Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến chế độ vận hành lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trịnh Trọng Chưởng

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA
NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN CHẾ ĐỘ
VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện
Mã số: 60.52.50.05

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội, 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trịnh Trọng Chưởng

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN
PHÂN TÁN ĐẾN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện
Mã số: 60.52.50.05

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT ĐIỆN

TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. PHẠM VĂN HOÀ
TS. ĐÀO QUANG THẠCH

Hà Nội, 2012


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu
trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ
công trình nào khác.
Nghiên cứu sinh

Trịnh Trọng Chưởng


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bản luận án này, ngoài sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, nghiên
cứu sinh đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ từ các thầy cô giáo, bạn bè,
đồng nghiệp và gia đình.
Trước hết, nghiên cứu sinh vô cùng biết ơn sự hướng dẫn tận tình của tập thể
hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Văn Hoà và TS. Đào Quang Thạch trong suốt
quá trình nghiên cứu. Không có sự hướng dẫn và giúp đỡ đó, chắc chắn nghiên cứu
sinh sẽ không hoàn thành được luận án.
Nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Lã Văn Út và
VS.GS.TSKH Trần Đình Long đã cho rất nhiều ý kiến đóng góp khoa học vô cùng
quý báu, cũng như những lời động viên chân thành ở những thời điểm khó khăn
nhất để nghiên cứu sinh có thể hoàn thành được luận án.
Nghiên cứu sinh chân thành cám ơn sự giúp đỡ của TS Trương Việt Anh - Đại

học Sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh và TS Nguyễn Đức Hạnh - Viện Năng
lượng đã cung cấp nhiều số liệu, đồng thời cùng nghiên cứu sinh tham gia các đề tài
khoa học để phục vụ công tác nghiên cứu.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cám ơn tập thể khoa học bộ môn Hệ thống
điện, trường Đại học Bách khoa Hà Nội vì sự ủng hộ và góp ý học thuật trong quá
trình nghiên cứu và làm luận án.
Điều không thể thiếu được là nghiên cứu sinh xin chân thành cám ơn Viện Đào
tạo Sau đại học- trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Ban lãnh đạo trường Đại học
Công nghiệp Hà Nội về sự quan tâm và tạo nhiều điều kiện thuận lợi trong suốt thời
gian học tập vừa qua.
Cuối cùng, nghiên cứu sinh vô cùng biết ơn sự quan tâm, giúp đỡ, động viên
của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian qua, nhờ đó tác giả có thêm
nhiều nghị lực để hoàn thành luận án.


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN VÀ CÁC ẢNH HƯỞNG
CỦA CHÚNG ĐẾN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

1

1.1. Khái quát chung

1

1.1.1. Nguồn điện phân tán (Distributed Generation - DG)

1

1.1.2. Xu hướng phát triển DG trong các lưới điện phân phối (LĐPP) ở Việt Nam

2

1.2. Đặc tính công suất của nguồn điện phân tán

4

1.3. Bài toán vận hành lưới điện phân phối có nguồn phân tán

4

1.3.1. Bài toán đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến các LĐPP

6

1.3.2. Bài toán tái cấu hình LĐPP có nguồn DG

9

1.3.3. Bài toán đảm bảo chất lượng điện áp và ổn định điện áp của LĐPP có DG

12

1.4. Các nội dung nghiên cứu trong Luận án

15

Chương 2: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN

CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

18

2.1. Đặt vấn đề

18

2.2. Đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến chất lượng điện năng LĐPP

21

2.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của DG đến chất lượng điện áp

21

2.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của DG đến tổn thất công suất trong LĐPP

25

2.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của DG đến độ tin cậy của LĐPP

28

2.3. Ứng dụng chỉ tiêu phân tích chi phí vòng đời đánh giá hiệu quả kinh tế của
nguồn điện phân tán trong lưới điện phân phối

30

2.3.1. Phương pháp phân tích chi phí vòng đời công trình năng lượng

30

2.3.2. Chi phí vòng đời đối với các dạng nguồn cung cấp điện

32

2.3.3. Lựa chọn công suất đặt của nguồn DG để cung cấp điện cho phụ tải

34

2.3.4. Lựa chọn phương án cung cấp điện theo chi phí vòng đời

36

2.3.5. Kết quả tính toán

37

2.4. Kết luận

43

Chương 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN
BÀI TOÁN TÁI CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

45

3.1. Đặt vấn đề

45

3.2. Tổng quan các phương pháp tái cấu hình LĐPP theo mục tiêu giảm tổn thất
công suất

45

3.2.1. Giới thiệu chung

45

3.2.2. Thuật toán của Merlin và Back

47

3.2.3. Thuật toán của Civanlar

49


Trang
3.2.4. Các thuật toán dựa trên trí tuệ nhân tạo (TTNT)

52

3.2.5. Nhận xét chung

52

3.3. Phương pháp tái cấu hình LĐPP có xét đến ảnh hưởng của nguồn điện phân

tán

53

3.3.1. Mô tả lưới điện và các qui ước

53

3.3.2. Mô tả toán học thao tác phân bố lại phụ tải

55

3.3.3. Điều kiện để tổn thất công suất tác dụng bé nhất sau khi phân bố lại phụ tải nhánh

55

3.3.4. Nhận xét

59

3.4. Xây dựng thuật toán tái cấu hình LĐPP cực tiểu tổn thất công suất tác dụng

60

3.4.1. Hàm mục tiêu

60

3.4.2. Thuật toán đề nghị

62

3.5. Tính toán áp dụng

66

3.6. Bài toán tái cấu hình LĐPP có DG trong vận hành trực tuyến

73

3.7. Bài toán tái cấu hình LĐPP có DG sau sự cố

77

3.8. Kết luận

81

Chương 4. NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI CÓ KẾT NỐI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN

83

4.1. Đặt vấn đề

83

4.2. Các bài toán phân tích ổn định điện áp khi có các DG

83

4.2.1. Ổn định điện áp nút có các động cơ không đồng bộ (KĐB)

83

4.2.2. Ổn định điện áp nút phụ tải tổng hợp

85

4.2.3. Ổn định điện áp nút có các máy phát đồng bộ công suất nhỏ

86

4.2.4. Ổn định điện áp nút có các máy phát không đồng bộ

87

4.2.5. Nhận xét chung

88

4.3. Mô hình máy điện không đồng bộ tuabin gió

88

4.3.1. Giới thiệu

88

4.3.2. Mô hình DG không đồng bộ tuabin gió loại rôto lồng sóc (IM)

89

4.3.3. Mô hình DG không đồng bộ tuabin gió loại nguồn kép (DFIM)

90

4.3.4. Nhận xét

93

4.3.5. Bài toán tìm điều kiện đầu và phân bố công suất trong LĐPP có nguồn DG không
đồng bộ

94

4.4. Nghiên cứu các tiêu chuẩn và phương pháp đánh giá giới hạn ổn định điện áp
nút kết nối máy điện không đồng bộ tuabin gió

97

4.4.1. Quá trình vật lý hiện tượng mất ổn định điện áp của DG KĐB tuabin gió

97

4.4.2. Ví dụ minh hoạ

102

4.4.3. Các phương pháp đánh giá ổn định điện áp theo những kịch bản khác nhau khi có

105


Trang
nguồn DG
4.5. Phương pháp xác định các giới hạn ổn định điện áp tại nút kết nối DG không
đồng bộ trong LĐPP theo đặc tính PU

113

4.5.1. Nội dung phương pháp

113

4.5.2. Nghiên cứu ảnh hưởng MBA điều chỉnh dưới tải (OLTC) và thiết bị bù công suất
phản kháng đến các giới hạn ổn định điện áp nút kết nối DG không đồng bộ

116

4.5.3. Ứng dụng tính toán

118

4.8. Kết luận chương 4

123

Chương 5. TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN
TÁN ĐẾN CẤU HÌNH VÀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP MỘT SỐ LƯỚI ĐIỆN PHÂN

PHỐI Ở VIỆT NAM

124

5.1. Đặt vấn đề

124

5.2. Lựa chọn cấu hình LĐPP cho Điện lực Bát Xát, Lào Cai

124

5.2.1. Hiện trạng LĐPP Bát Xát

124

5.2.2. Các phương án nghiên cứu

126

5.2.3. Nhận xét chung

132

5.2.4. Tái cấu hình trực tuyến LĐPP có DG là thuỷ điện nhỏ

133

5.3. Phân tích ổn định điện áp lưới điện Ninh Thuận 2015 có kết nối nguồn điện gió

134

5.3.1. Đặc điểm hiện trạng lưới điện Ninh Thuận

134

5.3.2. Phân tích ổn định điện áp nút kết nối WP với máy điện IM

136

5.3.3. Phân tích ổn định điện áp nút kết nối WP với máy điện DFIM

141

5.4. Kết luận chương 5

144

Kết luận của Luận án

146

Các công trình đã công bố

147

Phụ lục


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ANĐ: Điện năng mất do ngừng cung cấp điện
B/C: Tỷ số lợi nhuận so với chi phí
CLĐA: Chất lượng điện áp
CCĐ: Cung cấp điện
CĐXL: Chế độ xác lập
CIGRE (International Council on Large Electric Systems): Tổ chức Quốc tế các nước có lưới
điện lớn.
CPF (Continuation Power Flow Method): Phương pháp tính liên tục chế độ xác lập của hệ
thống điện
Ct: Chi phí năm thứ t
DA: Đại lượng đặc trưng cho chất lượng điện áp của xuất tuyến
DG (Distributed Generation): Nguồn điện phân tán
DFIM (Doubly Fed Induction Machine): máy điện không đồng bộ nguồn kép
DCL: Dao cách ly
ĐTC: Độ tin cậy
ĐC: Động cơ
FCO (Fuse Cut Out): Cầu chì tự rơi
GE (Grid extension): Mở rộng lưới điện
HTĐ: Hệ thống điện
IEC (International Electrotechnical Commission): Uỷ ban Kỹ thuật Điện Quốc tế
KĐB: Không đồng bộ
KCN: Khu công nghiệp
IM (Induction Machine): Máy điện không đồng bộ tốc độ cố định
IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers: Viện Kỹ thuật điện - điện tử Quốc tế
IRR: Tỷ lệ hoàn vốn nội tại


LBS (Load Break Switch): Dao cắt có tải
LBFCO (Load Break Fuse Cut Out): Cầu chì tự rơi kết hợp cắt có tải

LCC (Life Cycle Cost): Chi phí vòng đời
LCCA (Life Cycle Cost Analysis): Phân tích chi phí vòng đời
LRMC (Long Run Marginal Cost): Chi phí biên dài hạn
LĐPP: Lưới điện phân phối
MBA: Máy biến áp
MC: Máy cắt
Mgh: Mômen giới hạn
OLTC (On Load Tap Changer): Bộ điều chỉnh điện áp dưới tải
PCC (Point of Common Coupling): Điểm kết nối chung
NPV (Net present value): Giá trị lãi ròng quy về hiện tại
PA: Phương án
PBCS: Phân bố công suất
PSS/ADEPT (Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool):
Phần mềm tính toán và phân tích lưới điện phân phối
PTVP: Phương trình vi phân
PU: Đường đặc tính ổn định điện áp công suất tác dụng - điện áp
QU: Đường đặc tính ổn định điện áp công suất phản kháng - điện áp
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition): Hệ thống giám sát điều khiển và thu thập
xử lý dữ liệu
TC: Tổng chi phí
TĐĐC: Tự động điều chỉnh
TĐN: Thuỷ điện nhỏ
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
WP (Wind power): nguồn điện gió
WT (Wind turbine): tuabin gió


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực khi có DG1 vận hành cực đại

(1400 kW) khi DG 2 và 3 không vận hành

29

Bảng 2.2. Kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực khi các DG vận hành cực tiểu
DG1 (500 kW) khi DG 2, 3 (6500 kW)

29

Bảng 2.3. Bảng 2.4. Kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực khi các DG vận hành
cực đại

29

Bảng 2.4. Kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực khi không có DG

29

Bảng 2.5. Đặc điểm tiêu thụ điện của phụ tải ở Phú Cương - Kỳ Sơn

38

Bảng 2.6. Chi phí các phương án sử dụng DG

40

Bảng 2.7. Giá trị của các hệ số kinh tế cố định, thay đổi của mạng điện

40

Bảng 3.1. So sánh hiệu quả các thuật toán tái cấu trúc cơ bản

52

Bảng 3.2. Quá trình phân bố lại phụ tải ở giai đoạn 1 của LĐPP 16 nút khi không có
DG

68

Bảng 3.3. Quá trình phân bố lại phụ tải ở giai đoạn 1 của LĐPP 16 nút có 2 DG

69

Bảng 3.4. Quá trình phân bố lại phụ tải ở giai đoạn 1 của LĐPP 16 nút có 1 DG tại
nút 9

70

Bảng 3.5. Quá trình phân bố lại phụ tải ở giai đoạn 1 của LĐPP 16 nút có DG tại nút
13

71

Bảng 3.6. Kết quả tổng kết khảo sát trên LĐPP 16 nút

72

Bảng 3.7. Tổng hợp các phương án vận hành của lưới điện khi có DG

76

Bảng 3.8. Kết quả tính toán dòng điện các nhánh sau sự cố

80

Bảng 3.9. Kết quả tái cấu hình LĐPP có DG cân bằng tải và chống quá tải

81

Bảng 4.1. Thông số máy phát, MBA

102

Bảng 4.2. Kết quả tính toán PBCS và trị số giới hạn ổn định điện áp khi UHT = 1pu

103

Bảng 4.3. Kết quả tính toán PBCS và trị số giới hạn ổn định điện áp khi UHT =
0,95pu

104

Bảng 4.4. Thông số giới hạn nút kết nối WT trong chế độ cơ bản, vận tốc gió 15 m/s

119

Bảng 4.5. Giá trị công suất, điện áp của nút kết nối khi vận tốc gió 15m/s

119

Bảng 4.6. Thông số giới hạn nút kết nối WT trong chế độ cơ bản, vận tốc gió 10 m/s

119

Bảng 4.7. Giá trị công suất, điện áp của nút kết nối khi vận tốc gió 10m/s

119

Bảng 4.8. Thông số giới hạn nút kết nối khi điện áp suy giảm

120

Bảng 4.9. Giá trị công suất, điện áp tại nút kết nối khi điện áp suy giảm

120

Bảng 4.10. Thông số giới hạn nút kết nối khi có tụ bù

121

Bảng 4.11. Giá trị công suất, điện áp tại nút kết nối khi có tụ bù

121

Bảng 4.12. Thông số giới hạn nút kết nối khi có OLTC

122

Bảng 4.13. Giá trị công suất, điện áp tại nút kết nối khi có OLTC

122


Trang
Bảng 5.1. Các TĐN trên xuất tuyến 376 - E20.1 tính đến 2009

124

Bảng 5.2. Đồ thị phụ tải đặc trưng của xuất tuyến 376, Lào Cai

125

Bảng 5.3. Kết quả chọn điểm mở và tổn thất công suất phương án 1, phụ tải cực tiểu

127

Bảng 5.4. Kết quả chọn điểm mở và tổn thất công suất phương án 1, phụ tải cực đại

128

Bảng 5.5. Kết quả chọn điểm mở và tổn thất công suất phương án 1, tải trung bình

128

Bảng 5.6. So sánh ∆P trong các phương án trong mùa khô, tải cực tiểu

128

Bảng 5.7. Tổn thất công suất trong 2 trạng thái khoá điện

129

Bảng 5.8. Tổn thất công suất phương án 2

130

Bảng 5.9. Tổn thất công suất phương án 3

130

Bảng 5.10. Tổn thất công suất của phương án 4

131

Bảng 5.11. Tổng hợp kết quả các phương án vận hành

132

Bảng 5.12. Chi phí phân bố lại phụ tải khi thay đổi lượng công suất tải công nghiệp
ba pha

133

Bảng 5.13. Thông số máy phát, đường dây 22 kV khu vực kết nối WP Ninh Thuận

136

Bảng 5.14. Thông số giới hạn của nút kết nối trong trường hợp cơ bản với IM

137

Bảng 5.15. Kết quả xác định đặc tính PU trong trường hợp cơ bản với IM

137

Bảng 5.16. Thông số giới hạn tại nút kết nối IM khi đặt thiết bị bù

138

Bảng 5.17. Kết quả xác định đặc tính PU với IM khi có thiết bị bù

138

Bảng 5.18. Thông số giới hạn khi tái cấu hình lưới điện khu vực kết nối WP

139

Bảng 5.19. Kết quả xác định đặc tính PU với IM khi tái cấu hình lưới điện

139

Bảng 5.20. Thông số giới hạn nút kết nối với DFIM

141

Bảng 5.21. Kết quả xác định đặc tính PU với DFIM

141

Bảng 5.22. Thông số giới hạn nút kết nối với DFIM khi tái cấu hình lưới điện

142

Bảng 5.23. Kết quả xác định đặc tính PU với DFIM khi tái cấu hình lưới điện

142

Bảng 5.24. Thông số giới hạn nút kết nối với DFIM khi điện áp nút kết nối suy giảm

143

Bảng 5.25. Kết quả xác định đặc tính PU với DFIM khi điện áp nút kết nối suy giảm

143


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Công suất đặt của DG trong sản xuất điện ở Việt Nam từ 2003-2010

3

Hình 1.2. Dự báo phát triển các nguồn phân tán ở Việt Nam đến 2030

3

Hình 1.3. Cấu trúc bài toán nghiên cứu ảnh hưởng của DG đến các HTCCĐ

5

Hình 1.4. Cấu trúc bài toán phân tích hiệu quả cấp điện cho phụ tải từ DG

8

Hình 1.5. Lưới điện kín vận hành hở không kết nối DG (a) và có kết nối DG (b)

9

Hình 1.6. Các phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp

13

Hình 1.7. Sơ đồ lưới điện phân phối có kết nối nguồn điện phân tán

13

Hình 2.1. Ranh giới cung cấp điện cho phụ tải xa lưới bằng nguồn phân tán và mở
rộng lưới điện theo nhu cầu phụ tải và khoảng cách đến lưới điện

19

Hình 2.2. Phân bố điện áp các nút khi tải cực đại, công suất DG thay đổi

22

Hình 2.3. Kết quả so sánh phân bố điện áp nút trong 2 trường hợp: DG không phát
công suất phản kháng và khi DG tiêu thụ công suất phản kháng

22

Hình 2.4. Phân bố điện áp các nút khi công suất DG và tải thay đổi

23

Hình 2.5. Kết quả so sánh phân bố điện áp nút giữa DG đồng bộ và DG không
đồng bộ khi tải cực tiểu và DG cực tiểu

23

Hình 2.6. Phân bố điện áp các nút khi thay đổi vị trí DG, tải cực đại, DG cực tiểu

24

Hình 2.7. Quan hệ giữa công suất của DG và tổn thất trên lưới khi DG cực tiểu

25

Hình 2.8. Quan hệ giữa công suất của DG và tổn thất công suất trên lưới khi tải cực
đại và cực tiểu

26

Hình 2.9. Kết quả so sánh tổn thất công suất trong chế độ tải cực đại khi DG phát
công suất phản kháng và DG tiêu thụ công suất phản kháng

27

Hình 2.10. Sơ đồ đẳng trị xuất tuyến 376 - Lào Cai có DG

28

Hình 2.11. Biểu đồ chi phí xây dựng và khai thác công trình năng lượng

31

Hình 2.12. Đặc tính công suất của tuabin gió

34

Hình 2.13. Các bước lựa chọn phương án cung cấp điện giữa GE và DG

37

Hình 2.14a, b. Đặc tính công suất tuabin gió và xác suất xuất hiện tốc độ gió ở Kỳ
Sơn

39

Hình 2.14c. Điện năng sản xuất của tuabin gió 30 kW

39

Hình 2.15. LCC các phương án khi thay đổi khoảng cách đến lưới điện 35 kV

41

Hình 2.16. LCC của các phương án khi thay đổi Tmax (ở khoảng cách 4km, 35kV)

41

Hình 2.17. LCC các phương án khi thay đổi công suất phụ tải (ở khoảng cách 4km)

41

Hình 2.18. LCC các phương án khi thay đổi công suất tải (ở khoảng cách 10km)

41

Hình 2.19. Suất chi phí các phương án khi thay đổi công suất tải (ở khoảng cách
10km)

41

Hình 2.20. Kết quả tính toán LCC các phương án bằng chương trình REST ở
khoảng cách 4 km (a) và 10 km (b), Tmax = 4h/ngày

42


Trang
Hình 3.1. Thuật toán của Merlin & Back đã được Shirmohammadi chỉnh sửa

48

Hình 3.2. Phương pháp tìm kiếm Heuristic

50

Hình 3.3. Lưới điện phân phối tổng quát

54

Hình 3.4a. LĐPP một nguồn và một vòng đơn

55

Hình 3.4b. Hai thành phần của dòng điện nhánh

55

Hình 3.5. LĐPP có 2 vòng lồng nhau không kết nối DG

57

Hình 3.6. LĐPP có B máy phát điện phân tán DG

58

Hình 3.7. Lưu đồ thuật toán tái cấu hình LĐPP có DG tìm ∆P bé nhất

64

Hình 3.8. LĐPP 16 nút có 2 DG

66

Hình 3.9. Bài toán vận hành trực tuyến LĐPP có DG

73

Hình 3.10. Đồ thị lựa chọn phương án vận hành trực tuyến LĐPP

74

Hình 3.11. Thuật toán tái cấu hình lưới điện chống quá tải sau sự cố

79

Hình 4.1. Sơ đồ thay thế động cơ và quan hệ Pm(s)

84

Hình 4.2. Đặc điểm sơ đồ lưới điện trung áp

85

Hình 4.3. Hệ thống điện có các máy phát đồng bộ công suất nhỏ

86

Hình 4.4a. Máy phát KĐB rôto lồng sóc

87

Hình 4.4b. Máy phát KĐB rôto dây quấn

87

Hình 4.5. Mạch điện thay thế máy điện KĐB rôto lồng sóc

89

Hình 4.6. Quan hệ mômen và hệ số trượt của máy điện KĐB rôto lồng sóc

89

Hình 4.7. Mạch điện tương đương máy điện không đồng bộ

90

Hình 4.8. Mô hình và mạch điện tương đương máy điện DFIM

91

Hình 4.9. Đặc tính mômen tốc độ và phân bố công suất trong máy điện DFIM

91

Hình 4.10. Sơ đồ tương đương hình T và sơ đồ đơn giản của DFIM

92

Hình 4.11. Mô hình mạng 2 cửa tương đương của DFIM

93

Hình 4.12. Sơ đồ lưới điện phân phối kết nối tuabin gió KĐB

96

Hình 4.13. Mô hình xây dựng tiêu chuẩn ổn định cho máy điện KĐB kết nối LĐPP

97

Hình 4.14. Đặc tính mômen theo hệ số trượt của máy điện KĐB tuabin gió

98

Hình 4.15. Tiêu chuẩn thực dụng phân tích ổn định

99

Hình 4.16. Quan hệ điện áp theo hệ số trượt của DG

101

Hình 4.17. Sơ đồ LĐPP có kết nối tuabin gió

102

Hình 4.18. Đặc tính công suất của tuabin gió 1,3 MW

102

Hình 4.19. Quan hệ giữa công suất tác dụng, phản kháng của tuabin gió trong
CĐXL

104

Hình 4.20. Sơ đồ hệ thống điện đơn giản

108

Hình 4.21. Đặc tính PU nút tải khi cosφ2 = 1

109


Trang
Hình 4.22. Đồ thị quan hệ PTUT với cosφ2

110

Hình 4.23. Quy trình chính của phương pháp CPF qua đặc tính PU

111

Hình 4.24. Sơ đồ LĐPP kết nối máy điện KĐB (a) và mô hình tương đương (b)

113

Hình 4.25. Biểu đồ pha điện áp

114

Hình 4.26. Biểu đồ vectơ trên mặt phẳng công suất

114

Hình 4.27. Mô hình khảo sát chế độ giới hạn ổn định điện áp nút có DG trong

LĐPP

116

Hình 4.28. Mô hình nghiên cứu ổn định điện áp có xét đến OLTC và thiết bị bù

117

Hình 4.29. Đặc tính PU nút kết nối trong khi tốc độ gió thay đổi

120

Hình 4.30. Đặc tính PU nút kết nối khi điện áp suy giảm

120

Hình 4.31. Đặc tính PU nút kết nối khi có tụ bù

121

Hình 4.32. Đặc tính PU nút kết nối khi có OLTC

122

Hình 5.1. Đồ thị phát mùa khô và mùa mưa các TĐN trên xuất tuyến 376

125

Hình 5.2. Sơ đồ lưới điện Ninh Thuận năm 2015 kết nối WP

134

Hình 5.3. Cấu trúc nguồn điện gió Phước Ninh 20 MW và đặc tính công suất máy
điện KĐB rôto lồng sóc công suất 2MW

135

Hình 5.4. Sơ đồ tương đương lưới điện Ninh Thuận

136

Hình 5.5. Đặc tính PU nút kết nối WP trong trường hợp cơ bản

137

Hình 5.6. Đặc tính PU nút kết nối WP khi có thiết bị bù

138

Hình 5.7. Tái cấu hình lưới điện khu vực có kết nối WP

139

Hình 5.8. Đặc tính PU nút kết nối khi tái cấu hình lưới điện khu vực WP

140

Hình 5.9. Tổng hợp các phương án tính toán ổn định tại nút kết nối WP Ninh
Thuận

140

Hình 5.10. Đặc tính PU tại nút kết nối với DFIM

141

Hình 5.11. So sánh đặc tính PU giữa IM và DFIM

142

Hình 5.12. Đặc tính PU khi tái cấu hình lưới điện khu vực có WP

142

Hình 5.13. Đặc tính PU nút kết nối DFIM và IM khi điện áp suy giảm

143


i

MỞ ĐẦU

1. Mục đích và lý do lựa chọn đề tài
Các lưới điện phân phối (LĐPP) ở nước ta đang trong quá trình cải tạo, đầu tư và phát
triển mạnh mẽ. Khối lượng các đường dây tải điện, các trạm biến áp và các nguồn điện
công suất nhỏ kết nối với LĐPP đang gia tăng một cách nhanh chóng để đáp ứng nhu
cầu của phụ tải. Tuy nhiên trong quá trình phát triển, các LĐPP ở nước ta cũng đã và
đang gặp phải những thách thức nhất định:
i) Vẫn còn một số khu vực đang gặp khó khăn về nguồn cung cấp điện do nằm

xa lưới điện Quốc gia; trong khi hầu hết ở các khu vực khác phụ tải lại đang gia tăng
nhanh chóng, các lưới điện hiện hữu chưa đáp ứng tốt các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật;
ii) Mức tổn thất điện năng các LĐPP còn khá lớn; chất lượng điện năng của các
phụ tải chưa được đảm bảo;
iii) Khả năng ổn định điện áp và độ dự trữ ổn định của nhiều hệ thống cung cấp
điện hiện còn ở mức thấp.
Các vấn đề nêu trên phần nào đã làm giảm độ an toàn và chất lượng của các LĐPP,
nhất là một số khu vực nằm xa lưới điện. Để khắc phục các hiện tượng này, hệ thống
điện cần phải được tăng cường công suất nguồn và khả năng tải của đường dây. Điều
đó có nghĩa là phải cải tạo, đầu tư xây dựng thêm các nguồn điện mới và các đường
dây tải điện mới. Các vấn đề đặt ra này khó giải quyết triệt để do vốn đầu tư cao, thời
gian thu hồi vốn lớn, việc xây dựng hay kéo dài đường dây truyền tải để cung cấp điện
cho các khu vực có mật độ phụ tải nhỏ sẽ khó đảm bảo được các chỉ tiêu kinh tế và
chất lượng điện áp. Do đó, hướng giải quyết được đánh giá là có nhiều hiệu quả và
cũng là xu thế hiện nay là phát triển các nguồn điện phân tán (Distributed Generation DG) như: Điêzel, thuỷ điện nhỏ, điện mặt trời, điện gió... để cung cấp điện tại chỗ cho
phụ tải, góp phần giảm áp lực về nguồn cho lưới điện Quốc gia.


ii

Ở nước ta trong thời gian gần đây, DG đã và đang phát triển mạnh mẽ, một số lượng
lớn các nguồn DG đã đi vào vận hành như: thuỷ điện nhỏ, điện gió... Nhưng qua thực
tế vận hành các LĐPP với những DG này cũng đã đặt ra nhiều vấn đề cần giải quyết:
- Còn thiếu các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật phù hợp để có thể đánh giá một cách
đầy đủ vai trò và ảnh hưởng của nguồn phân tán đối với các LĐPP;
- Các LĐPP được thiết kế kín, vận hành hở (có các điểm mở trên lưới điện). Khi
có nguồn phân tán sẽ làm thay đổi trào lưu công suất trên lưới điện so với trước khi kết
nối, do đó các vị trí điểm mở hiện tại trên lưới điện có thể sẽ không còn phù hợp. Nếu
không cấu hình lại lưới điện sẽ có thể làm gia tăng tổn thất công suất, khó đạt được các
chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật khi vận hành.

- Với sự đa dạng của công nghệ máy phát điện phân tán, và sự phụ thuộc nhiều
vào điều kiện tự nhiên của chúng đã gây ra một số ảnh hưởng nhất định đến chất lượng
điện áp và mức ổn định điện áp ở khu vực có DG kết nối lưới điện. Bối cảnh này đặt ra
nhiều bài toán cần quan tâm nghiên cứu như: ảnh hưởng của nguồn phân tán đến chất
lượng điện áp, giới hạn ổn định điện áp của nguồn phân tán trong các LĐPP, giải pháp
để nâng cao ổn định điện áp ở các vị trí kết nối nguồn phân tán với lưới điện...
Đề tài luận án đã chọn nhằm nghiên cứu giải quyết một số vấn đề liên quan đến các nội
dung nói trên.
2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Trong thực tế, công tác thiết kế, quy hoạch và vận hành các LĐPP có kết nối nguồn
phân tán đã đặt ra hàng loạt các yêu cầu liên quan như: vấn đề đánh giá ảnh hưởng đến
các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khi DG tham gia vào quá trình cung cấp điện; về ảnh
hưởng của DG đến cấu hình lưới điện hay mức độ ổn định của các nút kết nối DG
trong LĐPP... Bởi vì, khi lưới điện ngày càng phát triển và sự tham gia ngày càng đa
dạng của nguồn điện phân tán thì các yêu cầu về nâng cao chất lượng điện năng, cải
thiện độ tin cậy cung cấp điện và nâng cao mức ổn định chung của lưới điện cũng luôn
được quan tâm chú ý. Chúng ta có thể phân chia các nghiên cứu về ảnh hưởng của


iii

nguồn phân tán đến các LĐPP liên quan đến các nội dung nêu trên theo mức độ phát
triển và yêu cầu thực tế theo 5 nhóm bài toán như sau:
Bài toán 1. Đánh giá vai trò và hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguồn phân tán
trong các hệ thống phân phối điện,
Bài toán 2. Đánh giá ảnh hưởng của nguồn phân tán đến chất lượng điện năng
của LĐPP, các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng,
Bài toán 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến bài toán tái cấu
hình LĐPP khi có nguồn phân tán, yêu cầu thực tế này được đặt ra thường được kết
hợp với các ràng buộc về chất lượng điện năng và tối thiểu hoá tổn thất công suất,

Bài toán 4. Nghiên cứu mức độ ổn định điện áp của LĐPP khi có nguồn phân
tán; các khả năng áp dụng các thiết bị điều khiển, điều chỉnh hay cải tạo lưới điện để
nâng cao mức độ ổn định của nguồn phân tán trong LĐPP,
Bài toán 5. Các phương pháp đánh giá mức độ tin cậy trong lưới điện có nguồn
phân tán. Yêu cầu này được thiết lập do đặc tính công suất của chúng phụ thuộc nhiều
vào các yếu tố tự nhiên,
Trong phạm vi luận án sẽ chủ yếu tập trung nghiên cứu bài toán 1, bài toán 3 và bài
toán 4 với mục đích ứng dụng cụ thể cho các LĐPP có kết nối một số nguồn phân tán
đang phát triển mạnh mẽ ở nước ta.
Các nội dung của bài toán thứ nhất, thực chất là lựa chọn và ứng dụng các chỉ tiêu
kinh tế - kỹ thuật nhằm đánh giá hiệu quả của chúng trong việc lựa chọn nguồn cấp
điện cho các khu vực có tiềm năng nguồn phân tán khi so sánh với việc cấp điện từ
lưới điện Quốc gia. Các chỉ tiêu này còn được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của
nguồn phân tán đến chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. Trong luận án sẽ
đề cập chi tiết về các chỉ tiêu trên và đề xuất lựa chọn chỉ tiêu phù hợp, với mục đích
khẳng định tính hiệu quả cũng như ảnh hưởng của chúng trong các LĐPP, làm rõ hơn
vai trò và ý nghĩa của chúng trong các nghiên cứu tiếp sau.
Việc nghiên cứu bài toán tái cấu hình lưới điện là một trong những nội dung chính của
luận án. Vấn đề này được đặt ra đối với các LĐPP kết nối DG, bởi trong quá trình vận


iv

hành, nguồn DG gây ảnh hưởng đáng kể đến phân bố công suất trên lưới điện, nhất là
các DG có công suất đủ lớn so với tổng công suất phụ tải trên LĐPP. Trong khi đó,
hiện nay các nghiên cứu về vấn đề này chưa được xem xét chi tiết và đầy đủ để thiết
lập một chế độ vận hành với một cấu hình hợp lý nhất với tổn thất công suất bé nhất...
Hướng giải quyết trong luận án là xây dựng một thuật toán tìm kiếm cấu hình dựa trên
mục tiêu giảm tổn thất công suất. Tuy nhiên, thay vì giảm trực tiếp hàm tổn thất công
suất tác dụng ∆P (mất nhiều thời gian tính toán), luận án sẽ xây dựng một hàm mục

tiêu giảm suất tăng tổn thất công suất tác dụng (hàm G).
Hàm G mô tả đầy đủ mối quan hệ giữa các khoá điện và dòng điện các nhánh trên
LĐPP có xét đến ảnh hưởng của DG, hàm G sẽ xem xét tất cả các vòng độc lập cùng
một lúc nên số lần thao tác ít và đi thẳng đến cấu hình có tổn thất công suất tác dụng bé
nhất. Việc xây dựng hàm G còn làm tiền đề cho việc xây dựng thuật toán tái cấu hình
LĐPP sau sự cố, chống quá tải đường dây và vận hành trực tuyến (vận hành online).
Liên quan đến nội dung đánh giá mức độ ổn định điện áp, luận án sẽ đánh giá mức độ
ổn định của LĐPP khi có kết nối nguồn DG không đồng bộ (KĐB) tuabin gió. Ở đây
việc xem xét và đảm bảo ổn định điện áp tại nút kết nối DG sẽ được đề cập, bởi vì nút
kết nối ổn định sẽ mang ý nghĩa đảm bảo ổn định cho LĐPP, giúp người vận hành có
thể nhận biết được các tình huống "nguy hiểm" có thể xảy ra với LĐPP có kết nối DG
không đồng bộ.
Để thực hiện điều này, luận án tiến hành xây dựng phương pháp xác định các giới hạn
ổn định điện áp dựa trên phép phân tích đặc tính ổn định PU trong LĐPP có kết nối
DG. Kết quả của điện áp và công suất giới hạn khi đó là một hàm số phụ thuộc thông
số phía lưới điện và thông số của DG (tổng trở phía hệ thống, thông số của DG không
đồng bộ). Từ kết quả đó, áp dụng phương pháp đánh giá ổn định điện áp nút đã xây
dựng, luận án đề xuất các giải pháp nâng cao ổn định điện áp nút kết nối DG không
đồng bộ dựa trên các kịch bản quan tâm.
Phát triển kết quả đạt được nêu trên, luận án sẽ tính toán áp dụng cho các LĐPP có kết
nối nguồn điện phân tán đang vận hành phổ biến ở nước ta những năm gần đây như:


v

Lào Cai, Ninh Thuận.... Số liệu thực tế của lưới điện được lấy từ các điện lực địa
phương và Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia (A0).
3. Đóng góp của luận án
Đề tài nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tế các lưới điện địa phương, cho các dạng
nguồn DG đang phát triển mạnh ở nước ta; do vậy nghiên cứu có nhiều ý nghĩa thực

tiễn khi ứng dụng trong thực tế. Các nội dung ứng dụng bao gồm:
- Đề xuất phương pháp phân tích, lựa chọn chỉ tiêu đánh giá hiệu quả kinh tế và
kỹ thuật trong LĐPP có nguồn phân tán. Các chỉ tiêu lựa chọn phản ánh được những
yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lựa chọn nguồn phân tán cung cấp điện cho các khu
vực ngoài lưới, chứa đựng nhiều thông tin giúp người vận hành đánh giá được hiệu quả
cải thiện chất lượng điện năng khi có nguồn phân tán.
- Xây dựng một thuật toán tái cấu hình LĐPP có nguồn DG, thuật toán có tốc độ
tìm kiếm cấu hình LĐPP nhanh, thoả mãn mục tiêu tối thiểu tổn thất công suất nhờ bổ
sung hàm G (hàm độ lệch suất tăng tổn thất). Các công cụ trên được thành lập dựa trên
mục tiêu: lựa chọn một cấu hình LĐPP có DG có mức tổn thất công suất bé nhất, thời
gian giải bài toán nhanh nhất.
- Đã phát triển hàm G để giải quyết một số bài toán tái cấu hình khác như: xác
định cấu hình LĐPP để giảm chi phí vận hành, khôi phục cung cấp điện, cân bằng tải...
Thuật toán đề xuất còn tỏ ra rất phù hợp với phương thức vận hành trực tuyến LĐPP có
DG. Dựa trên cơ sở có thông tin về dự báo phụ tải, công suất nguồn DG, tỷ lệ % phụ
tải công nghiệp và thời gian phân bố lại phụ tải sẽ giúp điều độ viên Điện lực có quyết
định thay đổi cấu hình LĐPP hay không ở thời điểm tiếp theo của đồ thị phụ tải.
Phát triển kết quả nghiên cứu này, luận án bước đầu đã tính toán áp dụng cho các
LĐPP phức tạp và lưới điện thực tế ở Bát Xát - Lào Cai có kết nối DG thuỷ điện nhỏ.
Theo đó công suất TĐN và công suất phụ tải biến thiên theo thời gian, một cấu hình
được tìm theo hàm G đã cho mức giảm tổn thất công suất tốt nhất, đạt chỉ tiêu kinh tế
trong vận hành LĐPP có DG. Các kết quả đạt được cũng cho thấy: cấu hình hiện trạng
chưa đạt được các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tốt nhất, giải pháp tái cấu hình lưới điện


vi

khi DG là rất cần thiết để giảm tổn thất điện năng, đồng thời lại có tác dụng giảm áp
lực vốn đầu tư do tận dụng được các thiết bị có sẵn trên lưới điện và khai thác triệt để
nguồn năng lượng tái tạo.

- Luận án xây dựng một công cụ tính toán giới hạn ổn định điện áp tại nút kết
nối DG không đồng bộ dựa trên đặc tính tĩnh của chúng. Kết hợp công cụ này với chỉ
tiêu phân tích sụt áp nút, luận án đã đánh giá và xác định các nút yếu trong LĐPP có
DG không đồng bộ và đề xuất giải pháp nâng cao mức ổn định.
Kết quả nội dung này được phân tích dựa trên lưới điện thực tế ở Ninh Thuận có kết
nối nguồn điện gió, trong đó luận án đề cập với 2 loại máy phát điển hình của tuabin
gió: loại không đồng bộ rôto lồng sóc và loại không đồng bộ rôto dây quấn.
Các kết quả nghiên cứu trên đây đã bước đầu được đánh giá qua các bài báo đã công
bố trên các tạp chí Khoa học và Công nghệ cũng như một số Đề tài nghiên cứu khoa
học cấp Bộ Công thương mà nghiên cứu sinh chủ trì.
4. Cấu trúc của luận án
Cấu trúc luận án bao gồm phần Mở đầu, nội dung các chương và kết luận chung:
Chương 1: Tổng quan về nguồn điện phân tán và các ảnh hưởng của chúng đến
chế độ vận hành lưới điện phân phối
Chương 2: Đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến các chỉ tiêu kinh
tế kỹ thuật của lưới điện phân phối
Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến bài toán tái cấu
hình lưới điện phân phối
Chương 4: Nghiên cứu ổn định điện áp trong lưới điện phân phối có kết nối
nguồn điện phân tán
Chương 5: Tính toán, phân tích các ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến
cấu hình và ổn định điện áp một số lưới điện phân phối ở Việt Nam
Cuối cùng là kết luận của luận án; các công trình đã công bố và phụ lục.


1

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN VÀ CÁC ẢNH HƯỞNG

CỦA CHÚNG ĐẾN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

1.1. KHÁI QUÁT CHUNG

1.1.1. Nguồn điện phân tán (Distributed Generation - DG)
Nguồn điện phân tán (DG) có thể được phân thành 4 loại chính là: động cơ đốt trong,
máy phát tuabin khí công suất bé, pin nhiên liệu và các nguồn năng lượng tái tạo. Nguồn
DG tái tạo đang được thúc đẩy phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước, trong đó có nước ta,
chủ yếu như: pin quang điện (Photovoltaics); nguồn điện gió - WP (Wind Power); điện
sinh khối (Biomass); thuỷ điện nhỏ -TĐN (Small hydro power);....Các DG này có thể kết
nối trực tiếp với lưới điện phân phối (LĐPP) hoặc thông qua các bộ biến đổi công suất.
Hiện có nhiều định nghĩa khác nhau về DG, chủ yếu xoay quanh dung lượng và chủng
loại của chúng. Sau đây là định nghĩa của một số Quốc gia và tổ chức về DG [41], [42],
[53]:
- Viện nghiên cứu Điện lực Mỹ (Electric Power Research Institue - EPRI) quy định:
DG là các nguồn phát có công suất từ vài kW đến 50MW, kể cả các thiết bị tích trữ năng
lượng, chúng đặt gần phụ tải hoặc kết nối với các LĐPP;
- Viện nghiên cứu Gas (Mỹ): các nguồn điện có công suất từ 25 kW đến 25 MW
được coi là các nguồn điện phân tán
- Ở Thuỵ Điển xem các nguồn phát có công suất dưới 1,5 MW là DG;
- Trong thị trường điện nước Anh và xứ Wales: một nguồn điện có công suất nhỏ hơn
100 MW không được coi là nguồn điện tập trung. Như vậy, ở đây DG có thể được xem
là các nguồn phát có công suất nhỏ hơn 100 MW;
- Ở New Zealand: các nguồn phát có công suất nhỏ hơn 5 MW được xem là DG.
- Ở Australia xem tất cả các nguồn điện công suất dưới 30 MW là DG.
- Theo Tổ chức Quốc tế các nước có lưới điện lớn (CIGRE): DG là các nguồn điện
đặt gần phụ tải, kết nối với các mạng điện phân phối, công suất nhỏ hơn 100 MW.


2

- Tiêu chuẩn IEEE 1547 quy định: DG là những nguồn phát đặt gần phụ tải có công
suất thiết kế không lớn hơn 10MW.
Ngoài ra, còn do tiềm năng, đặc điểm hệ thống năng lượng hiện hành và các quy định kỹ
thuật nên mỗi Quốc gia cũng thường có những quy định riêng (rất khác nhau) về ngưỡng
công suất đối với DG. Ở nước ta mới chỉ có quy định cụ thể về ngưỡng công suất đối với
DG là nguồn thuỷ điện nhỏ, theo đó các thuỷ điện có công suất dưới 30 MW được coi là
thuỷ điện nhỏ [12].
1.1.2. Xu hướng phát triển DG trong các lưới điện phân phối (LĐPP) ở Việt Nam
Nguồn DG sẽ ngày càng được ứng dụng nhiều trong các LĐPP, điều này được giải thích
bởi tình trạng bão hòa của các mạng điện hiện có, cùng với sự phát triển nhanh của phụ
tải trong khi việc xây dựng các nguồn truyền thống công suất lớn cần nhiều thời gian.
Khi LĐPP kết nối DG, ngoài việc tận dụng được tiềm năng của năng lượng tái tạo, các
DG còn có thể sẽ mang lại nhiều lợi ích kỹ thuật và kinh tế [21]:
• Giảm tổn thất công suất trên đường dây,
•

Cải thiện chất lượng điện áp (ở các DG đồng bộ, các DG không tiêu thụ công suất
phản kháng), ...;

• Có thể tăng cường độ tin cậy cung cấp điện;
• Trì hoãn sự đầu tư trong việc nâng cấp các thiết bị; giảm chi phí vận hành ...;
• Tăng độ an toàn cho những tải quan trọng trong LĐPP và góp phần điện khí hoá các
khu vực phụ tải nằm xa lưới;
Chính vì các lợi ích to lớn mà DG mang lại, rất nhiều nước trên thế giới, trong đó có
nước ta, đã và đang xây dựng những chiến lược tổng thể để phát triển nguồn điện này.
Tính đến cuối năm 2007, tổng công suất của DG đã được lắp đặt và đưa vào vận hành ở
nước ta khoảng 400 MW (hình 1.1), trong đó nguồn TĐN và điện gió chiếm tỷ lệ lớn
nhất, tiếp đến là các nguồn: điện sinh khối, điện mặt trời...
Hiện nay nhiều địa phương ở nước ta đang phát triển mạnh nguồn DG. Các tỉnh miền núi

phía Bắc chủ yếu phát triển DG thuỷ điện nhỏ (Lào Cai, Lạng Sơn, Hà Giang...) với tổng
công suất dự báo đến hàng trăm MW ở mỗi địa phương [2], [3], [4]. Các tỉnh thuộc khu


3

vực Tây Nguyên hiện cũng nhiều thuỷ điện nhỏ đang vận hành (Gia Lai; ĐắcLắk...). Một
số tỉnh tập trung phát triển các nguồn điện gió - WP (Bình Thuận, Ninh Thuận,...), một
số WP đã đi vào hoạt động thương mại (điện gió Tuy Phong - Bình Thuận, công suất 7,5

2500

Nguồn điện truyền thống
Nguồn điện phân tán

20000

MW

25000

MW

MW).
Pin mặt trời
Điện gió
T huỷ điện nhỏ

2000

15000

1500

10000

1000

5000

Biomass
Địa nhiệt

500
Năm

0
2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Hình 1.1. Công suất đặt của DG trong sản xuất
điện ở Việt Nam từ 2003-2010

0
2000

N ăm

2005

2010

2015

2020

2025

2030

Hình 1.2. Dự báo khả năng phát điện của các
nguồn phân tán ở Việt Nam đến 2030

Cũng theo đề án quy hoạch và phát triển điện lực Quốc gia đến năm 2025 (tổng sơ đồ
VI) thì: mục tiêu phát triển DG đến 2025 là 4051 MW, trong đó giai đoạn 2006-2015 là
1600 MW và giai đoạn 2016-2025 là 2451 MW. Trong chiến lược phát triển năng lượng
Việt Nam cũng đưa ra mục tiêu: phấn đấu tăng tỷ lệ các nguồn DG phải đạt 4,5% vào

năm 2020; đạt 6% vào năm 2030 và 11% vào năm 2050. Điều này cũng tương đối phù
hợp với các kết quả nghiên cứu về tiềm năng nguồn DG trong cân bằng năng lượng tổng
thể [2], [3]. Kết quả dự báo tổng công suất đặt của DG đến 2030 cho ở hình 1.2 [3].
Như vậy, với hiện trạng và chiến lược phát triển tổng thể của DG ở nước ta thì cả hiện tại
và trong tương lai gần, DG sẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình điện khí hoá nông
thôn, và tất nhiên chúng cũng sẽ có những ảnh hưởng nhất định đến chế độ làm việc của
LĐPP. Ở nước ta, với các DG tiềm năng lớn đã và sẽ kết nối LĐPP như: thuỷ điện nhỏ
và điện gió... thì các vấn đề chủ yếu sẽ nảy sinh bao gồm:
- Khi số lượng DG ngày càng nhiều, tức là trong LĐPP có nhiều nguồn phát có
đặc tính chi phí và đặc tính vận hành khác nhau. Điều này đặt ra vấn đề xem xét đánh giá
vai trò, hiệu quả kinh tế của chúng nếu so sánh với việc kéo dài đường dây từ nguồn điện
Quốc gia khi cấp điện cho các phụ tả nằm xa lưới.


4

- Khi có DG, các vấn đề về đảm bảo chất lượng điện năng (trong đó có vấn đề
giảm tổn thất công suất, đảm bảo chất lượng điện áp) và nâng cao tính ổn định khi vận
hành LĐPP luôn được quan tâm hàng đầu.
Chính các vấn đề nêu trên đã đòi hỏi cần có những nghiên cứu cụ thể về mặt lý thuyết và
thực tế để đáp ứng những yêu cầu phức tạp của các LĐPP trong giai đoạn sắp tới.
1.2. ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN

Với đặc tính phụ thuộc tự nhiên nên công nghệ phát điện của các DG cũng khác nhau và
có những ảnh hưởng khác nhau đến LĐPP. Để thể hiện sự khác nhau này, nguồn DG
thường sẽ được mô hình hoá khi tính toán. Trong các đánh giá sơ bộ, người ta thường
mô hình hoá DG theo đặc tính công suất dạng đơn giản, có 4 loại như sau [88]:
- Loại thứ nhất: chỉ phát công suất tác dụng P, chẳng hạn các tấm pin quang điện;
- Loại thứ hai: chỉ phát công suất phản kháng, làm việc giống như máy bù đồng bộ.
- Loại thứ ba: phát công suất tác dụng P nhưng không phát công suất phản kháng Q,

thậm chí tiêu thụ công suất phản kháng (các tuabin gió). Trong trường hợp này công suất
phản kháng QDG (nếu tiêu thụ từ phía lưới điện) được cho bởi biểu thức [47]:

(

)

Q DG = − 0,5 + 0,04 P 2 , pu

(1.1)

- Loại thứ tư: phát đồng thời cả công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q (các
DG sử dụng máy phát điện đồng bộ như: thuỷ điện nhỏ, Điezel, Biomass...).
Với các đặc tính trên dễ thấy: DG sẽ có những ảnh hưởng khác nhau đối với LĐPP.
Chẳng hạn với các DG loại thứ nhất và thứ ba thì chúng có thể gây ảnh hưởng xấu đến
chất lượng điện áp (mô hình 1, mô hình 3). Còn với mô hình loại 2 và mô hình 4, tuy DG
có tác dụng nhất định trong cải thiện chất lượng điện áp, nhưng lại có ảnh hưởng đến cấu
hình chung của LĐPP trước và sau khi kết nối DG.
1.3. BÀI TOÁN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ NGUỒN PHÂN TÁN

Với các đặc tính công suất phát không ổn định và phụ thuộc điều kiện tự nhiên của một
số DG (tốc độ gió, cường độ bức xạ mặt trời, chế độ thuỷ văn...) nên trong quá trình vận
hành chúng gây ra những tác động nhất định đến chế độ LĐPP, nơi được xem là các lưới


5

điện yếu [50]. Do vậy, cho đến nay các nghiên cứu cũng chủ yếu tập trung xem xét các
ảnh hưởng mang tính địa phương của DG, các ảnh hưởng này bao gồm:
- Ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và ổn định điện áp đối với các LĐPP,

- Ảnh hưởng đến cấu hình lưới điện, đến phối hợp bảo vệ rơle,...
Các ảnh hưởng mang tính hệ thống (ảnh hưởng đến tần số) ít được xem xét do quy mô
công suất của DG thường nhỏ hơn nhiều so với công suất chung của hệ thống điện. Do
vậy, việc tập trung phân tích tính hợp lý trong cung cấp điện, các ảnh hưởng đến chất
lượng điện năng, cấu hình LĐPP trước và sau khi kết nối DG luôn được xem là vấn dề
thời sự khi nghiên cứu về các LĐPP có DG [20], [71]. Lý do dễ thấy là LĐPP luôn thay
đổi và mở rộng, trong khi số lượng DG tham gia ngày càng lớn và ngày càng đa dạng về
công nghệ và chủng loại.
Trong hình 1.3 mô tả cấu trúc tổng thể nghiên cứu ảnh hưởng của DG đến chế độ vận
hành các LĐPP [37]. Theo cấu trúc này, qua kinh nghiệm phát triển DG ở nhiều nước
cho thấy, để giải quyết triệt để các vấn đề đã nêu cần áp dụng sớm các bài toán nâng cao
hiệu quả làm việc cho LĐPP ngay từ khâu thiết kế, thậm chí ngay khi đang vận hành.
Đồng thời phải kết hợp chặt chẽ việc phát triển DG với chính sách tổng thể hệ thống
năng lượng Quốc gia.

Hình 1.3. Cấu trúc bài toán nghiên cứu ảnh hưởng của DG đến các LĐPP
Kết quả các nghiên cứu này đã được công bố trong nhiều tài liệu [14], [32], [37], [47],
[53]. Ở đây tính tổng quát của bài toán đã được xét trên nhiều phương diện khác nhau:
mô tả toán học chung, phương pháp tìm lời giải, xây dựng các bài toán con, kinh nghiệm