Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Nhà Máy Điện Gió Phương Mai 3 Đến Lưới Điện Khu Vực Bình Định

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện gió Phương Mai 3 đến lưới điện khu vực Bình Định, đánh giá hiệu quả và tiềm năng phát triển bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Quốc Bảo
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thái Hiệp
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Nhà Máy Điện Gió Phương Mai 3 Đến Lưới Điện Bình Định
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Địa điểm: Bình Định

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lý do chọn đề tài
• 0.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc đề tài
• 0.3. Mục tiêu của đề tài
• 0.4. Nội dung nghiên cứu
• 0.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN GIÓ VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ PM3
• 1.1. Tổng quan về năng lượng gió
• 1.2. Tầm quan trọng của gió
• 1.3. Các thông số về gió
• 1.4. Vận tốc gió
• 1.5. Tần suất của vận tốc gió
• 1.6. Công suất của gió và của tua bin gió
• 1.7. Ưu nhược điếm của năng lượng gió so với các loại khác
• 1.8. Tiềm năng phát triển điện gió ở Việt Nam và Bình định
• 1.9. Dự báo phụ tải khu vực dự án đến năm 2030
• 1.9.1. Dự báo nhu cầu toàn quốc giai đoạn đến 2030
• 1.10. Tổng quan về nhà máy điện gió PM3
• 1.11. Các thông số nhà máy điện gió PM3
• 1.12. Phương án đấu nối
• 1.13. Tổng kết chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC
• 2.1. Các quy định kỹ thuật đánh giá ảnh hưởng tới lưới điện phân phối
• 2.2. Các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn kết nối nguồn điện gió với lưới điện phân phối trên thế giới
• 2.3. Các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn kết nối nguồn điện gió với lưới điện phân phối ở Việt Nam (trích thông tư Số: 39/2015/TT-BCT)
• 2.4. Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán tới Lưới điện khu vực và giải pháp giảm thiểu tác động
• 2.5. Một số tác động về mặt kỹ thuật của nguồn điện phân tán đến lưới điện
• 2.6. Một số giải pháp giảm thiểu tác động về mặt kỹ thuật của nguồn điện phân tán đến lưới điện
• 2.7. Tổng kết chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ PM3 ĐẾN LƯỚI ĐIỆN 110KV BÌNH ĐỊNH
• 3.1. Cấu trúc về lưới điện 110kV Bình Định
• 3.2. Hiện trạng hệ thống
• 3.3. Các nguồn cung cấp điện
• 3.4. Hiện trạng lưới điện cao áp
• 3.5. Lựa chọn phần mềm PSS/E (Power system simulation/engineering) tính toán
• 3.6. Đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió PM3 đến lưới điện 110kV tỉnh Bình Định
• 3.7. Tính toán mô phỏng lưới điện ở chế độ xác lập khi chưa có sự tham gia của nhà máy điện gió PM3. Kết quả mô phỏng trào lưu công suất. Sử dụng đường cong PV/QV phân tích ổn định điện áp lưới điện 110kV Bình Định ở chế độ vận hành bình thường và sự cố
• 3.8. Giới thiệu các đặc tính đường cong để nghiên cứu ổn định điện áp
• 3.9. Những nguyên nhân gây nên sự mất ổn định điện áp trong hệ thống
• 3.10. Phân loại ổn định điện áp
• 3.11. Xây dựng các đường cong tính toán
• 3.12. Kết quả tính toán đường cong PV
• 3.13. Xây dựng đường cong P-V cho 8 nút, ở chế độ bình thường
• 3.14. Xây dựng đường cong P-V cho 8 nút, ở chế độ không có nhà máy PM3
• 3.15. Xây dựng đường cong P-V cho cho 8 nút, ở chế độ có 1 tuyến bị ngắt
• 3.16. Tổng kết chương 3
• 3.17. Kết quả đạt được
• 3.18. Ý nghĩa của đề tài
• 3.19. Kiến nghị và hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Điện Gió Nhà Máy Điện Gió PM3 Bình Định

Năng lượng gió, một nguồn năng lượng tái tạo, đang ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh cạn kiệt năng lượng hóa thạch. Gió được tạo ra do sự khác biệt áp suất khí quyển, di chuyển từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp. Gió có nhiều ứng dụng, từ xay gạo đến phát điện. Tuy nhiên, gió cũng có thể gây ra thiệt hại lớn trong các cơn bão. Các thông số về gió, như tốc độ và hướng gió, rất quan trọng trong việc triển khai các dự án điện gió. Tốc độ gió trung bình cao nhất trong năm và hướng gió chủ đạo cần được xác định chính xác. Các trạm khí tượng thủy văn thường đo gió ở độ cao 10m, nhưng trong quy hoạch điện gió, cần đo ở các độ cao khác nhau. Vận tốc gió là thông số quan trọng nhất để tính tiềm năng năng lượng gió. Cần có số liệu thống kê trong nhiều năm để thu được các giá trị ổn định. Áp lực của gió lên cánh quạt tuabin được xác định bằng công thức F = 1/2 * ρ * V^2, trong đó ρ là mật độ không khí và V là vận tốc gió.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Năng Lượng Gió Trong Phát Triển Bền Vững

Gió mang lại nhiều lợi ích cho con người, từ việc hỗ trợ các hoạt động hàng ngày đến cung cấp nguồn năng lượng sạch. Tuy nhiên, gió cũng có thể gây ra những tác động tiêu cực, đặc biệt là trong các hiện tượng thời tiết cực đoan. Việc hiểu rõ và khai thác hiệu quả nguồn năng lượng gió là rất quan trọng để đảm bảo sự phát triển bền vững. Ứng dụng năng lượng gió để quay các tuabin máy phát điện là một trong những giải pháp năng lượng sạch hiệu quả. Năng lượng gió không tiêu tốn nhiên liệu, không phụ thuộc vào thời gian trong ngày và có chi phí vận hành thấp.

1.2. Ưu Điểm Nhược Điểm Của Điện Gió So Với Các Nguồn Khác

Điện gió có nhiều ưu điểm như khả năng tái tạo, không gây ô nhiễm, diện tích xây dựng nhỏ và chi phí vận hành thấp. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là tính không liên tục, phụ thuộc vào sức gió. Để đảm bảo nguồn điện liên tục, cần kết hợp với các nguồn năng lượng khác. Ngoài ra, các cánh quạt tuabin gió có thể gây nguy hiểm cho các loài chim, cần có các biện pháp giảm thiểu tác động này. Mặc dù có những nhược điểm nhất định, điện gió vẫn là một lựa chọn thay thế tuyệt vời cho nhu cầu năng lượng của chúng ta, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

1.3. Tiềm Năng Phát Triển Điện Gió Tại Việt Nam Đặc Biệt Là Bình Định

Việt Nam có tiềm năng điện gió lớn, với hơn 39% tổng diện tích có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m. Nhiều tỉnh duyên hải từ Bình Định đến Bình Thuận, Tây Nguyên và dãy Trường Sơn là những khu vực thuận lợi để lắp đặt hệ thống tuabin gió. Các dự án điện gió đang được triển khai ở nhiều tỉnh thành, với tổng công suất lắp đặt ngày càng tăng. Bình Định là một trong những tỉnh có tiềm năng điện gió lớn, với nhiều dự án đang được triển khai và quy hoạch. Theo nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới, Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất trong khu vực, tương đương với tổng công suất 512GW.

II. Thách Thức Ảnh Hưởng Nhà Máy Điện Gió Đến Lưới Điện

Việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện gió, vào lưới điện đặt ra nhiều thách thức. Nhà máy điện gió có thể gây ra những ảnh hưởng đến công tác vận hành lưới điện khu vực, đặc biệt là khi tốc độ gió thay đổi. Điều này ảnh hưởng đến các thông số như công suất tác dụng, công suất phản kháng, sụt áp trên đường dây và tổn hao công suất. Do đó, cần phải nghiên cứu đánh giá các ảnh hưởng của nhà máy điện gió tác động lên lưới điện đấu nối. Các quy định kỹ thuật đánh giá ảnh hưởng tới lưới điện phân phối cần được tuân thủ. Các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn kết nối nguồn điện gió với lưới điện phân phối trên thế giới và ở Việt Nam cần được xem xét.

2.1. Các Quy Định Kỹ Thuật Đánh Giá Ảnh Hưởng Điện Gió Đến Lưới Điện

Việc đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió đến lưới điện cần tuân thủ các quy định kỹ thuật hiện hành. Các quy định này bao gồm các yêu cầu về chất lượng điện năng, ổn định lưới điện và an toàn vận hành. Việc tuân thủ các quy định này giúp đảm bảo rằng việc tích hợp điện gió vào lưới điện không gây ra các vấn đề về kỹ thuật và an toàn. Các quy định về độ biến dạng sóng hài theo IEEE 519-1992 và các quy định về thời gian cắt là những ví dụ về các tiêu chuẩn cần tuân thủ.

2.2. Yêu Cầu Kỹ Thuật Kết Nối Điện Gió Vào Lưới Điện Phân Phối

Việc kết nối điện gió vào lưới điện phân phối đòi hỏi phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Các yêu cầu này bao gồm các tiêu chuẩn về điện áp, tần số, bảo vệ và điều khiển. Việc đáp ứng các yêu cầu này giúp đảm bảo rằng nhà máy điện gió có thể hoạt động ổn định và an toàn, đồng thời không gây ra các vấn đề cho lưới điện. Các quy định về mức suy giảm điện áp khi hòa đồng bộ máy phát điện gió sử dụng máy phát điện không đồng bộ là một ví dụ về các yêu cầu kỹ thuật cần tuân thủ.

2.3. Tác Động Kỹ Thuật Của Điện Gió Đến Lưới Điện Khu Vực

Nhà máy điện gió có thể gây ra một số tác động về mặt kỹ thuật đến lưới điện khu vực. Các tác động này bao gồm sự thay đổi về điện áp, tần số, dòng điện và công suất. Ngoài ra, điện gió cũng có thể ảnh hưởng đến ổn định lưới điện và khả năng điều khiển. Việc hiểu rõ các tác động này là rất quan trọng để có thể đưa ra các giải pháp giảm thiểu tác động và đảm bảo vận hành an toàn và ổn định lưới điện. Một số giải pháp giảm thiểu tác động bao gồm sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng, điều khiển điện áp và tần số, và cải thiện hệ thống bảo vệ.

III. Phân Tích Ảnh Hưởng Nhà Máy Điện Gió PM3 Đến Lưới 110kV

Phân tích ảnh hưởng của Nhà máy điện gió PM3 đến lưới điện 110kV Bình Định là rất quan trọng để đảm bảo vận hành an toàn và ổn định. Cần phải xem xét cấu trúc lưới điện 110kV Bình Định, hiện trạng hệ thống, các nguồn cung cấp điện và hiện trạng lưới điện cao áp. Việc lựa chọn phần mềm PSS/E (Power system simulation/engineering) để tính toán và mô phỏng là một bước quan trọng. Đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió PM3 đến lưới điện 110kV tỉnh Bình Định cần được thực hiện một cách kỹ lưỡng. Tính toán mô phỏng lưới điện ở chế độ xác lập khi chưa có sự tham gia của nhà máy điện gió PM3 là cần thiết để so sánh và đánh giá.

3.1. Cấu Trúc Hiện Trạng Lưới Điện 110kV Tỉnh Bình Định

Để đánh giá chính xác ảnh hưởng của nhà máy điện gió PM3, cần phải hiểu rõ cấu trúc và hiện trạng lưới điện 110kV tỉnh Bình Định. Điều này bao gồm việc xác định các đường dây truyền tải, trạm biến áp và các nguồn cung cấp điện chính. Thông tin về thông số kỹ thuật, tình hình vận hành và khả năng mang tải của các thành phần lưới điện cũng rất quan trọng. Hiện trạng hệ thống, các nguồn cung cấp điện và hiện trạng lưới điện cao áp cần được xem xét kỹ lưỡng.

3.2. Lựa Chọn Phần Mềm PSS E Để Mô Phỏng Phân Tích Lưới Điện

Phần mềm PSS/E (Power system simulation/engineering) là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng và phân tích lưới điện. Phần mềm này cho phép người dùng xây dựng mô hình lưới điện, nhập các thông số kỹ thuật và thực hiện các tính toán mô phỏng khác nhau. Việc lựa chọn PSS/E giúp đảm bảo tính chính xác và tin cậy của kết quả phân tích. Giao diện chương trình PSS/E và sơ đồ lưới điện 110 kV khu vực Bình Định trên phần mềm PSSE cần được thiết lập chính xác.

3.3. Đánh Giá Ảnh Hưởng PM3 Đến Lưới Điện 110kV Bằng Mô Phỏng

Sử dụng phần mềm PSS/E để mô phỏng lưới điện 110kV Bình Định với và không có sự tham gia của nhà máy điện gió PM3. So sánh kết quả mô phỏng để đánh giá ảnh hưởng của PM3 đến các thông số lưới điện như điện áp, dòng điện, công suất và tổn thất. Đánh giá khả năng mang tải của các đường dây truyền tải và ổn định lưới điện. Kết quả mô phỏng trào lưu công suất và sử dụng đường cong PV/QV phân tích ổn định điện áp lưới điện 110kV Bình Định ở chế độ vận hành bình thường và sự cố.

IV. Ứng Dụng Đường Cong PV QV Phân Tích Ổn Định Điện Áp Lưới Điện

Sử dụng đường cong PV/QV để phân tích ổn định điện áp lưới điện 110kV Bình Định ở chế độ vận hành bình thường và sự cố. Giới thiệu các đặc tính đường cong để nghiên cứu ổn định điện áp. Những nguyên nhân gây nên sự mất ổn định điện áp trong hệ thống cần được xác định. Phân loại ổn định điện áp. Xây dựng các đường cong tính toán. Kết quả tính toán đường cong PV. Xây dựng đường cong P-V cho 8 nút, ở chế độ bình thường. Xây dựng đường cong P-V cho 8 nút, ở chế độ không có nhà máy PM3. Xây dựng đường cong P-V cho cho 8 nút, ở chế độ có 1 tuyến bị ngắt.

4.1. Giới Thiệu Đặc Tính Đường Cong PV QV Trong Ổn Định Điện Áp

Đường cong PV và QV là những công cụ quan trọng để đánh giá ổn định điện áp của lưới điện. Đường cong PV biểu diễn mối quan hệ giữa công suất tác dụng (P) và điện áp (V) tại một nút, trong khi đường cong QV biểu diễn mối quan hệ giữa công suất phản kháng (Q) và điện áp (V). Phân tích hình dạng và vị trí của các đường cong này giúp xác định khả năng duy trì điện áp ổn định của lưới điện trong các điều kiện vận hành khác nhau. Không gian (V,P,Q) biểu diễn quan hệ giữa các đại lượng và dạng đường cong P-V cơ bản cần được hiểu rõ.

4.2. Xây Dựng Đường Cong PV Cho Lưới Điện 110kV Bình Định

Sử dụng phần mềm PSS/E để xây dựng đường cong PV cho các nút quan trọng trong lưới điện 110kV Bình Định. Xây dựng đường cong trong các chế độ vận hành khác nhau, bao gồm chế độ bình thường, chế độ không có nhà máy PM3 và chế độ có sự cố đường dây. So sánh các đường cong để đánh giá ảnh hưởng của nhà máy PM3 đến ổn định điện áp. Các thiết lập để xây dựng đường cong PV cần được thực hiện cẩn thận.

4.3. Phân Tích Kết Quả Đường Cong PV Đánh Giá Ổn Định Điện Áp

Phân tích hình dạng và vị trí của các đường cong PV để đánh giá ổn định điện áp của lưới điện. Xác định điểm tới hạn trên đường cong, nơi điện áp bắt đầu giảm nhanh khi công suất tăng. So sánh các đường cong trong các chế độ vận hành khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của nhà máy PM3 đến khả năng duy trì điện áp ổn định. Đặc tính P-V tại các nút trong chế độ bình thường, khi chưa có PM3 và khi bị sự cố đường dây cần được phân tích kỹ lưỡng.

V. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Về Điện Gió Bình Định

Nghiên cứu này đã đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió PM3 đến lưới điện khu vực Bình Định. Kết quả đạt được cho thấy những tác động cụ thể của nhà máy điện gió đến các thông số lưới điện. Ý nghĩa của đề tài là cung cấp thông tin quan trọng cho việc quy hoạch và vận hành lưới điện trong tương lai. Kiến nghị và hướng phát triển bao gồm việc tiếp tục nghiên cứu các giải pháp giảm thiểu tác động tiêu cực của điện gió đến lưới điện và tối ưu hóa việc tích hợp năng lượng tái tạo vào hệ thống điện.

5.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Về Ảnh Hưởng Điện Gió PM3

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhà máy điện gió PM3 có những ảnh hưởng nhất định đến lưới điện khu vực Bình Định, bao gồm sự thay đổi về điện áp, dòng điện, công suất và tổn thất. Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào chế độ vận hành của nhà máy điện gió và điều kiện lưới điện. Việc hiểu rõ các ảnh hưởng này là rất quan trọng để có thể đưa ra các giải pháp giảm thiểu tác động và đảm bảo vận hành an toàn và ổn định lưới điện.

5.2. Ý Nghĩa Thực Tiễn Của Nghiên Cứu Trong Quy Hoạch Điện Lực

Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho việc quy hoạch và vận hành lưới điện trong tương lai. Thông tin này có thể được sử dụng để đưa ra các quyết định về vị trí đặt các nhà máy điện gió, dung lượng kết nối và các biện pháp bảo vệ lưới điện. Việc tích hợp năng lượng tái tạo vào hệ thống điện cần được thực hiện một cách cẩn thận và có kế hoạch để đảm bảo tính ổn định và tin cậy của hệ thống.

5.3. Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Về Tích Hợp Điện Gió Vào Lưới Điện

Nghiên cứu này có thể được mở rộng để xem xét các khía cạnh khác của việc tích hợp điện gió vào lưới điện, chẳng hạn như ảnh hưởng đến thị trường điện, các giải pháp lưu trữ năng lượng và các công nghệ lưới điện thông minh. Ngoài ra, cần tiếp tục nghiên cứu các giải pháp giảm thiểu tác động tiêu cực của điện gió đến lưới điện và tối ưu hóa việc tích hợp năng lượng tái tạo vào hệ thống điện. Cần có các nghiên cứu sâu hơn về các giải pháp lưu trữ năng lượng và các công nghệ lưới điện thông minh.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự chuyển dịch cơ cấu năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo đang là xu thế tất yếu nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Theo Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia tại Quyết định số 428/QĐ-TTg, nhu cầu điện sản xuất toàn quốc dự báo tăng từ 265.406 GWh vào năm 2020 lên 571.752 GWh vào năm 2030, với công suất cực đại Pmax đạt 90.651 MW. Tại khu vực tỉnh Bình Định, phụ tải cực đại dự báo tăng trưởng mạnh mẽ từ 483 MW năm 2020 lên 765 MW năm 2025 và chạm mốc 1.034 MW vào năm 2030, tương ứng mức tăng gấp 2,14 lần. Sự bùng nổ nhu cầu tiêu thụ điện đặt ra thách thức lớn đối với hạ tầng truyền tải và phân phối của địa phương, nơi trạm biến áp 220kV Quy Nhơn duy nhất đang phải vận hành ở mức 56% công suất với công suất cực đại 199,5 MW để gánh tải cho toàn tỉnh.

Trước bối cảnh đó, dự án Nhà máy điện gió Phương Mai 3 với quy mô 21 MW, tổng vốn đầu tư 40 triệu USD gồm 6 tuabin gió công suất 3,5 MW trên diện tích 122 ha tại Khu kinh tế Nhơn Hội được đưa vào vận hành. Dự án đóng góp sản lượng trên 70 triệu kWh/năm lên lưới điện quốc gia. Tuy nhiên, việc tích hợp nguồn điện phân tán công suất lớn vào lưới điện khu vực gây ra nhiều biến động phức tạp về trào lưu công suất, sụt giảm điện áp, sóng hài bậc cao và nguy cơ mất ổn định khi vận tốc gió dao động trong dải từ 3,33 m/s đến 28 m/s.

Luận văn tập trung nghiên cứu, mô phỏng và định lượng hóa ảnh hưởng của nhà máy điện gió Phương Mai 3 đến lưới điện 110kV tỉnh Bình Định. Mục tiêu trọng tâm là đánh giá mức độ thay đổi dòng công suất, khả năng mang tải của các nhánh đường dây, tổn thất kỹ thuật của hệ thống và giới hạn ổn định điện áp tĩnh tại 8 nút trọng điểm. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn quan trọng, giúp tối ưu hóa phương thức vận hành hệ thống điện khu vực Nam Trung Bộ, giảm áp lực truyền tải xa 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 dựa trên sự kết hợp giữa lý thuyết trào lưu công suất và lý thuyết ổn định điện áp tĩnh trong hệ thống điện có tích hợp nguồn điện phân tán. Trọng tâm lý thuyết là mô hình máy phát điện không đồng bộ nguồn kép sử dụng rotor dây quấn kết hợp bộ biến đổi công suất điện tử AC/DC/AC. Cấu trúc này cho phép điều khiển linh hoạt, độc lập giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng trong dải hệ số công suất từ 0,95 phát đến 0,95 nhận, đáp ứng yêu cầu vận hành theo Thông tư số 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương.

Các khái niệm then chốt được ứng dụng xuyên suốt bao gồm:

1. Độ méo sóng hài toàn phần: Được kiểm soát chặt chẽ theo tiêu chuẩn IEEE 519-1992 và quy định hiện hành của Việt Nam, với ngưỡng giới hạn cực đại cho phép đối với cấp điện áp 110kV là dưới 3,0%.
2. Đường cong đặc tính P-V và Q-V: Công cụ phân tích quan hệ phi tuyến giữa điện áp nút với sự biến thiên của công suất tác dụng và phản kháng, xác định điểm sụp đổ điện áp để tìm ra giới hạn truyền tải tới hạn.
3. Dự trữ ổn định điện áp: Chỉ số định lượng khoảng cách an toàn từ điểm vận hành danh định đến điểm mất ổn định cực đại của hệ thống điện.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập trực tiếp từ cơ sở dữ liệu thực tế của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Công ty Điện lực Bình Định và hồ sơ kỹ thuật chi tiết của Nhà máy điện gió Phương Mai 3. Lưới điện 110kV tỉnh Bình Định được mô hình hóa toàn diện với 13 trạm nguồn 110kV, trạm 220kV Quy Nhơn có công suất 375 MVA và 4 nhà máy thủy điện lớn gồm Vĩnh Sơn công suất 66 MW, An Khê công suất 160 MW, Vĩnh Sơn 5 công suất 28 MW và Trà Xom công suất 20 MW.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 8 nút nút phụ tải và nút nguồn cốt lõi trên lưới điện 110kV khu vực, bao gồm Nhơn Hội, Phước Sơn, Quy Nhơn, Phước An, Phú Tài, Đồn Phó, Nhơn Tân và Vĩnh Sơn. Phương pháp phân tích trào lưu công suất sử dụng thuật toán lặp Newton-Raphson kết hợp quét tham số tự động để xây dựng họ đường cong P-V và Q-V trên phần mềm chuyên dụng PSS/E.

Lý do lựa chọn phần mềm PSS/E là vì đây là công cụ tiêu chuẩn quốc tế có độ chính xác cao trong tính toán lưới điện truyền tải quy mô lớn, cho phép mô phỏng chính xác các chế độ vận hành xác lập và chế độ sự cố. Timeline nghiên cứu đánh giá hiện trạng vận hành từ năm 2020 và tính toán dự báo đến các mốc thời gian 2025 và 2030, so sánh tường minh giữa hai trạng thái: có và không có sự tham gia của nhà máy điện gió Phương Mai 3.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng và phân tích trên phần mềm PSS/E đã chỉ ra 4 phát hiện mang tính then chốt:

Thứ nhất, việc đưa Nhà máy điện gió Phương Mai 3 công suất 21 MW vào vận hành đã cải thiện đáng kể biên độ điện áp tại các nút lân cận. Tại nút 110kV Nhơn Hội, điện áp được nâng từ mức 0,96 pu khi chưa có nhà máy lên mức tối ưu 1,02 pu, tương đương mức cải thiện 6,25%, đưa chất lượng điện áp toàn khu vực bán đảo Phương Mai về trạng thái ổn định lý tưởng theo tiêu chuẩn vận hành.

Thứ hai, khả năng mang tải của các tuyến đường dây 110kV liên kết giảm áp lực rõ rệt. Đường dây 110kV cấp điện chính cho Khu kinh tế Nhơn Hội ghi nhận mức độ mang tải giảm từ 78,0% xuống còn 54,0%, tương ứng giảm 24,0% điểm tải, giải phóng dung lượng truyền tải dự phòng cho các phụ tải lớn như Khu du lịch FLC Quy Nhơn và Nhà máy thép Hoa Sen.

Thứ ba, tổn thất công suất tác dụng toàn hệ thống 110kV khu vực giảm mạnh từ 3,82 MW xuống còn 2,95 MW, tương ứng mức giảm 22,77%. Nhờ nguồn phát 21 MW được cung ứng tại chỗ, dòng công suất truyền tải từ trạm 220kV Quy Nhơn đi xa được triệt tiêu đáng kể.

Thứ tư, phân tích đường cong P-V tại 8 nút trọng điểm cho thấy giới hạn truyền tải công suất cực đại trước khi sụp đổ điện áp tăng thêm từ 15,0% đến 18,5%. Ngay cả trong kịch bản sự cố nghiêm trọng (đứt tuyến đường dây 110kV Nhơn Hội – Phước Sơn), mức sụt áp tại các nút vẫn duy trì an toàn trên ngưỡng cho phép 0,90 pu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các kết quả tích cực trên xuất phát từ đặc tính kỹ thuật vượt trội của tuabin gió sử dụng máy phát DFIG công nghệ Siemens Gamesa. Không chỉ cung cấp công suất tác dụng P lên tới 21 MW, máy phát còn có khả năng điều chỉnh linh hoạt công suất phản kháng Q, hỗ trợ giữ ổn định điện áp nút tại trạm nâng áp 110kV - 40 MVA Phương Mai 3. Khi so sánh với các nghiên cứu tương tự tại các dự án điện gió ven biển như Phú Lạc công suất 24 MW tại Bình Thuận hay Mũi Dinh công suất 37,6 MW tại Ninh Thuận, kết quả của luận văn hoàn toàn đồng nhất về quy luật cải thiện điện áp và giảm tổn thất lưới điện phân phối.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan thông qua sơ đồ trào lưu công suất lưới điện 110kV Bình Định trên giao diện PSS/E, kết hợp bảng thống kê phân bố điện áp nút và biểu đồ so sánh tổn thất công suất trước và sau khi hòa lưới. Đặc biệt, hệ đồ thị họ đường cong P-V và Q-V đã minh họa sắc nét điểm tới hạn sụp đổ điện áp, cung cấp cơ sở tin cậy cho kỹ sư vận hành nhận diện ranh giới an toàn của hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, tác giả đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm tối ưu hóa công tác vận hành và đấu nối:

1. Triển khai lắp đặt bộ lọc sóng hài tích cực tại thanh cái 110kV trạm biến áp Phương Mai 3 nhằm kiểm soát tổng độ méo hài điện áp THD luôn duy trì dưới ngưỡng 3,0% theo đúng Điều 32 Thông tư 39/2015/TT-BCT và chuẩn IEEE 519-1992, hoàn thành trong vòng 6 tháng đầu vận hành thương mại do Chủ đầu tư phối hợp với Công ty Điện lực Bình Định thực hiện.
2. Hiệu chỉnh và cài đặt lại thông số phối hợp bảo vệ rơle quá dòng có hướng và rơle tần số thấp tại trạm 110kV Nhơn Hội và các trạm lân cận nhằm đáp ứng sự thay đổi của dòng ngắn mạch và giữ nhà máy vận hành liên tục trong dải tần số 49 Hz đến 51 Hz, do Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Trung thực hiện trong quý tới.
3. Ứng dụng hệ thống giám sát và dự báo công suất phát điện gió theo thời gian thực với chu kỳ quét 15 phút một lần, hướng tới mục tiêu giảm sai số dự báo công suất phát xuống dưới 5,0% trong giai đoạn 2025 - 2030, do Ban quản lý dự án nhà máy chủ trì.
4. Xây dựng mới trạm biến áp 220kV khu vực phía Bắc tỉnh Bình Định với công suất 250 MVA trước năm 2026 bởi Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia, nhằm giảm tải cho trạm 220kV Quy Nhơn và tạo điểm gom công suất cho các dự án điện gió quy mô lớn như Phương Mai 1 công suất 20 MW và Phương Mai 2 công suất 200 MW.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật cao cho 4 nhóm đối tượng sau:

• Kỹ sư điều độ và vận hành hệ thống điện: Cán bộ tại Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Trung và Công ty Điện lực Bình Định có thể ứng dụng mô hình tính toán PSS/E của luận văn để thiết lập phương thức vận hành tối ưu, tính toán chỉnh định rơle và kiểm soát điện áp 8 nút nguồn - tải trong các kịch bản thời tiết khác nhau.
• Chủ đầu tư và đơn vị tư vấn thiết kế năng lượng tái tạo: Các nhà đầu tư dự án điện gió như Phương Mai 1 (20 MW) hay HBRE An Thọ (200 MW) có thể tham khảo phương án thiết kế trạm nâng áp 110kV - 40 MVA và quy trình đánh giá sự phù hợp với tiêu chuẩn lưới điện Việt Nam.
• Cơ quan quản lý nhà nước và lập quy hoạch: Sở Công Thương Bình Định và Viện Năng lượng có thể khai thác số liệu dự báo phụ tải chi tiết (đạt 1.034 MW vào năm 2030) để xây dựng quy hoạch phát triển lưới điện phân phối đồng bộ, bền vững.
• Giảng viên và học viên sau đại học: Các nhà nghiên cứu chuyên ngành Kỹ thuật điện có thể sử dụng luận văn như tài liệu tham khảo mẫu mực về phương pháp phân tích ổn định tĩnh P-V/Q-V khi tích hợp nguồn phân tán DFIG vào hệ thống điện cao áp.

Câu hỏi thường gặp

1. Nhà máy điện gió Phương Mai 3 có quy mô kỹ thuật như thế nào?
   Nhà máy có tổng công suất đặt 21 MW với tổng mức đầu tư 40 triệu USD, bao gồm 6 tuabin gió Siemens Gamesa công suất 3,5 MW mỗi trụ, chiều cao cột tháp 114 m và đường kính cánh quạt 132 m. Dự án được xây dựng trên diện tích 122 ha, hàng năm cung cấp cho lưới điện quốc gia sản lượng điện sạch vượt trên 70 triệu kWh.

2. Việc tích hợp điện gió Phương Mai 3 ảnh hưởng như thế nào đến mức sụt áp của lưới điện?
   Kết quả tính toán trên PSS/E chỉ ra rằng nhà máy giúp nâng điện áp tại nút 110kV Nhơn Hội từ 0,96 pu lên 1,02 pu, tức tăng 6,25%. Nhờ khả năng phát công suất phản kháng của máy phát DFIG, mức sụt áp trên các phân đoạn đường dây lân cận giảm rõ rệt, duy trì điện áp toàn vùng luôn đạt chuẩn vận hành.

3. Nhà máy điện gió gây ra ảnh hưởng sóng hài ra sao và giải pháp là gì?
   Bộ biến đổi công suất AC/DC/AC tại rotor của tuabin gió sinh ra các thành phần sóng hài bậc cao bơm vào lưới. Để tuân thủ Thông tư 39/2015/TT-BCT và chuẩn IEEE 519-1992, tổng độ méo hài THD tại điểm đấu nối 110kV phải được giữ dưới mức 3,0% bằng việc lắp đặt các bộ lọc sóng hài tích cực tại trạm nâng áp.

4. Phần mềm PSS/E đóng vai trò gì trong đề tài nghiên cứu này?
   Phần mềm PSS/E được sử dụng làm công cụ mô phỏng trào lưu công suất xác lập và phân tích ổn định điện áp tĩnh tại 8 nút trọng điểm. Thông qua việc quét họ đường cong P-V và Q-V, phần mềm giúp xác định chính xác giới hạn truyền tải cực đại và biên độ dự trữ ổn định điện áp ở chế độ bình thường lẫn sự cố.

5. Phương án đấu nối của dự án giải quyết bài toán phụ tải địa phương như thế nào?
   Nhà máy phát điện ở cấp 690V, nâng áp lên 22 kV tại trụ rồi truyền về trạm nâng áp 110kV - 40 MVA trước khi hòa vào đường dây 110kV Nhơn Hội. Phương án này cung ứng điện tại chỗ cho các phụ tải lớn tại Khu kinh tế Nhơn Hội, giúp giảm tải đường dây truyền tải từ 78,0% xuống 54,0%.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện tác động của Nhà máy điện gió Phương Mai 3 (21 MW) đến lưới điện 110kV Bình Định, đáp ứng nhu cầu phụ tải dự báo đạt 1.034 MW vào năm 2030.
• Kết quả mô phỏng PSS/E chứng minh nguồn điện gió giúp giảm 22,77% tổn thất công suất tác dụng toàn hệ thống và giảm mức độ mang tải đường dây 110kV Nhơn Hội từ 78,0% xuống còn 54,0%.
• Độ ổn định điện áp tĩnh tại 8 nút trọng điểm được nâng cao với giới hạn truyền tải tăng từ 15,0% đến 18,5% thông qua phân tích đường cong P-V và Q-V.
• Đề tài đã đề xuất giải pháp kiểm soát chất lượng điện năng với tổng độ méo sóng hài THD dưới 3,0% và hiệu chỉnh rơle bảo vệ thích ứng với dải tần số 49 - 51 Hz theo Thông tư 39/2015/TT-BCT.
• Xác định lộ trình đầu tư hạ tầng lưới truyền tải với trạm biến áp 220kV phía Bắc công suất 250 MVA trước năm 2026 để giải tỏa công suất cho các dự án điện gió kế cận.

Công trình là tài liệu tham khảo khoa học và ứng dụng thực tiễn giá trị cho các đơn vị vận hành hệ thống điện và các nhà phát triển năng lượng tái tạo. Quý độc giả, kỹ sư và nhà nghiên cứu quan tâm hãy liên hệ hoặc tra cứu toàn văn luận văn tại thư viện Trường Đại học Quy Nhơn để khai thác chi tiết tập dữ liệu mô phỏng và mô hình tính toán PSS/E chuyên sâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN GIÓ VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ PM3 1. Tổng quan về năng lượng gió Gió được tạo ra bởi sự khác biệt trong áp suất khí quyển. Khi một sự khác biệt trong áp suất khí quyển tồn tại, không khí di chuyển từ vùng có áp suất cao hơn đến các vùng áp suất thấp hơn, dẫn đến những cơn gió có tốc độ khác nhau. Hướng gió thường được biểu diễn theo hướng mà nó bắt đầu, Dự báo thời tiết dùng mũi tên để chỉ hướng gió.

Tại sân bay, cờ gió dùng để chỉ hướng gió, và cũng có thể được sử dụng để ước tính tốc độ gió bằng góc nâng của cờ. Tốc độ gió được đo bằng phong tốc kế, phổ biến nhất là sử dụng cốc xoay hoặc cánh quạt. Tầm quan trọng của gió Gió thường có lợi cho con người. Nó có thể quay các cánh quạt của các cối xay gió giúp chúng ta xay gạo, đẩy thuyền buồm, thả diều.Ngày nay người ta ứng dụng gió để quay các tuabin máy phát điện, nó là một trong những nguồn năng lượng sạch.

Nhưng đôi khi gió lại có hại cho đời sống của con người. Đó là trong các cơn bão, gió có vận tốc cao dễ làm ngã đổ cây cối, cột đèn, làm tốc mái nhà; gây thiệt hại nghiêm trọng đối với cơ ở vật chất, sức khỏe và tính mạng của con người. Các thông số về gió Các thông số về gió, hay còn gọi là các đặc tính khí hậu của gió, đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc triển khai các dự án điện gió. Trong đó, các giá trị tốc độ gió trung bình cao nhất trong một năm, hướng gió chủ đạo 4 trong năm, v.v… có thể được tham khảo từ các số liệu thống kê của các trạm khí tượng thủy văn, nhưng cần được xác định lại cụ thể cho từng vị trí và phải được xử lý chính xác trước khi sử dụng cho việc thiết kế và áp dụng các tua bin gió.

Các trạm khí tượng thủy văn, các cột đo gió thường chỉ có chiều cao 10m tính từ mặt đất. Trong qui hoạch về khai thác năng lượng gió, tốc độ gió cần được đo ở các độ cao khác nhau. Ví dụ, để đánh giá tiềm năng về gió ở vùng đồng bằng, tốc độ gió có thể được đo ở độ cao trên 40m, ở vùng có nhiều vật cản (đô thị hay khu dân cư) – trên 60m v.v… Để giải quyết các vấn đề đặt ra của tuabin gió, ta phải chọn các thông số khí hậu tương ứng của gió. Gió là một đại lượng véc tơ, trong hệ tọa độ cực, véc tơ gió có hai thành phần: mô đun của véc tơ hoặc tốc độ gió, được biểu thị bằng m/s và hướng của gió (được xác định trong 8, hoặc 16 hướng).

Vận tốc gió Vận tốc (tốc độ) gió (V) là thông số quan trọng nhất, cần được đánh giá với độ chính xác tối đa có thể, để tính tiềm năng về năng lượng gió của khu vực nghiên cứu. Để thu được các giá trị ổn định cho việc tính tốc độ gió trung bình (Vtb), cần có các số liệu thống kê trong nhiều năm. Để thu được các đặc tính lặp lại của các tốc độ gió khác nhau, cần có số liệu thống kê hơn 10 năm. Trong cùng một điều kiện khác nhau (về áp suất và nhiệt độ), nếu biết vận tốc gió ở độ cao A mét là VA ta có thể tính được vận tốc gió ở độ cao B  VA  A mét (VB) theo công thức   VB  B  5 Đối với các vị trí mở (không bị bao quanh) và tương đối bằng phẳng giá trị [4] VA =1/7, ta có : VB  7 A B Ví dụ: Biết vận tốc gió ở độ cao 10m là 1,6 m/s, ta có thể tính được gần đúng: vận tốc gió ở độ cao 60m là 2,07 m/s; ở độ cao 80m là 2,15 m/s; ở độ cao 100m là 2,22 m/s; ở độ cao 120m là 2,28 m/s.

Tần suất của vận tốc gió Điều quan trọng khi xử lý các số liệu thống kê về vận tốc gió là tần suất lặp lại của gió theo các cấp (mức độ) tăng dần của vận tốc gió. Về lý thuyết, độ chính xác, ổn định của số liệu thống kê phụ thuộc vào: độ dài của dãy số thống kê (10, 15, 20 năm – càng dài càng chính xác), và phụ thuộc vào việc phân ra các cấp vận tốc tăng dần. Công suất của gió và của tua bin gió Áp lực của gió (F) lên các cánh quạt của tuabin được xác định bằng công thức: [4] F  1 / 2 *V 2 Trong đó : ρ là mật độ của không khí thay đổi theo nhiệt độ của không khí ( ví dụ: ở điều kiện t = 150C và áp suất khí quyển 101,325 Mpa, ρ 1,226 kg/m3). Ưu nhược điếm của năng lượng gió so với các loại khác.

Ưu điểm - Năng lượng gió là nguồn năng lượng có thể tái tạo và luôn luôn tồn tại. - Năng lượng gió là lựa chọn một thay thế tuyệt vời cho nhu cầu năng lượng của chúng ta, bởi nó không gây ô nhiễm trên diện rộng như các nhiên liệu hóa thạch. - Diện tích xây dựng nhỏ, sau khi lắp đặt các tua bin, khu vực này vẫn có thể được sử dụng cho canh tác hoặc các hoạt động nông nghiệp khác. - Chi phí vận hành thấp, không phải trả chi phí vận chuyển nhiên liệu như các nhà máy điện hoạt động bằng than, và với sự tiến bộ trong công nghệ, năng lượng gió sẽ trở nên rẻ hơn, do đó sẽ làm giảm được lượng vốn đầu tư vào điện gió.

Nhược điểm - Nhược điểm lớn nhất năng lượng gió là nó không liên tục. Điện có thể được sản xuất và cung cấp đầy đủ khi gió đủ mạnh, cũng có thời điểm gió tạm lắng, việc sản xuất điện bằng năng lượng gió là không thể. Vì vậy để đảm bảo nguồn điện được liên tục thì phải kết hợp với nguồn năng lượng khác - Hiện nay sự nguy hiểm mà các cánh quạt của tuabin gió gây ra với các loài chim là lớn, vì vậy người ta đang đề xuất phương án là sơn lại màu cho cánh quạt. Tiềm năng phát triển điện gió ở Việt Nam và Bình định Theo Nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới chỉ ra rằng Việt Nam là nước có tiềm năng gió lớn nhất trong bốn nước trong khu vực: hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính là có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m, tương đương với tổng công suất 512GW.

Đặc biệt, hơn 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió rất tốt (Bảng 1. 1 Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65 m so với mặt đất [3] Tốc độ gió trung < 4 m/s 4-5 m/s 5-6 m/s 6-7m/s 7-8m/s 8- 9m/s bình Diện tích (km2) 95.435 220 20 Diện tích % 45,7 33,8 19,3 1,2 0,1 0,001 Tiềm năng (MW) 956.202 200 Tập đoàn điện lực Việt nam EVN phối hợp với ngân hàng thế giới khảo sát và tốc độ gió ở độ cao 65m ở tại một số tỉnh thành của Việt Nam như trong Bảng 1.2 như sau: [3] 8 Tốc độ gió trung bình ở độ cao 65m trên Địa điểm mặt đất (m/s) EVN Ngân hàng thế giới Móng Cái, Quảng Ninh 5,80 7,35 Van Lý, Nam Định 6,88 6,39 Sầm Sơn, Thanh Hóa 5,82 6,61 Kỳ Anh, Hà Tĩnh 6,48 7,02 Quảng Ninh, Quảng Bình 6,73 7,03 Gio Linh, Quảng Trị 6,53 6,52 Phương Mai, Bình Định 7,30 6,56 Tu Bong, Khánh Hòa 5,14 6,81 Phước Minh, Ninh Thuận 7,22 8,03 Đà Lạt, Lâm Đồng 6,88 7,57 Tuy Phong, Bình Thuận 6,89 7,79 Duyên Hải, Trà Vinh 6,47 7,24 Bảng 1. 2 Thống kê tốc độ gió trung bình do EVN và Ngân hàng Thế giới khảo sát Các kết quả khảo sát trên Bảng 1.1 cho thấy nhiều hải đảo cũng như các tỉnh duyên hải từ Bình Định đến Bình Thuận, Tây Nguyên và dãy Trường Sơn thuộc các tỉnh phía Bắc Trung bộ Việt Nam là những khu vực thuận lợi để lắp đặt hệ thống tuabin gió. Tốc độ gió cần thiết tại trục tuabin (có cao độ khoảng 40 ÷ 60m) cho vận hành thương mại vào khoảng 6 ÷ 7 m/s.

Tốc độ gió trung bình của Việt Nam ở độ cao cách mặt đất 30 m theo đánh giá là khoảng 4 ÷ 5 m/s ở các vùng bờ biển. Ở một vài hòn đảo độc lập con số này đạt trên 9 m/s, phù hợp cho việc khai thác loại năng lượng này. 1 Bản đồ tài nguyên gió Việt Nam. [12] 10 Hiện nay các dự án điện gió đang được triển khai: Ngoài nhà máy điện gió của công ty REVN tại tỉnh Bình Thuận với 20 tua-bin đã được lắp đặt thành công trong đó 12 tua-bin đã được đưa vào vận hành, còn rất nhiều dự án điện gió khác đang được triển khai ở những giai đoạn khác nhau.

Tại Ninh Thuận, hiện đang có 9 nhà đầu tư, cả trong nước và nước ngoài, đã đăng ký phát triển hơn 1.000 MW điện gió. Tại Bình Thuận, tình hình đầu tư còn nhộn nhịp hơn với 10 nhà đầu tư đăng ký phát triển 1.3 bên dưới mô tả tình hình phát triển các dự án điện gió ở các tỉnh đến thời điểm tháng 5/2020. 3 Bảng thống kê một số dự án điện gió ở Việt Nam đến 2020 [9] C/S Stt Tên Dự án Chủ đầu tư Địa điểm (MW) REVN - Vietnam Renewable 1 Bình thuận 1 Energy JSC 30 Bình Thuận Phú Lạc wind EVN - Phong điện Thuận Bình 2 24 Bình Thuận farm 3 Mũi Dinh EAB - Germany 37,6 Ninh Thuận Phú Quý wind 4 PV Power 6 Bình Thuận power plant Cong Ly Construction-Trade- 5 Bạc Liêu Tourism Ltd.