Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1. Xu hướng phát triển của năng lượng tái tạo Theo báo cáo Cập nhật Thị trường Năng lượng Tái tạo tháng 5/2022 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), thế giới sẽ sản xuất thêm 319 gigawatt năng lượng tái tạo trong năm 2022, đạt kỷ lục mới về công suất năng lượng tái tạo. Năng lượng tái tạo dự kiến trong năm 2022 Năng lượng Mặt Trời sẽ chiếm 60% trong tổng công suất năng lượng tái tạo của năm, vượt năng lượng gió và thủy điện. Công suất của các nguồn năng lượng tái tạo Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trọng Tài Luận văn Thạc sĩ 2 GVHD: TS.
Nguyễn Phúc Khải Căn cứ báo cáo số 1615/BC-EVNHCMC ngày 02 tháng 04 năm 2021 về việc tình hình phát triển điện mặt trời mái nhà tại Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh, thì trong năm 2020, trên địa bàn TpHCM đã phát triển thêm 8762 hệ thống với công suất 299.93MWp, gấp 04 lần so với cùng kỳ năm 2019 là 65. Trong đó: - Vận hành trước ngày 01/07/2019: 2366 hệ thống (sinh hoạt: 2082 hệ thống, ngoài sinh hoạt: 284 hệ thống) với tổng công suất 26. - Vận hành từ ngày 01/07/2019 đến 31/12/2020: 11933 hệ thống (sinh hoạt: 10515 hệ thống, ngoài sinh hoạt: 1418 hệ thống) với tổng công suất 338. Tính cấp thiết của đề tài Do tốc độ phát triển nhanh chóng của nguồn phát phân tán (DG) từ các nguồn năng lượng tái tạo, lưới điện trở nên dễ bị tổn thương hơn.
Do đó, hệ thống DG cần được kiểm soát với tính linh hoạt và độ tin cậy cao để loại bỏ những lỗ hổng đó. Đồng thời, chất lượng điện năng cũng cần được phát triển. Việc tối ưu hóa cài đặt chức năng Volt-Var của bộ biến tần thông minh làm giảm bớt độ lệch điện áp, giảm tổn thất điện năng của hệ thống và tăng độ dự trữ cho hệ thống. Nhằm đánh giá sát với thực tế và có ý nghĩa trong nghiên cứu, một mô hình lưới điện cụ thể sẽ là đối tượng của Đề tài trong việc triển khai thuật toán và chạy mô phỏng.
Các nghiên cứu liên quan Để giải quyết các vấn đề gây ra bởi mức độ thâm nhập tăng lên của thế hệ phân tán và để cải thiện hiệu suất của hệ thống, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về việc thiết lập hàm Volt – Var. Trong tài liệu tham khảo [1],[2] đã đề xuất một phương pháp để tìm các đường cong Volt-Var tối ưu cho PV trên mái nhà nối lưới sử dụng tối ưu trào lưu công suất ba pha. Tuy nhiên, những bài báo này có những hạn chế đối với việc cải thiện hiệu suất do chỉ tối ưu hóa các điểm đặt của đường cong Volt – Var. Tài liệu tham khảo [3] đã đề xuất thuật toán lựa chọn đường cong Volt-Var của biến Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trọng Tài Luận văn Thạc sĩ 3 GVHD: TS.
Nguyễn Phúc Khải tần thông minh đối với lưới điện có mức độ thâm nhập mức cao. Tuy nhiên, trên thực tế rất khó để thay đổi cài đặt tối ưu của đường cong theo mỗi giờ. Tài liệu tham khảo [4] đã cung cấp một tùy chọn để tối ưu hóa chức năng Volt – Var và Volt – Watt xem xét đầu ra hệ thống PV và tổn thất hệ thống. Tuy nhiên, trong tài liệu tham khảo này thì điện áp, một yếu tố quan trọng, đã không được xem xét.
Tài liệu tham khảo [5], [6] đã đánh giá tác động của chức năng Volt – Var của biến tần thông minh đến điện áp và chất lượng điện năng trong hệ thống phân phối điện. Các tài liệu tham khảo này xem xét nhiều yếu tố có thể được xem xét trong hệ thống và phân loại tỷ lệ thâm nhập PV như một kịch bản. Tuy nhiên, vẫn chưa có lời giải thích cho đường cong Volt- Var và các trọng số có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả. Tài liệu tham khảo [7] đã giảm tổn thất năng lượng bằng cách đề xuất phương pháp điều khiển Volt – Var tối ưu xem xét tốc độ thâm nhập PV và điều kiện thời tiết.
Tuy nhiên, tài liệu tham khảo này không coi yếu tố điện áp là một yếu tố quan trọng trong hệ thống. Tài liệu tham khảo [8] đã mô tả chức năng của bộ biến tần thông minh để cải thiện hiệu suất của hệ thống phân phối, chẳng hạn như khả năng lưu trữ. Tuy nhiên, tài liệu tham khảo này chỉ xem xét yếu tố của hệ thống và không xem xét quá trình tối ưu hóa của các đường cong Volt-Var. Tài liệu tham khảo [9], [10] đã phân tích năm chiến lược điều khiển biến tần khác nhau cho các chức năng mục tiêu khác nhau.
Hơn nữa, các bài báo này đã phân tích tác động giảm công suất đầu ra do điều khiển công suất phản kháng. Tuy nhiên, hiệu quả cải thiện đã đạt đến giới hạn vì chức năng biến tần như Volt – Var chưa được tối ưu hóa. Giới thiệu tổng quan HV: Nguyễn Trọng Tài Luận văn Thạc sĩ 4 GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Tổng quan về hệ thống điện Mặt Trời 2. Lợi ích của việc tích hợp năng lượng tái tạo vào hệ thống điện Việc tích hợp điện mặt trời lên lưới điện mang lại nhiều lợi ích quan trọng từ mặt kinh tế, môi trường và xã hội. Dưới đây là một số lợi ích chính của việc tích hợp điện mặt trời lên lưới điện: - Nguồn năng lượng sạch và tái tạo: Điện mặt trời là một nguồn năng lượng sạch và tái tạo, không tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính hoặc gây ô nhiễm môi trường. Bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất điện, chúng ta giảm lượng khí thải carbon dioxide và các chất gây ô nhiễm khác từ các nguồn năng lượng hóa thạch.
- Tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí: Bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra điện, người tiêu dùng có thể giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống như than, dầu mỏ và khí tự nhiên. Điện mặt trời có thể giúp giảm hóa đơn tiền điện hàng tháng và giúp người dùng tiết kiệm chi phí năng lượng trong dài hạn. - Tạo việc làm và thúc đẩy phát triển công nghiệp: Việc phát triển và triển khai các dự án điện mặt trời tạo ra nhiều cơ hội việc làm trong ngành công nghiệp năng lượng tái tạo. Ngoài ra, việc tích hợp điện mặt trời cũng thúc đẩy sự phát triển và chuyển đổi sang một nền kinh tế thân thiện với môi trường.
- Khả năng mở rộng và linh hoạt: Việc tích hợp điện mặt trời lên lưới điện có thể thực hiện ở các quy mô khác nhau, từ hộ gia đình đến các công trình công nghiệp và thương mại lớn. Điều này mang lại khả năng mở rộng và linh hoạt trong triển khai các dự án điện mặt trời theo nhu cầu và khả năng của từng địa phương. - Giảm tổn thất năng lượng: Khi điện mặt trời được sản xuất gần nguồn tiêu dùng, giảm tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải và phân phối. Điều này giúp tăng hiệu suất tổng thể của hệ thống điện và giảm chi phí liên quan.
Cơ sở lý thuyết HV: Nguyễn Trọng Tài Luận văn Thạc sĩ 5 GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải - Tích cực cho cộng đồng địa phương: Các dự án điện mặt trời có thể mang lại lợi ích cho cộng đồng địa phương bằng cách tạo ra các nguồn thu ngắn hạn và dài hạn. Ngoài ra, việc tích hợp điện mặt trời cũng góp phần tăng cường độc lập năng lượng và an ninh năng lượng của cộng đồng. Tác động lên lưới điện Ngoài các lợi ích mà hệ thống PV mang lại cho lưới điện, có một số tác động của hệ thống điện mặt trời ta cần phải lưu ý: - Chất lượng điện năng: Khi các nguồn năng lượng tái tạo được tích hợp vào hệ thống lưới điện, xuất hiện sự sai lệch điện áp và tần số do tính gián đoạn của chúng.
Những biến thể này là thách thức chính đối với các nguồn năng lượng tái tạo tổng hợp. - Khả năng cung cấp điện: Việc sản xuất điện năng được coi là như một vấn đề đối với năng lượng tái tạo tích hợp trong lưới điện thông minh do sự không ổn định của các công nghệ phát năng lượng trong năng lượng tái tạo. Nó gây ra những hư hỏng trong hoạt động của hệ thống. - Sự thay đổi của quá trình phát điện và tốc độ phát điện: Các công nghệ Năng lượng tái tạo không đảm bảo tạo ra năng lượng ổn định cho hệ thống lưới điện.
Đó là một vấn đề lớn đối với việc hội nhập năng lượng tái tạo. Ngoài ra, tốc độ biến đổi điện năng tạo ra một vấn đề cho sự kết hợp này. - Dự báo: Nó liên quan đến sản xuất điện, là không ổn định trong trường hợp tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo trong hệ thống lưới điện. - Vị trí các nhà máy năng lượng tái tạo: Năng lượng tái tạo phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu, vị trí địa lý của khu vực và khoảng cách của chúng so với lưới điện về mặt chi phí và hiệu suất.
Do đó, những điều kiện này là một thách thức trong trường hợp kết hợp chúng trong hệ thống lưới điện. - Vấn đề chi phí: vấn đề này liên quan đến địa điểm nhà máy năng lượng tái tạo trong hệ thống lưới điện 2. Mô hình hệ thống PV Cơ sở lý thuyết HV: Nguyễn Trọng Tài Luận văn Thạc sĩ 6 GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải Hệ thống PV bao gồm các mảng PV, tạo ra điện năng từ ánh sáng mặt trời, và bộ biến tần thông minh, chuyển đổi công suất đầu ra DC của các mảng PV thành công suất AC với các chức năng bổ sung.
Công suất đầu ra PV phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường. Công thức tính toán công suất đầu ra PV (PPV) từ bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường được mô tả trong các công thức (2. Sird Tcell Tamb ( NOCT 20) (2.2) Vcell Voc K v Tcell (2.3) VMPP I MPP PPV Ntotal Vcell I cell (2. Tổng quan về bộ biến tần thông minh 2.
Vấn đề của các bộ biến tần truyền thống Biến tần đóng vai trò chính như cầu nối được sử dụng để liên kết giữa các nguồn năng lượng tái tạo (DER) và hệ thống điện. Các biến tần truyền thống có một số vấn đề bất thường do sự phức tạp của hệ thống điện hiện tại. Ta sẽ thảo luận một số vấn đề như sau: a. Quá nhiệt Hầu hết các thành phần điện tử bên trong biến tần đều nhạy cảm với nhiệt độ.