Chương 1. Giới thiệu chung HVTH NGUYỄN ĐÔNG NGUYÊN Trang 3/104 Chương 2. Tổng quan về lưới điện phân phối và nguồn điện phân tán DG. Xây dựng mô hình bài toán tối ưu hóa vị trí và dung lượng DG trong lưới điện phân phối.
Áp dụng thuật toán Chaotic Stochastic Fractal Search (CSFS) để giải quyết bài toán OPDG Chương 5. Kết quả tính toán. Kết luận và hướng phát triển của đề tài. Tài liệu tham khảo Các phụ lục HVTH NGUYỄN ĐÔNG NGUYÊN Trang 4/104 CHƯƠNG 2.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN PHÂN TÁN DG (DISTRIBUTED GENERATIONS) 2. Tổng quan về hệ thống lưới điện phân phối: 2.1 Tổng quan: Hệ thống điện gồm có bốn thành phần chính là nhà máy điện, lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối (LĐPP) và phụ tải. Trong bốn thành phần đó, hệ thống lưới điện phân phối có vai trò đặc biệt quan trọng, có ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy, chất lượng và giá thành điện năng cung cấp. LĐPP là khâu cuối cùng của hệ thống điện để đưa điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng.
LĐPP bao gồm lưới điện trung và cao áp (trên 1kV đến 110kV) và lưới điện hạ áp. Các vấn đề kỹ thuật của LĐPP điện phân phối trong đó có vấn đề giảm tổn thất điện năng vẫn sẽ là trọng tâm trong công tác điều hành quản lý. Để giải quyết các khó khăn này, đồng thời nâng cao năng lực quản lý kỹ thuật trong đó có vấn đề giảm tổn thất điện năng, các đơn vị quản lý vận hành hệ thống điện phân phối cần ứng dụng các biện pháp công nghệ hiện đại đang ngày càng được sử dụng phổ biến trên thế giới.2 Đặc điểm lưới điện phân phối: Lưới điện phân phối (LĐPP) là thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện từ nơi sản xuất đến các hộ tiêu thụ điện, được trải rộng trên toàn bộ lãnh thổ của các quốc gia. LĐPP thường được vận hành hở hay còn gọi là hình tia nghĩa là không có bất kỳ vòng kín nào trong sơ đồ đơn tuyến.
Việc vận hành hở LĐPP có nhiều ưu điểm so với vận hành kín như là dễ dàng bảo vệ lưới, dòng sự cố nhỏ, dễ dàng điều chỉnh điện áp và phân bố công suất. Tuy nhiên, do vận hành ở mức điện áp thấp và dòng điện lớn, LĐPP thường có tổn thất công suất và độ sụt áp lớn. Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ thường chỉ cần sử dụng loại relay quá dòng. Các điều kiện vận hành lưới điện phân phối luôn phải thoả mãn các điều kiện: - Cấu trúc vận hành hở, HVTH NGUYỄN ĐÔNG NGUYÊN Trang 5/104 - Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép, - Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp, - Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải.3 Các dạng tổn thất trên lưới điện phân phối: Tổn thất trên lưới điện phân phối có thể phân thành 2 dạng là tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật.
Các tổn thất kỹ thuật bao gồm: - Tổn thất trên đường dây do điện trở của dây dẫn - Tổn thất trong máy biến áp và máy điều chỉnh - Tổn thất vầng quang trên đường dây cao áp và siêu cao áp - Tổn thất điện môi trong đường dây cáp ngầm hay tụ điện tĩnh - Tổn hao do hệ số công suất thấp - Các tổn thất kỹ thuật khác Các tổn thất phi kỹ thuật bao gồm: - Trộm điện ở khách hàng có đặt điện năng kế - Trộm cắp điện: khách hàng không có điện kế, câu điện bất hợp pháp - Điện kế hoạt động sai. - Tổn thất do ghi lệch phiên ghi điện … Các tổn thất này có tác động trực tiếp đến vấn đề tài chính và năng lực quản lý của các đơn vị quản lý vận hành lưới điện phân phối. Các đơn vị quản lý vận hành lưới điện phân phối có thể bị phạt nếu tổn thất trên LĐPP cao hơn so với tiêu chuẩn đặt ra. Bên cạnh đó, tổn thất LĐPP cao sẽ làm giảm hiệu quả của việc truyền tải điện nằng từ nơi sản xuất đến các hộ tiêu thụ.
Áp lực từ việc nâng cao hiệu suất truyền tải công suất đã buộc các đơn vị quản lý vận hành lưới điện phân phối phải có giải pháp làm giảm tổn thất ở các LĐPP. Có nhiều giải pháp để giảm tổn thất nêu trên chẳng hạn như: tái cấu trúc LĐPP, kết nối tụ bù, kết nối DG, tăng cường kiểm tra sử dụng điện, kiểm tra điện kế, thay điện kế cơ bằng điện kế điện tử, v. Sử dụng DG cho LĐPP là một trong những giải pháp kỹ thuật được cho là phù hợp với việc triển khai xây dựng mô hình lưới điện thông minh hiện nay để HVTH NGUYỄN ĐÔNG NGUYÊN Trang 6/104 giảm thiểu tổn thất. DG thì cung ứng một phần nhu cầu công suất tác dụng của khách hàng, do đó làm giảm dòng công suất trên đường dây.
Sự tích hợp DG vào LĐPP sẽ là giải pháp nhằm giảm tổn thất năng lượng, tổn thất công suất, cải thiện chất lượng điện áp, nâng cao ổn định lưới điện và hệ số công suất của hệ thống. Nguồn điện phân tán (Distributed Generations - DG): 2.1 Định nghĩa về nguồn phân tán: Trong nhiều tài liệu, nhiều thuật ngữ và định nghĩa được sử dụng để định nghĩa nguồn phân tán. Ví dụ thuật ngữ được sử dụng ở nước Anglo-Saxon xem nguồn phân tán là “nguồn phát nhúng vào”, ở phía Bắc Mỹ thì gọi là “nguồn phân tán” hay như Châu Âu và Châu Á thì gọi là “nguồn phi tập trung” để chỉ chung cho các loại nguồn phát. Bên cạnh các cấu trúc truyền thống của LĐPP kết nối từ trạm biến áp trung gian đến các hộ sử dụng điện thì càng ngày có càng nhiều các nguồn phát điện nhỏ được kết nối vào lưới.
Các nguồn phát điện nhỏ này nằm rải rác khắp nơi tùy thuộc vào điều kiện địa lý của từng vùng, từng địa phương gần ở khu vực phụ tải nên được định nghĩa với tên gọi là nguồn điện phân tán hay là nguồn phân tán (Distributed Generations – DG). Tuy rằng chưa có định nghĩa thống nhất về DG nhưng mọi ý tưởng đều hướng đến là nguồn phát điện nhỏ được đấu nối vào LĐPP. Định nghĩa: nguồn phát điện phân tán (distributed generation - DG) là môt đơn vị phát điện trực tiếp kết nối với mạng lưới phân phối hoặc kết nối với mạng lưới khách hàng phía trên đồng hồ. Dung lượng DG thường từ vài kilowatt đến 400MW.
Tuy nhiên, giới hạn 400MW thay đổi còn tùy thuộc vào vị trí của mỗi DG. Mô hình phát điện phân tán DG là mô hình phát điện quy mô nhỏ, nằm gần hoặc ngay tại điểm tiêu thụ điện năng. Mặc dù mô hình có hiệu qua kinh tế không cao so với mô hình phát điện tập trung, nhưng lại có tính dự phòng và độ tin cậy lớn trong cung ứng điện do không phụ thuôc quá nhiều vào hệ thống lưới điện truyền tải và phân phối.2 Công nghệ sử dụng trong các nguồn phân tán: Các công nghệ DG khác nhau thì có liên quan đến hệ thống điện. Một số công nghệ đã được sử dụng trước đây trong khi số khác mới được biết đến.
Tuy nhiên, tất cả các công nghệ DG đều có điểm chung là giúp tăng hiệu suất và giảm các chi phí liên quan đến việc lắp đặt, vận hành và bảo trì. Công nghệ DG có thể được phân thành hai loại: công nghệ tái tạo (ví dụ, quang điện và tuabin HVTH NGUYỄN ĐÔNG NGUYÊN Trang 7/104 gió) và công nghệ không tái tạo (ví dụ: các tuabin nhỏ và siêu nhỏ, tuabin khí và pin nhiên liệu). Công nghệ DG có tác động đáng kể đến việc lựa chọn dung lượng và vị trí tối ưu của DG để nối vào lưới điện. Chi tiết về các công nghệ phổ biến nhất của DG trên thị trường hiện nay được giới thiệu như sau: Pin nhiên liệu – FC (Fuel Cells) Pin nhiên liệu (FC) được biết đến như nguồn phát phi truyền thống.
Chúng là các thiết bị điện hóa, chuyển đổi trực tiếp hóa năng từ nhiên liệu thành điện năng bằng cách kết hợp khí oxy (như là một chất oxy hóa) và hydro (làm nhiên liệu) mà không cần đốt. Hydro thường thu được từ một loại nhiên liệu hóa thạch “khí thiên nhiên”, trong khi không khí được sử dụng như một nguồn oxy. Kết quả của quá trình điện hóa này là tạo thành nguồn điện một chiều (DC) với dòng điện lớn/điện áp thấp. Hiện nay, để kết nối FC vào lưới điện, một bộ chuyển đổi DC/AC và bộ lọc được sử dụng để chuyển đổi đầu ra thành nguồn điện xoay chiều (AC).
Nước và nhiệt là sản phẩm phụ của quá trình. Lượng nhiệt này thường vượt quá 10000F, biến nước thành hơi nước, có thể được sử dụng cho các công việc khác. Không kể đến các hệ thống phụ trợ thì FCs không có bộ phận chuyển động và không có buồng đốt. FCs được chia thành năm loại tùy thuộc vào phản ứng hóa học: alkaline (AFC), molten carbonate (MCFC), phosphoric acid (PAFC), proton exchange membrane (PEMFC) và solid oxide (SOFC) Bảng 2.1 Đặc điểm cơ bản của các loại pin nhiên liệu Loại PEMFC AFC PAFC MCFC SOFC Chất điện Polymer KOH & H3PO4 LiKaCO3 Sabilized phân membrane H2O Phops.
Lithium Zirconia Acid carb. Nhiệt độ 850C 1200C 1900C 6500C 10000C vận hành Hiệu suất ~30% ~32% ~40% ~42% ~45% Ứng dụng Ô tô, không Ô tô, khác DG DG cỡ lớn DG cỡ rất gian lớn HVTH NGUYỄN ĐÔNG NGUYÊN Trang 8/104 CP lắp đặt 1400 2700 2100 2600 3000 ($/kW) Lợi ích Chất điện Cathode Hiệu suất Hiệu suất Hiệu suất phân rắn, phản ứng lên đến cao hơn, cao hơn, giảm sự ăn nhanh hơn 85% khi nhiên liệu nhiên liệu mòn, nhiệt trong chất cùng phát đa dạng, đa dạng, độ thấp, điện phân điện chất xúc chất xúc khởi động kiềm, hiệu tác rẻ tiền tác rẻ tiền, nhanh suất cao lợi thế chất điện phân rắn như PEXI Tuabin siêu nhỏ - MT (Micro-tuabines) Micro-turbines (MT) là các máy phát điện loại nhỏ. Nguyên lý hoạt động, đầu tiên là quá trình đốt cháy nhiên liệu như khí thiên nhiên, propane và dầu để quay tuabin với tốc độ cao, sau đó được truyền đến một máy phát thông qua một trục chính. MT bao gồm ba thành phần cơ bản: máy nén khí, tuabin máy phát, và thiết bị thu hồi nhiệt.
Ở các thị trường điện hiện nay, MT là các thiết bị cải tiến và hấp dẫn nhất trong các loại hiết bị DG. Công suất của chúng dao động từ 20kW - 500kW và hiệu suất của chúng có thể lên đến 80% khi tổ hợp nhiệt-điện (CHP) được sử dụng trong hệ thống điện.
