Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn năng lượng tái tạo tới lưới điện 110kV tỉnh Thanh Hóa

Nghiên cứu mô hình hóa và đánh giá ảnh hưởng của nguồn năng lượng tái tạo tới lưới điện 110kV tỉnh Thanh Hóa, đề xuất giải pháp vận hành an toàn hệ thống.

• Tác giả: Nguyễn Đức Thuận
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tiên Phong
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn năng lượng tái tạo tới lưới điện 110kV tỉnh Thanh Hóa
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan nguồn năng lượng tái tạo và lưới điện 110kV Thanh Hóa

Lưới điện 110kV tỉnh Thanh Hóa giữ vai trò trung tâm trong cung cấp điện khu vực Bắc Trung Bộ. Hệ thống nhận điện từ các trạm 220kV và nhiều nguồn phát phân tán. Tỉnh Thanh Hóa sở hữu tiềm năng lớn về thủy điện và năng lượng mặt trời. Các nhà máy thủy điện tập trung tại khu vực miền núi phía Tây như Bá Thước, Cẩm Thủy. Trong khi đó, các dự án điện mặt trời quy mô lớn như nhà máy điện mặt trời Yên Định đấu nối trực tiếp vào cấp điện áp 110kV. Ngoài ra, điện mặt trời mái nhà phát triển nhanh chóng tại các khu dân cư và khu công nghiệp. Sự kết hợp giữa các nguồn phân tán này tạo nên cấu trúc lưới điện đa dạng. Tuy nhiên, tính chất bất định của thời tiết gây ra biến động nguồn phát liên tục. Điều này tạo áp lực lớn lên công tác điều hành hệ thống điện phân phối. Mức độ mang tải trung bình của máy biến áp toàn tỉnh đạt khoảng 75,3%. Một số khu vực thường xuyên chịu tình trạng lệch pha công suất nghiêm trọng. Việc nghiên cứu toàn diện hiện trạng mạng lưới là yêu cầu cấp thiết để đảm bảo an ninh năng lượng địa phương.

1.1. Hiện trạng đấu nối nguồn điện mặt trời và thủy điện

Nguồn pin mặt trời và thủy điện tại Thanh Hóa tham gia sâu vào lưới điện khu vực. Trạm biến áp 110kV PV Yên Định là điểm đấu nối của dự án điện mặt trời lớn. Các nhà máy thủy điện Bá Thước hòa lưới tại các điểm nút lân cận. Quy định kỹ thuật hiện hành yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng điện năng tại điểm đấu nối. Tần số vận hành phải duy trì trong dải 49,8Hz đến 50,2Hz. Điện áp lưới phân phối cho phép dao động trong phạm vi năm phần trăm điện áp danh định. Đặc thù nguồn tái tạo phụ thuộc lớn vào thời tiết và dòng chảy. Do đó, công suất phát thường xuyên thay đổi đột ngột giữa các khung giờ trong ngày.

1.2. Cấu trúc và đặc tính kỹ thuật lưới điện 110kV địa phương

Mạng lưới 110kV tỉnh Thanh Hóa có cấu trúc hình tia kết hợp mạch vòng liên kết. Nhiều trạm biến áp vận hành máy biến áp có điện áp ngắn mạch Uk chênh lệch trên 18%. Tiêu biểu là các cặp máy biến áp tại trạm Núi Một, Thọ Xuân và Sầm Sơn. Sự sai lệch thông số khiến các máy không đủ điều kiện ghép song song. Khả năng liên kết hỗ trợ của các đường dây 35kV trung gian còn rất hạn chế. Việc san tải giữa các trạm biến áp lân cận gặp nhiều trở ngại kỹ thuật. Mức độ mang tải giữa các khu vực vì vậy không đồng đều. Nhiều máy biến áp rơi vào trạng thái đầy tải hoặc quá tải cục bộ vào mùa nắng nóng.

II. Phân tích ảnh hưởng của năng lượng tái tạo tới lưới điện 110kV

Nguồn năng lượng tái tạo đấu nối vào hệ thống làm thay đổi căn bản dòng công suất truyền tải. Trào lưu công suất truyền thống dịch chuyển theo một chiều từ nguồn cấp đến phụ tải. Khi các trạm PV Yên Định và thủy điện Bá Thước phát điện cực đại, công suất đẩy ngược về thanh cái 110kV. Hiện tượng này làm thay đổi phân bố điện áp tại các nút lân cận. Điện áp tại nút phát tăng cao bất thường khi phụ tải tiêu thụ giảm thấp. Tình trạng này dễ dẫn đến nguy cơ quá điện áp trên diện rộng. Ngược lại, vào thời điểm mây che hoặc mùa khô kiệt, công suất sụt giảm đột ngột gây sụt áp nút. Máy biến áp tại các trạm Núi Một, Thiệu Yên, Hà Trung thường xuyên đối mặt với nguy cơ quá tải cục bộ. Dòng ngắn mạch tại các điểm nút cũng gia tăng đáng kể. Điều này gây áp lực lên khả năng cắt và độ nhạy bảo vệ rơ-le hiện hữu. Vấn đề nghẽn mạch truyền tải trên các nhánh đường dây 110kV liên huyện diễn ra phổ biến vào giờ cao điểm nắng.

2.1. Tác động của trào lưu công suất ngược đến dao động điện áp

Hiện tượng trào lưu công suất ngược xuất hiện khi nguồn phát vượt quá nhu cầu phụ tải địa phương. Điện năng dư thừa từ trạm PV Yên Định đổ ngược lên lưới 110kV. Quá trình truyền ngược gây sụt áp âm và đẩy vọt điện áp các nút lân cận. Biên độ điện áp tại các nút xa nguồn truyền tải dao động mạnh. Khi bức xạ mặt trời giảm đột ngột do mây bao phủ, công suất phát rơi tự do. Điện áp nút sụt giảm nhanh chóng vượt quá giới hạn năm phần trăm cho phép. Các thiết bị điều áp dưới tải (OLTC) phải làm việc liên tục. Tần suất chuyển nấc tăng cao làm giảm tuổi thọ cơ khí của thiết bị biến áp.

2.2. Vấn đề đầy tải và quá tải cục bộ máy biến áp

Nhiều máy biến áp 110kV tại Thanh Hóa hoạt động trong tình trạng mang tải cao kéo dài. Vào mùa cao điểm nắng nóng, nhu cầu sử dụng điện sinh hoạt và công nghiệp tăng vọt. Các máy biến áp T1, T2 trạm Núi Một và Sầm Sơn liên tục đầy tải. Trạm biến áp Tĩnh Gia vận hành ở điện áp thấp phục vụ nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn. Việc không thể kết nối vận hành song song khiến sự cố một máy biến áp sẽ gây quá tải nặng cho máy còn lại. Đường dây 110kV nhánh Ba Chè đi Bá Thước thường xuyên vận hành sát ngưỡng giới hạn nhiệt. Tình trạng này đe dọa trực tiếp đến sự an toàn và độ tin cậy cung cấp điện.

III. Giải pháp kỹ thuật tích hợp năng lượng tái tạo vào lưới 110kV

Mô phỏng trào lưu công suất trên phần mềm ETAP là phương pháp khoa học chuẩn xác để đánh giá lưới điện. Thuật toán Newton-Raphson hỗ trợ giải hệ phương trình cân bằng công suất nút phi tuyến tính hiệu quả. Việc mô hình hóa trạm 110kV PV Yên Định và thủy điện Bá Thước giúp nhận diện chính xác các điểm nút xung yếu. Dựa trên kết quả phân tích số liệu, đề tài đề xuất ba nhóm giải pháp trọng tâm. Thứ nhất, hoàn thiện hệ thống điều độ và giám sát tự động SCADA/EMS. Trung tâm điều độ cần dự báo chính xác công suất phát theo thời gian thực. Thứ hai, thiết lập hệ thống tích trữ năng lượng pin (BESS) quy mô lớn tại trạm 110kV PV Yên Định. Hệ thống này nạp điện vào giờ thấp điểm nắng và phát điện hỗ trợ lúc cao điểm tiêu thụ. Thứ ba, cải tạo nâng tiết diện dây dẫn cho các tuyến đường dây liên kết then chốt. Giải pháp nâng cấp dây dẫn giúp giải tỏa hoàn toàn công suất dư thừa của các nhà máy điện tái tạo.

3.1. Ứng dụng phần mềm ETAP giải bài toán trào lưu công suất

Phần mềm ETAP cung cấp công cụ tính toán mô phỏng hệ thống điện với độ tin cậy cao. Lưới điện 110kV nhánh Ba Chè đi Bá Thước được mô hình hóa bằng các khối mạng phức hợp. Thông số máy biến áp tại các trạm Yên Định, Thiệu Yên và Ngọc Lặc được tính đổi chuẩn xác. Thuật toán Newton-Raphson giải quyết ma trận tổng dẫn nút để xác định điện áp và công suất từng nhánh. Mô hình đánh giá lưới điện ở cả hai trạng thái: có và không có nguồn năng lượng tái tạo. Việc so sánh kết quả mô phỏng giúp kỹ sư vận hành nhận diện rõ ranh giới ổn định của hệ thống.

3.2. Lắp đặt hệ thống pin lưu trữ và nâng cấp tiết diện dây dẫn

Xây dựng hệ thống pin tích trữ năng lượng tại trạm 110kV PV Yên Định là giải pháp kỹ thuật đột phá. Hệ thống lưu trữ đóng vai trò làm phẳng biểu đồ phát công suất điện mặt trời. Khi nguồn phát dư thừa, thiết bị nạp điện tự động để tránh tràn công suất lên lưới truyền tải. Vào giờ cao điểm tối, hệ thống xả năng lượng để giảm tải cho máy biến áp khu vực. Song song với đó, việc tăng tiết diện dây dẫn đường dây 110kV là yêu cầu cấp thiết. Dây dẫn siêu nhiệt lõi composite giúp tăng gấp đôi khả năng truyền tải mà không cần thay đổi cột tháp. Phương án này giải quyết triệt để tình trạng nghẽn mạch trong mùa nắng nóng.

IV. Kết luận nghiên cứu phát triển năng lượng tái tạo tại Thanh Hóa

Nghiên cứu khẳng định vai trò sống còn của việc đánh giá tác động lưới điện trước khi đấu nối nguồn tái tạo. Tỉnh Thanh Hóa có tiềm năng rất lớn để mở rộng năng lượng sạch trong tương lai. Tuy nhiên, sự phát triển nguồn phân tán cần đồng bộ với quy hoạch hạ tầng lưới điện 110kV. Kết quả phân tích cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn cho Công ty Điện lực Thanh Hóa. Doanh nghiệp có thể chủ động phương án phân phối tải và điều chỉnh nấc phân áp hợp lý. Việc phối hợp giữa trung tâm điều độ thông minh và kho lưu trữ điện giúp khai thác tối đa công suất sạch. Hệ thống điện sẽ vận hành an toàn hơn, giảm tổn thất kỹ thuật và nâng cao chất lượng điện áp. Đề tài mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh cho các địa phương lân cận. Quy chuẩn vận hành mới tạo tiền đề vững chắc cho mục tiêu chuyển dịch năng lượng xanh bền vững.

4.1. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong công tác điều độ vận hành

Ứng dụng kết quả nghiên cứu mang lại lợi ích kép về kinh tế và kỹ thuật vận hành. Doanh nghiệp điện lực giảm đáng kể tỷ lệ tổn thất công suất trên các xuất tuyến đường dây 110kV. Việc kiểm soát điện áp chặt chẽ giúp hạn chế nguy cơ sự cố hỏng hóc máy biến áp truyền tải. Chi phí bảo dưỡng và thay thế thiết bị được tối ưu hóa rõ rệt. Trung tâm điều độ vận hành chủ động xây dựng phương thức huy động công suất nguồn linh hoạt. Thời gian mất điện trung bình của khách hàng công nghiệp giảm xuống mức tối thiểu. Hệ thống vận hành kinh tế và đạt hiệu quả năng lượng cao.

4.2. Định hướng mở rộng quy hoạch nguồn năng lượng tái tạo

Quy hoạch phát triển năng lượng tái tạo cần bám sát điều kiện cơ sở hạ tầng truyền tải hiện hữu. Địa phương cần ưu tiên các dự án tích hợp sẵn giải pháp pin lưu trữ điện năng. Công tác cấp phép đấu nối nguồn điện mới phải gắn liền với kết quả thẩm định ranh giới ổn định lưới. Các trạm biến áp 110kV tương lai cần lựa chọn máy biến áp đồng bộ về điện áp ngắn mạch Uk. Quy chuẩn này tạo điều kiện thuận lợi cho việc ghép nối song song và san sẻ phụ tải. Sự đồng bộ giữa quy hoạch nguồn và lưới điện tạo nền móng vững chắc cho mục tiêu phát triển kinh tế xanh toàn tỉnh.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự chuyển dịch cơ cấu năng lượng theo hướng tăng tỷ trọng nguồn tái tạo đang tạo áp lực kỹ thuật lớn lên các lưới điện truyền tải và phân phối khu vực. Tính đến cuối năm 2020, lưới điện 110kV tỉnh Thanh Hóa vận hành 19 trạm biến áp với tổng dung lượng đặt 1313 MVA cùng 38 tuyến đường dây có chiều dài 617,18 km, đạt hệ số mang tải máy biến áp bình quân 75,3%. Sự gia tăng đột biến của các nguồn điện mặt trời và thủy điện vừa và nhỏ trên địa bàn đã phát sinh nhiều biến động phức tạp về trào lưu công suất, sụt áp và quá tải cục bộ.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là đánh giá định lượng tác động của nguồn điện phân tán khi tích hợp đồng thời vào hệ thống phân phối. Đề tài tập trung phân tích chuyên sâu phân đoạn 110kV nhánh Ba Chè - Bá Thước, nơi tiếp nhận 30 MW từ Nhà máy điện mặt trời Yên Định (dự kiến mở rộng thêm 30 MW trong giai đoạn 2), 19 MW điện mặt trời mái nhà và 60 MVA từ Nhà máy thủy điện Bá Thước 1.

Mục tiêu cụ thể của công trình là mô hình hóa chính xác lưới điện hiện hữu, tính toán các chế độ vận hành đặc trưng và dự báo ảnh hưởng khi công suất nguồn tái tạo tăng gấp đôi trong giai đoạn 2022 - 2025. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn quan trọng, cung cấp cơ sở dữ liệu giúp đơn vị điều độ giảm thiểu nguy cơ quá tải đường dây xuống dưới 80% và duy trì dao động điện áp thanh cái trong giới hạn cho phép từ -5% đến +10% theo quy chuẩn quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết giải tích lưới điện ở chế độ xác lập bằng thuật toán lặp Newton-Raphson để giải hệ phương trình phi tuyến cân bằng công suất nút. Cấu trúc mạng điện được biểu diễn thông qua ma trận tổng dẫn nút Y-bus bậc N x N kết hợp ma trận đạo hàm riêng Jacobian nhằm xác định chính xác module và góc pha điện áp tại từng thanh cái. Các phần tử hệ thống được phân loại nghiêm ngặt thành ba nhóm: nút cân bằng công suất (Slack bus), nút nguồn điều khiển điện áp (PV bus) và nút phụ tải tiêu thụ (PQ bus).

Bên cạnh đó, mô hình phụ tải hỗn hợp được thiết lập dựa trên hàm quan hệ phi tuyến giữa công suất và điện áp theo ba thành phần: công suất hằng, dòng điện hằng và tổng trở hằng. Cơ sở đánh giá kỹ thuật tuân thủ nghiêm ngặt Thông tư 39/2015/TT-BCT và Thông tư 30/2019/TT-BCT của Bộ Công Thương. Các quy chuẩn này quy định độ lệch điện áp vận hành bình thường tại điểm đấu nối không vượt quá ±5% đối với khách hàng sử dụng điện, dải +10% và -5% đối với nhà máy điện, đồng thời yêu cầu nguồn phát phải duy trì công suất liên tục trong dải tần số 49 Hz đến 51 Hz.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng bộ thông số vận hành thực tế năm 2020 - 2022 do Công ty Điện lực Thanh Hóa quản lý. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 6 trạm biến áp trung gian 110kV và 6 cung đoạn đường dây với tổng chiều dài 99,086 km thuộc trục Ba Chè - Bá Thước. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng vì nhánh này hội tụ đầy đủ các đặc tính tiêu biểu: có sự hiện diện của nguồn điện mặt trời mặt đất công suất lớn, nguồn điện mặt trời mái nhà phân tán và nhà máy thủy điện điều tiết dòng chảy.

Phương pháp phân tích trào lưu công suất được thực hiện trên phần mềm mô phỏng chuyên dụng ETAP. Lý do lựa chọn ETAP cùng phương pháp Newton-Raphson là khả năng xử lý bài toán hội tụ cao với sai số công suất đặt ở mức cực nhỏ 0,001 MW, cho phép mô phỏng chi tiết 19 nấc phân áp dưới tải của máy biến áp 110kV và mô phỏng chính xác đặc tuyến phát công suất phụ thuộc bức xạ mặt trời cực đại 1000 W/m2.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng các kịch bản vận hành cực trị trên phần mềm ETAP đã chỉ ra các phát hiện kỹ thuật quan trọng sau:

Thứ nhất, ở chế độ phụ tải cực tiểu vào thời điểm 12h trưa ngày 16/4/2021, tổng công suất phụ tải tiêu thụ toàn nhánh giảm xuống 55,1 MW trong khi nguồn pin mặt trời phát cực đại 30 MW kết hợp 19 MW điện mặt trời mái nhà. Hiện tượng này làm đảo chiều trào lưu công suất đẩy ngược về trạm 220kV Ba Chè, khiến điện áp tại thanh cái 110kV trạm Yên Định tăng vọt lên mức 116,8 kV, tương đương mức tăng 6,18% so với điện áp danh định.

Thứ hai, tại chế độ không có nguồn năng lượng tái tạo vào giờ cao điểm chiều tối (14h - 17h), phụ tải đạt đỉnh 144,2 MW dẫn tới hiện tượng sụt áp nghiêm trọng tại cuối nguồn. Điện áp tại nút 110kV trạm Bá Thước sụt giảm xuống còn 102,4 kV, lệch -6,91% so với điện áp định mức 110 kV, đe dọa trực tiếp chất lượng điện năng của 60% phụ tải loại một.

Thứ ba, đoạn đường dây 110kV liên lạc giữa trạm Yên Định và Nhà máy điện mặt trời Yên Định sử dụng dây dẫn tiết diện 185 mm2 với dòng tải cho phép 486 A bị mang tải lên tới 88,89% trong điều kiện bình thường. Khi mô phỏng đóng điện dự án giai đoạn 2 thêm 30 MW, dòng điện qua đoạn tuyến này vọt lên 573,5 A, dẫn đến quá tải nhiệt ở mức 118%.

Thứ tư, sự tham gia của nguồn điện mặt trời phân tán giúp cắt giảm tổn thất công suất tác dụng trên tuyến đường dây trục Ba Chè - Yên Định dài 22 km từ 3,82 MW xuống còn 2,15 MW, tương ứng mức giảm 43,72% trong khung giờ từ 11h đến 13h.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân dẫn đến tình trạng quá áp và nghẽn mạch cục bộ là do sự lệch pha nghiêm trọng giữa biểu đồ phát công suất quang điện và biểu đồ phụ tải công nghiệp địa phương. Nguồn phát đạt đỉnh vào thời điểm trưa khi các nhà máy giảm công suất nghỉ trưa, trong khi hệ thống đường dây 110kV hiện hữu sử dụng dây ACSR 185 mm2 chưa được nâng cấp đồng bộ.

Kết quả này hoàn toàn nhất quán với các nghiên cứu vận hành lưới điện phân tán trên thế giới, khẳng định rằng tỷ lệ thâm nhập nguồn tái tạo trên 40% công suất phụ tải đỉnh luôn đòi hỏi các công cụ điều khiển động. Toàn bộ dữ liệu trào lưu công suất và biên độ điện áp giữa các kịch bản có và không có nguồn tái tạo được tổng hợp trực quan thông qua các bảng ma trận thông số nút và biểu đồ đường biến thiên điện áp 24 giờ trong giao diện ETAP, giúp kỹ sư vận hành nhận diện chính xác các điểm nút xung yếu.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm tối ưu hóa khả năng hấp thụ năng lượng tái tạo và đảm bảo an toàn lưới điện 110kV Thanh Hóa, nghiên cứu đưa ra 4 giải pháp trọng tâm:

1. Nâng cấp hệ thống giám sát và điều độ tự động SCADA/EMS: Công ty Điện lực Thanh Hóa chủ trì phối hợp với Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Bắc triển khai trong giai đoạn 2023 - 2024. Mục tiêu là kiểm soát thời gian phản hồi điều chỉnh công suất tác dụng của nhà máy điện mặt trời Yên Định dưới 30 giây với sai số duy trì trong dải ±1% công suất định mức.

2. Lắp đặt hệ thống pin lưu trữ năng lượng BESS công suất 15 MW / 30 MWh: Đầu tư đặt tại thanh cái trạm biến áp 110kV PV Yên Định, hoàn thành trước quý IV/2024. Trạm lưu trữ này chịu trách nhiệm hấp thụ lượng công suất dư thừa vào giờ trưa, giảm áp lực mang tải đường dây xuống dưới mức an toàn 75% và giải phóng điện năng vào khung giờ cao điểm tối.

3. Cải tạo thay thế dây dẫn nâng tiết diện đường dây 110kV: Ban Quản lý dự án lưới điện thuộc Tổng công ty Điện lực miền Bắc phê duyệt kế hoạch thi công giai đoạn 2024 - 2025. Thực hiện thay thế đoạn dây 185 mm2 từ trạm Ba Chè qua Yên Định đến Thiệu Yên bằng dây nhôm lõi thép ACSR 300 mm2, giúp nâng dòng cho phép từ 486 A lên 668 A, tương ứng tăng 37,45% năng lực tải.

4. Thiết lập thuật toán tự động hóa bộ điều áp dưới tải OLTC: Đơn vị quản lý vận hành cài đặt quy trình tự động chuyển nấc phân áp 19 vị trí của máy biến áp 110kV tại các trạm Yên Định và Thiệu Yên từ quý I/2023, đảm bảo điện áp thanh cái trung áp 22kV và 35kV luôn ổn định trong dải sai lệch cho phép ±2,5%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp giải tích trong luận văn đem lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư điều độ và phương thức tại các Công ty Điện lực: Vận dụng quy trình mô phỏng ETAP để tính toán trào lưu công suất, xác định giới hạn truyền tải và lập phương thức huy động nguồn tối ưu cho các khu vực có tỷ lệ điện mặt trời cao.

• Đơn vị tư vấn thiết kế và chủ đầu tư dự án năng lượng tái tạo: Tham khảo cơ sở tính toán nấc phân áp máy biến áp, đánh giá khả năng giải tỏa công suất và lựa chọn tiết diện dây dẫn đấu nối tuân thủ Thông tư 39/2015/TT-BCT.

• Học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật điện: Sử dụng làm tài liệu tham khảo mẫu mực về ứng dụng thuật toán Newton-Raphson, kỹ thuật dựng mô hình nguồn quang điện, thủy điện và máy biến áp 3 cuộn dây trên phần mềm chuyên dụng.

• Cán bộ quản lý quy hoạch phát triển điện lực tại Sở Công Thương: Có thêm luận cứ kỹ thuật để thẩm định quy hoạch phát triển lưới điện 110kV tích hợp nguồn điện phân tán của địa phương giai đoạn đến năm 2030.

Câu hỏi thường gặp

Nguồn điện mặt trời Yên Định ảnh hưởng thế nào đến độ lệch điện áp nút 110kV?

Vào khung giờ trưa khi bức xạ đạt đỉnh 1000 W/m2 kết hợp phụ tải xuống thấp, công suất phát 30 MW tạo dòng công suất ngược đẩy ngược về nguồn cấp Ba Chè. Hiện tượng này làm điện áp tại thanh cái 110kV trạm Yên Định dâng cao lên 116,8 kV, tiệm cận ngưỡng giới hạn trên +10% theo quy định vận hành.

Vì sao phương pháp Newton-Raphson trên phần mềm ETAP được lựa chọn?

Thuật toán Newton-Raphson sở hữu đặc tính hội tụ bậc hai nhanh và độ chính xác vượt trội khi giải hệ phương trình phi tuyến phức tạp của mạng điện nhiều nút. Trên phần mềm ETAP, phương pháp này cho phép thiết lập ma trận Jacobian chi tiết, giúp tính toán trào lưu công suất với sai số lặp cực nhỏ 0,001 MW.

Tuyến đường dây 110kV nhánh Ba Chè - Bá Thước gặp thách thức gì khi mở rộng nguồn phát?

Đoạn đường dây liên lạc Yên Định - PV Yên Định tiết diện 185 mm2 có dòng tải cho phép 486 A hiện đã mang tải xấp xỉ 88,89%. Khi nhà máy điện mặt trời hoàn thành giai đoạn 2 thêm 30 MW, dòng tải sẽ tăng lên 573,5 A, gây quá tải nhiệt đường dây ở mức 118%.

Nhà máy thủy điện Bá Thước 1 có vai trò gì trong việc ổn định hệ thống điện khu vực?

Với 4 tổ máy phát tổng công suất 60 MVA, thủy điện Bá Thước 1 đóng vai trò nút nguồn điều chỉnh điện áp quan trọng. Nhà máy có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng linh hoạt với hệ số cos phi từ 0,9 phát đến 0,95 nhận, giúp hỗ trợ giữ vững điện áp khu vực phía Tây Thanh Hóa.

Giải pháp lắp đặt hệ thống pin lưu trữ BESS tại Yên Định mang lại hiệu quả gì?

Hệ thống pin lưu trữ 15 MW / 30 MWh có chức năng nạp điện khi nguồn pin mặt trời phát dư thừa vào khung giờ 11h - 13h, giữ mức tải đường dây dưới 75%. Lượng điện này được xả ra vào giờ cao điểm chiều tối, giúp nâng điện áp cuối nguồn Bá Thước từ 102,4 kV lên mức an toàn 108,5 kV.

Kết luận

• Luận văn đã mô hình hóa thành công mạng điện 110kV nhánh Ba Chè - Bá Thước trên phần mềm ETAP bằng thuật toán Newton-Raphson, phản ánh trung thực hiện trạng vận hành lưới điện tỉnh Thanh Hóa.
• Đánh giá định lượng hiện tượng dâng điện áp nút lên 116,8 kV vào giờ thấp điểm trưa và sụt áp xuống 102,4 kV vào giờ cao điểm tối khi thiếu vắng nguồn năng lượng tái tạo.
• Cảnh báo nguy cơ quá tải nhiệt đường dây 110kV Yên Định - PV Yên Định lên mức 118% khi nhà máy nâng công suất thêm 30 MW trong giai đoạn 2.
• Đề xuất hệ thống 4 giải pháp kỹ thuật khả thi gồm nâng cấp SCADA/EMS, lắp đặt hệ thống pin lưu trữ BESS 15 MW / 30 MWh, thay dây ACSR 300 mm2 và tự động hóa bộ điều áp OLTC trong lộ trình 2023 - 2025.
• Đóng góp nguồn tài liệu học thuật và thực tiễn giá trị cao cho công tác điều độ lưới điện khu vực; độc giả và kỹ sư quan tâm có thể ứng dụng trực tiếp các mô hình tính toán để tối ưu hóa bài toán tích hợp năng lượng tái tạo cho mạng điện địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ LƯỚI ĐIỆN 110 kV TỈNH THANH HÓA 1.1 Tổng quan về nguồn pin mặt trời và nhà máy thủy điện 1.1 Tổng quan về năng lượng tái tạo Trong bối cảnh các nguồn điện truyền thống được chuyển đổi từ nguồn nhiên liệu sơ cấp ở dạng hóa thạch như than, dầu, khí,. ngày càng cạn kiệt và các ảnh hưởng xấu tới môi trường, năng lượng tái tạo (NLTT) được xem là nguồn năng lượng sơ cấp thay thế ưu việt nhất. NLTT hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường tự nhiên và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật cho một mục đích nào đó của con người.

Các quy trình này luôn được duy trì và thúc đẩy từ mặt trời. Hầu hết các dạng năng lượng tái tạo đều có thể được chuyển hóa thành điện năng. Một ưu điểm khác của dạng năng lượng này đó là có thể được xem như nguồn tự nhiên phân tán, cung cấp năng lượng cho các vùng mà hệ thống truyền tải năng lượng không đáp ứng được. Thống kê sự tham gia của loại nguồn điện (cả tái tạo và không tái tạo) năm 2018 được thể hiện như trên Hình 1.

1 Tỷ lệ công suất ước tính sản lượng điện năng cuối năm 2018 12 Kết quả thống kê năm 2018 cho thấy nguồn thủy điện, nguồn điện gió và pin mặt trời (nguồn PV) là những nguồn chiếm tỷ trọng lớn nhất trong các nguồn NLTT trên thế giới. Tại Việt Nam, nguồn thủy điện và nguồn PV chiếm tỷ trọng lớn hơn cả do thuận lợi về địa hình (nhiều đồi núi với độ dốc lớn) và cường độ bức xạ mặt trời lớn. Chính vì vậy, nguồn thủy điện và nguồn PV sẽ được phân tích cụ thể hơn trong các nội dung tiếp theo.2 Tổng quan về nguồn PV Năng lượng mặt trời hiện nay được khai thác trực tiếp để phát điện dưới hai dạng là nhiệt điện mặt trời và nguồn PV. Có hai loại công nghệ nhiệt điện mặt trời phổ biến hiện nay được kể đến đó là sử dụng bộ thu (parabolic trough collector) và sử dụng gương phản xạ ánh sáng mặt trời vào tháp (heliostat/solar power towers).

Trong đó, quy mô nhỏ tương ứng với dải công suất (10÷50) kW được xem là khả thi cho các bộ thu parabol với nhiệt độ làm việc cao, trong khoảng (600÷1000)0C và phù hợp cho các nguồn điện phân tán. Hiệu suất nhiệt-điện trong khoảng (20÷40)% phụ thuộc vào việc thiết kế, với tổng thể hiệu suất chuyển đổi mặt trời-điện trong khoảng (13÷25)%. Cả hai công nghệ trên đều phụ thuộc trực tiếp vào tia sáng mặt trời nên chúng chỉ hoạt động được trong những khoảng thời gian nhất định và không thể luôn phát được công suất định mức. Đồng thời, nhiệt điện mặt trời chỉ phù hợp với những vị trí có nhiều bức xạ mặt trời như sa mạc nên không được phát triển phổ biến.

Nguồn PV là loại nguồn sử dụng các chất có khả năng biến đổi năng lượng của ánh sáng thành điện năng. Thuật ngữ nguồn PV được dùng trong tài liệu để gọi chung cho một cấu hình bất kỳ như 1 cell, 1 module, 1 panel, 1 array, nhiều array. Dù được chế tạo theo công nghệ nào, thành phần nhỏ nhất của loại nguồn này luôn là các PV cell (tế bào quang điện).