Nghiên cứu phân tích và đánh giá ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà đối với công tác quản lý vận hành lưới điện phân phối thị xã an nhơn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN PHƯỚC THẮNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG
CỦA ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ ĐỐI VỚI CÔNG TÁC
QUẢN LÝ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
THỊ XÃ AN NHƠN

Chuyên ngành:

Kỹ Thuật điện

Mã số:

8520201

Khóa:

24

Người hướng dẫn: TS. Ngơ Minh Khoa

Bình Định, 11/2022


i

MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................. v
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................... vi
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1
2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ........................................................... 2
3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài................................................... 3
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 3
5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ................... 4
1.1. Mở đầu .................................................................................................... 4
1.2. Cấu tạo của hệ thống ĐTM..................................................................... 4
1.2.1. Tấm pin năng lượng mặt trời ........................................................... 4
1.2.2. Bộ biến tần (Inverter) ....................................................................... 5
1.2.3. Bộ lưu trữ năng lượng (ắc-quy) ....................................................... 6
1.3. Nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời................................................... 7
1.3.1. Hệ thống pin mặt trời độc lập........................................................... 9
1.3.2. Hệ thống pin mặt trời nối lưới........................................................ 11
1.3.3. Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới có dự trữ ........................... 12
1.4. Kết luận chương 1 ................................................................................. 14
CHƯƠNG 2 THỰC TRẠNG VẬN HÀNH CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
THỊ XÃ AN NHƠN ........................................................................................ 15
2.1. Mở đầu .................................................................................................. 15
2.2. Nguồn cấp điện liên kết lưới điện phân phối ở Thị xã An Nhơn ......... 16


ii

2.3. Ứng dụng công nghệ vào vận hành lưới điện ....................................... 16
2.4. Kết luận chương 2 ................................................................................. 18
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN MẶT
TRỜI MÁI NHÀ ĐỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN HIỆN HỮU ................................... 19
3.1. Mở đầu .................................................................................................. 19
3.2. Sóng hài và các giải hạn chế sóng hài đối với hệ thống ĐMT ............. 20
3.2.1. Khái niệm về sóng hài (Harmonics) .............................................. 20
3.2.2. Các ảnh hưởng tiêu cực của sóng hài (Harmonics) ....................... 21
3.2.3. Các quy định về sóng hài và giải pháp hạn chế sóng hài ............... 24
3.2.4. Giải pháp khắc phục ảnh hưởng của sóng hài................................ 25
3.3. Mơ hình hóa lưới điện phân phối trên phần mềm PSS/Adept .............. 25
3.3.1. Giới thiệu phần mềm PSS/Adept ................................................... 25
3.3.2. Mơ hình hóa lưới điện phân phối thị xã An Nhơn ......................... 26
3.4. Ảnh hưởng của ĐMTMN đối với XT471/NTA thuộc lưới điện thị xã An
Nhơn............................................................................................................. 27
3.4.1. Ảnh hưởng đến dao động công suất, tần số và điện áp .................. 27
3.4.2. Ảnh hưởng đến chế độ vận hành HTĐ khi có các hệ thống ĐMT 31
3.4.3. Xuất hiện trào lưu công suất ngược ............................................... 32
3.4.4. Gây quá điện áp .............................................................................. 35
3.4.5. Về tổn thất công suất ...................................................................... 36
3.4.6. Thay đổi công suất phản kháng...................................................... 38
3.5. Hiệu quả mang lại ................................................................................. 39
3.5.1. Hiệu quả giảm tổn thất điện năng .................................................. 39
3.5.2. Hiệu quả về tăng độ tin cậy cung cấp điện và giảm suất đầu tư .... 40
3.6. Kết luận chương 3 ................................................................................. 41
CHƯƠNG 4 GIẢI PHÁP HẠN CHẾ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐMTMN ĐỐI VỚI
CÔNG TÁC VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN ......................................................... 43


iii

4.1. Mở đầu .................................................................................................. 43
4.2. Phát triển lưới điện để đáp ứng nhu cầu của nguồn điện...................... 43
4.3. Xác lập chế độ vận hành khi có sự tham gia của hệ thống điện mặt trời
khi hòa vào lưới điện ................................................................................... 46
4.4. Sử dụng hệ thống tích trữ nguồn năng lượng (BESS) .......................... 46
4.5. Kết luận ................................................................................................. 48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 50
1. Kết luận .................................................................................................... 50
2. Kiến nghị.................................................................................................. 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. i
PHỤ LỤC ......................................................................................................... iii


iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
HTĐ

Hệ thống điện

LĐPP

Lưới điện phân phối

MBA

Máy biến áp

CLĐN

Chất lượng điện năng

TBA

Trạm biến áp

CSPK

Công suất phản kháng

CSTD

Công suất tác dụng

ĐMT

Điện mặt trời

ĐMTMN

Điện mặt trời mái nhà

NLTT

Năng lượng tái tạo

CCN

Cụm cơng nghiệp

KCN

Khu cơng nghiệp

ĐG

Điện gió

TTCS

Tổn thất cơng suất

PĐ

Phân đoạn

MC

Máy cắt

DCL

Dao cách ly

VVC

Điều khiển Volt-Var

EVN

Tập đoàn Điện lực Việt Nam

MPPT

Bám điểm công suất cực đại


v

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Qui định về sóng hài điện áp trên lưới trung áp. ............................ 24
Bảng 3.2. Qui định về độ méo dạng điện áp theo IEEE-519/2014 ................. 25
Bảng 3.3. Qui định về tần số để duy trì vận hành phát điện. .......................... 29
Bảng 3.4. Tổng hợp chi tiết kết quả tính tốn PSS/ADEPT trong 2 trường hợp
vào dịp nghỉ lễ. ................................................................................................ 34
Bảng 4.1. Khối lượng đầu tư xây dựng và cải tạo lưới điện năm 2022 .......... 44


vi

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tấm pin năng lượng mặt trời. ........................................................... 5
Hình 1.2. Hình ảnh của bộ biến tần (Inverter) .................................................. 6
Hình 1.3. Ắc-quy ............................................................................................... 7
Hình 1.4. Cấu tạo module. ................................................................................ 8
Hình 1.5. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời mái nhà độc lập. .......................... 9
Hình 1.6. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời mái nhà nối lưới. ....................... 11
Hình 1.7. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời nối lưới có dự trữ. ..................... 13
Hình 3.1. Hình ảnh sóng hài bậc cao. ............................................................. 21

Hình 3.2. Sơ đồ kết lưới điện lực An Nhơn quản lý. ...................................... 26
Hình 3.3. Sơ đồ kết lưới xuất tuyến 471/NTA. ............................................... 27
Hình 3.4. Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời đến hệ thống. ................................ 28
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hệ thống. ........................................... 28
Hình 3.6. Duy trì điện áp đấu nối hệ thống. .................................................... 30
Hình 3.7. Biểu đồ PBCS khi có sự tham gia của ĐMT vào dịp nghỉ lễ. ........ 33
Hình 3.8. Biểu đồ phân bố cơng suất khi khơng có sự tham gia của ĐMT. ... 34
Hình 3.9. Biểu đồ điện áp trong một ngày. ..................................................... 36
Hình 3.10. Biểu đồ tổn thất cơng suất ............................................................. 37
Hình 3.11. Biểu đồ tổn thất điện năng. ........................................................... 39
Hình 3.12. Biểu đồ cơng suất trong 1 ngày. .................................................... 40
Hình 4.1. Hệ thống tích trữ nguồn năng lượng (BESS). ................................. 48


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Việt Nam có lãnh thổ trải dài trên nhiều vĩ tuyến, địa hình đa dạng và phức
tạp, nên có sự khác biệt khá lớn về khí hậu giữa các vùng miền. Hằng năm,
nước ta hứng chịu tác động của nhiều loại hình thiên tai có nguồn gốc khí tượng
thủy văn gây cản trở sự phát triển kinh tế - xã hội. Đặc biệt, trong những năm
gần đây, khí hậu diễn biến bất thường kèm theo các thiên tai mang tính cực
đoan đã gây thiệt hại nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản của người dân và ảnh
hưởng đáng kể đến nền kinh tế đất nước. Để góp phần hạn chế tác động của
biến đổi khí hậu như: hạn chế sử dụng nguồn năng lượng gây ơ nhiễm mơi
trường, cắt giảm khí thải, sử dụng các nguồn năng lượng sạch - các nguồn
NLTT trở nên cấp bách và càng ngày càng có tính nghĩa vụ đối với các quốc
gia.
Năng lượng tái tạo ngày càng phát triển mạnh mẽ và đang dần trở thành

một nguồn năng lượng bền vững trong hệ thống điện cũng như thực hiện đúng
theo nội dung của Nghị quyết số 55-NQ/TW ngày 11/02/2020 của Bộ Chính trị
về định hướng Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến
năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045. Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày
11/4/2017 và Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg ngày 06/4/2020 của Thủ tướng
Chính phủ đã khuyến khích các doanh nghiệp đầu tư vào hệ thống điện mặt trời
[1]. Tuy nhiên việc đưa vào vận hành nhiều hệ thống ĐMTMN đấu nối vào
lưới điện 110kV, 35kV và 22kV đã ảnh hưởng đến việc vận hành của lưới điện
như: tổn thất điện năng, công suất thừa, quá tải đường dây tải điện …
Do vậy, đề tài này tập trung trình bày nghiên cứu về tác động của điện mặt
trời mái nhà lên hệ thống điện phân phối khi hịa lưới (điện áp, tổn thất, sóng


2

hài…). Các tác động tiêu cực cũng như lợi ích của hệ thống điện mặt trời áp
mái đến lưới điện hiện hữu.
2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng lớn nhất và có thể xem là nguồn
tài nguyên vô tận mà con người có thể khai thác. Theo dự báo, điện năng lượng
mặt trời trong tương lai có thể thay thế các hình thức sản xuất điện khác từ việc
đốt nguyên liệu hóa thạch cũng như hạn chế thủy điện làm thay đổi hệ sinh
thái… Với nhiều lợi ích mang lại, hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới đã ngày
càng quan tâm và đẩy mạnh phát triển nguồn năng lượng này như : Trung Quốc,
Mỹ, Nhật Bản…
Theo Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA), năng lượng tái tạo chiếm đến 2/3
các nguồn năng lượng mới trên thế giới, trong đó đi đầu là năng lượng mặt trời.
Cụ thể, công suất năng lượng mặt trời đã tăng 50% trong năm 2020, phát triển
nhanh nhất trong số các nguồn năng lượng mới. Điều này khiến cho các nhà
khoa học đánh giá đây là một kỷ nguyên mới của thế giới.

Hiện nay ở Việt Nam trong khi các dự án nguồn thủy điện lớn đã được khai
thác tối đa, các dự án nhiệt điện than phải đối mặt với áp lực về mơi trường thì
việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời,
đang là hướng đi mới tại Việt Nam.
Theo Hiệp hội Năng lượng sạch Việt Nam, nước ta là một trong những
Quốc gia có ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong biểu đồ bức xạ mặt trời thế giới,
cụ thể tại các tỉnh Tây Nguyên và Nam Trung Bộ, số giờ nắng đạt từ 2.000 2.600 giờ/năm. Bức xạ mặt trời trung bình 150 kcal/m2, chiếm khoảng 2.0005.000 giờ/năm [2]
Với các chính sách ưu đãi của Chính phủ, điện mặt trời đã có sự phát triển
bùng nổ trong 2 năm 2019, 2020 góp phần bổ sung nguồn điện quan trọng, đảm
bảo cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia. Tính đến cuối năm 2020, tổng


3

công suất lắp đặt điện mặt trời trên cả nước đã đạt khoảng 19.400 MWp (tương
đương 16.500 MW), chiếm khoảng 25% tổng công suất lắp đặt nguồn điện của
hệ thống điện Quốc gia.
Trong Quy hoạch điện VII (điều chỉnh) [3] cũng nêu rõ yêu cầu đẩy nhanh
tiến độ các dự án nguồn điện sản xuất từ năng lượng tái tạo, trong đó có năng
lượng mặt trời bao gồm cả nguồn năng lượng tập trung lắp đặt trên mặt đất và
các nguồn riêng lẻ lắp đặt trên nóc nhà. Trong Đề án quy hoạch điện VIII trình
Chính phủ phê duyệt tiếp tục được xây dựng trên cơ sở định hướng tại Nghị
quyết 55-NQ/TW ngày 11/2/2020 của Bộ Chính trị tiếp tục xem xét, phát triển
thủy điện, năng lượng tái tạo và năng lượng mới (điện gió, điện mặt trời, điện
sinh khối, điện rác…) với quy mô phù hợp. Xem xét lộ trình giảm các nguồn
điện than, phát triển các nguồn điện khí LNG một các hợp lý.
Tuy nhiên, do tính chất bất định và phát triển nhanh trong một thời gian
ngắn, điện mặt trời đã gây những khó khăn nhất định trong cơng tác vận hành
hệ thống điện.
3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài

- Nghiên cứu các nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời.
- Nghiên cứu sóng hài và các giải pháp khắc phục ảnh hưởng của sóng hài.
- Sử dụng phần mềm PSS-Adept để tính tốn ảnh hưởng của lưới điện và
đề xuất các giải pháp hạn chế ảnh hưởng của hệ thống ĐTMMN.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng: Lưới điện phân phối thị xã An Nhơn, tỉnh Bình Định.
- Phạm vi nguyên cứu: Ảnh hưởng của ĐTMMN khi phát lên xuất tuyến
471/NTA.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết.
- Nghiên cứu mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng.


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
1.1. Mở đầu
Năng lượng mặt trời bao gồm bức xạ ánh sáng và năng lượng nhiệt từ mặt
trời được con người khai thác, lưu trữ và chuyển đổi thành điện năng thông qua
tấm pin năng lượng mặt trời (PV Panel). Những tấm pin hấp thụ trực tiếp bức
xạ từ ánh sáng mặt trời, chuyển hóa quang năng thành điện năng. Đây được
xem như là nguồn năng lượng sạch vô tận được thiên nhiên ban tặng cho loài
người. Nguồn điện được tạo ra chủ yếu nhờ vào ánh sáng mặt trời nên đây được
xem là nguồn năng lượng xanh sạch và thân thiện với mơi trường. Hơn nữa,
mặt trời cịn cung cấp nguồn năng lượng vơ tận và khó có thể cạn kiệt. Theo xu
hướng phát triển, năng lượng mặt trời gần như khơng có ảnh hưởng nhiều đến
mơi trường, là một nguồn ngun liệu sạch, thân thiện, góp phần bảo vệ mơi
trường và giảm thiểu hiệu ứng nhà kính.
1.2. Cấu tạo của hệ thống ĐTM

1.2.1. Tấm pin năng lượng mặt trời
Hiện nay vật liệu chủ yếu để làm các tấm pin mặt trời là silic tinh thể. Pin
mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:
+ Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình
Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất đắt
tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở
góc nối các module.
+ Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc - đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm
nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu
suất kém hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt
nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.


5

+ Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa
tinh thể. Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong
các loại vì khơng cần phải cắt từ thỏi silicon.

Hình 1.1. Tấm pin năng lượng mặt trời.
1.2.2. Bộ biến tần (Inverter)
Đây là thiết bị điện tử chuyển đổi dòng điện 1 chiều (DC) thành dòng điện
xoay chiều (AC). Các tấm pin mặt trời tạo ra dòng điện 1 chiều từ mặt trời,
nhưng hầu hết các thiết bị gia dụng lại hoạt động bằng dịng điện xoay chiều.
Chính vì vậy, vai trị của bộ biến tần (Solar Inverter) trong hệ thống năng lượng
mặt trời là cực kỳ quan trọng, nó sẽ biến nguồn điện một chiều DC từ việc các
tấm pin hấp thụ thành dòng điện xoay chiều AC để phù hợp với các thiết bị
điện trong gia đình của bạn.
Hiện tại, inverter năng lượng mặt trời được phân làm 3 loại: chuỗi (String
inverter), Inverter vi mô (Micro inverter) và Inverter chuỗi kết hợp tối ưu

hoá (Power Optimizer).


6

Hình 1.2. Hình ảnh của bộ biến tần (Inverter)
1.2.3. Bộ lưu trữ năng lượng (ắc-quy)
Ắc-quy (Battery) để lưu trữ năng lượng điện do tấm pin quang điện thu
được, người ta thường sử dụng các hệ thống lưu trữ để sử dụng vào ban đêm
hoặc lúc trời khơng cịn ánh nắng, dạng khơ, kín khí, khơng cần bảo dưỡng.
Ắc-quy có nhiều loại, kích thước và dung lượng khác nhau, tùy thuộc vào công
suất và đặc điểm của hệ thống pin năng lượng mặt trời. Hệ thống có cơng suất
càng lớn thì cần sử dụng ắc-quy có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắcquy kết nối lại với nhau. Các loại ắc-quy (Battery) thường dùng hiện nay là pin
axít chì, pin Nickel Cadmium (Ni-Cd).


7

Hình 1.3. Ắc-quy
1.3. Nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời
Pin năng lượng mặt trời là hệ thống quang điện được tạo ra từ các mô-đun
quang điện (PV) gồm các tế bào quang điện (Solar cell) kết nối với nhau ở các
điện áp và cơng suất khác nhau. Chúng đóng vai trò hấp thu năng lượng và
chuyển đổi quang năng thành điện năng, cung cấp cho các hoạt động phục vụ
sinh hoạt, sản xuất. Vật liệu pin năng lượng mặt trời (Solar panel) bao gồm
nhiều tế bào quang điện (solar cells) - là phần tử bán dẫn có thành phần chính
là silic tinh khiết - có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng
là đi ốt quang. Các tế bào quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong
suốt ở mặt trước và một vật liệu nhựa ở phía sau. Cường độ dịng điện, hiệu
điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng

chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để tạo tấm pin
mặt trời.


8

Hình 1.4. Cấu tạo module.
Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:
- Photon truyền trực tiếp xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi
năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức
năng lượng cao hơn.
- Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra
khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng
lượng cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt
electron trong màn tinh thể. Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện.
Các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn. Khi đó nguyên tử sẽ
thiếu 1 electron và đó gọi là “lỗ trống”. Lỗ trống này tạo điều kiện cho các
electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào “lỗ trống”, và điều này
tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có “lỗ trống”. Cứ tiếp tục như vậy “lỗ
trống” di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn. Electron mang điện tích âm và lỗ
trống mang điện tích dương nay có thể di chuyển tự do, nhưng bởi vì trường
điện từ tại tiếp diện P/N nên chúng chỉ có thể đi theo một hướng. Electron bị
hút về mặt N và lỗ trống bị hút về mặt P.


9

Các electron di động được thu thập ở các lá kim loại tại đỉnh solar cell
(ribbon và các thanh busbar). Từ đây chúng đi vào mạch tiêu thụ thực hiện chức

năng điện trước khi quay trở về lá nhôm ở mặt sau.
Electron là thứ duy nhất di chuyển trong solar cell và quay về nơi xuất phát.
Chẳng có thứ gì hao mịn hay cạn kiệt nên solar cell có tuổi thọ lên tới hàng
chục năm. Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng lượng đủ để kích
thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, nhiệt độ của mặt trời thường
tương đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp
thụ bởi silic. Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng
lượng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được.
1.3.1. Hệ thống pin mặt trời độc lập
Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là hệ thống sử dụng nguồn năng
lượng mặt trời để tạo ra dòng điện và được lưu vào trong một ắc-quy dự trữ.
Dòng điện này tự hoạt động để cung cấp điện cho các thiết bị sinh hoạt mà
không cần kết nối với hệ nguồn điện lưới và cần thêm một máy phát điện dự
phịng. Nói một cách khác, hệ thống điện mặt trời độc lập hồn tồn tách biệt
với hệ thống lưới điện.

Hình 1.5. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời mái nhà độc lập.


10

Với nguyên lý hoạt động độc lập hoàn toàn, hệ thống điện năng lượng mặt
trời độc lập được ứng dụng rộng rãi trên nhiều vùng tại nhiều Quốc gia, ứng
dụng cụ thể cho các vùng khơng có điện lưới, vùng hải đảo xa xơi và vùng có
điện nhưng khơng ổn định. Hệ thống điện mặt trời độc lập gồm pin mặt trời,
ắc-quy dự trữ, bộ điều khiển sạc ắc-quy, biến tần và máy phát điện dự phòng
(tùy chọn). Với nguyên lý hoạt động như trên hệ thống điện năng lượng mặt
trời độc lập có ưu, nhược điểm sau:
- Ưu điểm:
+ Không phụ thuộc vào lưới điện: Hệ thống năng lượng mặt trời khơng

nối lưới sẽ khả thi hơn hoặc có thể rẻ hơn rất nhiều so với việc đầu tư cơ sở hạ
tầng để dẫn đường dây điện đến một số khu vực hẻo lánh, xa xôi với điện lưới
quốc gia. Với việc làm chủ nguồn năng lượng không lo ngại bị ngừng cung cấp
điện do sự cố mất điện đột ngột từ lưới điện quốc gia.
+ Độc lập, tự chủ về nguồn điện: Khi tấm pin mặt trời sản xuất điện vào
ban ngày, toàn bộ điện năng sẽ được lưu lại vào ắc-quy dự trữ để dùng vào ban
đêm, khơng để lãng phí thất thốt. Tuy nhiên, ắc-quy điện chỉ có thể lưu trữ
một lượng năng lượng nhất định và trong những ngày thời tiết xấu có thể bị
thiếu hụt điện sinh hoạt. Do đó, chúng ta cần phải trang bị thêm một máy phát
điện dự phòng để đảm bảo nguồn năng lượng không bị gián đoạn.
- Nhược điểm:
+ Chi phí lắp đặt cao nhất: Để có được khả năng tự chủ, độc lập nguồn
điện, đối với hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập chúng ta phải đầu tư
thêm ắc-quy dự trữ và máy phát điện bên cạnh các thành phần bắt buộc như pin
mặt trời, bộ biến tần. Chi phí sẽ tăng cao so với sử dụng loại hình điện mặt trời
nối lưới, đi kèm với chi phí bảo dưỡng, thay mới ắc-quy (thời gian sử dụng của
ắc-quy chỉ tầm 10 năm trong khi pin mặt trời có thời hạn 20 năm).


11

- Hạn chế dung lượng lưu trữ: Khả năng lưu trữ điện sẽ tùy thuộc vào dung
lượng ắc-quy. Hệ thống có cơng suất càng lớn thì cần sử dụng ắc-quy có dung
lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc-quy kết nối lại với nhau. Hệ thống ắc-quy
này thường xuyên phải được kiểm tra và bảo dưỡng để đảm bảo được tuổi thọ
và chất lượng.
1.3.2. Hệ thống pin mặt trời nối lưới
Hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới là hệ thống điện hoạt động kết
hợp giữa điện năng mặt trời và điện lưới quốc gia. Hệ thống điện năng lượng
mặt trời nối lưới được cấu tạo từ những tấm pin năng lượng mặt trời, bộ chuyển

đổi điện năng Inverter và các phụ kiện đi kèm như giàn khung, giá đỡ, dây điện,
phụ kiện.

Hình 1.6. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời mái nhà nối lưới.
Những tấm pin có cơng dụng hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa ánh
sáng thành dòng điện một chiều. Dòng điện một chiều này thơng qua bộ chuyển
đổi inverter sẽ chuyển dịng điện một chiều (DC) thành dịng điện xoay chiều
(AC) có cùng cơng suất, cùng tần số với điện hòa lưới. Cả hai dòng điện hòa
lưới và điện năng lượng mặt trời sẽ hoạt động song song. Tuy nhiên hệ thống
sẽ tự động ưu tiên sử dụng nguồn điện mặt trời chỉ khi hệ thống điện mặt trời


12

không sản sinh và cung cấp đủ nguồn điện sử dụng thì sẽ chuyển sang sử dụng
nguồn điện lưới.
- Ưu điểm của hệ thống trên:
+ Hệ thống điện năng lượng mặt trời hịa lưới có cấu tạo đơn giản và
khơng q cầu kỳ phức tạp.
+ Mơ hình điện năng tối ưu hóa chi phí đầu tư nhưng mang đến hiệu
quả kinh tế cao.
+ Hệ thống điện năng không cần nhiều chi phí bảo trì, bảo dưỡng và
sửa chữa các thiết bị bên trong.
+ Điện năng lượng mặt trời hòa lưới thân thiện với mơi trường và chống
nóng tốt cho mái nhà.
+ Nguồn điện năng được tạo ra rất an toàn đối với sức khỏe người dùng.
- Nhược điểm của hệ thống trên:
+ Phụ thuộc vào lưới điện quốc gia hiện có. Hệ thống điện mặt trời nối
lưới khơng có bình ắc-quy để lưu trữ. Vì vậy hệ thống chỉ hoạt động được khi
có điện lưới, nếu mất điện lưới hệ thống cũng ngừng hoạt động.

1.3.3. Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới có dự trữ
Điện mặt trời hịa lưới có lưu trữ hay cịn gọi là hệ thống điện mặt trời kết
hợp là sử dụng các tấm pin mặt trời được kết nối với nhau theo một cách khoa
học để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Điện mặt trời sản xuất ra
được ưu tiên cho thiết bị tại hộ gia đình, nhà xưởng, nếu cịn dư sẽ được nạp
vào hệ thống pin lưu trữ để sử dụng khi mất điện hoặc vào ban đêm. Nếu điện
mặt trời sản xuất ra không đủ cho tải sử dụng, hệ thống sẽ tự động bổ sung
lượng điện còn thiếu từ điện lưới, sau đó mới dùng đến điện ở pin lưu trữ để
đảm bảo các thiết bị hoạt động bình thường, khơng bị mất điện. Ngồi ra nếu
nguồn năng lượng không sử dụng hết sẽ được phát lên lưới điện để bán lại cho
Công ty Điện lực. Hệ thống điện mặt trời trên phù hợp với những khu vực có


13

đảm bảo an ninh chất lượng dịch vụ cao như các trạm phát sóng viễn thơng,
trạm gác bảo vệ có hệ thống camera an ninh,… và những nơi cần duy trì nguồn
điện, các khu vực điện yếu.

Hình 1.7. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời nối lưới có dự trữ.
- Ưu điểm:
+ Đảm bảo cung cấp điện: Hệ thống không phụ thuộc nhiều vào điện
lưới nên khi lưới điện gặp sự cố, mọi hoạt động và nhu cầu sử dụng điện sẽ
khơng bị ảnh hưởng. Ln có điện để duy trì hoạt động liên tục của thiết bị
ngay cả khi mất điện lưới.
+ Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động, đảm bảo nguồn điện liên tục,
thời gian chuyển mạch nhanh.
+ Linh hoạt trong việc điều chỉnh điện mặt trời - điện lưới - pin lưu trữ
để tối ưu hóa về mặt tài chính.
+ Nếu biến tần độc lập (off-grid) phải có pin lưu trữ mới hoạt động được

thì biến tần Hybrid có ưu điểm là khơng có pin lưu trữ vẫn hoạt động.


14

+ Cài đặt chế độ ưu tiên tự sử dụng, điện mặt trời dư được phát lên lưới
điện để bán cho Công ty Điện lực.
+ Sử dụng điện mặt trời an tồn, khơng gây tiếng ồn.
+ Giảm chi phí tiêu thụ nguồn điện năng từ lưới điện (giảm nhu cầu).
- Nhược điểm:
+ Chi phí đầu tư cao hơn hệ thống hịa lưới và độc lập có cùng cơng
suất.
+ Ngun lý hoạt động khá phức tạp khiến công tác lắp đặt, cài đặt khó
khăn.
+ Hệ thống phức tạp dẫn đến có thể phát sinh hư hỏng trong quá trình
vận hành.
+ Tuổi thọ của ắc-quy hoặc pin lưu trữ lithium không dài mà giá thành
lại đắt.
1.4. Kết luận chương 1
Việt Nam có vị trí địa lí thuận lợi, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ
mặt trời và số giờ nắng tương đối cao, trung bình cường độ bức xạ mặt trời cả
nước là 5 (kWh/m2.ngày) đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh
miền Trung và miền Nam vào khoảng 300 ngày/năm nên rất có tiềm năng phát
triển năng lượng mặt trời. Dựa vào nhu cầu và điều kiện kinh tế mà ta sẽ lựa
chọn mơ hình hệ thống pin mặt trời phù hợp để đầu tư và phát triển. Trong
chương này, học viên đã tìm hiểu tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc
của hệ thống điện mặt trời. Bên cạnh đó, căn cứ vào những ưu, nhược điểm của
03 hệ thống điện mặt trời phân tích ở trên ta thấy hệ thống điện năng lượng mặt
trời nối lưới là phương án phù hợp nhất tình hình hiện nay. Do đó, luận văn tốt
nghiệp này sẽ nghiên cứu và đánh giá ảnh hưởng của hệ thống điện mặt trời

mái nhà nối lưới nối lưới đối với công tác quản lý vận hành của lưới điện phân
phối thị xã An Nhơn.


15

CHƯƠNG 2
THỰC TRẠNG VẬN HÀNH CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI THỊ XÃ AN NHƠN
2.1. Mở đầu
Điện lực An Nhơn được giao nhiệm vụ quản lý vận hành lưới điện và kinh
doanh bán điện trên địa bàn thuộc khu vực thị xã An Nhơn, một phần xã Phước
Hưng, huyện Tuy Phước và một phần xã Cát Tân, huyện Phù Cát.
Hiện nay, Thị xã An Nhơn đã và đang tập trung các nguồn lực đẩy nhanh
tốc độ đầu tư xây dựng theo quy hoạch gồm: KCN Nhơn Hòa, CCN Tân Đức,
CCN Đồi Hỏa Sơn, CCN Nhơn Phong, CCN An Mơ … tập trung xây dựng đưa
thị xã An Nhơn thành Thành Phố vào năm 2025 trở thành trung tâm tăng trưởng
phía Nam của tỉnh và đầu mối giao thông phục vụ trực tiếp cho khu vực miền
Trung - Tây Nguyên; xây dựng các cơng trình kết cấu hạ tầng lớn để gắn kết
với các khu vực lân cận theo trục Bắc - Nam và Đông - Tây; phát triển các
ngành kinh tế trọng điểm mà thị xã An nhơn có lợi thế là công nghiệp chế biến
lâm - nông - thuỷ sản, sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ, vật liệu xây dựng, giày
da, may mặc, cơ khí, phát triển du lịch, thương mại, dịch vụ tài chính, ngân
hàng, bưu chính, viễn thơng....
Hiện trên địa bàn thị xã An Nhơn nguồn điện được cấp từ TBA 110kV An
Nhơn và TBA 110kV Nhơn Tân với tổng cơng suất 138MVA, ngồi ra cịn có
Thủy điện Hồ Núi Một với công suất 1650kVA được đấu nối vào lưới điện
trung áp 22kV xuất tuyến 479/NTA phát lên lưới điện. Như vậy cùng với nguồn
điện hiện có như trên Điện lực An Nhơn hiện đang quản lý vận hành 17 xuất
tuyến 22kV, 01 xuất tuyến 35kV với tổng chiều dài 327,73km; với 650 TBA

tổng công suất 244.105kVA và 192 chủ đầu tư điện mặt trời với tổng công suất


16

lắp đặt 20.908kWp để đáp ứng phục vụ trên địa bàn thị xã. Phụ lục 1 thể hiện
danh sách nhà đầu tư ĐMTMN trên lưới Điện lực An Nhơn.
Về cơ cấu điện tiêu thụ của Điện lực An Nhơn năm 2021 thực hiện đạt:
269,73(tr.kWh)

trong

đó

về

NN-LN-TS:

5,03(tr.kWh);

CN-XD:

143,85(tr.kWh); TN-KS: 4,91(tr.kWh); QLTD: 107,96(tr.kWh); Khác:
7,97(tr.kWh). Giá điện bình quân: 1.827,30(đ/kWh).
2.2. Nguồn cấp điện liên kết lưới điện phân phối ở Thị xã An Nhơn
Hệ thống lưới điện Điện lực An Nhơn hiện đang quản lý với các cấp điện
áp 35kV, 22kV. Phần lớn lưới điện đều đầu tư xây dựng thông qua các dự án
Sida (năm 2005) và đầu tư xây dựng lưới điện sau các TBA 110kV để cấp điện
cho phát triển kinh tế cho toàn thị xã An Nhơn và các khu vực lân cận. Việc tạo
các lưới điện liên kết là một trong nhưng tiêu chí đầu tiên để xây dựng (N-1).

Hiện tại lưới điện Điện lực An Nhơn quản lý có các liên kết với xuất tuyến
22kV, 35kV đấu nối sau các TBA 110kV khác cụ thể như: xuất tuyến
471/ANH, XT 474/ANH liên kết với TBA 110kV Phước Sơn, xuất tuyến
371/ANH liên kết với TBA Quy Nhơn 220, xuất tuyến 472/ANH, 474/ANH
kết với TBA 110kV Phù Cát, xuất tuyến 473/NTA, 475/NTA, 474/NTA liên
kết với TBA 110kV Tây Sơn. Với lưới điện mạch vòng liên kết như thế đảm
bảo việc cung cấp điện an toàn và cung cấp điện liên tục trên toàn thị xã.
2.3. Ứng dụng công nghệ vào vận hành lưới điện
Để đáp ứng nhu cầu quản lý, vận hành hệ thống lưới điện với khối lượng
trạm biến áp và đường dây ngày càng lớn trong những năm qua Công ty Điện
lực Bình Định ln chú trọng và đẩy mạnh việc áp dụng công nghệ tiên tiến
với mục tiêu hiện đại hóa, tự động hóa lưới điện theo lộ trình xây dựng lưới
điện thơng minh, tự động hóa trong cơng tác vận hành lưới điện góp phần nâng
cao năng suất lao động, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện
năng, đảm bảo quyền lợi cho khách hàng.


17

Việc đưa 14 TBA 110kV trên địa bàn tỉnh Bình Định vào vận hành không
người trực là một minh chứng cụ thể nhất về áp dụng công nghệ trong công tác
quản lý vận hành. Đồng thời toàn bộ các thiết bị đóng cắt trên hệ thống lưới
điện trung thế (22-35kV) như: máy cắt Recloser, dao cắt có tải kiểu kín LBSC đều được kết nối về Trung tâm điều khiển - Cơng ty Điện lực Bình Định.
Việc thực hiện việc thao tác đóng cắt máy cắt Recloser, dao cắt có tải kiểu kín
LBS-C đều được thực hiện bằng hình thức điều khiển xa từ Trung tâm điều
khiển phục vụ cho công tác phân vùng sự cố, tách các phần tử bị sự cố ra khỏi
lưới điện và giúp khôi phục lại lưới điện sớm nhất. Đây là giải pháp tối ưu cho
việc điều khiển hệ thống điện trên địa bàn tỉnh mà Cơng ty Điện lực Bình Định
đang thực hiện. Các thao tác đóng cắt vận hành thiết bị, giám sát hoạt động và
thu thập dữ liệu đều được thực hiện từ xa giảm được sức lực cho người lao

động, giảm các chỉ số về độ tin cậy cung cấp điện. Bên cạnh đó Cơng ty Điện
lực Bình Định đã, đang tiếp tục việc nâng cao hơn nữa áp dụng hiệu quả các
ứng dụng phần mềm như hệ thống thông tin quản lý khách hàng CMIS; hệ
thống quản lý kỹ thuật PMIS; phần mềm hỗ trợ lắp đặt, vận hành thiết bị đo
đếm công tơ điện tử từ xa DSPM; Hệ thống Quản lý độ tin cậy cung cấp điện
OMS, Cơng nghệ vệ sinh Hotline, chuẩn đốn tình trạng vận hành thiết bị đang
mang điện (CBM) …góp phần đảm bảo điều hành lưới điện an toàn, ổn định,
đồng thời nâng cao năng suất lao động, giảm thiểu sự cố gây nguy hiểm cho
người lao động và trong thời gian đến Cơng ty Điện lực Bình Định sẽ triển khai
thử nghiệm ứng dụng công nghệ AI trong xử lý và nhận diện hình ảnh để giám
sát tuyến đường dây, các vị trí cột trọng yếu hay sạt lở; sử dụng UAV trong
kiểm tra định kỳ và hành lang lưới điện giúp cho đơn vị thuận tiện trong kiểm
tra các tuyến đường dây và thiết bị, qua đó nhân viên vận hành có đủ dữ liệu,
thơng tin để kiểm tra đánh giá tình trạng vận hành của lưới điện, nhanh chóng
phát hiện ra các khiếm khuyết, các vị trí bị phóng điện có nguy cơ xảy ra sự cố,


18

các vị trí cây cối nằm trong hành lang hoặc có khả năng ngã đổ vào đường dây
kịp thời đưa ra giải pháp khắc phục, ngăn ngừa, giảm thiểu sự cố trên đường
dây, nâng cao độ tin cây cung cấp điện, giảm thời gian mất điện, nâng cao chất
lượng điện năng cung cấp cho khách hàng
2.4. Kết luận chương 2
Trong chương 2, tác giả đã tổng quát về lưới điện thị xã An Nhơn do Điện
lực An Nhơn quản lý qua đó ta có cái nhìn tổng thể về cơng tác quản lý vận
hành và kinh doanh tại đơn vị. Việc áp dụng công nghệ vào trong công tác quản
lý vận hành là một trong những nhiệm vụ trọng tâm của trong Đề án: Nghiên
cứu, phát triển, ứng dụng công nghệ của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ
4 vào hoạt động sản xuất kinh doanh. Bước vào chương 3, tác giả sẽ tập trung

nghiên cứu về các tiêu chí để đánh giá hiệu quả của các hệ thống điện năng
lượng mặt trời mái nhà nối lưới, qua đó cho thấy được ưu nhược điểm của hệ
thống này từ đó đề xuất hướng phát triển.