Nghiên cứu sóng hài khi đấu nối nhà máy NLTT trên lưới điện 110kV tỉnh Tây Ninh

Phân tích sóng hài từ các nhà máy năng lượng tái tạo đấu nối lưới điện 110kV Tây Ninh. Đánh giá ảnh hưởng và đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng điện.

• Tác giả: Nguyễn Trọng Tam
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Quốc Việt
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM, Trường Đại học Bách khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu vấn đề sóng hài khi đấu nối các nhà máy năng lượng tái tạo trên lưới điện 110kV tỉnh Tây Ninh
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về sóng hài và năng lượng tái tạo trên lưới điện 110kV Tây Ninh

Sóng hài năng lượng tái tạo là vấn đề quan trọng trong hệ thống điện hiện đại. Tỉnh Tây Ninh đang phát triển mạnh mẽ các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió. Tuy nhiên, các nhà máy này sử dụng thiết bị điện tử công suất và bộ biến đổi công suất gây ra sóng hài phát lên lưới điện. Sóng hài làm giảm chất lượng điện năng, ảnh hưởng đến ổn định hệ thống, các thiết bị đo đếm và vận hành lưới điện 110kV. Việc nghiên cứu vấn đề sóng hài trên lưới điện Tây Ninh là cần thiết để kiểm soát và hạn chế các tác động tiêu cực. Đây là một trong những thách thức lớn khi đấu nối các nguồn năng lượng tái tạo vào hệ thống điện khu vực.

1.1. Định nghĩa sóng hài trong hệ thống điện

Sóng hài là các thành phần tần số cao xuất hiện trên sóng điện áp và dòng điện. Chúng được tạo ra bởi thiết bị phi tuyến như bộ chỉnh lưu, biến tần từ các nhà máy năng lượng tái tạo. Sóng hài bậc cao làm méo dạng sóng điện, gây cộng hưởng trong hệ thống, làm hỏng thiết bị và tăng tổn hao năng lượng. Việc hiểu rõ bản chất sóng hài giúp phát hiện và khắc phục tình trạng này hiệu quả hơn.

1.2. Đặc điểm phát triển năng lượng tái tạo ở Tây Ninh

Tây Ninh có điều kiện địa lý thuận lợi để phát triển điện mặt trời và điện gió. Các nhà máy năng lượng tái tạo được đấu nối trực tiếp vào lưới điện 110kV, tạo ra nguồn sóng hài đáng kể. Sự gia tăng số lượng và công suất của các nguồn NLTT dẫn đến tăng mức sóng hài trên hệ thống. Đây là lý do cần đánh giá tác động và xây dựng giải pháp để cải thiện chất lượng điện năng.

II. Cơ sở lý thuyết và tiêu chuẩn sóng hài

Tiêu chuẩn quốc tế và quy định của Việt Nam đặt ra các giới hạn cho nồng độ sóng hài trong hệ thống điện. Các chuẩn IEC 61000 và TCVN là những tiêu chuẩn chính quy định mức sóng hài cho phép. Luận văn thạc sĩ của Nguyễn Trọng Tam tại Đại học Bách Khoa TP.HCM đã phân tích lý thuyết sóng hài dựa trên các tiêu chuẩn này. Hệ số méo dạng (THD - Total Harmonic Distortion) là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng. Việc nắm vững cơ sở lý thuyết giúp xây dựng mô hình chính xác để phân tích sóng hài trên lưới điện 110kV Tây Ninh.

2.1. Tiêu chuẩn quốc tế về sóng hài

Tiêu chuẩn IEC 61000-3-6 quy định giới hạn sóng hài cho các phòng máy kết nối vào lưới điện áp cao. Hệ số méo dạng THD không được vượt quá 5% đối với lưới 110kV. Các sóng hài lẻ như 3, 5, 7, 9 có ảnh hưởng lớn nhất. Việc tuân thủ tiêu chuẩn là bắt buộc khi đấu nối nguồn NLTT vào hệ thống điện.

2.2. Quy định Việt Nam về chất lượng điện năng

Quy định Việt Nam (dựa trên TCVN) yêu cầu nồng độ sóng hài tổng không vượt 8% trên lưới phân phối. Đối với lưới 110kV, giới hạn chặt hơn để đảm bảo ổn định hệ thống. Các nhà máy năng lượng tái tạo phải tuân thủ quy định này trước khi được cấp phép đấu nối. Giám sát chất lượng điện thường xuyên là cần thiết.

III. Phương pháp nghiên cứu sóng hài trên lưới điện 110kV Tây Ninh

Luận văn đã sử dụng phần mềm DIgSILENT PowerFactory để mô phỏng và phân tích sóng hài từ các nguồn năng lượng tái tạo. Thu thập dữ liệu thực tế tối thiểu 28 ngày liên tục 24/7 tại các điểm đấu nối của các nhà máy NLTT khu vực Tây Ninh. Các nút 220kV liên quan cũng được giám sát để đánh giá ảnh hưởng toàn diện. Xây dựng mô hình mô phỏng dựa trên dữ liệu thực địa giúp phán đoán chính xác về chất lượng điện trên hệ thống. Phương pháp này cho phép nhận diện nguồn sóng hài chính và độ lớn của chúng.

3.1. Công cụ mô phỏng DIgSILENT PowerFactory

DIgSILENT PowerFactory là phần mềm chuyên dụng để phân tích lưới điện và sóng hài. Phần mềm cung cấp mô hình hóa chi tiết các thành phần hệ thống điện. Khả năng mô phỏng các kịch bản khác nhau giúp đánh giá ảnh hưởng của các nguồn NLTT trên chất lượng điện. Tính năng phân tích Fourier cho phép xác định các bậc sóng hài cụ thể.

3.2. Thu thập và xử lý dữ liệu thực tế

Dữ liệu 28 ngày liên tục được thu thập tại các điểm đấu nối các nhà máy NLTT. Các thiết bị đo lường chuyên dụng ghi nhận dòng điện, điện áp với độ chính xác cao. Dữ liệu được xử lý để loại bỏ nhiễu, chuẩn hóa và nhập vào mô hình mô phỏng. Quá trình này đảm bảo độ chính xác của kết quả phân tích sóng hài.

IV. Giải pháp hạn chế sóng hài và nâng cao chất lượng điện năng

Giải pháp hạn chế sóng hài bao gồm cải tiến thiết bị, lắp đặt bộ lọc sóng hài và điều chỉnh vận hành hệ thống. Bộ lọc động (Active Power Filter) là giải pháp hiện đại giúp triệt tiêu sóng hài thực thời. Tăng cường chất lượng thiết bị từ các nhà máy NLTT, sử dụng bộ chỉnh lưu nhiều xung giảm sóng hài phát sinh. Điều chỉnh các thông số của bộ biến đổi công suất cũng giúp tối ưu hóa sóng hài. Lắp đặt tụ điều phối (Shunt Capacitor) và thanh cảm ứng (Reactor) để giảm cộng hưởng. Việc áp dụng các giải pháp này sẽ cải thiện đáng kể chất lượng điện năng trên lưới điện 110kV Tây Ninh.

4.1. Bộ lọc sóng hài và thiết bị bù điện năng phản kháng

Bộ lọc sóng hài thụ động (LC Filter) được thiết kế để điều chỉnh tần số cộng hưởng của hệ thống. Bộ lọc động sử dụng bộ điều khiển điện tử để sinh ra sóng ngược pha triệt tiêu sóng hài. Tụ bù giúp giảm sóng hài lẻ bậc ba. Thanh cảm ứng ngăn cản dòng sóng hài chảy vào lưới chính. Kết hợp các thiết bị này nâng cao hiệu quả hạn chế sóng hài.

4.2. Quản lý vận hành và giám sát chất lượng điện thường xuyên

Hệ thống giám sát thực thời (SCADA) theo dõi nồng độ sóng hài liên tục. Nhân viên vận hành có thể điều chỉnh các thông số của bộ biến đổi NLTT để tối ưu hóa sóng hài. Lập kế hoạch bảo dưỡng định kỳ đảm bảo hoạt động tối ưu của các thiết bị chống sóng hài. Báo cáo chất lượng điện định kỳ giúp phát hiện sớm các vấn đề sóng hài.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI. Với tình hình phát triển các nguồn điện NLTT trong thời gian qua và định hướng phát triển trong thời gian tới (đến năm 2030, định hướng đến năm 2050). Với sự phát triển các nguồn điện NLTT bao gồm Điện mặt trời (Điện mặt trời, Điện mặt trời mái nhà), Điện gió đã phần nào đáp ứng cung cầu về cung cấp điện ngày càng cao trong sự phát triển chung của xã hội, một phần phát triển nguồn năng lượng xanh hướng tới tiếp cận mục tiêu net zero đến năm 2050 đã được nêu tại Hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc năm 2021 - COP26.

Do tính chất nguồn điện NLTT phụ thuộc vào thời tiết, khung giờ trong ngày/ mùa nên gây ra các thách thức trong vận hành, trong đó vấn đề đảm bảo chất lượng điện năng mà trọng tâm là đảm bảo sóng hài khi đấu nối các NMĐ gió, mặt trời vào lưới điện 110kV cần phải xem xét, đánh giá và có các giải pháp khắc phục. Do đó, việc nghiên cứu vấn đề sóng hài khi đấu nối các nhà máy năng lượng tái tạo trên lưới điện cần được xem xét. Trong phạm vị đề nài này, nghiên cứu vấn đề sóng hài (là một trong thành phần đánh giá chất lượng điện năng) khi đấu nối các nhà máy năng lượng tái tạo trên lưới điện 110kV tỉnh Tây Ninh. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.

Đề tài Nghiên cứu vấn đề sóng hài khi đấu nối các nhà máy năng lượng tái tạo trên lưới điện và đề ra các giải pháp khắc phục nhằm đảm bảo yêu cầu về sóng hài (chất lượng điện năng) tại điểm đấu nối. PHẠM VI NGHIÊN CỨU. Đề tài tập trung vào nghiên cứu vấn đề sóng hài khi đấu nối các nhà máy năng lượng tái tạo trên lưới điện 110kV trên địa bàn tỉnh Tây Ninh. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.

Nghiên cứu vấn đề sóng hài khi đấu nối các nhà máy năng lượng tái tạo trên lưới điện 110kV tỉnh Tây Ninh. Huỳnh Quốc Việt HVTH: Nguyễn Trọng Tam Trường Đại học Bách Khoa TP. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết sóng hài, các tiêu chuẩn quốc tế và quy định của Việt Nam.

- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống điện Việt Nam, hệ thống điện miền Nam, hệ thống lưới điện tỉnh Tây Ninh và xu hướng phát triển nguồn điện, lưới điện. - Thu thập dữ liệu tại vị trí điểm đấu nối các NMĐ NLTT khu vực Tây Ninh, các nút 220kV liên quan (thu thập tối thiểu 28 ngày liên tục 24/7) và xây dựng dữ liệu dùng để mô phỏng, phân tích sóng hài do các nguồn năng lượng tái tạo phát lên lưới điện tỉnh Tây Ninh. - Phân tích, đánh giá kết quả mô phỏng ảnh hưởng của các NMMT khu vực tỉnh Tây Ninh lên lưới điện 110kV bằng phần mềm DIgSILENT PowerFactory và đưa ra giải pháp hạn chế sóng hài. Trường hợp, tại điểm đấu nối các NMĐ không đảm bảo yêu cầu về sóng hài, đưa ra các giải pháp: Lắp đặt bộ lọc sóng hài như: SVC - Static Var Compensator, STATCOM/ SVG – Static synchronous compensator / Static Var Generator (hệ thống thu/phát công suất phản kháng hoạt động nhanh).

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI. Ý NGHĨA THỰC TIỄN Kết quả thực tế và mô phỏng nghiên cứu cho thấy khi các nguồn NLTT đưa vào vận hành sẽ phát ra nguồn sóng hài gây ảnh hưởng đến chất lượng điện năng của HTĐ trong khu vực tỉnh Tây Ninh. Từ việc đánh giá mức độ gây sóng hài từ các nguồn NLTT, đề tài đưa ra giải pháp hạn chế các nguồn sóng hài phát lên HTĐ (lắp các bộ lọc sóng hài phù hợp) từ đó đưa các giá trị sóng hài về giới hạn cho phép, đáp ứng các tiêu chuẩn, quy định hiện hành, góp phần nâng cao chất lượng điện năng và ổn định HTĐ trong khu vực. Ý NGHĨA THỰC TIỄN Đóng góp thêm một đề tài khoa học trong lĩnh vực NLTT về ảnh hưởng của sóng hài, cụ the là sóng hài từ các nguồn NLTT phát lên lưới điện khu vực tỉnh Tây GVHD: TS.

Huỳnh Quốc Việt HVTH: Nguyễn Trọng Tam Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM Trang 3 Ninh. Đồng thời, cung cấp thêm dữ liệu trong việc đánh giá về chất lượng điện năng của HTĐ miền Nam, HTĐ Việt Nam. Huỳnh Quốc Việt HVTH: Nguyễn Trọng Tam Trường Đại học Bách Khoa TP.

HCM Trang 4 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ SÓNG HÀI 2. HIỆN TRẠNG NGUỒN ĐIỆN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGUỒN NLTT 2. HIỆN TRẠNG NGUỒN ĐIỆN - Cơ cấu nguồn điện HTĐ Việt Nam: Với nguồn điện HTĐ Việt Nam đến tháng 8/2023 có Công suất đặt là 79.587 MW, trong đó nguồn NLTT là 20.887 MW (ĐMT là 8.852 MW, NMĐG là 3.980 MW, ĐMTMN là 8.852 MW), cụ thể công suất/ cơ cấu các nguồn điện HTĐ Việt Nam như sau: Tổng công suất đặt của HTĐ Việt Nam là 79.00 Diesel Nhập khẩu 0% 1555 7422 1% Nhiệt điện dầu Nhiệt điện khí 2% 9% 5337 7660 Thuỷ điện nhỏ Điện mặt trời mái 7% nhà… 26087 Nhiệt điện Than 33% 20.887 8852 NLTT Điện mặt trời 26% 11% 3980 Điện Gió 17703 5% Thủy điện 22% 395 Điện Sinh khối 0% Thủy điện Nhiệt điện Than Nhiệt điện dầu Nhiệt điện khí Nhập khẩu Diesel Thuỷ điện nhỏ Điện Sinh khối Điện Gió Điện mặt trời Điện mặt trời mái nhà Hình 2.

1 Công suất đặt HTĐ Việt Nam - Hiện trạng nguồn điện đấu nối vào lưới điện EVNSPC quản lý vận hành: GVHD: TS. Huỳnh Quốc Việt HVTH: Nguyễn Trọng Tam Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM Trang 5 Cơ cấu nguồn điện HTĐ miền Nam: Với nguồn điện HTĐ miền Nam đến tháng 8/2023 có Công suất đặt là 35.000 MW, trong đó nguồn NLTT là 13.459 MW chiếm 38% tổng công suất miền (ĐMT là 6.140 MW (chiếm 18%), NMĐG là 2.523 MW (chiếm 7%), ĐMTMN là 4.734 MW (chiếm 13%), cụ thể công suất/ cơ cấu các nguồn điện HTĐ Việt Nam như sau: Tổng công suất đặt của HTĐ miền Nam là 35.00 Diesel Nhập khẩu 0% 0% 377 Thuỷ điện nhỏ 1% 7422 Nhiệt điện khí 6140 21% Điện mặt 1242 13.459 trời Nhiệt điện dầu NLTT 4734 4% 18% 38% Điện mặt trời mái 10490 2523 nhà Nhiệt điện Than Điện Gió 13% 30% 7% 62 Điện Sinh khối 1991 0% Thủy điện 6% Thủy điện Nhiệt điện Than Nhiệt điện dầu Nhiệt điện khí Nhập khẩu Diesel Thuỷ điện nhỏ Điện Sinh khối Điện Gió Điện mặt trời Điện mặt trời mái nhà Hình 2. 2 Công suất đặt HTĐ miền Nam 2.

DỰ KIẾN TĂNG TRƯỞNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ĐẾN 2030, TẦM NHÌN ĐẾN NĂM 2050 Căn cứ Quyết định số 500/QĐ-TTg ngày 15/5/2023 của Thủ Tướng Chính Phủ về việc “Phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050” (gọi tắt là Quy hoạch VIII) và các Quyết định của Thủ tướng GVHD: TS. Huỳnh Quốc Việt HVTH: Nguyễn Trọng Tam Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM Trang 6 Chính phủ về việc phê duyệt Quy hoạch các tỉnh thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050. “Phương án phát triển nguồn điện “đẩy nhanh phát triển nguồn điện từ năng lượng tái tạo” (điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối), tiếp tục gia tăng tỷ trọng của năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn điện và điện năng sản xuất.

Đẩy mạnh phát triển điện gió trên bờ và ngoài khơi, điện mặt trời phù hợp với khả năng hấp thụ của hệ thống, khả năng giải thì công suất của lưới điện, giá thành điện năng và chỉ phí truyền tài hợp lý gắn với bảo đảm an toàn vận hành và tình kinh tế chung của hệ thống điện, tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng lưới điện hiện có. Ưu tiên, khuyến khích phát triển điện gió, điện mặt trời tự sản tự tiêu (trong đó có điện mặt trời mái nhà của người dân và mái công trình xây dựng, điện mặt trời tại các cơ sở sản xuất kinh doanh, tiêu thụ tại chỗ, không đấu nối hoặc không bán điện vào lưới điện quốc gia). Định hướng phát triển điện mặt trời phải kết hợp với pin lưu trữ khi giá thành phù hợp. Đến năm 2030, công suất điện gió trên bờ đạt 21.880 MW (tổng tiềm năng kỹ thuật của Việt Nam khoảng 221.

Phát huy tối đa tiềm năng kỹ thuật điện gió ngoài khơi (khoảng 600.000 MW) để sản xuất điện và năng lượng mới. Đến năm 2030, công suất điện gió ngoài khơi phục vụ nhu cầu điện trong nước đạt khoảng 6.000 MW; quy mô có thể tăng thêm trong trường hợp công nghệ phát triển nhanh, giá điện và chi phi truyền tài hợp lý”. Về cơ cấu nguồn điện, đến năm 2030, Tổng công suất các nhà máy điện phục vụ nhu cầu trong nước 150.489 MW (không bao gồm xuất khẩu, điện mặt trời mái nhà hiện hữu, năng lượng tái tạo để sản xuất năng lượng mới), trong đó: Điện gió trên bờ 21.880 MW (14,5% tổng công suất các nhà máy điện); Điện gió ngoài khơi 6.000 MW (4,0%), trường hợp công nghệ tiến triển nhanh, giá điện và chi phí truyền tải hợp lý thì phát triển quy mô cao hơn; Điện mặt trời 12.836 MW (8,5%, không bao gồm điện mặt trời mái nhà hiện hữu), gồm các nguồn điện mặt trời tập trung 10.236 MW, nguồn điện mặt trời tự sản, tự tiêu khoảng 2. Nguồn điện mặt trời tự sản, tự tiêu được ưu tiên phát triển không giới hạn công suất; Điện sinh khối, điện sản xuất từ rác 2.270 MW (1,5%), trường hợp đủ nguồn nguyên liệu, hiệu quả sử dụng GVHD: TS.

Huỳnh Quốc Việt HVTH: Nguyễn Trọng Tam Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM Trang 7 đất cao, có yêu cầu xử lý môi trường, hạ tầng lưới điện cho phép, giá điện và chi phí truyền tải hợp lý thì phát triển quy mô lớn hơn; Thủy điện 29.346 MW (19,5%), có thể phát triển cao hơn nếu điều kiện kinh tế - kỹ thuật cho phép; Thủy điện tích năng 2.400 MW (1,6%); Pin lưu trữ 300 MW (0,2%); Điện đồng phát, sử dụng nhiệt dư, khí lò cao, các sản phẩm phụ của dây chuyền công nghệ trong các cơ sở công nghiệp 2.700 MW (1,8%), quy mô có thể tăng thêm phù hợp với khả năng của các cơ sở công nghiệp; Nhiệt điện than 30.127 MW (20,0%); Nhiệt điện khí trong nước 14.930 MW (9,9%); Nhiệt điện LNG 22.400 MW (14,9%); Nguồn điện linh hoạt 300 MW (0,2%); Nhập khẩu điện 5.000 MW (3,3%), có thể lên đến 8. Với các nguồn điện than đang gặp khó khăn trong việc triển khai sẽ cập nhật quá trình xử lý để thay thế bằng các nguồn điện LNG hoặc năng lượng tái tạo. Định hướng năm 2050: Tổng công suất các nhà máy điện 490.529 - 573 29 MW (không bao gồm xuất khẩu, năng lượng tái tạo để sản xuất năng lượng mới), trong đó: Điện gió trên bờ từ 60.050 MW (12,2 - 13,4%); Điện gió ngoài khơi từ 70.