Nghiên Cứu Về Hệ Thống Điện Phân Phối Tại Khu Công Nghiệp Long Mỹ

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu điều kiện áp và công suất phản kháng trong lưới điện phân phối khi có sự tham gia của, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Lê Văn Trung
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Minh Khoa
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Về Hệ Thống Điện Phân Phối Tại Khu Công Nghiệp Long Mỹ
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Bình Định

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• Lý do chọn đề tài
• Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài
• Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH BÌNH ĐỊNH
• 1.1. QUY HOẠCH VÀ PHÁT TRIỂN ĐIỆN LỰC BÌNH ĐỊNH
• 1.1.1. Định hướng quy hoạch phát triển lưới điện
• 1.1.2. Quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội địa phương
• 1.2. LƯỚI ĐIỆN 110KV TỈNH BÌNH ĐỊNH
• 1.2.1. Trạm biến áp 110kV
• 1.2.2. Đường dây 110kV
• 1.2.3. Tiến độ thực hiện các TBA 110kV theo phê duyệt
• 1.2.4. Tiến độ thực hiện các nhà máy ĐMT, ĐG theo phê duyệt
• 1.2.5. Quy hoạch các TBA 110kV theo phê duyệt
• 1.3. LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP TỈNH BÌNH ĐỊNH
• 1.3.1. Tiến độ thực hiện xây dựng mới lưới điện 22kV tại các dự án đã phê duyệt, triển khai thi công năm 2022
• 1.3.2. Quy hoạch xây dựng lưới điện 22kV theo phê duyệt
• 1.4. LIÊN KẾT LƯỚI ĐIỆN VỚI CÁC TỈNH
• 1.4.1. Liên kết lưới điện với Quảng Ngãi
• 1.4.2. Liên kết lưới điện với Phú Yên
• 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
• 2.1. CÁC THIẾT BỊ BÙ CSPK
• 2.1.1. Tụ điện tĩnh
• 2.1.2. Máy bù đồng bộ
• 2.1.3. Các thiết bị FACTS
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP BÙ CSPK
• 2.2.1. Theo vị trí lắp tụ bù
• 2.2.2. Theo cách đóng cắt tụ bù
• 2.3. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HTĐ
• 2.3.1. Các phương pháp điều chỉnh điện áp
• 2.3.2. Các thiết bị điều chỉnh điện áp
• 2.3.3. Các loại điều chỉnh điện áp
• 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐMTMN ĐẾN THÔNG SỐ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KCN LONG MỸ
• 3.1. GIỚI THIỆU CÔNG CỤ MÔ PHỎNG
• 3.1.1. Các chức năng ứng dụng
• 3.1.2. Các phân hệ của PSS/ADEPT
• 3.1.3. Các cửa sổ ứng dụng của PSS/ADEPT
• 3.2. CÁC TIÊU CHUẨN NỐI LƯỚI ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐMT
• 3.2.1. Cân bằng pha
• 3.3. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG KHI CHƯA CÓ ĐMTMN
• 3.4. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG KHI CÓ ĐMTMN
• 3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KCN LONG MỸ
• 4.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VOLT-VAR
• 4.2. XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN VOLT-VAR CONTROL (VVC) TRONG HỆ TRỤC TỌA ĐỘ DQ0
• 4.2.1. Bộ điều khiển dòng
• 4.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.3.1. Điều khiển điện áp kết lưới Vpcc (chế độ tự vận hành)
• 4.3.2. Chế độ điều khiển từ xa
• 4.3.3. Chế độ điều khiển từ xa - iqref
• 4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Điện Phân Phối Tại KCN Long Mỹ

Hệ thống điện phân phối tại KCN Long Mỹ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng cho các hoạt động sản xuất và kinh doanh. Với sự phát triển nhanh chóng của khu công nghiệp, nhu cầu về điện ngày càng tăng cao. Việc nghiên cứu và cải thiện hệ thống điện phân phối là cần thiết để đảm bảo cung cấp điện ổn định và an toàn.

1.1. Tình Hình Hiện Tại Của Hệ Thống Điện Phân Phối

Hệ thống điện phân phối tại KCN Long Mỹ hiện đang hoạt động với nhiều trạm biến áp và đường dây 110kV. Tuy nhiên, một số thiết bị đã xuống cấp và cần được nâng cấp để đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng cao.

1.2. Vai Trò Của Năng Lượng Tái Tạo Trong Hệ Thống

Năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng điện mặt trời, đang được khuyến khích phát triển tại KCN Long Mỹ. Việc tích hợp năng lượng tái tạo vào hệ thống điện phân phối giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng cường tính bền vững.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Hệ Thống Điện Phân Phối

Hệ thống điện phân phối tại KCN Long Mỹ đang đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm sự gia tăng nhu cầu điện năng và sự không ổn định của nguồn cung. Những vấn đề này cần được giải quyết để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.

2.1. Tăng Trưởng Nhu Cầu Điện Năng

Sự phát triển của các doanh nghiệp trong KCN Long Mỹ dẫn đến nhu cầu điện năng tăng cao. Điều này đặt ra áp lực lớn lên hệ thống điện phân phối, yêu cầu phải có các giải pháp cải thiện.

2.2. Ảnh Hưởng Của Nguồn Năng Lượng Tái Tạo

Việc tích hợp năng lượng điện mặt trời vào hệ thống điện phân phối có thể gây ra sự biến động về điện áp và công suất phản kháng. Cần có các biện pháp điều chỉnh để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Hệ Thống Điện Phân Phối

Nghiên cứu về hệ thống điện phân phối tại KCN Long Mỹ được thực hiện thông qua các phương pháp lý thuyết và thực nghiệm. Các phương pháp này giúp đánh giá hiệu suất và đề xuất giải pháp cải thiện.

3.1. Phương Pháp Lý Thuyết

Nghiên cứu lý thuyết bao gồm việc phân tích các mô hình và tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Điều này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống điện phân phối.

3.2. Phương Pháp Thực Nghiệm

Thực nghiệm được thực hiện bằng cách thu thập dữ liệu từ hệ thống điện phân phối hiện tại. Các số liệu này sẽ được phân tích để đưa ra các giải pháp cải thiện hiệu suất.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu về hệ thống điện phân phối tại KCN Long Mỹ có thể được áp dụng vào thực tiễn quản lý và vận hành lưới điện. Những giải pháp đề xuất sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng điện và đảm bảo an toàn.

4.1. Cải Thiện Hiệu Suất Hệ Thống

Các giải pháp cải thiện hiệu suất hệ thống điện phân phối sẽ giúp giảm thiểu tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho các doanh nghiệp trong KCN.

4.2. Đảm Bảo An Toàn Điện Năng

Việc áp dụng các công nghệ mới và cải tiến quy trình vận hành sẽ giúp đảm bảo an toàn cho hệ thống điện phân phối, giảm thiểu rủi ro mất điện và sự cố.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Hệ Thống Điện Phân Phối

Nghiên cứu về hệ thống điện phân phối tại KCN Long Mỹ không chỉ giúp giải quyết các vấn đề hiện tại mà còn mở ra hướng đi mới cho sự phát triển bền vững trong tương lai. Cần tiếp tục đầu tư và cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao.

5.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng phát triển hệ thống điện phân phối tại KCN Long Mỹ, góp phần vào sự phát triển kinh tế địa phương.

5.2. Hướng Đi Tương Lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điện phân phối, đồng thời tích cực phát triển năng lượng tái tạo.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế công nghiệp tại tỉnh Bình Định kéo theo nhu cầu tiêu thụ điện năng gia tăng với tốc độ từ 7% đến 9% mỗi năm. Nhằm đáp ứng nhu cầu này và thúc đẩy quá trình chuyển dịch năng lượng xanh, hệ thống năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện mặt trời mái nhà tại các khu công nghiệp, đã được đầu tư mở rộng với tốc độ vượt bậc. Toàn tỉnh Bình Định hiện có hệ thống lưới điện 110kV gồm 15 trạm biến áp với 25 máy biến áp tổng dung lượng 889 MVA, cùng hơn 2.914,54 km đường dây 22kV chiếm 91,7% tổng khối lượng lưới điện trung áp. Tuy nhiên, việc đấu nối ồ ạt các hệ thống điện mặt trời phân tán vào lưới điện phân phối 22kV đặt ra những thách thức kỹ thuật lớn trong quản lý vận hành.

Vấn đề nghiên cứu cốt lõi nảy sinh từ tính chất bất định và phụ thuộc thời tiết của nguồn bức xạ mặt trời. Theo thống kê của Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia, công suất phát của các nguồn điện mặt trời có thể biến thiên từ 60% đến 80% chỉ trong khoảng thời gian ngắn từ 5 đến 10 phút. Hiện tượng này làm đảo chiều dòng công suất, gây dao động điện áp, làm tăng tổn thất điện năng và đe dọa trực tiếp đến độ tin cậy cung cấp điện. Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu, đánh giá toàn diện ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà đến các thông số vận hành và xây dựng giải pháp điều khiển điện áp kết hợp công suất phản kháng trên lưới điện phân phối 22kV thuộc Khu công nghiệp Long Mỹ, do Điện lực Phú Tài thuộc Công ty Điện lực Bình Định quản lý.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 4 xuất tuyến trung áp trọng điểm là 471, 472, 473 và 474 sau Trạm biến áp 110kV Long Mỹ có quy mô công suất 65 MVA (gồm 2 máy biến áp 25 MVA và 40 MVA). Nghiên cứu giải quyết bài toán kỹ thuật cấp thiết nhằm duy trì biên độ điện áp nút trong giới hạn cho phép theo Thông tư 39/2015/TT-BCT, đồng thời tối ưu hóa chế độ truyền tải và nâng cao hệ số công suất toàn hệ thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn xây dựng trên nền tảng lý thuyết phân tích trào lưu công suất trong lưới điện phân phối và lý thuyết điều khiển tự động hệ thống điện hiện đại. Trọng tâm nghiên cứu là kỹ thuật điều khiển Volt-Var Control dựa trên biến tần thông minh kết nối nguồn năng lượng tái tạo, phối hợp cùng lý thuyết các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt như thiết bị bù tĩnh, bộ bù đồng bộ tĩnh và máy biến áp điều áp dưới tải.

Ba khái niệm lý thuyết nền tảng được ứng dụng xuyên suốt bao gồm:

• Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng tách kênh trên hệ trục tọa độ quay dq0 thông qua biến đổi Park, cho phép điều khiển độc lập dòng điện trục d để ổn định điện áp một chiều DC-link và dòng điện trục q để điều chỉnh điện áp tại điểm đấu nối chung.
• Nguyên lý bù công suất phản kháng đối ứng và bù phân tán nhằm giảm sụt áp, giảm dòng điện phản kháng trên đường dây dẫn và triệt tiêu thành phần tổn thất công suất tác dụng tỷ lệ với bình phương dòng điện.
• Tiêu chuẩn kỹ thuật vận hành lưới điện phân phối quy định tại Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương về dải tần số làm việc cho phép từ 49,5 Hz đến 50,5 Hz, giới hạn độ lệch điện áp ổn định trong phạm vi ±5% so với điện áp danh định 22kV và các quy chuẩn nghiêm ngặt về độ méo sóng hài cùng mức nhấp nháy điện áp.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp thu thập dữ liệu thực tế tại hiện trường và mô phỏng số học nâng cao. Dữ liệu đầu vào bao gồm thông số kỹ thuật chi tiết của 4 tuyến dây 22kV, thông số máy biến áp 110/22kV Long Mỹ, biểu đồ phụ tải công nghiệp điển hình và đồ thị công suất phát thực tế theo ngày của các dự án điện mặt trời mái nhà tiêu biểu như Nhà máy Nhật Kiên và Nhà máy Phương Đông.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao trùm toàn bộ lưới điện trung áp Khu công nghiệp Long Mỹ với hơn 20 nút tải và nút nguồn phân tán trên 4 xuất tuyến trung áp. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu định đoạn theo đặc thù phụ tải công nghiệp tập trung có mật độ lắp đặt nguồn điện mặt trời áp mái cao nhất trên địa bàn tỉnh Bình Định.

Công cụ mô phỏng được lựa chọn gồm 2 nền tảng phần mềm chuyên dụng:

• Phần mềm PSS/ADEPT phiên bản 5.0 của hãng Shaw Power Technologies: Được ứng dụng để giải bài toán phân bố trào lưu công suất xác lập, phân tích ngắn mạch đa dạng và tối ưu hóa vị trí lắp đặt tụ bù. Lý do chọn PSS/ADEPT là khả năng mô hình hóa lưới phân phối trực quan, xử lý cấu trúc mạng vòng hở linh hoạt và tính toán chính xác trên lưới có số lượng nút không giới hạn.
• Môi trường Matlab/Simulink: Được sử dụng để thiết kế chi tiết thuật toán điều khiển Volt-Var thời gian thực trong hệ trục tọa độ dq0 với các vòng lặp điều khiển tỷ lệ tích phân kép, kiểm tra phản ứng quá độ của biến tần khi công suất bức xạ quang điện sụt giảm đột ngột.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng và phân tích dữ liệu vận hành thực tế đã chỉ ra 4 phát hiện kỹ thuật cốt lõi:

Thứ nhất, sự tham gia của nguồn điện mặt trời mái nhà gây ra hiện tượng quá điện áp cục bộ tại các nút cuối nguồn trong khung giờ phát đỉnh từ 11 giờ 00 đến 13 giờ 00. Khi chưa có nguồn điện mặt trời, điện áp tại các nút xa nguồn trên xuất tuyến 471 và 472 thường suy giảm xuống mức 0,94 đến 0,96 đơn vị tương đối. Tuy nhiên, khi các nhà máy điện mặt trời phát công suất cực đại vào thời điểm phụ tải công nghiệp giảm nhẹ, điện áp tại nút đấu nối tăng vọt lên trên 1,06 đơn vị tương đối (vượt ngưỡng cho phép 23,1 kV trên cấp điện áp 22kV).

Thứ hai, hiện tượng đổi chiều trào lưu công suất xuất hiện rõ rệt trên các xuất tuyến trung áp. Tại xuất tuyến 471 và 474, lượng công suất tác dụng dư thừa từ các hệ thống áp mái chảy ngược về thanh cái 22kV của Trạm biến áp 110kV Long Mỹ, làm suy giảm hệ số công suất của lưới xuống dưới 0,82 tại một số thời điểm do thiếu hụt nguồn cung cấp công suất phản kháng tại chỗ.

Thứ ba, thuật toán điều khiển Volt-Var trên hệ trục dq0 đã chứng minh hiệu quả vượt trội trong việc kiểm soát điện áp điểm đấu nối chung. Khi cài đặt bộ điều khiển dòng trục q tự động thay đổi giá trị theo độ lệch điện áp lưới, biến tần quang điện có khả năng chuyển đổi tức thời sang chế độ hấp thụ công suất phản kháng khi điện áp tăng cao và phát công suất phản kháng khi xảy ra sụt áp. Biên độ dao động điện áp tại điểm đấu nối được giữ ổn định trong dải an toàn từ 0,98 đến 1,01 đơn vị tương đối.

Thứ tư, hiệu quả giảm tổn thất công suất rõ rệt. Khi ứng dụng giải thuật điều khiển công suất phản kháng tối ưu, tổng tổn thất công suất tác dụng trên toàn bộ 4 xuất tuyến trung áp Khu công nghiệp Long Mỹ giảm khoảng 18,5% so với chế độ vận hành không có điều khiển, đồng thời cải thiện độ dự trữ ổn định điện áp trên toàn tuyến dây.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản của hiện tượng nâng điện áp nút bắt nguồn từ cấu trúc lưới điện phân phối có tỷ số điện trở trên điện kháng tương đối lớn, khiến dòng công suất tác dụng phát ngược từ nguồn phân tán tác động trực tiếp làm gia tăng điện áp giáng trên đường dây theo chiều ngược lại. So với các giải pháp truyền thống như đóng cắt cơ học các bộ tụ bù tĩnh hoặc chuyển nấc phân áp dưới tải của máy biến áp, phương pháp điều khiển Volt-Var thông qua biến tần quang điện phản ứng tức thời trong vòng vài mili giây mà không gây hao mòn thiết bị cơ khí.

Dữ liệu mô phỏng trào lưu công suất và biến thiên điện áp có thể được trình bày một cách tường minh thông qua bảng so sánh độ lệch điện áp giữa các kịch bản trước và sau bù, kết hợp với đồ thị biến thiên điện áp 24 giờ trên từng nút theo dõi. Các đồ thị dạng sóng trong không gian trạng thái dq0 chứng minh rằng dòng điện id bám sát giá trị đặt công suất tác dụng trong khi dòng điện iq điều chỉnh linh hoạt theo tín hiệu điện áp phản hồi, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng quá áp mà không cần cắt giảm công suất phát của các tấm pin mặt trời.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối có tỷ trọng năng lượng tái tạo cao, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể:

Thứ nhất, nâng cấp và tích hợp chức năng điều khiển Volt-Var tự động trên toàn bộ các bộ biến tần của hệ thống điện mặt trời mái nhà có công suất từ 100 kWp trở lên tại Khu công nghiệp Long Mỹ. Đơn vị thực hiện là các doanh nghiệp sở hữu nguồn điện mặt trời phối hợp cùng Điện lực Phú Tài, với mục tiêu kiểm soát độ lệch điện áp nút đấu nối trong dải ±2% và hoàn thành trong vòng 6 tháng.

Thứ hai, tái cấu trúc và tối ưu hóa hệ thống bù công suất phản kháng trung áp trên 4 xuất tuyến 471, 472, 473 và 474. Tiến hành thay thế các cụm tụ bù cố định bằng các giàn tụ bù tự động điều khiển theo độ lệch điện áp và hệ số công suất tức thời, hướng tới mục tiêu duy trì hệ số công suất toàn trạm trên 0,95 và giảm tổn thất kỹ thuật từ 12% đến 15%, thực hiện bởi Công ty Điện lực Bình Định trong lộ trình 12 tháng.

Thứ ba, xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển tự động hóa lưới phân phối tích hợp dữ liệu đo đếm thời gian thực từ các điểm đấu nối quang điện về trung tâm điều độ. Mục tiêu là thiết lập chu kỳ thu thập dữ liệu dưới 2 giây để tự động tính toán trào lưu công suất tối ưu, giao cho Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Trung và Công ty Điện lực Bình Định triển khai trong giai đoạn 2023 - 2024.

Thứ tư, hoàn thiện khung quy chuẩn kỹ thuật đấu nối nội bộ cho các khu công nghiệp trên địa bàn tỉnh. Ban hành hướng dẫn bắt buộc về khả năng hỗ trợ công suất phản kháng bốn phần tư của biến tần nối lưới theo tinh thần Thông tư 39/2015/TT-BCT, do Sở Công Thương tỉnh Bình Định chủ trì phê duyệt trong quý tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn và học thuật cao, là tài liệu tham khảo hữu ích cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Đội ngũ kỹ sư quản lý và điều độ hệ thống điện phân phối: Sử dụng tài liệu làm cơ sở phương pháp luận để phân tích trào lưu công suất, phát hiện các điểm nút có nguy cơ quá áp hoặc nghẽn mạch khi tỷ lệ thâm nhập của nguồn phân tán vượt quá 30% công suất phụ tải.
• Các đơn vị tư vấn thiết kế và doanh nghiệp đầu tư năng lượng tái tạo: Áp dụng trực tiếp cấu trúc điều khiển biến tần trong hệ trục tọa độ dq0 để cấu hình thiết bị hòa lưới, đảm bảo hệ thống đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn kỹ thuật nối lưới quốc gia mà không bị giới hạn công suất phát.
• Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật điện: Khai thác quy trình phối hợp công cụ mô phỏng giữa PSS/ADEPT và Matlab/Simulink như một mô hình mẫu phục vụ nghiên cứu các bài toán tối ưu hóa điều khiển điện áp và công suất phản kháng trên lưới điện thông minh.
• Ban quản lý các khu công nghiệp và cơ quan hoạch định chính sách năng lượng: Tham khảo mô hình phân bổ nguồn phát và quy hoạch lưới điện hạ tầng 22kV đồng bộ, hướng tới xây dựng các khu công nghiệp sinh thái tự cân bằng năng lượng bền vững.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nguồn điện mặt trời mái nhà công suất lớn lại gây ra hiện tượng quá áp trên lưới điện 22kV? Khi bức xạ mặt trời đạt cực đại, công suất tác dụng phát ra vượt quá nhu cầu tiêu thụ tại chỗ của nhà xưởng, tạo ra dòng công suất chảy ngược về trạm biến áp nguồn. Do đặc tính trở kháng đường dây trung áp, dòng công suất ngược này làm đảo chiều độ sụt áp, khiến điện áp tại các nút đấu nối cuối tuyến tăng cao vượt quá giới hạn an toàn 5% theo quy định kỹ thuật.

Thuật toán Volt-Var Control trong hệ trục tọa độ dq0 mang lại lợi ích gì so với các phương pháp bù truyền thống? Thuật toán dựa trên biến đổi Park cho phép phân tách và điều khiển hoàn toàn độc lập công suất tác dụng qua trục d và công suất phản kháng qua trục q. Nhờ vậy, biến tần có thể phản ứng bù hoặc hút công suất phản kháng chỉ trong vài chu kỳ sóng điện áp, khắc phục triệt để độ trễ lớn và hiện tượng hao mòn cơ khí của các thiết bị đóng cắt tụ bù cơ điện truyền thống.

Phần mềm PSS/ADEPT đóng vai trò gì trong quá trình giải quyết bài toán của luận văn? Phần mềm PSS/ADEPT 5.0 được sử dụng để xây dựng sơ đồ mạng điện thực tế không giới hạn số nút của 4 xuất tuyến Khu công nghiệp Long Mỹ, giải quyết bài toán phân bố trào lưu công suất xác lập, tính toán phân bố điện áp nút và đánh giá tổn thất truyền tải trên từng phân đoạn đường dây với độ chính xác cao.

Quy định nào của pháp luật hiện hành điều chỉnh các tiêu chuẩn nối lưới của điện mặt trời phân tán? Thông tư số 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương là văn bản pháp lý chủ đạo quy định quy chuẩn kỹ thuật hệ thống điện phân phối, bao gồm yêu cầu dải tần số duy trì vận hành, giới hạn độ lệch điện áp ổn định trong ngưỡng ±5%, mức giới hạn tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện và điện áp tại điểm đấu nối chung.

Làm thế nào để giảm thiểu tổn thất điện năng khi nguồn điện mặt trời dao động liên tục từ 60% đến 80%? Giải pháp hiệu quả nhất là kết hợp thuật toán điều khiển biến tần thông minh tự động đáp ứng công suất phản kháng tức thời theo điện áp nút với việc phân bố lại các nấc điều áp dưới tải tại trạm biến áp 110kV Long Mỹ, giúp hệ số công suất luôn duy trì trên 0,95 và triệt tiêu thành phần dòng phản kháng chạy trên đường dây.

Kết luận

• Luận văn đã hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý luận về bài toán điều chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối có sự tham gia của nguồn điện mặt trời mái nhà.
• Đánh giá chi tiết hiện trạng kỹ thuật lưới điện 110kV và 22kV tỉnh Bình Định, chỉ ra các điểm nghẽn vận hành và nguy cơ quá áp trên 4 xuất tuyến trung áp trọng điểm tại Khu công nghiệp Long Mỹ.
• Ứng dụng thành công phần mềm PSS/ADEPT và Matlab/Simulink để mô phỏng chính xác các kịch bản trào lưu công suất và đáp ứng quá độ của hệ thống điện khi bức xạ mặt trời thay đổi đột ngột.
• Xây dựng hoàn chỉnh giải thuật điều khiển Volt-Var tách kênh trên hệ trục dq0, chứng minh khả năng ghìm giữ điện áp nút trong giới hạn an toàn và giảm hơn 18% tổn thất công suất tác dụng trên đường dây.
• Đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật mang tính thực tiễn cao, hỗ trợ đắc lực cho các đơn vị quản lý vận hành lưới điện trong công tác tích hợp năng lượng tái tạo.

Kế hoạch phát triển tiếp theo của nghiên cứu là thử nghiệm thuật toán trên phần cứng điều khiển thực tế và mở rộng tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng pin trong giai đoạn 12 tháng tới. Quý độc giả, kỹ sư và các nhà nghiên cứu quan tâm vui lòng liên hệ và khai thác toàn văn công trình nghiên cứu để cùng thúc đẩy các giải pháp kỹ thuật số hóa và hiện đại hóa lưới điện phân phối thông minh!

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài. Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài. Mục đ ch và nhiệm vụ nghiên cứu.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu. 3 CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH BÌNH ĐỊNH. QUY HOẠCH VÀ PHÁT TRIỂN ĐIỆN LỰC BÌNH ĐỊNH.

Định hƣớng quy hoạch phát triển lƣới điện. Quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội địa phƣơng. LƢỚI ĐIỆN 110KV TỈNH BÌNH ĐỊNH. Trạm biến áp 110kV.

Đƣờng dây 110kV. Tiến độ thực hiện các TBA 110kV theo phê duyệt. Tiến độ thực hiện các nhà máy ĐMT, ĐG theo phê duyệt. Quy hoạch các TBA 110kV theo phê duyệt.

LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP TỈNH BÌNH ĐỊNH. Tiến độ thực hiện xây dựng mới lƣới điện 22kV tại các dự án đã phê duyệt, triển khai thi công năm 2022. Quy hoạch xây dựng lƣới điện 22kV theo phê duyệt. LIÊN KẾT LƢỚI ĐIỆN VỚI CÁC TỈNH.

Liên kết lƣới điện với Quảng Ngãi. Liên kết lƣới điện với Phú Yên. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1. 14 CHƢƠNG 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.

CÁC THIẾT BỊ BÙ CSPK. Tụ điện tĩnh. Máy bù đồng bộ. Các thiết bị FACTS.

PHƢƠNG PHÁP BÙ CSPK. Theo vị trí lắp tụ bù. Theo cách đóng cắt tụ bù. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HTĐ.

Các phƣơng pháp điều chỉnh điện áp. Các thiết bị điều chỉnh điện áp. Các loại điều chỉnh điện áp. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2.

35 CHƢƠNG 3 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA ĐMTMN ĐẾN THÔNG SỐ VẬN HÀNH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KCN LONG MỸ. GIỚI THIỆU CÔNG CỤ MÔ PHỎNG. Các chức năng ứng dụng. Các phân hệ của PSS/ADEPT.

Các cửa sổ ứng dụng của PSS/ADEPT. CÁC TIÊU CHUẨN NỐI LƢỚI ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐMT. Cân bằng pha. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC BÌNH THƢỜNG KHI CHƢA CÓ ĐMTMN.

CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC BÌNH THƢỜNG KHI CÓ ĐMTMN. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3. 56 CHƢƠNG 4 ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KCN LONG MỸ. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VOLT-VAR.

XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN VOLT-VAR CONTROL (VVC) TRONG HỆ TRỤC TỌA ĐỘ DQ0. Bộ điều khiển dòng. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG. Điều khiển điện áp kết lƣới Vpcc (chế độ tự vận hành).

Chế độ điều khiển từ xa. Chế độ điều khiển từ xa - iqref. KẾT LUẬN CHƢƠNG 4. 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

76 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 77 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT HTĐ Hệ thống điện LĐPP Lƣới điện phân phối MBA Máy biến áp CLĐN Chất lƣợng điện năng TBA Trạm biến áp CSPK Công suất phản kháng CSTD Công suất tác dụng ĐMT Điện mặt trời ĐMTMN Điện mặt trời mái nhà NLTT Năng lƣợng tái tạo CCN Cụm công nghiệp KCN Khu công nghiệp ĐG Điện gió TTCS Tổn thất công suất PĐ Phân đoạn MC Máy cắt DCL Dao cách ly VVC Điều khiển Volt-Var EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam MPPT Bám điểm công suất cực đại CLĐA Chất lƣợng điện áp vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1. Khối lƣợng lƣới truyền tải dự kiến xây dựng theo từng giai đoạn. Tiến độ thực hiện các nhà máy ĐMT, ĐG theo phê duyệt.

Quy hoạch các TBA 110kV theo phê duyệt. Quy hoạch xây dựng lƣới điện 22kV theo phê duyệt. Qui định về dải tần số theo TT 39/2015/TT-BCT. Qui định về sóng hài điện áp đối với lƣới điện trung áp.

Qui định về sóng hài dòng điện đối với lƣới điện trung áp. Qui định về mức nhấp nháy điện áp đối với lƣới điện trung áp. Trào lƣu và TTCS trên lƣới điện trung áp KCN Long Mỹ. Điện áp các nút trên các xuất tuyến trung áp KCN Long Mỹ.

Công suất đặt ĐMTMN đấu nối vào lƣới điện KCN Long Mỹ. Trào lƣu và TTCS trên lƣới điện trung áp KCN Long Mỹ. Điện áp các nút trên các xuất tuyến trung áp KCN Long Mỹ. Giá trị PI bộ điều khiển dòng (current controller).

Giá trị PI trong bộ điều khiển áp Vdc. Giá trị PI trong bộ điều khiển áp Vpcc. 68 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2. Sơ đồ cấu trúc của SSSC.

Sơ đồ cấu trúc của TCSC. Sơ đồ cấu trúc UPFC. Sơ đồ cấu trúc của SVC. Sơ đồ cấu trúc của STATCOM.

Sơ đồ thể hiện vị trí lắp bù. Biểu đồ biến thiên điện áp. Bố trí thiết bị bù. Nút khởi tạo phần mềm PSS/ADEPT.

Cửa sổ View trong PSS/ADEPT. Các thanh chức năng ch nh trong PSS/ADEPT. Hệ thống ĐMT hòa lƣới. Đặc t nh vƣợt qua lỗi sụt áp ngắn hạn.

Trào lƣu công suất XT 471/Long Mỹ khi chƣa có ĐMTMN. Trào lƣu công suất XT 472/Long Mỹ khi chƣa có ĐMTMN. Trào lƣu công suất XT 473/Long Mỹ khi chƣa có ĐMTMN. Trào lƣu công suất XT 474/Long Mỹ khi chƣa có ĐMTMN.

Biểu đồ công suất phát ngày điển hình ĐMTMN Nhật Kiên. Biểu đồ công suất phát ngày điển hình ĐMTMN Phƣơng Đông. Công suất phát khi ảnh hƣởng thời tiết của ĐMT Nhật Kiên. Công suất phát khi ảnh hƣởng thời tiết của ĐMT Phƣơng Đông.

Trào lƣu công suất XT 471/Long Mỹ khi có ĐMTMN. Trào lƣu công suất XT 472/Long Mỹ khi có ĐMTMN. Trào lƣu công suất XT 473/Long Mỹ khi có ĐMTMN. Trào lƣu công suất XT 474/Long Mỹ khi có ĐMTMN.

Tam giác công suất. Sơ đồ điều khiển VVC tức thời. Véctơ quay trong hệ dq0. Lƣu đồ trong matlab của công thức (4.

Lƣu đồ matlab công thức (4. Giá trị id và giá trị đặt idref khi kp = 0. Lƣu đồ điều khiển idref. Điện áp trên tụ DC-link.

Lƣu đồ điều khiển iref bằng Vpcc. Điện áp kết lƣới Vpcc. Dòng điện trục q iqref. Đặc tuyến Volt-Var.

Lƣu đồ điều khiển khi có Qref. Giá trị CSPK Qref = 0. Dòng điện trục q khi Qref = 0. Điện áp kết lƣới khi Qref = 0.

Dòng điện trục q khi Qref = -0. Điện áp kết lƣới Vpcc khi Qref = -0. Dòng điện trục q khi iqref = 0. Điện áp kết lƣới Vpcc.

Lý do chọn đề tài Ngày nay cùng với sự phát triển của nền công nghiệp và các loại hình kinh doanh dịch vụ đã làm cho đất nƣớc ta ngày càng phát triển. Đi đôi với sự hiện đại hóa của đất nƣớc thì nhu cầu sử dụng năng lƣợng cũng đã tăng lên đáng kể. Vấn đề đặt ra là phát triển và sử dụng nguồn năng lƣợng sao cho phù hợp mà không ảnh hƣởng tới môi trƣờng và cảnh quang thiên nhiên. Nhƣ chúng ta đã biết các nguồn năng lƣợng hóa thạch nhƣ than đá, dầu mỏ, kh đốt ngày càng cạn kiệt, gây ô nhiễm môi trƣờng và là nguyên nhân gây của hiệu ứng nhà k nh.

Để giảm những vấn đề trên ta phải tìm nguồn năng lƣợng tái tạo (NLTT), năng lƣợng sạch để thay thế một cách hiệu quả, giảm nhẹ tác động của việc sử dụng năng lƣợng đến tình hình kinh tế, an ninh chính trị quốc gia và môi trƣờng tự nhiên. Nhận thấy đƣợc tầm quan trọng của vấn đề sử dụng năng lƣợng bền vững để phát triển, Đảng và Nhà nƣớc ta đã có các ch nh sách sử dụng hiệu quả nguồn năng lƣợng tái sinh, trong đó có năng lƣợng điện mặt trời, điện gió. Năng lƣợng điện mặt trời, điện gió là nguồn năng lƣợng tự nhiên dồi dào và phong phú, đƣợc ƣu tiên đầu tƣ và phát triển ở Việt Nam. Nhiều dự án công trình đã đƣợc khởi công và xây dựng với quy mô vừa và nhỏ, trong đó các hệ thống ĐMT lắp đặt trên các mái nhà xƣởng, đặc biệt tại các khu công nghiệp góp phần không nhỏ đến nguồn NLTT của cả nƣớc.

Nhƣng với các nguồn năng nƣợng phân tán làm thay đổi không nhỏ đến điện áp và luồng CSPK trên lƣới điện phân phối (LĐPP). Năng lƣợng điện điện mặt trời, điện gió là nguồn năng lƣợng sạch và có tiềm năng rất lớn. Ngày nay công nghệ điện gió đã phát triển mạnh và có sự cạnh tranh lớn, với tốc độ phát triển nhƣ hiện nay thì không bao lâu nữa năng lƣợng điện mặt trời, điện 2 gió sẽ chiếm tỷ trọng lớn trong thị trƣờng năng lƣợng của Việt Nam và thế giới. Với khả năng ứng dụng thực tế nhƣ trên, tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu điều khiển điện áp và công suất phản kháng (CSPK) trong LĐPP khi có sự tham gia của điện mặt trời mái nhà tại KCN Long Mỹ” để làm đề tài nghiên cứu cho luận văn thạc sĩ của mình.

Hƣớng đến tính ứng dụng, kết quả đầu ra của đề tài sẽ đƣợc áp dụng nhiều vào thực tế quản lý vận hành lƣới điện trung áp hiện nay. 2 Tổng qu n t nh h nh nghiên u đề t i Nghiên cứu điều khiển điện áp, CSPK trong hệ thống điện (HTĐ) khi có ảnh hƣởng của ĐMTMN bằng phƣơng pháp thực nghiệm đƣợc quan tâm nhiều vì sự phát triển của năng lƣợng điện mặt trời ngày càng đƣợc quan tâm và đầu tƣ mở rộng. Với thực trạng lƣới điện tại khu công nghiệp Long Mỹ thuộc quản lý vận hành của Điện lực Phú Tài, Công ty Điện lực Bình Định để nghiên cứu điều khiển điện áp, CSPK khi có ảnh hƣởng của ĐMTMN tại KCN Long Mỹ là một phƣơng pháp thực dụng hữu hiệu và đạt đƣợc kết quả cao nhất. Mụ đ h v nhiệm vụ nghiên u Dựa trên tính ứng dụng thực tế cũng nhƣ phần tổng quan về tình hình nghiên cứu đã đƣợc trình bày nhƣ trên, tác giả nghiên cứu đề tài này hƣớng đến mục đ ch và nhiệm vụ nghiên cứu nhƣ sau: - Giới thiệu tổng quan về LĐPP tỉnh Bình Định.

- Đánh giá ảnh hƣởng của hệ thống ĐMTMN đến thông số vận hành lƣới điện KCN Long Mỹ. - Nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển Volt-Var. 4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên c u - Đối tƣợng nghiên cứu: LĐPP tại KCN Long Mỹ. 3 - Phạm vi nghiên cứu: Xem xét ảnh hƣởng của ĐMTMN đối với chế độ vận hành của điện áp và CSPK trong lƣới điện tại KCN Long Mỹ.

Trong đó sẽ tập trung nghiên cứu điều chỉnh điện áp, CSPK đảm bảo hệ thống vận hành lƣới điện một cách an toàn và tin cậy. 5 Phƣơng pháp nghiên u Phƣơng pháp đƣợc áp dụng để nghiên cứu nhằm hoàn thành mục đ ch của đề tài đã đặt ra sẽ bao gồm: + Nghiên cứu lý thuyết. + Nghiên cứu thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết Tổng hợp các cơ sở lý luận về lý thuyết, xây dựng phƣơng pháp, mô hình nghiên cứu để triển khai thực hiện đề tài.

Nghiên cứu thực nghiệm Tiến hành làm thực nghiệm bằng cách khảo sát đo đạc từ các số liệu thực tế vận hành trên lƣới điện KCN Long Mỹ.