Luận văn thạc sĩ về ảnh hưởng của điện mặt trời áp mái trong quản lý lưới điện phân phối

Nghiên cứu ảnh hưởng của điện mặt trời áp mái đến quản lý và vận hành lưới điện phân phối trong luận văn thạc sĩ quản lý năng lượng.

• Tác giả: Nguyễn Hiếu Hiệp Hưng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Nhật Nam
• Trường học: Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Quản Lý Năng Lượng
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Điện Mặt Trời Áp Mái Đối Với Công Tác Quản Lý Và Vận Hành Lưới Điện Phân Phối
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Bến Tre

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
• 1.1. TÌNH HÌNH NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI
• 1.2. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM
• 1.3. CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
• 1.3.1. Nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời
• 1.3.2. Hiệu suất của quá trình biến đổi quang điện
• 1.3.3. Cấu tạo pin mặt trời
• 1.3.4. Bộ biến tần
• 1.3.5. BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC
• 1.3.6. BỘ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG (ẮC QUY)
• 1.4. CÁC MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI
• 1.4.1. Hệ thống pin mặt trời độc lập
• 1.4.2. Hệ thống pin mặt trời nối lưới
• 1.4.3. Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới có dự trữ
• 1.5. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
• 1.5.1. Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời
• 1.5.2. Tổng kết chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: SÓNG HÀI VÀ CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI
• 2.1. Khái niệm về sóng hài (Harmonics)
• 2.2. Các nguồn sinh ra Sóng hài (Harmonics)
• 2.3. PHÂN TÍCH MÉO DẠNG SÓNG HÀI
• 2.3.1. Phương pháp phân tích theo miền tần số
• 2.3.1.1. Phép biến đổi Fourier
• 2.3.1.2. Biến đổi Fourier rời rạc
• 2.3.2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN KHI PHÂN TÍCH SÓNG HÀI
• 2.3.2.1. Giá trị hiệu dụng
• 2.3.2.2. Chỉ số méo dạng sóng điện áp THD
• 2.3.2.3. Chỉ số méo dạng sóng dòng điện TDD
• 2.3.2.4. Phân loại sóng hài
• 2.3.3. Các quy định về sóng hài
• 2.3.4. Các ảnh hưởng tiêu cực của Sóng hài (Harmonics)
• 2.4. CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC SÓNG HÀI
• 2.4.1. Bộ lọc cộng hưởng đơn (Single-Tuned Filter)
• 2.4.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến bộ lọc cộng hưởng đơn
• 3. CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM ETAP
• 3.1. SƠ LƯỢC VỀ ETAP
• 3.2. GIAO DIỆN CỦA ETAP
• 3.3. CHI TIẾT CÁC PHẦN TỬ CHÍNH
• 3.4. Đường dây truyền tải
• 3.5. Máy biến áp 2 cuộn dây
• 3.6. Tải tập trung (Lumped Load)
• 3.7. Hệ thống pin mặt trời
• 3.8. Công cụ Harmonic trong ETAP
• 4. CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI CHO MỘT XUẤT TUYẾN TẠI ĐIỆN LỰC CHÂU THÀNH CÔNG TY ĐIỆN LỰC BẾN TRE
• 4.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRÊN PHẦN MỀM ETAP
• 4.2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CHÍNH
• 4.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT
• 4.3.1. Điện áp trên đường dây trung thế
• 4.3.2. Trào lưu công suất trên đường dây
• 4.3.3. Tổn hao công suất
• 4.3.4. Ảnh hưởng mức độ sóng hài lên đường dây khi lắp hệ thống điện mặt trời áp mái
• 4.3.5. Xét đến trường hợp công suất hệ thống điện mặt trời phát ngược lên lưới trung thế 22kV
• 5. CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT LUẬN VĂN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI
• 5.1. TỔNG KẾT LUẬN VĂN
• 5.2. MỤC TIÊU, HƯỚNG NGHIÊN CỨU MỞ RỘNG TRONG TƯƠNG LAI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC HÌNH ẢNH
• PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Tổng quan về năng lượng điện mặt trời

Năng lượng mặt trời, một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, đã trở thành tâm điểm trong chiến lược phát triển năng lượng bền vững. Theo các nghiên cứu, năng lượng mặt trời không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn đóng góp vào sự an ninh năng lượng quốc gia. Việt Nam, với điều kiện khí hậu thuận lợi, có tiềm năng lớn trong việc phát triển điện mặt trời. Các dự án điện mặt trời áp mái (ĐMTAM) đang ngày càng được chú trọng, đặc biệt là trong bối cảnh nhu cầu năng lượng tăng cao. Tuy nhiên, việc quản lý và vận hành lưới điện phân phối trong bối cảnh có nhiều hệ thống ĐMTAM được kết nối là một thách thức lớn. "Việc phát triển năng lượng tái tạo cần đi đôi với quản lý hiệu quả để đảm bảo tính ổn định của lưới điện".

1.1 Tình hình năng lượng mặt trời trên thế giới

Sự gia tăng nhanh chóng của công suất năng lượng mặt trời trên toàn cầu đã tạo ra một kỷ nguyên mới trong ngành năng lượng. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), năng lượng mặt trời đã chiếm tới 2/3 nguồn năng lượng mới trong năm qua, với công suất tăng trưởng 50% chỉ trong một năm. Điều này cho thấy sự chuyển mình mạnh mẽ của công nghệ điện mặt trời. "Năng lượng mặt trời sẽ thống trị tăng trưởng tương lai, với công suất toàn cầu trong 5 năm tới nhiều hơn so với công suất điện của cả Ấn Độ và Nhật Bản cộng lại".

1.2 Tình hình phát triển năng lượng mặt trời ở Việt Nam

Việt Nam đang nỗ lực phát triển năng lượng mặt trời như một phần trong chiến lược năng lượng quốc gia. Theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh, mục tiêu là tăng công suất điện mặt trời lên khoảng 12.000 MW vào năm 2030. Các dự án điện mặt trời áp mái đang được triển khai mạnh mẽ, đặc biệt là ở các khu công nghiệp. Tuy nhiên, cần có các chính sách hỗ trợ và tiêu chuẩn kỹ thuật rõ ràng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả của các dự án này. "Thị trường điện mặt trời tại Việt Nam đang rất hấp dẫn, nhưng cần có sự vào cuộc mạnh mẽ từ chính phủ và các nhà đầu tư để hiện thực hóa tiềm năng này".

II. Tác động của điện mặt trời áp mái đến lưới điện phân phối

Việc kết nối hệ thống điện mặt trời áp mái vào lưới điện phân phối mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tạo ra không ít thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự gia tăng tổn thất năng lượng và hiện tượng quá điện áp khi có nhiều hệ thống ĐMTAM hoạt động đồng thời. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, khi điện mặt trời phát ngược lên lưới, có thể xảy ra hiện tượng sóng hài, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. "Cần có các giải pháp kỹ thuật để khắc phục tình trạng này, đảm bảo lưới điện hoạt động ổn định và hiệu quả".

2.1 Ảnh hưởng đến điện áp và tổn thất

Khi hệ thống điện mặt trời áp mái được kết nối với lưới điện phân phối, điện áp trên các đường dây có thể tăng lên đáng kể. Điều này không chỉ làm giảm hiệu suất truyền tải mà còn có thể gây ra hư hỏng cho các thiết bị điện. Các nghiên cứu cho thấy, việc lắp đặt các bộ điều chỉnh điện áp có thể giúp duy trì mức điện áp ổn định trong lưới điện. "Giải pháp này không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng mà còn bảo vệ các thiết bị trong hệ thống điện".

2.2 Sóng hài và các giải pháp khắc phục

Sóng hài là một hiện tượng không thể tránh khỏi khi nhiều hệ thống ĐMTAM được kết nối vào lưới điện phân phối. Sóng hài có thể gây ra các vấn đề về chất lượng điện, ảnh hưởng đến hiệu suất của các thiết bị điện. Việc áp dụng các bộ lọc sóng hài có thể giúp giảm thiểu tác động tiêu cực này. "Cần có các nghiên cứu sâu hơn để phát triển các giải pháp hiệu quả nhằm khắc phục tình trạng sóng hài trong lưới điện".

III. Chính sách và hướng phát triển năng lượng mặt trời

Chính phủ Việt Nam đã có nhiều chính sách nhằm thúc đẩy phát triển năng lượng mặt trời như việc ban hành giá mua điện từ nguồn năng lượng mặt trời. Các chính sách này không chỉ tạo điều kiện cho các dự án điện mặt trời áp mái mà còn góp phần vào việc giảm phát thải carbon. Tuy nhiên, việc thực hiện các chính sách này cần được giám sát chặt chẽ để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả. "Chỉ khi có sự đồng bộ giữa chính sách và thực tiễn, năng lượng tái tạo mới có thể phát triển bền vững".

3.1 Các chính sách hỗ trợ

Chính phủ đã ban hành nhiều chính sách hỗ trợ nhằm khuyến khích đầu tư vào năng lượng mặt trời. Các ưu đãi về thuế, giá mua điện từ năng lượng mặt trời được xem là động lực lớn cho các nhà đầu tư. "Việc tạo ra một môi trường đầu tư thuận lợi sẽ góp phần thúc đẩy phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam".

3.2 Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, việc phát triển năng lượng mặt trời cần được gắn liền với việc nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành lưới điện phân phối. Cần nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới nhằm tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo. "Chỉ khi có sự kết hợp hài hòa giữa công nghệ và chính sách, năng lượng mặt trời mới có thể phát triển mạnh mẽ và bền vững".

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển bùng nổ của nguồn năng lượng tái tạo đang tái định hình hệ thống năng lượng toàn cầu. Tại Việt Nam, với tiềm năng bức xạ mặt trời trung bình đạt khoảng 150 kcal/cm2 cùng số giờ nắng dao động từ 2.000 đến 2.600 giờ mỗi năm, điện mặt trời áp mái đang trở thành giải pháp đột phá nhằm giảm áp lực cho nguồn điện truyền thống. Theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh, mục tiêu công suất điện mặt trời được định hướng đạt 850 MW vào năm 2020 và tăng tốc lên 4.000 MW vào năm 2025.

Tuy nhiên, việc tích hợp ồ ạt nguồn điện phân tán này vào lưới điện phân phối hiện hữu đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật nghiêm trọng. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là đánh giá mức độ ảnh hưởng của các hệ thống điện mặt trời áp mái đến chế độ vận hành động của lưới trung thế 22kV, đặc biệt là hiện tượng dao động điện áp, thay đổi chiều trào lưu công suất và ô nhiễm sóng hài do các bộ nghịch lưu gây ra.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là xác định định lượng các tác động kỹ thuật và đưa ra giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trên lưới điện phân phối. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại một xuất tuyến trung thế 22kV điển hình thuộc Điện lực huyện Châu Thành, Công ty Điện lực Bến Tre trong giai đoạn 2019 - 2020, nơi ghi nhận 81 khách hàng lắp đặt điện mặt trời áp mái với tổng công suất 2.971 kWp.

Ý nghĩa của công trình thể hiện ở việc cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm giúp đơn vị điện lực kiểm soát tổn thất truyền tải duy trì dưới mức 5,0%, hạn chế độ lệch điện áp trong biên độ quy chuẩn cho phép cộng trừ 5,0% và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết biến đổi quang điện bán dẫn và lý thuyết trào lưu công suất phi tuyến trong hệ thống điện. Hiệu ứng quang điện bên trong giải thích quá trình giải phóng các cặp hạt dẫn electron và lỗ trống khi vật liệu silicon nhận năng lượng bức xạ photon, tạo ra dòng điện một chiều với hiệu suất lý thuyết đạt khoảng 44% đối với bán dẫn silicon và hiệu suất thương mại thực tế của pin đơn tinh thể đạt khoảng 16%.

Bên cạnh đó, lý thuyết phân tích sóng hài trong miền tần số đóng vai trò then chốt để đánh giá chất lượng điện năng. Khung lý thuyết này dựa trên phép khai triển chuỗi Fourier rời rạc nhằm phân tích tín hiệu điện áp và dòng điện biến thiên không sin thành tổng các thành phần điều hòa bậc cao có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản 50Hz. Ba khái niệm cốt lõi được áp dụng xuyên suốt bao gồm:

• Tổng độ méo dạng sóng hài điện áp THD: Đo lường tỷ lệ phần trăm giữa giá trị hiệu dụng của các thành phần sóng hài bậc cao so với thành phần sóng cơ bản.
• Tổng méo dạng sóng nhu cầu dòng điện TDD: Chỉ số đánh giá độ biến dạng sóng dòng điện dựa trên dòng tải định mức cực đại thay vì dòng điện tức thời.
• Trào lưu công suất ngược: Hiện tượng dòng công suất tác dụng chảy ngược từ phía phụ tải hạ thế lên thanh cái trung thế 22kV và trạm 110kV khi công suất phát điện mặt trời vượt quá nhu cầu tiêu thụ nội bộ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu vận hành thực tế thu thập từ 81 trạm biến áp và điểm đấu nối khách hàng trên xuất tuyến 22kV thuộc Điện lực Châu Thành, theo dõi chu kỳ phụ tải 24 giờ liên tục trong các mùa đặc trưng của năm 2019 và năm 2020. Phương pháp chọn mẫu là phương pháp chọn mẫu chủ đích, tập trung vào các xuất tuyến có mật độ hòa lưới điện mặt trời áp mái cao và tập trung nhiều cơ sở sản xuất công nghiệp.

Về phương pháp phân tích, tác giả lựa chọn phần mềm mô phỏng chuyên dụng ETAP để giải bài toán trào lưu công suất theo thuật toán Newton-Raphson và thực hiện phân tích sóng hài chuyên sâu. Lý do lựa chọn ETAP kết hợp phân tích miền tần số là vì công cụ này có khả năng mô hình hóa chính xác các phần tử phi tuyến phức tạp như máy biến áp bão hòa từ, đường dây trên không tiết diện ACSR và bộ biến tần bán dẫn. Đồng thời, phương pháp này cho phép kiểm tra chính xác các ngưỡng phát sóng hài bậc 3, bậc 5 và bậc 7 so với giới hạn 6,5% quy định tại Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương và tiêu chuẩn quốc tế IEEE 519-2014. Quá trình thu thập, xử lý số liệu và mô phỏng được thực hiện hoàn tất trong khung thời gian 13 tháng, từ tháng 8/2019 đến tháng 9/2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát và mô phỏng trên phần mềm ETAP đối với xuất tuyến 22kV tại Bến Tre đã chỉ ra ba phát hiện kỹ thuật mang tính bước ngoặt:

• Cải thiện và biến động điện áp cục bộ: Trong khung giờ bức xạ cực đại từ 11h00 đến 13h00, sự phát điện của các hệ thống pin mặt trời giúp nâng điện áp tại các nút xa nguồn từ mức 0,96 pu lên xấp xỉ 1,03 pu, tương đương mức tăng 7,3%. Điều này giúp giảm đáng kể hiện tượng sụt áp cuối nguồn trong điều kiện vận hành bình thường.
• Biến thiên tổn thất công suất tác dụng: Khi tỷ lệ thâm nhập của điện mặt trời áp mái ở mức 30% đến 50% công suất phụ tải tuyến, tổn hao công suất trên lưới 22kV giảm mạnh từ 4,8% xuống còn 2,9%, tương đương mức cắt giảm gần 40% lượng tổn thất kỹ thuật. Tuy nhiên, khi công suất phát vượt 80% tải tiêu thụ, trào lưu công suất phát ngược lên lưới trung áp làm tổn thất tăng ngược trở lại mức 5,2%.
• Gia tăng ô nhiễm sóng hài bậc lẻ: Bộ biến tần chuyển đổi DC sang AC phát sinh sóng hài bậc 5 và bậc 7 chiếm ưu thế, đẩy chỉ số tổng méo hài điện áp THD tại một số nút lên từ 4,2% đến 5,8%, tiệm cận sát mức trần 6,5% theo quy chuẩn quốc gia. Thành phần dòng điện hài bậc 5 ghi nhận giá trị lên đến 12% dòng cơ bản.

Thảo luận kết quả

Các kết quả mô phỏng trên có thể được hệ thống hóa rõ ràng thông qua một bảng tổng hợp so sánh tổn thất công suất theo 5 kịch bản thâm nhập từ 0%, 25%, 50%, 75% đến 100% công suất phát cực đại, kết hợp cùng một biểu đồ đường biểu diễn biên độ dao động điện áp của 24 nút tải dọc theo tuyến dây 22kV trong chu kỳ 24 giờ.

Nguyên nhân chính của hiện tượng tăng điện áp và giảm tổn thất ban đầu là do nguồn phát tại chỗ đã cung cấp trực tiếp cho tải cục bộ, làm giảm dòng truyền tải chạy dọc tuyến dây trung thế. Tuy nhiên, hiện tượng trào lưu công suất ngược xuất hiện vào thời điểm tải thấp nhưng bức xạ cao đã làm thay đổi chiều phân bố dòng điện, gây quá tải cục bộ tại một số phân đoạn dây dẫn. So sánh với các nghiên cứu vận hành lưới điện phân phối quốc tế, kết quả này hoàn toàn đồng nhất với các đánh giá về điểm tối ưu thâm nhập năng lượng tái tạo.

Đồng thời, sự chuyển mạch tần số cao của các van bán dẫn trong biến tần là nguyên nhân trực tiếp gây méo dạng sóng sin, có nguy cơ làm tăng nhiệt độ cuộn dây máy biến áp lên thêm 5 đến 10 độ C và gây phồng rộp các bộ tụ bù tĩnh nếu không có biện pháp triệt tiêu cộng hưởng kịp thời.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phân tích định lượng, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản trị cụ thể:

• Cài đặt và kích hoạt chức năng điều khiển công suất phản kháng của biến tần thông minh: Đơn vị quản lý điện lực phối hợp với các chủ đầu tư cấu hình chế độ Volt-VAr và Volt-Watt trên các bộ biến tần hòa lưới, nhằm duy trì độ lệch điện áp toàn tuyến nằm nghiêm ngặt trong giới hạn cộng trừ 5,0%, hoàn thành triển khai trong vòng 6 tháng.
• Lắp đặt bộ lọc sóng hài thụ động cộng hưởng đơn: Điện lực Châu Thành cần đầu tư lắp đặt các bộ lọc LC cộng hưởng đơn tại các trạm biến áp có công suất điện mặt trời áp mái tập trung từ 100 kWp trở lên để triệt tiêu sóng hài bậc 5 và bậc 7, giảm chỉ số THD điện áp xuống dưới 3,0% theo chuẩn IEEE 519, thực hiện trong quý 3 năm 2021.
• Nâng cấp hệ thống giám sát SCADA và quản lý trào lưu công suất tự động: Công ty Điện lực Bến Tre cần tích hợp thiết bị đo đếm thông minh và cảm biến đo chiều dòng công suất tại 100% các điểm đấu nối 22kV, giúp kiểm soát 0% sự cố quá tải do phát ngược nguồn, lộ trình thực hiện từ năm 2021 đến năm 2022.
• Hoàn thiện khung quy chuẩn kỹ thuật đấu nối và giới hạn công suất hòa lưới: Tập đoàn Điện lực Việt Nam và Bộ Công Thương cần ban hành quy định khống chế tỷ lệ thâm nhập điện mặt trời áp mái tối đa ở mức 60% đến 70% công suất phụ tải cực tiểu ban ngày của xuất tuyến, nhằm duy trì tổn thất kỹ thuật chung của lưới phân phối dưới 3,5%, ban hành trong giai đoạn 2021 - 2022.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho nhiều nhóm đối tượng chuyên môn:

• Kỹ sư quản lý và vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực: Nắm vững phương pháp tính toán trào lưu công suất, đánh giá khả năng hấp thụ nguồn điện mặt trời áp mái trên các xuất tuyến 22kV và ngăn ngừa nguy cơ sự cố do quá điện áp cục bộ.
• Kỹ sư thiết kế và các doanh nghiệp phát triển dự án điện mặt trời: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật về bộ nghịch lưu, các tiêu chuẩn lọc sóng hài và tiêu chí lựa chọn cấu hình hệ thống hòa lưới đáp ứng chuẩn kết nối theo Thông tư 39/2015/TT-BCT.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Quản lý Năng lượng: Sử dụng luận văn như một tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp xây dựng mô hình lưới điện thực tế và mô phỏng chất lượng điện năng trên phần mềm ETAP.
• Các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý năng lượng: Tham khảo số liệu thực tế về tác động kỹ thuật để xây dựng cơ chế quản lý, biểu giá khuyến khích và quy hoạch hạ tầng lưới điện đồng bộ cho từng khu vực địa phương.

Câu hỏi thường gặp

Điện mặt trời áp mái ảnh hưởng như thế nào đến độ ổn định điện áp trên lưới phân phối 22kV?
Khi hòa lưới vào thời điểm bức xạ cao, nguồn phát tại chỗ giúp nâng mức điện áp các nút cuối đường dây thêm khoảng 7,3%, hạn chế sụt áp khi non tải. Tuy nhiên, nếu công suất phát vượt quá nhu cầu phụ tải cục bộ, điện áp có thể tăng vượt ngưỡng giới hạn cho phép 1,05 pu, gây nguy cơ quá áp cho các thiết bị điện sinh hoạt.

Tại sao các hệ thống điện mặt trời áp mái lại sinh ra hiện tượng sóng hài trên lưới điện?
Hiện tượng méo dạng sóng hài xuất phát từ quá trình chuyển mạch đóng ngắt tần số cao của các linh kiện điện tử công suất bên trong bộ nghịch lưu khi biến đổi dòng một chiều DC thành dòng xoay chiều AC. Các sóng hài bậc lẻ như bậc 3, 5, 7 phát sinh từ biến tần lan truyền vào lưới điện, gây biến dạng sóng sin chuẩn 50Hz.

Hòa lưới điện mặt trời áp mái có luôn luôn làm giảm tổn thất điện năng trên đường dây không?
Không hoàn toàn. Tổn thất điện năng chỉ giảm mạnh tới gần 40% khi tỷ lệ công suất nguồn mặt trời đạt mức tối ưu từ 30% đến 50% phụ tải tuyến. Khi tỷ lệ hòa lưới vượt quá nhu cầu sử dụng, dòng điện trào lưu ngược chạy từ hạ áp ngược lên trạm trung gian 110kV sẽ khiến tổn thất công suất tăng ngược trở lại mức trên 5,2%.

Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương quy định giới hạn sóng hài điện áp như thế nào?
Theo Điều 7 của Thông tư 39/2015/TT-BCT, tổng độ biến dạng sóng hài điện áp THD tại mọi điểm đấu nối cấp trung áp và hạ áp không được vượt quá 6,5%, đồng thời độ biến dạng sóng hài riêng lẻ của từng bậc không được vượt quá 3,0%. Đối với cấp điện áp 110kV, giới hạn tổng méo hài nghiêm ngặt hơn, chỉ cho phép tối đa 3,0%.

Giải pháp kỹ thuật nào giúp triệt tiêu sóng hài hiệu quả cho các hệ thống điện mặt trời công suất lớn?
Giải pháp hiệu quả và kinh tế nhất là lắp đặt các bộ lọc thụ động cộng hưởng đơn tại đầu ra của các trạm biến áp tập trung nhiều nguồn phát. Bộ lọc LC này được thiết kế với tần số cộng hưởng chính xác tại bậc 5 hoặc bậc 7 để dẫn dòng sóng hài xuống đất, giúp đưa độ méo hài THD về mức an toàn dưới 3,0%.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện và định lượng chính xác tác động của 81 hệ thống điện mặt trời áp mái với tổng công suất 2.971 kWp lên xuất tuyến 22kV thuộc Điện lực Châu Thành, Bến Tre.
• Kết quả mô phỏng trên phần mềm ETAP khẳng định khả năng giảm tổn thất lưới điện tới 40% ở mức thâm nhập phù hợp, đồng thời cảnh báo rủi ro tăng méo hài THD lên 5,8% và hiện tượng quá áp cục bộ khi công suất phát dư thừa.
• Đóng góp khoa học cốt lõi của đề tài là xây dựng thành công mô hình tính toán trào lưu công suất và sóng hài thực nghiệm, phục vụ trực tiếp cho công tác điều độ và vận hành hệ thống điện phân phối khu vực.
• Lộ trình kỹ thuật tiếp theo cần tập trung nghiên cứu ứng dụng biến tần thông minh kết hợp hệ thống lưu trữ năng lượng pin trong giai đoạn 2022 - 2025 nhằm hấp thụ triệt để nguồn năng lượng sạch.
• Các kỹ sư điện lực, đơn vị tư vấn thiết kế và nhà quản lý năng lượng hãy áp dụng ngay quy trình mô phỏng ETAP và các giải pháp lọc sóng hài từ luận văn này để đảm bảo lưới điện vận hành an toàn, tin cậy và bền vững.