Nghiên cứu phương pháp cải thiện hệ số công suất lưới điện trung thế với điện mặt trời mái nhà

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ABSTRACT

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: Lý do lựa chọn đề tài

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

1.2. Phạm vi nghiên cứu

1.3. Đối tượng nghiên cứu

1.4. Phương pháp nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG THẾ

2.1. Cấu trúc và đặc điểm của lưới điện trung thế

2.1.1. Định nghĩa lưới điện trung thế

2.1.2. Đặc điểm của lưới điện trung thế

2.2. Phân loại lưới điện trung thế

2.3. Vai trò của lưới điện trung thế

2.4. Các phần tử chính của lưới điện trung thế

2.5. Tình hình phát triển phụ tải điện

2.6. Tiêu chí kỹ thuật trong vận hành lưới điện trung thế

2.6.1. Hệ số công suất

2.6.2. Sự nhấp nháy điện áp

2.6.3. Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố

2.7. Cấu trúc và đặc điểm của điện mặt trời mái nhà nối lưới

2.7.1. Cấu trúc của điện mặt trời mái nhà nối lưới

2.7.1.1. Tấm pin mặt trời

2.7.1.2. Đo đếm điện năng

2.7.2. Các đặc điểm của hệ thống điện mặt trời mái nhà

2.8. Ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà lên phụ tải lưới điện trung thế

2.9. Đặc tính phụ tải của lưới điện trung thế bao gồm điện mặt trời mái nhà

2.9.1. Phụ tải và đồ thị phụ tải

2.9.2. Tính ngẫu nhiên của phụ tải điện bao gồm điện mặt trời mái nhà

2.10. Ảnh hưởng của đặc tính phụ tải lưới điện trung thế bao gồm điện mặt trời mái nhà đến hệ số công suất lưới điện

3. CHƯƠNG 3: BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐẢM BẢO HỆ SỐ CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ

3.1. Khái niệm về công suất phản kháng

3.2. Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện

3.2.1. Hệ số công suất và quan hệ với bù công suất phản kháng

3.3. Tính toán bù công suất phản kháng

3.4. Thiết bị bù công suất phản kháng

3.4.1. Máy phát và máy bù đồng bộ

3.4.2. Tụ bù tĩnh

3.4.3. Thiết bị điều chỉnh vô cấp SVC (Static Var Compensater)

3.5. Phương thức bù công suất phản kháng trên lưới điện trung thế

3.6. Các phương pháp tính toán bù công suất phản kháng trong lưới điện trung thế

3.6.1. Bù công suất phản kháng nâng cao hệ số cosφ

3.6.2. Cực tiểu tổn thất công suất

3.6.3. Theo điều kiện chỉnh điện áp

3.6.4. Phương pháp bù kinh tế

4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG BÙ TỐI ƯU ĐẢM BẢO HỆ SỐ CÔNG SUẤT CHO LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ

4.1. Mô hình toán xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu đảm bảo hệ số công suất trên lưới điện trung thế xét đến tải ngẫu nhiên có bao gồm điện mặt trời mái nhà

4.2. Hàm mục tiêu

4.3. Công cụ tính toán

4.3.1. Giới thiệu phần mềm PSS/Adept

4.3.2. Chức năng của PSS/Adept

4.3.3. Các bước thực hiện

4.4. Chương trình tính toán vị trí và dung lượng bù tối ưu đảm bảo hệ số công suất bằng ngôn ngữ lập trình GAMS

4.4.1. Giới thiệu ngôn ngữ lập trình GAMS

4.4.2. Cấu trúc chương trình

4.4.3. Ứng dụng GAMS trong HTĐ

4.4.4. Thuật toán và solver SBB trong chương trình GAMS

4.4.5. Ví dụ minh họa

5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐẢM BẢO HỆ SỐ CÔNG SUẤT LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ TUYẾN 474 MỎ CÀY – HÀM LUÔNG CÓ XÉT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI CỦA PHỤ TẢI BAO GỒM ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ

5.1. Hiện trạng tuyến 474 Mỏ Cày – Hàm Luông

5.2. Hiện trạng lưới điện và các trạm biến áp

5.3. Hiện trạng lắp đặt tụ bù của tuyến 474 Mỏ Cày – Hàm Luông

5.4. Sơ đồ và thông số lưới điện tuyến 474 Mỏ Cày – Hàm Luông

5.5. Xây dựng mô hình tuyến 474 Mỏ Cày – Hàm Luông trong PSS/Adept

5.6. Xây dựng chương trình GAMS tính toán tối ưu bù công suất phản kháng có xét đến sự thay đổi của phụ tải bao gồm điện mặt trời mái nhà

6. CHƯƠNG 6: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO HỆ SỐ CÔNG SUẤT CHO TUYẾN 474 MỎ CÀY – HÀM LUÔNG CÓ XÉT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI CỦA PHỤ TẢI BAO GỒM ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ

6.1. Hiện trạng hệ số công suất và thông số vận hành của tuyến 474 Mỏ Cày – Hàm Luông

6.1.1. Hiện trạng tuyến 474 Mỏ Cày – Hàm Luông

6.2. Áp dụng phương pháp bù tối ưu cho tuyến 474 Mỏ Cày – Hàm Luông

6.2.1. Sơ đồ và thông số của tuyến 474 Mỏ Cày – Hàm Luông

6.2.2. Thông số tải và tụ bù

6.2.3. Kết quả tính toán, lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu đảm bảo hệ số công suất

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu chung về hệ số công suất

Hệ số công suất (cosφ) là một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả sử dụng điện trong các hệ thống điện. Trong bối cảnh lưới điện trung thế, hệ số công suất thấp có thể dẫn đến tổn thất điện năng cao và giảm hiệu suất truyền tải. Việc cải thiện hệ số công suất không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất mà còn nâng cao chất lượng điện năng cung cấp cho người tiêu dùng. Đặc biệt, với sự phát triển của các hệ thống điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN), tác động đến hệ số công suất trở nên phức tạp hơn do sự biến đổi của phụ tải. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết trong việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp bù công suất phản kháng nhằm đảm bảo hệ số công suất đạt tiêu chuẩn yêu cầu. Theo nghiên cứu, việc áp dụng các công nghệ bù công suất phản kháng có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của lưới điện trung thế.

1.1. Tầm quan trọng của việc cải thiện hệ số công suất

Hệ số công suất không chỉ là một chỉ tiêu kỹ thuật mà còn có ý nghĩa kinh tế lớn. Một hệ số công suất cao đồng nghĩa với việc sử dụng năng lượng hiệu quả hơn, giảm thiểu chi phí cho cả nhà cung cấp và người tiêu dùng. Khi hệ số công suất thấp, các nhà máy điện phải cung cấp thêm năng lượng để bù đắp cho công suất phản kháng, dẫn đến tăng chi phí sản xuất điện. Đặc biệt, trong bối cảnh hiện nay, khi nhu cầu điện năng ngày càng tăng cao, việc cải thiện hệ số công suất là một yêu cầu thiết yếu để đảm bảo sự phát triển bền vững của hệ thống điện.

II. Ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà đến hệ số công suất

Điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN) đã trở thành một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, đóng góp vào hệ thống điện quốc gia. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của ĐMTMN cũng mang lại nhiều thách thức cho hệ thống lưới điện trung thế. Khi ĐMTMN tham gia vào lưới điện, công suất phát ra từ các hệ thống này làm thay đổi đáng kể công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q) trên lưới. Sự biến đổi này không chỉ ảnh hưởng đến hệ số công suất mà còn có thể gây ra hiện tượng nhấp nháy điện áp và giảm chất lượng điện năng. Nghiên cứu cho thấy, khi lưới điện không có ĐMTMN, cả P và Q đều được cung cấp từ các trạm 110kV. Tuy nhiên, khi ĐMTMN tham gia, P giảm trong khi Q không giảm tương ứng, dẫn đến giảm hệ số cosφ. Do đó, việc áp dụng các phương pháp bù công suất phản kháng là cần thiết để đảm bảo hệ số công suất đạt yêu cầu.

2.1. Mô hình hóa sự thay đổi phụ tải

Để đánh giá chính xác ảnh hưởng của ĐMTMN đến hệ số công suất, việc mô hình hóa sự thay đổi của phụ tải là rất quan trọng. Các mô hình xác suất được sử dụng để mô phỏng và dự đoán các biến động trong nhu cầu điện năng. Những mô hình này cho phép các nhà quản lý lưới điện có cái nhìn rõ ràng hơn về cách mà ĐMTMN ảnh hưởng đến P và Q, từ đó đưa ra các phương pháp bù công suất phản kháng phù hợp. Việc áp dụng các mô hình này không chỉ giúp nâng cao độ tin cậy trong tính toán mà còn giúp các quyết định đầu tư vào thiết bị bù công suất trở nên chính xác hơn.

III. Các phương pháp bù công suất phản kháng

Các phương pháp bù công suất phản kháng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hệ số công suất trên lưới điện trung thế. Việc lựa chọn phương pháp bù phù hợp không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu tổn thất điện năng. Các phương pháp bù công suất phản kháng hiện nay bao gồm sử dụng tụ bù tĩnh, máy phát đồng bộ và các thiết bị điều chỉnh vô cấp như SVC (Static Var Compensator). Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, do đó, việc phân tích và đánh giá các phương pháp này là rất cần thiết. Nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng phương pháp bù công suất phản kháng hợp lý có thể giúp hệ thống điện hoạt động ổn định hơn, đảm bảo chất lượng điện năng tốt hơn cho người tiêu dùng.

3.1. Tụ bù tĩnh

Tụ bù tĩnh là một trong những phương pháp phổ biến nhất để cải thiện hệ số công suất. Thiết bị này có khả năng cung cấp công suất phản kháng nhanh chóng và hiệu quả, giúp giảm thiểu tổn thất điện năng. Tụ bù tĩnh có thể được lắp đặt tại các trạm biến áp hoặc gần khu vực tiêu thụ điện để tối ưu hóa việc cung cấp công suất phản kháng. Việc sử dụng tụ bù tĩnh không chỉ giúp cải thiện hệ số công suất mà còn góp phần giảm thiểu nhấp nháy điện áp và nâng cao chất lượng điện năng.

IV. Ứng dụng công nghệ trong bù công suất

Việc ứng dụng công nghệ trong bù công suất phản kháng đang ngày càng trở nên quan trọng. Các phần mềm mô phỏng và tính toán như PSS/Adept và GAMS được sử dụng rộng rãi để phân tích và tối ưu hóa vị trí cũng như dung lượng của các thiết bị bù. Các công nghệ mới như SVC và STATCOM (Static Synchronous Compensator) cho phép điều chỉnh công suất phản kháng một cách linh hoạt và nhanh chóng, giúp hệ thống điện hoạt động ổn định hơn. Nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng các công nghệ này không chỉ giúp cải thiện hệ số công suất mà còn nâng cao khả năng quản lý lưới điện trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nhu cầu điện năng ngày càng tăng.

4.1. Phần mềm PSS Adept

PSS/Adept là một phần mềm mạnh mẽ được sử dụng để mô phỏng và phân tích hệ thống điện. Phần mềm này cho phép người dùng thực hiện các tính toán phức tạp liên quan đến bù công suất phản kháng, giúp tối ưu hóa hiệu suất của lưới điện. Việc sử dụng PSS/Adept giúp giảm thiểu thời gian tính toán và nâng cao độ chính xác trong việc xác định vị trí và dung lượng của các thiết bị bù. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc đảm bảo hệ số công suất đạt yêu cầu trong bối cảnh lưới điện ngày càng phức tạp.

Nghiên cứu phương pháp đảm bảo hệ số công suất cho lưới điện trung thế với sự thay đổi phụ tải và điện mặt trời mái nhà