Chương 1: GIỚI THIỆU 1. Lý do chọn đề tài Tính cấp thiết của đề tài: Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, có tiềm năng phát triển lớn. Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, điện mặt trời nối lưới đang phát triển nhanh chóng. Theo báo cáo của Bộ Công Thương, tính đến tháng 12/2022, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời nối lưới của Việt Nam đã đạt 16.600 MW, chiếm khoảng 12% tổng công suất lắp đặt điện năng của cả nước.
Tính mới mẻ của đề tài: Đề tài luận văn phân tích ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối - ứng dụng ETAP là một đề tài mới, chưa được nghiên cứu sâu ở Việt Nam. Luận văn sẽ góp phần bổ sung thêm kiến thức về ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối, đặc biệt là ứng dụng phần mềm ETAP để phân tích ảnh hưởng này. Tính khả thi của đề tài: Đề tài luận văn có thể được thực hiện dựa trên các tài liệu, số liệu sẵn có. Đồng thời, luận văn sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối.
Tính khoa học: Đề tài luận văn có ý nghĩa khoa học quan trọng trong việc nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới. Luận văn đã góp phần bổ sung thêm kiến thức về ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối, đặc biệt là ứng dụng phần mềm ETAP để phân tích ảnh hưởng này. Tính thực tiễn: Đề tài luận văn có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới. Luận văn đã cung cấp các thông tin hữu ích cho các nhà quản lý, nhà đầu tư và các kỹ sư điện trong việc đánh giá ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối, từ đó có các giải pháp phù hợp để ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới một cách hiệu quả và an toàn.
Tóm lại, lý do chọn đề tài của đề tài luận văn phân tích ảnh hưởng của hệ thống PV lên lưới phân phối là do tính cấp thiết, tính mới mẻ, tính khả thi, tính khoa học và tính thực tiễn của đề tài. Kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn sẽ góp phần cung cấp Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân Luận văn Thạc sĩ 2 GVHD: PGS. Võ Ngọc Điều các thông tin hữu ích cho các nhà quản lý, nhà đầu tư và các kỹ sư điện trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời nối lưới một cách hiệu quả và an toàn. Các nghiên cứu liên quan • Tại Việt Nam: Việc tích hợp năng lượng mặt trời vào lưới điện phân phối của Việt Nam đã mang lại cả cơ hội và thách thức, tác động đáng kể đến hiệu suất và sự ổn định của lưới điện.
Sự gia tăng nhanh chóng của các hệ thống quang điện mặt trời độc lập (PV), đặc biệt là trong các mạng phân phối trung thế (MV), đã đặt ra những thách thức đối với hệ thống tự động hóa lưới phân phối (DAS) [1]. Các nghiên cứu trên mạng lưới phân phối trung thế 35-kV Hương Khê đã chỉ ra rằng các hệ thống PV phân tán có thể dẫn đến các vấn đề như quá áp, dòng công suất phát ngược và tăng tổn thất điện năng [2]. Việc tích hợp các nhà máy điện gió và mặt trời quy mô lớn vào mạng lưới truyền tải điện 110kV ở tỉnh Bình Định cho thấy chiến lược kiểm soát của các nhà máy điện này rất quan trọng để duy trì ổn định điện áp và tần số [3]. Sự phát triển của năng lượng mặt trời trên mái nhà, cho phép các hộ gia đình bán năng lượng dư thừa trở lại công ty điện, đòi hỏi phải xác định số lượng nguôn phân tán tối đa có thể thâm nhập vào lưới điện [4].
Vai trò ngày càng tăng của các nguồn năng lượng tái tạo (RES) trong lưới điện 220kV-500kV đã dẫn đến quá tải các tụ bù dọc, có thể được giải quyết bằng cách kiểm soát hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) dựa trên dự báo ngắn hạn về tốc độ gió và cường độ bức xạ mặt trời, do đó nâng cao hiệu quả hoạt động của nguồn phân tán và cải thiện sự ổn định lưới [5], [6]. Dự án quang điện mặt trời Phong Điền tại Thừa Thiên Huế đã chỉ ra rằng các mức độ thâm nhập PV khác nhau có thể ảnh hưởng đến tần số, điện áp và khả năng phục hồi của lưới phân phối, cho thấy rõ những lợi ích và thách thức của việc tích hợp năng lượng mặt trời [7]. Sự hiện diện của các máy phát điện phân tán (DGs) như thủy điện nhỏ, năng lượng gió và pin mặt trời trong hệ thống phân phối có thể thay đổi đặc trưng của hệ thống, ảnh hưởng đến hoạt động và các thiết bị bảo vệ [8]. Việc Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân Luận văn Thạc sĩ 3 GVHD: PGS.
Võ Ngọc Điều chính phủ Việt Nam thúc đẩy mái nhà quang điện mặt trời, đặc biệt là ở miền Trung Việt Nam, đã mở ra cơ hội bán lại năng lượng dự phòng cho các công ty điện, nhưng cũng đặt ra những thách thức đối với việc quản lý mạng lưới phân phối khi nguồn điện chuyển từ máy phát điện lớn sang máy phát điện phân tán [9]. Nhìn chung, mặc dù tích hợp năng lượng mặt trời mang lại những lợi ích đáng kể, nó đòi hỏi sự quản lý cẩn thận và các giải pháp sáng tạo để giải quyết những thách thức kỹ thuật mà nó đặt ra cho lưới điện phân phối của Việt Nam. • Trên thế giới: Các nguồn điện này ở gần phụ tải và làm thay đổi cơ bản về cấu trúc lưới điện phân phối, trào lưu công suất trong lưới điện cũng khác so với trong lưới điện truyền thống không có sự tham gia của chúng. Những sự ảnh hưởng đáng chú ý đầu tiên là sự thay đổi điện áp tại các nút và tổn thất trong lưới.
Tích hợp các nguồn DG với công suất và vị trí lắp đặt phù hợp được xem là một trong các biện pháp giảm tổn thất trong lưới điện phân phối [10], [11], [12]. Thử nghiệm với một xuất tuyến có cấu trúc hình tia liên thông cho thấy nhờ có nguồn điện mặt trời (PV) cung cấp tại chỗ, công suất truyền tải trên các đường dây có thể giảm thiểu và nhờ đó tổn thất trên lưới điện cũng giảm theo [13], [14]. Ngược lại, nếu mức độ thâm nhập và vị trí lắp đặt không hợp lý, công suất phát ra của các PV vượt quá công suất tiêu thụ của phụ tải tại nút tương ứng có thể dẫn đến hiện tượng phát ngược công suất về phía đầu xuất tuyến và dẫn tới nguy cơ gia tăng tổn thất công suất của lưới điện. Hiện tượng này còn dẫn đến sự tăng cao của điện áp tại điểm kết nối PV và các nút khác trong lưới điện [15].
Để giải quyết các vấn đề của việc tích hợp nguồn mặt trời, vấn đề quan trọng là phải tính toán công suất tạo ra có thể tích hợp vào một lưới phân phối nhất định mà vẫn giữ được các tiêu chí vận hành của lưới (nhiệt độ, chất lượng điện năng, bảo vệ và độ tin cậy) [16], [17], [18]. Đây được gọi là tỷ lệ xâm nhập (HC), là công suất truyền tải hay phân phối có thể kết hợp vào một lưới điện nhất định mà vẫn giữ hiếu Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân Luận văn Thạc sĩ 4 GVHD: PGS. Võ Ngọc Điều suất của nó trong phạm vi chấp nhận được mà không thực hiện bất kỳ sửa đổi nào đối với cơ sở hạ tầng hiện hữu [19-20]. Các vấn đề nghiên cứu trong Luận văn Các vấn đề nghiên cứu trong Luận văn bao gồm các tác động của các nhà máy điện măt trời đối với lưới điện phân phối của tỉnh Cà Mau, các tác động đó bao gồm: a.
Điện áp trên đường dây trung thế b. Trào lưu công suất trên đường dây trung thế c. Tổn thất công suất trên đường dây d. Mức độ sóng hài 1.
Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm các điểm cơ bản sau: - Phân tích và xác định ảnh hưởng của dao động điện áp do sự thâm nhập của PV cao trên lưới phân phối trung thế, một nghiên cứu điển hình trên một nhánh của lưới phân phối trung thế thành phố Cà Mau, tỉnh Cà Mau. - Phân tích tác động của hệ thống PV đối với tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối tại khu vực nghiên cứu. - Đánh giá tác động của hệ thống PV đối với sóng hài trong lưới điện phân phối tại khu vực nghiên cứu của tỉnh Cà Mau. - Sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng và đánh giá các yếu tố trên, từ đó đưa ra nhận xét và đề xuất để cải thiện hiệu suất và ổn định của lưới điện phân phối khi tích hợp hệ thống PV.
Phạm vi nghiên cứu Các số liệu thu thập dùng để mô phỏng là các dữ liệu thực tế của lưới điện thuộc Công ty Điện lực Cà Mau – Tổng Công ty Điện lực Miền Nam (EVNSPC). Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trần Thị Mỹ Xuân Luận văn Thạc sĩ 5 GVHD: PGS. Võ Ngọc Điều Chỉ xem xét đánh giá ảnh hưởng của PV đối với chất lượng điện áp, tổn thất và sóng hài, không xem xét đánh giá các ảnh hưởng khác của PV đối với lưới điện phân phối. Mô phỏng được thực hiện bằng phần mềm ETAP 19.1, máy tính được sử dụng để chạy mô phỏng là Dell Vostro 3520.
Đối tượng nghiên cứu Hệ thống lưới điện phân phối tại tỉnh Cà Mau. Hệ thống điện mặt trời (PV) được tích hợp vào lưới điện phân phối. Các thông số về chất lượng điện áp, tổn thất điện năng và sóng hài trong lưới điện phân phối. Các yếu tố kỹ thuật và hoạt động của phần mềm ETAP được sử dụng để mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của hệ thống PV.
Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện một bài nghiên cứu hiệu quả thì những công cụ, kỹ năng và quy trình ứng dụng nó vào quá trình thực hiện là điều kiện tiên quyết. Trong nội dung này, các phương pháp nghiên cứu khoa học được áp dụng cho đề tài nghiên cứu trong luận văn thạc sỹ sẽ được trình bày chi tiết. Các phương pháp này sử dụng tính kế thừa từ các công trình nghiên cứu uy tín trước đó để xây dựng các lý thuyết. Từ các lý thuyết nền tảng này, chúng tôi sẽ phân tích, đánh giá và tổng hợp các ưu nhược điểm.