suất phản kháng, sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng và đào tạo vận hành chuyên sâu để hỗ trợ ổn định điện áp và tần số.

5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
   Phương pháp và kết quả nghiên cứu có thể tham khảo cho các khu vực có đặc điểm lưới điện tương tự, tuy nhiên cần điều chỉnh theo đặc thù lưới và nguồn phân tán địa phương.

Kết luận

• Xác định tỷ trọng xâm nhập tối đa của nguồn phân tán là khoảng 37% cho lưới điện Bình Thuận và 34% cho Bình Định để đảm bảo ổn định điện áp theo tiêu chuẩn quốc gia.
• Mô hình động chi tiết trong PSS/E giúp đánh giá chính xác ảnh hưởng của nguồn phân tán đến ổn định hệ thống điện.
• Nguồn điện gió và mặt trời có đặc tính quán tính thấp và dao động điện áp lớn, ảnh hưởng đến tính ổn định khi xâm nhập cao.
• Cần có quy hoạch phát triển nguồn phân tán có kiểm soát, đồng bộ nâng cấp lưới điện và áp dụng công nghệ điều khiển tiên tiến.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo tập trung vào phát triển giải pháp lưu trữ năng lượng và điều khiển thông minh để nâng cao tính ổn định hệ thống điện trong tương lai.

Để đảm bảo vận hành an toàn và phát triển bền vững nguồn năng lượng tái tạo, các đơn vị quản lý và nghiên cứu cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục cập nhật và mở rộng nghiên cứu theo diễn biến thực tế của hệ thống điện quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.1 Giới thiệu lý do chọn đề tài Theo Dự thảo Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021 – 2030, tầm nhìn đến năm 2045 (Dự thảo Quy hoạch điện VIII) tại Thông báo của Chính phủ số 116/TB-VPCP ngày 17/4/2022, tỷ trọng cơ cấu nguồn phân tán ở mức cao, 121. Cụ thể gồm điện gió có công suất là 60.610MW chiếm 21,9%, điện mặt trời là 55.090MW chiếm 19,9%, điện sinh khối và các nguồn năng lượng tái tạo khác là 5. So với Đức, quốc gia có mức độ phát triển nguồn năng lượng tái tạo cao nhất trên thể giới. Năm 2020, tại Đức có hơn 35% lượng điện tiêu thụ hàng năm đến từ hơn 30.000 tuabin gió hoạt động với tổng công suất lắp đặt khoảng 60GW và khoảng 1,7 triệu thiết bị năng lượng mặt trời với tổng công suất lắp đặt khoảng 46GW (nguồn: vinatom.

Cùng với đó, Đức cũng là quốc gia có hệ thống điện hiện đại bậc nhất thế giới với các thiết bị điện tiên tiến có thể đảm bảo lưới điện được vận hành an toàn và ổn định. Tuy nhiên, với tỷ trọng của nguồn phân tán theo Quy hoạch điện VIII tại Việt Nam là khá cao, cần phải được xem xét khi hệ thống điện chưa được đồng bộ và khả năng truyền tải và phân phối chưa đảm bảo. Việc xác định tỷ trọng của các nguồn phân tán cho hệ thống điện Việt Nam cùng với sự phát triển của lưới điện theo từng giai đoạn là cần thiết. Đó cũng chính là lý do để chọn đề tài này.2 Tính cấp thiết của đề tài Với chiến lược phát triển nguồn năng lượng sạch trên thế giới, Việt Nam là một quốc gia có lợi thế về địa hình và vị trí để khai thác nguồn năng lượng vô tận, đó chính là nguồn năng lượng gió và nguồn năng lượng mặt trời.

Việt Nam ngày càng phát triển mạnh mẽ nguồn năng lượng này. Tuy nhiên, việc khai thác nguồn năng lượng tái tạo này phải có kế hoạch cùng việc phát triển mạng lưới phân phối và mạng lưới truyền tải cùng các nguồn khác một cách phù hợp. LUẬN VĂN THẠC SĨ HV: LÊ HẢI ĐĂNG GVHD: TS. NGUYỄN PHÚC KHẢI 2 Đề tài nghiên cứu này cũng là một phương pháp giải quyết bài toán Quy hoạch nguồn năng lượng tái tạo để tránh tình trạng phát triển ồ ạt thiếu định hướng như hiện nay.

Ngoài ra, kết quả tính toán mà đề tài mang lại có thể xem là một giá trị tham khảo cho đơn vị Quản lý vận hành lưới điện trong việc huy động nguồn phù hợp.3 Phạm vi nghiên cứu Trong đề tài này sẽ tập trung nghiên cứu đánh giá tính ổn định điện áp của hệ thống điện theo mức xâm nhập của nguồn phân tán và đối tượng nghiên cứu là hệ thống điện tỉnh với các dữ liệu đầu vào là nguồn dữ liệu ở giai đoạn hiện tại và các kịch bản được xây dựng để làm giả thiết tính toán. Đặc điểm lưới điện được lựa chọn phải đảm bảo các loại hình nguồn gồm nguồn điện truyền thống (thủy điện, nhiệt điện), nguồn điện gió, nguồn điện mặt trời. Về đặc điểm, tính chất và quy mô lưới điện mô phỏng sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau. LUẬN VĂN THẠC SĨ HV: LÊ HẢI ĐĂNG GVHD: TS.

NGUYỄN PHÚC KHẢI 3 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu tổng quan về nguồn phân tán Mô hình điện phân tán có cả ưu điểm và nhược điểm so với mô hình tập trung, truyền thống (Bảng 2. Ví dụ, ở các vùng nông thôn/ hải đảo chưa được đầu tư phát triển hệ thống điện do nhiều điều kiện khó khăn, mô hình nguồn điện phân tán có thể là lựa chọn duy nhất, vì chi phí mở rộng lưới điện tập trung có thể rất cao. Tương tự, ở những khu vực đã lắp đặt lưới điện tập trung, nguồn phát điện phân tán (DG) có thể cải thiện khả năng phục hồi của lưới điện bằng cách nâng cao độ tin cậy trong những trường hợp rủi ro như thời tiết khắc nghiệt.

Nó cũng có thể cung cấp một hướng cho đầu tư tư nhân trong tình hình hiện nay.1 – So sánh khái niệm về hệ thống điện tập trung và phân tán [1] Thuận lợi - Một loạt các công nghệ cải tiến, hoàn thiện - Chi phí sản xuất thấp hơn Nguồn tập trung - Phụ tải đa dạng hơn, làm phẳng đồ thị phụ tải - Nền công nghiệp phát triển - Thích hợp cho các cộng đồng nhỏ/ vùng sâu vùng xa - Khả năng phục hồi của hệ thống cao hơn do sự Nguồn phân tán đa dạng của nguồn cung cấp - Giảm tổn thất truyền tải và phân phối - Cho phép đầu tư tư nhân trực tiếp Các loại hình nguồn phân tán trên thế giới hiện nay gồm có: − Nguồn điện mặt trời: Hệ thống các nhà máy năng lượng mặt trời phân tán trên thế giới đang phát triển nhanh chóng. Dữ liệu được công bố về phát triển nguồn năng lượng mặt trời (bao gồm cả phát điện tập trung và phân tán) trên thế giới như sau: LUẬN VĂN THẠC SĨ HV: LÊ HẢI ĐĂNG GVHD: TS. NGUYỄN PHÚC KHẢI 4 • Công suất đặt nguồn năng lượng mặt trời trên thế giới đã tăng khoảng 40% mỗi năm kể từ đầu năm 2008 (Nguồn: REN 21, 2014). • Công suất đặt nguồn năng lượng mặt trời trên thế giới đạt 139 GW vào cuối năm 2013 với hơn một nửa công suất được lắp đặt trong năm 2012 và 2013 (Nguồn: REN21, 2014).

• Các dự báo của ngành cho thấy thị trường năng lượng mặt trời trên thế giới tiếp tục tăng trưởng, vượt 50 GW mỗi năm vào năm 2017 (Nguồn: EPIA, tháng 5 năm 2014). • Tại Việt Nam, tính đến đến cuối năm 2020, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời trên cả nước đã đạt khoảng 19.400 MWp tương đương 16.500 MW (Nguồn: evn.vn) − Nguồn thủy điện nhỏ và siêu nhỏ: mô hình thủy điện nhỏ và siêu nhỏ không yêu cầu một con đập hoặc các sửa đổi lớn đối với dòng sông để khai thác năng lượng từ dòng chảy. Tuy nhiên, chúng yêu cầu một dòng nước ổn định và đáng tin cậy cũng như kỹ thuật và thiết kế cụ thể cho từng địa điểm. Dữ liệu về công suất đặt cho các nguồn thủy điện nhỏ và siêu nhỏ trên thế giới rất khan hiếm.

Công suất đặt của thủy điện nhỏ (dưới 10 MW) trên thế giới hiện tại là 75 GW với tiềm năng tài nguyên bổ sung trên 100 GW, chủ yếu ở châu Á (Nguồn: UNIDO, 2013). Công suất đặt nguồn thủy điện nhỏ và siêu nhỏ ở một số quốc gia trên thế giới được cụ thể như sau: • Pakistan có 538 nhà máy thủy điện siêu nhỏ với tổng công suất lắp đặt khoảng 8 MW. • Malaysia có 149 vị trí với công suất tiềm năng khoảng 29 MW. • Afghanistan 160 nhà máy thủy điện siêu nhỏ, trong đó có khoảng 30 ÷ 40% nhà máy đang trong giai đoạn xây dựng.

LUẬN VĂN THẠC SĨ HV: LÊ HẢI ĐĂNG GVHD: TS. NGUYỄN PHÚC KHẢI 5 − Nguồn năng lượng từ các tua bin gió: Tua bin gió có nhiều loại kích cỡ, từ loại tạo ra công suất dưới 1 kW (được sử dụng chủ yếu cho chiếu sáng khu dân cư và đường phố) đến loại có công suất lớn hơn 7 MW (được sử dụng để hòa lưới). Các tuabin gió nhỏ thường nhỏ hơn 100 kW và được đặt tại hoặc gần điểm tiêu thụ điện. Tính đến cuối năm 2012, đã có khoảng 1 triệu tuabin gió nhỏ được lắp đặt trên toàn thế giới, với tổng công suất phát điện khoảng 700 MW (WWEA, 2014).

Công suất đặt nguồn năng lượng từ các tua bin gió công suất nhỏ tại một số quốc gia trên thế giới được cụ thể như sau: • Trung Quốc là thị trường lớn nhất cho các tuabin này, chiếm 39% công suất toàn cầu (Nguồn: WWEA, 2014). • Hầu hết các cơ sở lắp đặt tuabin gió nhỏ ở Trung Quốc và Hoa Kỳ là không nối lưới, nghĩa là chúng phục vụ cho một hộ gia đình hoặc tòa nhà (Nguồn: WWEA 2014; US DOE, 2014). Nguồn: Navigant Research Hình 2.1 – Dự báo về cơ cấu nguồn phát trên giới giai đoạn 2019 – 2028 LUẬN VĂN THẠC SĨ HV: LÊ HẢI ĐĂNG GVHD: TS. NGUYỄN PHÚC KHẢI 6 Một số mô hình nguồn phân tán được nghiên cứu trên thế giới hiện nay gồm các loại hình nguồn phát như điện mặt trời, điện gió, điện sinh khối và một số nguồn năng lượng tái tạo khác.2 – Mô hình của DER trong các nghiên cứu về trạng thái ổn định [3] LUẬN VĂN THẠC SĨ HV: LÊ HẢI ĐĂNG GVHD: TS.

NGUYỄN PHÚC KHẢI 7 Hình 2.3 – Mô hình nguồn phát phân tán ở Canada 2.2 Xu hướng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam Hệ thống điện Việt Nam đang trải qua quá trình chuyển đổi sâu sắc: một số mô hình cũ trở nên mờ nhạt và các tầm nhìn mới cần được phát triển để đối mặt với những thách thức mà biến đổi khí hậu, sự khan hiếm tài nguyên và đô thị hoá sẽ mang lại trong một, hai thập kỷ tới. Các nhà máy điện luôn là một phần không tách rời của hệ thống điện. Xét về mặt kinh tế, công suất các nhà máy điện càng lớn, hiệu quả kinh tế càng cao. Tuy nhiên, do phụ thuộc vào nguồn cung cấp nguyên liệu sơ cấp, nên các nhà máy điện thường nằm xa phụ tải, xa các khu dân cư.

Hệ thống lưới điện truyền tải và phân phối sẽ đảm nhận nhiệm vụ đưa điện từ các nhà máy này tới các hộ tiêu thụ. Đây là mô hình phát điện tập trung dạng truyền thống, được sử dụng trong điều kiện chi phí vận chuyển nhiên liệu và chi phí xây dựng các nhà máy điện gần trung tâm phụ tải vượt xa chi phí xây dựng lưới truyền tải và phân phối điện. Do nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, hàng năm, ngành Điện Việt Nam còn phải đối mặt với thiên tai, bão lũ gây nhiều sự cố trên lưới điện nói chung và đặc biệt là lưới điện truyền tải nói riêng. Bên cạnh đó, yêu cầu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng của khách hàng ngày càng cao, đòi hỏi ngành Điện phải có những bước đi phù hợp trong xây dựng hệ thống nguồn và lưới điện.

Mô hình phát điện phân tán (Distributed Generation - DG) là mô hình phát điện quy mô nhỏ, nằm gần hoặc ngay tại điểm tiêu thụ điện năng. Mặc dù mô hình có hiệu quả kinh tế không cao so với mô hình phát điện tập trung, nhưng lại có tính dự phòng và độ tin cậy lớn trong cung ứng điện cho tải khu vực. Các nguồn năng lượng phân tán sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng carbon thấp một cách thông minh và linh hoạt. Một LUẬN VĂN THẠC SĨ HV: LÊ HẢI ĐĂNG GVHD: TS.