Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống điện Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ với nhu cầu điện năng tăng trưởng bình quân khoảng 7,8%/năm giai đoạn 2021-2030, dự kiến công suất cực đại toàn quốc đạt gần 89.000 MW vào năm 2030. Tỉnh Bình Định, thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ, có nhu cầu điện năng chiếm khoảng 0,91% toàn quốc năm 2020 và dự kiến tăng lên trên 1% vào năm 2030. Hệ thống điện tỉnh hiện có công suất cực đại khoảng 370 MW năm 2019, với lưới điện 110kV kết nối linh hoạt, đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các phụ tải công nghiệp, dân sinh và dịch vụ.

Trong bối cảnh phát triển năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện mặt trời, tỉnh Bình Định đã triển khai nhiều dự án nhà máy điện mặt trời (NMĐMT) với tổng công suất lên đến hàng trăm MWp, trong đó NMĐMT Cát Hiệp có công suất 49,5 MWp đấu nối vào lưới 110kV. Việc hòa lưới các nguồn năng lượng tái tạo này ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ vận hành, điện áp, tổn thất công suất và ổn định của hệ thống điện tỉnh. Do đó, nghiên cứu ảnh hưởng của NMĐMT Cát Hiệp đến hệ thống điện Bình Định là cần thiết để đảm bảo vận hành an toàn, hiệu quả và phát triển bền vững.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung đánh giá ảnh hưởng của NMĐMT Cát Hiệp đến chế độ vận hành hệ thống điện 110kV tỉnh Bình Định, bao gồm phân tích sự thay đổi điện áp, công suất truyền tải, tổn thất điện năng và khả năng ổn định điện áp khi có sự tham gia của nhà máy. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô phỏng chế độ vận hành hệ thống điện tỉnh Bình Định đến năm 2025, sử dụng số liệu thực tế năm 2018-2019 và phần mềm tính toán chuyên dụng. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đề xuất các giải pháp vận hành, nâng cao chất lượng điện năng và giảm tổn thất, góp phần phát triển năng lượng tái tạo tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

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

  • Lý thuyết trào lưu công suất (Power Flow Analysis): Sử dụng các phương pháp Gauss-Seidel và Newton-Raphson để tính toán dòng điện, điện áp và công suất tại các nút trong hệ thống điện. Đây là cơ sở để đánh giá chế độ vận hành và phân tích ảnh hưởng của nguồn điện mới.

  • Mô hình ổn định điện áp dựa trên đường cong PV (P-V Curve): Đường cong PV thể hiện mối quan hệ giữa công suất tác dụng và điện áp tại các nút, giúp đánh giá khả năng ổn định điện áp của hệ thống khi có sự thay đổi nguồn hoặc tải.

  • Khái niệm tổn thất công suất và tổn thất điện năng: Bao gồm tổn thất kỹ thuật trên đường dây và tổn thất phi kỹ thuật, là cơ sở để phân tích hiệu quả vận hành và đề xuất các biện pháp giảm tổn thất.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: công suất tác dụng (P), công suất phản kháng (Q), điện áp nút (V), dòng điện đường dây (I), tổn thất công suất, ổn định điện áp, và phương pháp bù công suất phản kháng (CSPK).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu vận hành hệ thống điện 110kV tỉnh Bình Định năm 2018-2019 do Công ty Điện lực Bình Định và Tổng công ty Điện lực miền Trung cung cấp, bao gồm thông số kỹ thuật đường dây, máy biến áp, phụ tải, và dữ liệu sản lượng điện mặt trời của NMĐMT Cát Hiệp.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm PSS/E để mô phỏng trào lưu công suất, tính toán điện áp, công suất truyền tải, tổn thất và ổn định điện áp trong các chế độ vận hành khác nhau, bao gồm cả khi có và không có sự tham gia của NMĐMT Cát Hiệp. Phân tích các trường hợp sự cố ngắn mạch N-1, N-2 để đánh giá độ tin cậy và đề xuất phương án vận hành dự phòng.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập số liệu và phân tích hiện trạng hệ thống điện tỉnh Bình Định năm 2018-2019; mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng NMĐMT Cát Hiệp trong giai đoạn 2019-2020; đề xuất giải pháp vận hành và khuyến nghị trong năm 2020.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Hệ thống điện 110kV tỉnh Bình Định với 13 trạm biến áp, 33 tuyến đường dây chính được lựa chọn làm mẫu nghiên cứu đại diện cho toàn bộ hệ thống điện tỉnh.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp thống kê số liệu thực tế, mô phỏng kỹ thuật và phân tích tổng hợp nhằm đảm bảo tính chính xác và khả thi của các kết quả và đề xuất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng đến điện áp các nút lưới điện: Khi hòa lưới NMĐMT Cát Hiệp (49,5 MWp) vào hệ thống 110kV, điện áp tại các nút gần nhà máy tăng trung bình khoảng 2-3%, trong khi các nút xa hơn có biến động điện áp dưới 1%. Mô phỏng đường cong PV cho thấy điện áp tại nút đấu nối duy trì ổn định trong phạm vi an toàn, tuy nhiên có xu hướng giảm nhẹ khi tải tăng cao.

  2. Tổn thất công suất trên đường dây: Tổn thất công suất tác dụng trên các tuyến đường dây 110kV giảm khoảng 5% so với khi chưa có NMĐMT Cát Hiệp do nguồn điện mặt trời bổ sung công suất tại gần phụ tải, giảm dòng tải truyền tải từ nguồn chính. Tổn thất công suất phản kháng cũng giảm tương ứng nhờ hiệu quả bù CSPK được đề xuất.

  3. Khả năng mang tải của đường dây: Các tuyến đường dây chính trong hệ thống vẫn đảm bảo khả năng mang tải với tỷ lệ sử dụng trung bình khoảng 70-85%, không vượt quá giới hạn thiết kế khi có NMĐMT Cát Hiệp tham gia. Mô phỏng các trường hợp sự cố N-1, N-2 cho thấy hệ thống có khả năng vận hành dự phòng hiệu quả, đảm bảo an toàn cung cấp điện.

  4. Ổn định điện áp và tần số: Phân tích sự cố ngắn mạch và mô phỏng dao động tần số tại thanh cái 110kV Phù Cát cho thấy hệ thống duy trì ổn định điện áp và tần số trong giới hạn cho phép, không xảy ra hiện tượng dao động quá mức khi có NMĐMT Cát Hiệp. Việc bù công suất phản kháng tối ưu giúp nâng cao độ ổn định điện áp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các biến động điện áp và tổn thất giảm là do NMĐMT Cát Hiệp cung cấp công suất tại gần phụ tải, giảm tải cho các đường dây truyền tải chính. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong ngành năng lượng tái tạo, cho thấy nguồn điện mặt trời góp phần giảm tổn thất và cải thiện chất lượng điện năng.

So sánh với các nghiên cứu tương tự tại một số địa phương miền Trung, mức tăng điện áp và giảm tổn thất đều nằm trong giới hạn an toàn vận hành, khẳng định tính khả thi của việc hòa lưới các nhà máy điện mặt trời công suất vừa và nhỏ vào hệ thống điện truyền tải 110kV.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ đường cong PV, biểu đồ điện áp tại các nút, bảng so sánh tổn thất công suất trước và sau khi hòa lưới NMĐMT, cũng như sơ đồ tải các đường dây trong các trường hợp sự cố. Các kết quả này cung cấp cơ sở khoa học cho việc điều chỉnh chế độ vận hành và đầu tư thiết bị bù công suất phản kháng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường bù công suất phản kháng tại các nút trọng điểm: Áp dụng bù CSPK với dung lượng từ 20 đến 50 MVAr tại các nút có điện áp biến động lớn nhằm ổn định điện áp, giảm tổn thất công suất phản kháng. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do Công ty Điện lực Bình Định chủ trì.

  2. Nâng cấp và bảo trì định kỳ hệ thống đường dây 110kV: Đảm bảo khả năng mang tải và giảm tổn thất kỹ thuật, đặc biệt tại các tuyến đường dây có tải trọng cao. Lịch trình bảo trì hàng năm, phối hợp với Tổng công ty Điện lực miền Trung.

  3. Xây dựng phương án vận hành dự phòng cho các trường hợp sự cố N-1, N-2: Thiết lập kịch bản vận hành linh hoạt, đảm bảo cung cấp điện liên tục khi xảy ra sự cố. Thực hiện trong vòng 6 tháng, phối hợp giữa Trung tâm Điều độ hệ thống điện và Công ty Điện lực Bình Định.

  4. Đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng công nghệ quản lý kỹ thuật hiện đại: Sử dụng phần mềm mô phỏng và giám sát trực tuyến để theo dõi chế độ vận hành, phát hiện sớm các bất thường và tối ưu hóa vận hành hệ thống điện. Triển khai trong 2-3 năm tới, do các đơn vị nghiên cứu và vận hành phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư vận hành hệ thống điện: Nắm bắt ảnh hưởng của nguồn điện mặt trời đến chế độ vận hành, từ đó điều chỉnh vận hành phù hợp, đảm bảo an toàn và hiệu quả.

  2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các chính sách phát triển năng lượng tái tạo, quy hoạch lưới điện và đầu tư hạ tầng phù hợp.

  3. Các nhà đầu tư và phát triển dự án năng lượng tái tạo: Hiểu rõ tác động của dự án đến hệ thống điện địa phương, từ đó thiết kế và vận hành dự án hiệu quả, giảm thiểu rủi ro.

  4. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Là tài liệu tham khảo thực tiễn về mô phỏng, phân tích và đánh giá ảnh hưởng của nguồn năng lượng tái tạo đến hệ thống điện truyền tải.

Câu hỏi thường gặp

  1. NMĐMT Cát Hiệp ảnh hưởng như thế nào đến điện áp hệ thống?
    Khi hòa lưới, điện áp tại các nút gần nhà máy tăng khoảng 2-3%, trong khi các nút xa hơn biến động dưới 1%, vẫn nằm trong giới hạn an toàn vận hành.

  2. Tổn thất công suất có giảm khi có NMĐMT Cát Hiệp không?
    Có, tổn thất công suất tác dụng giảm khoảng 5% do nguồn điện mặt trời bổ sung công suất gần phụ tải, giảm dòng tải truyền tải từ nguồn chính.

  3. Hệ thống có đảm bảo ổn định khi xảy ra sự cố N-1, N-2 không?
    Mô phỏng cho thấy hệ thống có khả năng vận hành dự phòng hiệu quả, duy trì ổn định điện áp và tần số trong giới hạn cho phép.

  4. Phương pháp nào được sử dụng để mô phỏng hệ thống điện?
    Phần mềm PSS/E với các phương pháp Gauss-Seidel và Newton-Raphson được sử dụng để tính toán trào lưu công suất và ổn định điện áp.

  5. Giải pháp nào được đề xuất để nâng cao chất lượng điện năng?
    Bù công suất phản kháng tối ưu tại các nút trọng điểm, nâng cấp hệ thống đường dây và xây dựng phương án vận hành dự phòng linh hoạt.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã đánh giá chi tiết ảnh hưởng của NMĐMT Cát Hiệp đến chế độ vận hành hệ thống điện 110kV tỉnh Bình Định, bao gồm điện áp, tổn thất công suất và khả năng mang tải.
  • Mô phỏng ổn định điện áp dựa trên đường cong PV và các trường hợp sự cố N-1, N-2 cho thấy hệ thống duy trì ổn định khi có nguồn điện mặt trời tham gia.
  • Đề xuất các giải pháp bù công suất phản kháng, nâng cấp lưới điện và phương án vận hành dự phòng nhằm nâng cao chất lượng điện năng và giảm tổn thất.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển năng lượng tái tạo tại Bình Định và các tỉnh miền Trung.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai các giải pháp đề xuất, theo dõi vận hành thực tế và mở rộng nghiên cứu cho các nhà máy điện mặt trời khác trong khu vực.

Mời các nhà nghiên cứu, kỹ sư vận hành và nhà quản lý ngành điện tham khảo và ứng dụng kết quả nghiên cứu để phát triển hệ thống điện bền vững, hiệu quả.