Đánh giá ảnh hưởng nhà máy điện mặt trới đến đấu nối lưới

Đánh Giá Ảnh Hưởng Nhà Máy Điện Mặt Trới Đến Đấu Nối Lưới

Evaluate the Impact of the Solar Power Plant to the Grid Connection

Nguyễn Nhân Bổn (*), Trân Đăng Dũng (**)

(*) Khoa Điện - Điện tử; Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh

(**) Học viên cao học ngành Kỹ thuật điện; Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật

Tp. Hồ Chí Minh

TÓM TẮT

Do nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng và nhu cầu ngay lập tức về tăng trưởng bền vững

thân thiện với môi trường đã khiến chúng ta tập trung vào các nguồn năng lượng tái tạo đặc biệt là

gió và cực. Nhưng việc đổi mới bất kỳ điều khiển chuyên dụng nào được tìm thấy sẽ ảnh hưởng đến

tính toàn vẹn, tính tin cậy, tính bảo mật và tính ổn định của lưới điện. PV cực đã trở thành phần

chính trong cấp độ tiện ích. Tại Việt Nam, cho đến nay, việc cài đặt PV năng lượng mặt trời ở quy

mô tiện ích không tuân theo bất kỳ điều khiển chuyên dụng nào để hỗ trợ lưới điện và sẽ chỉ bị ngắt

kết nối khi có sự xáo trộn lưới điện. điều này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến lưới điện khi kích

thước và quy mô của các nhà máy PV năng lượng mặt trời được hoàn thiện để đấu nối với các nhà

máy điện thông thường hiện có khi bàn giao ổn định, và hỗ trợ. Hơn nữa, bài viết này nhằm mục

đích nghiên cứu và phân tích tác động của sự thâm nhập quy mô lớn của năng lượng mặt trời vào

lưới điện, hệ thống bus IEEE 9 đã được coi là một nền tảng bus thử nghiệm tiêu chuẩn để phân tích

mô phỏng đã được thực hiện với Trợ giúp của phần mềm ETAP V12.6 (Chương trình phân tích

thoáng qua điện), đây là công cụ rất phù hợp để mô phỏng và phân tích hệ thống điện. nghiên cứu

này nghiên cứu tác động của sự thâm nhập lớn của các hệ thống PV năng lượng mặt trời đến hiệu

suất trạng thái ổn định cũng như sự ổn định thoáng qua của một hệ thống điện lớn. Điện áp trạng

thái ổn định và tổn thất điện năng trong hệ thống đã được nghiên cứu dưới nhiều mức pv, mức độ

thâm nhập khác nhau. sự gia tăng năng lượng mặt trời trên hiệu suất ổn định thoáng qua của hệ

thống điện đã được quan sát. kết quả đã được phân tích và các quan sát và suy luận được duy trì.

từ khóa - thâm nhập PV slar lớn hơn, phân tích trạng thái ổn định phân tích ổn định tạm thời; ETAP

ABSTRACT

Abstract the ever growing global energy needs and the immediate need for an environment friendly

sustainale growth have made us to focus on renewable energy sources especially wind andsolar. But

thse renewale any specialized controls is found to impact the integrity, reliaility, security and

stability of the power grid .solar PV has become the major portion among the utility level.In

vietnam, till now the utility scale solar pv installations do not follow any specialized controls for

grid support and will just get disconnected when there is a grid disturbance. this will severely

1

impact the grid when the size and scale of the solar pv plants are expeccted to behave similan to the

existing conventional power plants when it comes to handing grid stability, and support. further,

this paper is aimed at studying and analyzing the impact of the large scale penetration of solar pv

power into the grid , th IEEE 9-bus system has been considered as a standard test bus platform for

the analysis the simulation has Been performed with the help of ETAP V12.6( Electrical Transient

Analysis Program )sfotware, Which is avery suitable tool for power system simulation and analysis,

this study investigates the impact of large penetration of solar pv systems on steady state

performance as wellas transient stability of a large power system .the steady state voltage and power

loss in the system have been studied under various pv,penetration levels.also, the impact of

increased solar penetration on the transient stability performance of the power system has been

observed. the results have been analyzed and the observations and inferences are persented.

keywords-larger slar pv penetration;steady state analysis transinent staility analysis; ETAP

1 . Đặt vấn đề

mặt trới đến đấu nối lưới’’ là một yêu cầu

mang tính cấp thiết trong bối cảnh nguồn tỷ

trọng nguồn mặt trời chiếm càng nhiều

Đồng hành cùng xu hướng toàn cầu về đầu tư

năng lượng tái tạo, Việt Nam đã đưa ra quan

điểm ưu tiên phát triển nguồn điện sử dụng

năng lượng tái tạo, tạo đột phát trong việc

đảm bảo an ninh năng lượng Quốc gia, góp

phần bảo tồn tài nguyên năng lượng, giảm

thiểu tác động tiêu cực tới môi trường sản

xuất điện. Theo Quy hoạch điện VII hiệu

chỉnh tính đến năm 2025 cơ cấu nguồn điện

sử dụng năng lượng tái tạo rất lớn chiếm đến

12,5%, trong đó điện mặt trời chiếm tỷ trọng

cao nhất. Chỉ tính riêng tỉnh ĐắkLắk, theo

quy hoạch tỉnh, nguồn điện mặt trời khu vực

huyện EaSup lên đến gần 1400MW. Với công

suất điện mặt trời lớn không tránh khỏi những

ảnh hưởng dao động tần số, điện áp của khu

vực lưới điện đấu nối khi bị gián đoạn bởi bức

xạ mặt trời. Ngoài ra, khi sự cố ngắn mạch

trên lưới điện có đấu nối với nguồn điện mặt

trời công suất lớn cũng gây ra những vấn đề

ảnh hưởng đến tần số, ổn định hệ thống điện

phải quan tâm. Đây là một vấn đề phức tạp

hết sức khó khăn trong quá trình vận hành hệ

thống điện có tỷ trọng điện mặt trời cao.

2. Cơ sở lý thuyết ổn định hệ thống điện

Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp

trên tất cả các nút trong hệ thống ở trong một

giới hạn cho phép. Hệ thống điện sẽ mất ổn

định khi tăng tải đột ngột hay thay đổi các

thông số trong hệ thống. Các trường họp này

sẽ làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và

nặng nhất là có thể gây ra sụp đổ điện áp, mất

điện từng miền, từng khu vực, gây thiệt hại

lớn về kinh tế, ngoài ra còn có thể ảnh hưởng

đến chính trị và xã hội

1.1Phân loại ổn định trong hệ thống điện

Với lí do ở trên cho thấy việc nghiên

cứu đề tài “Đánh giá ảnh hưởng nhà máy điện

2

-

2.1 Ảnh hưởng bởi mây che giảm

cường độ bức xạ

1.2 Các hiện tượng quá độ trên hệ thống

điện

-

Độ lệch tần số - dao động tần số tại

thanh cái 220kV KrongBuk

-

Dao động quá độ

Thay đổi điện áp thời gian dài

Thay đổi điện áp thời gian ngắn

Mất cân bằng điện áp

Méo dạng sóng

Voltage flicker – nhấp nháy điện áp

1.3 Các dạng sự cố hệ thống điện ảnh

hưởng đến ổn định điện áp

Dao động điện áp tại thanh cái 220kV

KrongBuk

-

Sự cố cân bằng 3 pha

Sự cố một pha chạm đất

Sự cố ngắn mạch 2 pha

Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất

Dao động điện áp tại thanh cái 220kV

Solar Buôn Đôn

2.2 Mô phỏng trường hợp cắt loại

trừ sự cố 3 pha trên 1 mạch đường

dây 220kv krongbuk-chư sê

3

Độ lệch tần số - dao động tần số tại thanh cái

220kV KrongBuk

2.2 Mô phỏng trường hợp cắt loại trừ sự cố

3 pha trên 1 mạch đường dây 220kv

krongbuk-chư sê

Sơ đồ đấu nối giải pháp nâng cao chất lượng

điện năng

2.2.1.2 Ảnh hưởng bởi trường hợp sự cố

ngắn mạch trên lưới 220kv

Dao động góc roto máy phát Buôn Kuốp-

H1Nhận xét:

- Với các kết quả mô phỏng trên nhận thấy

rằng trường hợp cường độ bức xạ mặt trời

thay đổi đột ngột đã gây ra sự gián đoạn về

phát công suất của nhà máy điện mặt trời.

Kéo theo sự giảm bức xạ mặt trời từ 1000

W/m2 xuống 0 W/m2 là sự dao động điện áp

tại các nút và tần số hệ thống, tuy nhiên so với

yêu cầu về quy định thì sự dao động này vẫn

còn nằm trong phạm vi cho phép vận hành.

Dao động điện áp tại thanh cái 220kV

KrongBuk

- Trường hợp sự cố cũng gây ra các vấn đề

dao động trên hệ thống, làm cho điện áp cũng

như công suất phát từ nhà máy điện mặt trời

công suất lớn bị gián đoạn trong quá trình

phát công suất. Tuy nhiên, sau khi sự cố được

loại trừ tần số, điện áp được phục hồi lại

ngay, phạm vi dao động nằm trong thời gian

quy định của yêu cầu về truyền tải điện.

Độ lệch tần số - dao động tần số tại thanh cái

220kV KrongBuk

2.3 Giải pháp nâng cao chất lượng điện

năng

4

Dao động góc roto máy phát Buôn Kuốp-H1

Nhận xét:

Dao động điện áp tại thanh cái 220kV Solar

Buôn Đôn

- Với sự dao động điện áp tại các thanh

cái 220kV nhà máy và 220kV trạm

biến áp 220kV khi ứng dụng thiết bị

STATCOM điện áp dao động ít hơn,

ổn định nhanh hơn so với trường hợp

không sử dụng.

2.3.2.2 Ảnh hưởng bởi trường hợp sự cố

ngắn mạch trên lưới 220kv krongbuk-chư

sê

Với trường hợp ngắn mạch về độ lệch tần số

có sự dao động ít hơn so với trường hợp

không trang bị STATCOM, nhưng khả năng

về ổn định tần số trong tình huống này không

có khả năng ổn định cao.

2.3.2. Ứng dụng thiết bị bess

Dao động điện áp tại thanh cái 220kV

2.3.2.1. Ảnh hưởng bởi mây che giảm

cường độ bức xạ

KrongBuk

Chênh lệch tần số - dao động tần số tại thanh

Độ

lệch tần số - dao động tần số tại thanh cái

220kV KrongBuk

cái 220kV KrongBuk

5

Nhà máy năng lượng mặt trời đã được

tích hợp vào đây hệ thống.

Hệ thống 9 nút của IEEE tích hợp với nhà

Dao động góc roto máy phát Buôn Kuốp-H1

Nhận xét:

máy Solar PV

3.2. Phân tích bus IEEE9 đấu nối tại nút 5

110

- Với lưới điện có tham gia của

STATCOM hoặc BESS sự dao động

của hệ thống được cải thiện nhiều hơn.

TẠI BUS 5

100

90

- Theo kết quả mô phỏng BESS kiểm

soát ổn định tốt hơn so với

STATCOM xét trên tiêu chí đáp ứng

tần số của hệ thống và dao động góc

roto của các tổ máy phát gần khu vực

nhà máy do BESS ngoài hỗ trợ về

công suất phản kháng còn hỗ trợ công

suất tác dụng.

0

22 44B6U6S 488 110132B15U4S1576199221243

Điện áp nút ở các mức độ kết nối PV khác

nhau cho trường hợp 1 (nút-5)

3.3 Phân tích ổn định

Về điện áp thiết bị STATCOM linh hoạt hơn

ổn định tốt hơn thiết bị BESS trong thời gian

sự cố khi cho độ vọt lố điện áp thấp.

Sự thay đổi trong thời gian bù trừ quan trọng

với tỷ lệ phần trăm kết nối là Điện mặt trời

3.1. Hệ thống đấu nối 9 nút

3.3 Phân tích ổn định

- Hệ thống kiểm tra nút IEEE 9, còn được

gọi là P.M

- Hệ thống nút Anderson 9, đã được mô

hình hóa trong ETAP phần mềm.

- Hệ thống Hội đồng điều phối hệ thống

(WSCC) với 9 bus và 3 máy phát điện.

Sơ đồ điện áp ở nút 5 vì mất tải A ở các pin

6

mặt trời khác nhau mức độ kết nối

6.1 Kết quả đạt được

phục trường hợp điện áp dâng cao khi

Nhà máy điện mặt trời đột ngột mất

hết toàn bộ công suất. Lưới điện phải

được vận hành hợp lý để tránh trường

hợp lượng công suất phản kháng trong

lưới quá cao,hoặc phải có các thiết bị

kháng bù ngay để tiêu thụ lượng công

suất phản kháng sau sự cố,đáp ứng

đúng theo các tiêu chuẩn về lưới điện

của Việt Nam.

- Việc kết nối Nhà máy điện mặt trời vào

lưới điện các tỉnh gây nên một số ảnh

hưởng tiêu cực đến quá trình xác lập:

đảo chiều công suất tác dụng, cần phải

tăng lượng công suất phản kháng

trong lưới cung cấp cho nhà máy. Nhà

máy điện mặt trời hoạt động, nhất là

hiện tượng điện áp tăng khi và mất đột

ngột toàn bộ lượng công suất của nhà

máy này do các trường hợp sự cố mà

thường xuyên nhất là hiện tượng che

khuất do mây mù. Về chiều hướng

tích cực, việc kết nối Nhà máy điện

mặt trời vào lưới điện các tỉnh góp

phần giữ cho tần số và điện áp ổn định

khi xảy ra các sự cố ngoài nhà máy

6.2 Hướng phát triển

- Các hướng nghiên cứu có thể mở rộng

và hoàn thiện hơn cho cach đánh giá

tác động về thị trường điện,công tác

vận hành

- Đề tài sẽ tiếp tục nghiên cứu và phát

triển để thực sự có ý nghĩa về mặt thực

tiển, có khả năng ứng dụng cao trong

thực tế,do kha năng và thời gian hạn

chế nên có một số vấn đề khai thác

chưa triệt để vẫn còn nhiều hướng

nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng điện

mặt trời công suất lớn khi nối lưới

6.2 Kết quả đạt được

- Ngoài ra, cần có các biện pháp khắc

phục trường hợp điện áp dâng cao khi

Nhà máy điện mặt trời đột ngột mất

hết toàn bộ công suất. Lưới điện phải

được vận hành hợp lý để tránh trường

hợp lượng công suất phản kháng trong

lưới quá cao,hoặc phải có các thiết bị

kháng bù ngay để tiêu thụ lượng công

suất phản kháng sau sự cố,đáp ứng

đúng theo các tiêu chuẩn về lưới điện

của Việt Nam.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] J. von Appen, M. Braun, T. Stetz, K. Diwold and D. Geibel,

"Time in the Sun: The Challenge of High PV Penetration in the

German Electric Grid," in IEEE Power and Energy Magazine,

vol. 11, no. 2, pp. 55-64, March-April 2013.

[2] U. Andreas, T.S. Borsche and G. Andersson, “Impact of Low

Rotational Inertia on Power System Stability and Operation,”

IFAC World Congress 2014, Capetown, South Africa, 2014.

[3] Y. T. Tan and D. S. Kirschen, "Impact on the Power

System of

a

Large Penetration of Photovoltaic

6.2 Kết quả đạt được

Generation," 2007 IEEE Power Engineering Society

General Meeting, Tampa, FL, 2007, pp. 1-8.

- Ngoài ra, cần có các biện pháp khắc

7

[4] S. Eftekharnejad, V. Vittal, G. T. Heydt, B. Keel and J.

Loehr, "Impact of increased penetration of photovoltaic

generation on power systems," in IEEE Transactions on

Power Systems, vol. 28, no. 2, pp. 893-901, May 2013.

[5] W. Yang, X. Zhou and F. Xue, "Impacts of Large Scale

and High Voltage Level Photovoltaic Penetration on the

Security and Stability of Power System," 2010 Asia-

Pacific Power and Energy Engineering Conference,

Chengdu, 2010, pp. 1-5.

[6] J. H. R. Enslin, "Network impacts of high penetration of

photovoltaic solar power systems," IEEE PES General

Meeting, Minneapolis, MN, 2010, pp. 1-5.

[7] Government of India Energy Statistics 2015, Central

Statistics Office, National Statistical Organization,

Ministry of Statistics and Program Implementation, India,

2015.

[8] Executive Summary Power Sector, Ministry of Power,

Central Electricity Authority, Government of India, New

Delhi, Mar. 2016.

[9] Growth of Electricity Sector in India from 1947-2015,

Ministry of Power, Central Electricity Authority,

Government of India, New Delhi, April 2015.

[10] Renewable Energy in India: Growth and Targets,

Ministry of New and Renewable Energy (MNRE),

Government of India, May 2015.

[11] The Indian Electricity Grid Code – 2010, Central

Electricity Regulatory Commission, New Delhi, April

2010.

[12] Operating Procedure for Southern Region, Power System

Operation Corporation Ltd, 2014.

[13] P. Kundur, Power System Stability and Control, 1st

edition, McGraw-Hill Inc, 2006.

[14] P. Kundur et al., "Definition and classification of power

system stability IEEE/CIGRE joint task force on stability

terms and definitions," in IEEE Transactions on Power

Systems, vol. 19, no. 3, pp. 1387-1401, Aug. 2004.

8

BÀI BÁO KHOA HỌC

THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ

Bài báo khoa học của học viên

có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn

Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.

Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý

của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!

Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.