Ảnh hưởng của nguồn phân tán tới độ tin cậy cung cấp điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN VIỆT ANH

ẢNH HƢỞNG CỦA NGUỒN PHÂN TÁN TỚI ĐỘ
TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN

CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN:
TS. LÊ VIỆT TIẾN

Hà Nội – 2015


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................3
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................4
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................5
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................6
CHƢƠNG I ................................................................................................................9
GIỚI THIỆU CHUNG ..............................................................................................9
1.1. Hệ thống điện ..................................................................................................9
1.1.1. Đặc điểm hoạt động của hệ thống điện ....................................................10
1.1.2. Nhiệm vụ và tổ chức hệ thống vận hành ..................................................11
1.1.3. Độ tin cậy cung cấp điện ..........................................................................13
1.2. Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện...............................................................15

1.3. Nguồn điện phân tán ....................................................................................16
CHƢƠNG II ............................................................................................................17
ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN KHI CÓ NGUỒN PHÂN TÁN
...................................................................................................................................17
2.1. Nguồn phân tán .............................................................................................17
2.1.1. Các loại nguồn phân tán ..........................................................................18
2.1.2. Vận hành các nguồn phân tán ..................................................................22
2.1.3. Vị trí đặt nguồn phân tán .........................................................................23
2.1.4. Ảnh hưởng của nguồn phân tán ...............................................................23
2.2. Đánh giá độ tin cậy .......................................................................................24
2.2.1. Phương pháp phân tích ............................................................................25
2.2.2. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo ......................................................26

1


2.2.3 Độ tin cậy của hệ thống và độ tin cậy tại nút tải ......................................26
2.3. Mô hình hóa hệ thống phân phối ................................................................27
2.3.1. Mô hình hóa thiết bị .................................................................................30
2.3.2. Mô hình hóa hệ thống ...............................................................................33
2.3.3 Cấu trúc hệ thống hình tia .........................................................................33
2.4. Áp dụng phƣơng pháp phân tích đánh giá hệ thống .................................35
2.5. Áp dụng phƣơng pháp mô phỏng Monte Carlo .........................................41
2.5.1. Lịch sử hoạt động nhân tạo. .....................................................................42
2.5.2. Phản ứng của hệ thống .............................................................................43
2.5.3. Sự điều chỉnh hệ thống .............................................................................44
2.5.4. Nguồn phân tán ........................................................................................45
2.5.5. Đánh giá độ tin cậy ..................................................................................45
CHƢƠNG III ...........................................................................................................47
ÁP DỤNG CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ MONTE CARLO TÍNH

TOÁN CÁC CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƢỚI KHI CÓ SỰ KẾT NỐI VỚI
NGUỒN PHÂN TÁN ..............................................................................................47
3.1. Lƣới 34 nút của IEEE...................................................................................48
3.2. Kết quả từ phƣơng pháp phân tích .............................................................50
3.3. Kết quả từ phƣơng pháp Monte Carlo .......................................................54
3.4. So sánh hai phƣơng pháp .............................................................................57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................59
Kết luận .................................................................................................................59
Kiến nghị ...............................................................................................................59
Tài liệu tham khảo ..................................................................................................61
Phụ Lục ....................................................................................................................62
2


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan những nội dung được viết trong luận văn này là công trình
do tác giả tổng hợp và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Việt Tiến, và
không có sự sao chép bất hợp pháp từ luận văn của người khác. Nếu sai tác giả xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2015
Tác giả luận văn

Nguyễn Việt Anh

3


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Giá trị đỉnh, trung bình số lượng khách hàng tại mỗi nút tải ...................29
Bảng 2.2. Cường độ hỏng hóc và ngừng điện kế hoạch ...........................................32

Bảng 2.3. Thời gian phục hồi sự cố trung bình .........................................................32
Bảng 3.1 Thông tin về số lượng khách hàng tại mỗi nút thuộc lưới .........................48
Bảng 3.2. Thông số đường dây .................................................................................49
Bảng 3.3. Kết quả từ phương pháp phân tích ............................................................52
Bảng 3.4. Kết quả từ phương pháp phân tích với cường độ hỏng hóc ngẫu nhiên ...52
Bảng 3.5. So sánh kết quả khi sử dụng cả hai phương pháp phân tích và MonteCarlo
...................................................................................................................................58

4


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ điển hình của một trạm phân phối ..................................................10
Hình 1.2. Sơ đồ phân cấp hệ thống điều độ ..............................................................13
Hình 2.1. Trữ lượng ước tính của nguyên liệu hóa thạch .........................................17
Hình 2.2. Biểu đồ dự đoán nhu cầu sử dụng điện .....................................................18
Hình 2.3. Cánh đồng gió Bình Thuận .......................................................................19
Hình 2.4. Các tấm pin mặt trời ..................................................................................22
Hình 2.5. Hệ thống dùng để đánh giá được điều chỉnh lại từ sơ đồ 34 nút của IEEE
...................................................................................................................................29
Hình 2.6. Đồ thị thể hiện cường độ hỏng hóc của thiết bị ........................................31
Hình 2.7. Lần theo các nút để cô lập vùng sự cố ......................................................34
Hình 2.8. Cô lập vùng sự cố theo khu vực ................................................................35
Hình 2.9. Phản ứng của hệ thống khi phẩn tử số 3 gặp sự cố ...................................37
Hình 2.10. Phản ứng của hệ thống thiết bị số 67 gặp sự cố ......................................40
Hình 2.11. Lịch sử hoạt động của thiết bị. ................................................................43
Hình 2.12. Phản ứng của hệ thống khi thiết bị số 3,28 và 40 gặp sự cố ...................44
Hình 3.1. Sơ đồ lưới 34 nút của IEEE.......................................................................48
Hình 3.2. Lưu đồ thuật toán cho phương pháp phân tích .........................................51
Hình 3.3. Lưu đồ thuật toán cho phương pháp phân tích với cường độ hỏng hóc

ngẫu nhiên .................................................................................................................53
Hình 3.4. Lưu đồ thuật toán cho phương pháp Monte Carlo ....................................55
Hình 3.5. Chỉ số SAIFI trong 3 trường hợp .............................................................56
Hình 3.6. Chỉ số SAIDI 3 trường hợp .......................................................................57

5


MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài
Điện năng là dạng năng lượng có ảnh hưởng lớn đến sản xuất, sinh hoạt của toàn
xã hội. Ngày nay khi xã hội càng phát triển thì kéo theo đó là nhu cầu tiêu thụ điện
gia tăng, và độ tin cậy cung cấp điện cũng phải nâng cao để phù hợp với nhu cầu
đó. Tuy nhiên lượng cung ứng điện (chủ yếu là từ thuỷ điện và nhiệt điện) không
phát triển kịp. Điều này khiến cho hệ thống đang trong tình trạng thiếu điện cung
cấp cho phụ tải. Để cải thiện được việc này, vấn đề đặt ra là phải phát triển hệ thống
các nguồn năng lượng điện khác trong khi các năng lượng hoá thạch đang ngày
càng cạn kiệt. Việc sử dụng các nguồn điện tại chỗ (thuỷ điện nhỏ, cực nhỏ, pin mặt
trời, gió ...) được huy động để chiếm tỷ trọng đáng kể trong hệ thống nguồn cấp.
Thêm vào đó nguồn phân tán sẽ ngày càng được áp dụng nhiều trong hệ thống lưới
phân phối vì:
- Nguồn năng lượng hoá thạch đang ngày càng cạn kiệt trong khi ý thức bảo vệ môi
trường của người dân ngày càng tăng lên.
- Nhu cầu của phụ tải phát triển rất nhanh trong khi việc xây dựng các nguồn phát
truyền thống công suất lớn cần nhiều thời gian.
- Nhà cung cấp sử dụng nguồn phân tán để giảm áp lực về đầu tư tái tạo lưới điện,
giảm chi phí nhiên liệu, chi phí vận hành.
- Khách hàng sử dụng nguồn phân tán để giảm bớt gánh nặng công suất vào giờ cao
điểm, giảm tổn hao trong mạng, cải thiện chất lượng điện năng, tăng cường độ tin
cậy và thân thiện với môi trường.

Nhận thấy xu hướng sử dụng các nguồn phân tán là thiết yếu nên tác giả đã chọn đề
tài “Ảnh hưởng của nguồn phân tán tới độ tin cậy cung cấp điện”
2.Lịch sử nghiên cứu
Hiện nay với xu thế phát triển của xã hội, nhu cầu sử dụng điện của xã hội cũng
ngày một tăng cao. Bên cạnh sự gia tăng về phụ tải, thì những yêu cầu về chất

6


lượng điện, dịch vụ cung cấp điện cũng đòi hỏi cao hơn. Trong đó độ tin cậy cung
cấp điện là một trong những chỉ tiêu quang trọng để đánh giá chất lượng phục vụ
khách hàng của nghành điện. Do đó việc nâng cao độ tin cậy cung câp điện vẫn là
vấn đề được quan tâm.
Khi mà các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần càn kiệt, việc cải tạo nâng cấp
hệ thống cung cấp điện cũ gặp nhiều khó khăn, thì việc nghiên cứu đưa vào sử dụng
các nguồn điện phân tán nhằm tăng độ tin cậy cung cấp điện là một giải pháp.
3.Mục đích nghiên cứu
Luận văn này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu “Ảnh hưởng của nguồn phân tán
tới độ tin cậy cung cấp điện” nhằm đánh giá độ tin cậy của hệ thống phân phối sẽ
thay đổi thế nào khi có nguồn phân tán tích hợp vào lưới, cụ thể là sẽ so sánh các
chỉ số về độ tin cậy của lưới như : thời gian gián đoạn cung cấp điện cho phụ tải
(SAIFI), thời gian mất điện trung bình của hệ thống (SAIDI) khi không có và có
nguồn phân tán trong hệ thống. Và đối tượng được đưa vào để áp dụng tính toán
trong luận văn này là một sơ đồ đã biến thể tử lưới IEEE 34 nút.
4.Nội dung chính của luận văn gồm những phần sau:
Chương I. Giới thiệu chung
Chương II. Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện khi có nguồn phân tán
Chương III. Áp dụng phương pháp phân tích và Monte Carlo tính toán các chỉ số độ
tin cậy của lưới khi có sự kêt nối với nguồn phân tán
Kết luận và kiến nghị

5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng hai phương pháp chính là: phân tích và Monte Carlo để tính
toán các chỉ số về độ tin cậy là SAIFI và SAIDI của hệ thống khi không có và có
nguồn phân tán. Các bước tính toán, đưa ra kết quả được thực hiện thông qua phần
mềm MATLAB
Luận văn này không thể hoàn thành nếu không có sự hướng dẫn tận tình của thầy
giáo hướng dẫn - TS. Lê Việt Tiến, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy

7


giáo hướng dẫn cùng với các thầy cô thuộc Bộ môn Hệ thống điện Viện Điện - Đại
học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện để tác giá hoàn thành luận văn này.
Mặc dù bản thân đã cố gắng, song do khả năng cũng như thời gian có giới hạn,
nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Mong nhận được sự góp ý từ các
thầy cô cùng các bạn để luận văn này có thể hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn !

8


CHƢƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Hệ thống điện
Hệ thống điện đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc
gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh tế quốc
dân. Nó có vai trò sản xuất, truyền tải, phân phối và cung cấp điện năng nhằm đảm
bảo duy trì cho các hoạt động sản xuất, sinh hoạt. Điện năng không chỉ đóng vai trò
lớn trong nền kinh tế, mà nó còn ảnh hưởng tới lối sống của khách hàng. Những
hoạt động thường ngày của một quốc gia có thể bị trì hoãn nếu mất đi nguồn điện.

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện
và các thiết bị khác ( như thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) được nối liền
với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng.
Điện năng được sản xuất từ thủy năng và các loại nguyên liệu sơ cấp (than đá,
dầu, khí đốt, nguyên liệu hạt nhân…) tại các nhà máy điện (thủy điện, nhiệt điện,
điện nguyên tử…)
Từ nhà máy điện, điện năng được tải về nới tiêu thụ với đường dây cao áp (110 500 kV). Đến các trạm biến áp địa phương và khu vực, điện áp được giảm xuống để
đưa đến các trạm biến áp phân phối và các máy biến áp khách hàng bằng đường dây
trung áp có cấp điện áp 6 - 10 - 22 - 35 kV. Qua các trạm phân phối hạ áp điện áp sẽ
được hạ xuống còn 0.4kV cung cấp trực tiếp tới các hộ tiêu thụ .Hình 1.1 là sơ đồ
của một trạm phân phối.

9


Hình 1.1. Sơ đồ điển hình của một trạm phân phối
1.1.1. Đặc điểm hoạt động của hệ thống điện
Điện năng là sản phẩm không thể dự trữ được mà phụ tải yêu cầu đến đâu thì hệ
thống sản xuất đến đó. Công suất của nguồn điện phải luôn luôn cân bằng với công
suất sử dụng của phụ tải. Công suất của phụ tải luôn biến đổi theo thời gian, do đó
công suất phát cũng phải biến đổi không ngừng để đáp ứng. Các thông số chất
lượng điện năng biến đổi theo phụ tải do đó phải được điều chỉnh liên tục.
Các quá trình xảy ra trong hệ thống điện rất nhanh, từ phần tram giây đến vài
chục giây. Ví dụ sau khi xảy ra ngắn mạch đạt đến đỉnh nguy hiểm. Do đó trong hệ
thống điện phải sử dụng các thiết bị có phản ứng rất nhanh để điều khiển chế độ.
Hệ thống điện chịu tác động của quá trình già hóa thiết bị, quá trình này gây ra
các hỏng hóc ngẫu nhiên, dẫn đến ngừng cung cấp điện. Do đó hệ thống điện phải
được tổ chức bảo dưỡng định kỳ thiết bị để phục hồi khả năng làm việc và thay thế
thiết bị hết hạn sử dụng.
Hệ thống điện chịu tác động mạnh của môi trường, nhất là môi trường địa lý có

thể gây ra thiếu năng lượng sơ cấp (do khô hạn….), hỏng hóc thiết bị dẫn đến mất
điện (sấm sét, gió bão, lũ lụt, sinh vật gây ngắn mạch….). Do đó hệ thống phải có
10


dự phòng khá lớn công suất nguồn và năng lượng sơ cấp, phải có hệ thống vận hành
hoàn hảo, hệ thống tự động chống sự cố để giảm thấp nhất các thiệt hại do sự cố.
Hệ thống điện là một khối thống nhất trải rộng khắp đất nước làm cho việc điều
khiển hoạt động và truyền tin rất khó khăn. Do đó để điều khiển tốt hoạt động, hệ
thống điện phải được phân cấp điều khiển và phải được trang bị các kỹ thuật điều
khiển, đo lường và thông tin hoàn hảo.
Hệ thống điện không ngừng phát triển trong không gian và theo thời gian, do vậy
đòi hỏi hệ thống vận hành cũng phải phát triển không ngừng về số lượng và chất
lượng để thích ứng.
1.1.2. Nhiệm vụ và tổ chức hệ thống vận hành
1.1.2.1. Nhiệm vụ
Nhiệm vụ của vận hành hệ thống điện là đảm bảo an toàn tuyệt đối cho hệ thống
điện, đảm bảo chất lượng phục vụ, có chi phí sản xuất, truyền tải, và phân phối thấp
nhất.
Chất lượng phục vụ bao gồm:
+ Chất lượng điện năng theo pháp định
-

Chất lượng tần số

-

Chất lượng điện áp

+ Độ tin cậy cung cấp điện hợp lý

Chi phí sản xuất bao gồm:
-

Chi phí nhiên liệu;

-

Tổn thất điện năng;

-

Chi phí bảo dưỡng định kỳ;

-

Chi phí để khắc phục hậu quả, sửa chữa thiết bị hỏng do sự cố;

-

Chi phí tiền lương;

-

Khấu hao thiết bị

1.1.2.1. Tổ chức vận hành
11


Nhiệm vụ vận hành được chia làm hai nhóm công việc có tính chất khác nhau:

1. Nhóm công việc liên quan trực tiếp đến các thiết bị đang vận hành, đến chế độ
làm việc của hệ thống điện gồm:
- Theo dõi và điều chỉnh chế độ làm việc của lò hơi, đập nước, tua bin, máy
phát, máy biến áp, đường dây
- Điều chỉnh tần số, điện áp, công suất phát, khời động hoặc ngừng tổ máy,
thay đổi cấu trúc vận hành của lưới điện…
- Xử lý khi xảy ra sự cố;
- Chuẩn bị quá trình vận hành;
- Tổng kết quá trình vận hành;
2. Nhóm công việc không liên quan trực tiếp đến chế độ của hệ thống điện gồm:
- Bảo dưỡng định kỳ;
- Sửa chữa thiết bị hỏng do sự cố;
- Cung ứng nhiên liệu, vật tư;
- Thực hiện các biện pháp cải tạo và giảm tổn thất điện năng…
Tương ứng với hai loại công việc trên là hai tổ chức của cơ quan vận hành:
1. Hệ thống điều độ phụ trách các công việc trực tiếp điều khiển vận hành hệ
thống điện.
2. Hệ thống quản lý thực hiện các công việc nhóm 2.
Do tính chất của hệ thống điện đã nêu trên, hệ thống điều độ và hệ thống quản lý
đều được phân cấp và phân tán.
Hệ thống điều độ được phân cấp thành điều độ quốc gia chỉ huy các điều độ khu
vực, điều độ khu vực chỉ huy các điều độ cấp cơ sở như: nhà máy điện, trạm biến áp
lớn, khu vực lưới truyền tải hay phân phối điện….

12


Điều độ quốc gia

Điều độ quốc gia

Điều độ địa phương

Điều độ quốc gia

Điều độ quốc gia

Điều độ địa phương

Hình 1.2. Sơ đồ phân cấp hệ thống điều độ
1.1.3. Độ tin cậy cung cấp điện
Độ liên tục cung cấp điện tính bằng thời gian mất điện trung bình năm cho một
hộ dùng điện và các chỉ tiêu khác đạt giá trị hợp lý chấp nhận được cho cả phía
người dùng điện và hệ thống cung cấp điện.
Độ tin cậy cung cấp điện được đảm bảo nhờ kết cấu của hệ thống điện và lưới
điện được lựa chọn trong quy hoạc thiết kế. Thông thường hệ thống điện đảm bảo
độ tin cậy ở mức trung bình có thể chấp nhận được, đó là độ tin cậy rất cao ở các
nút chính của hệ thống (có liên lạc với nhiều nguồn) và ở các nút địa phương (có ít
nhất hai nguồn), ở lưới phân phối mức tin cậy thấp hơn. Theo thời gian, cùng sự
phát triển của kinh tế và đời sống, mức tin cậy trung bình này càng được nâng cao,
ví dụ ở các hệ thống điện phát triển đã đạt được mức mất điện trung bình cho một
phụ tải hạ thế trong một năm là 2 đến 3 giờ.
Các phụ tải có tính chất chính trị, xã hội cao được đảm bảo độ tin cậy cung cấp
đặc biệt hoặc rất cao bằng các sơ đồ riêng.
Các phụ tải công nghiệp hoặc phụ tải thương mại có yêu cầu cao về độ tin cậy
(hơn mức của lưới điện chung) sẽ được cấp điện với các sơ đồ có độ tin cậy cao
hơn, hoặc sử dụng các biện pháp phụ thêm, riêng biệt để đảm bảo độ tin cậy cao.

13

Do mức độ điện khí hóa ngày càng cao trong sản xuất cũng như trong sinh hoạt,
yêu cầu của phụ tải điện về độ tin cậy ngày càng cao, do đó hệ thống điện cũng phải
hoàn thiện không ngừng về cấu trúc cũng như phương thức vận hành để đáp ứng.
Để xác định độ tin cây người ta sử dụng các chỉ số tin cây. Các chỉ số này được
thu thập từ những dữ liệu về độ tin cây, người ta dùng chúng để đánh giá sự hiệu
quả của hệ thống cung cấp điện. Các chỉ số tin cậy được phân loại ra thành hai
dạng, những chỉ số địa phương và những chỉ số toàn cục hay chỉ số hệ thống. Các
chỉ số địa phương thể hiện mức độ ảnh hưởng tới từng hộ tiêu thụ, còn chỉ số toàn
cục thể hiện độ tin cậy của toàn bộ hệ thống. Các chỉ số đánh giá độ tin cậy thường
dùng là:
SAIFI: chỉ số về số lần mất điện của lưới điện phân phối. Chỉ số này cho ta biết
được tần suất mất điện mà một khách hàng thông thường phải chịu trong một
khoảng thời gian nhất đinh. Chỉ số này được tính như sau:

SAIFI =
SAIDI : chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối. Chỉ số
này được tính như sau :

SAIDI =
CAIDI: Chỉ số về khoảng thời gian mất điện trung bình của khách hàng :

CAIDI =
ASAI : chỉ số sẵn sàng cấp điện trung bình , chỉ số này cho biết khoảng thời gian
mà một khách hàng được cấp điện trong khoảng thời gian thông báo sự cố. Công
thức như sau:

14

ASAI =
MAIFI : chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân
phối :

MAIFI =
Tuy nhiên luận văn này chỉ tập trung vào những chỉ số SAIFI và SAIDI. Để thực
hiện được việc tính toán, cần có được dữ liệu về độ tin cậy của mỗi thiết bị. Có ba
thông số cơ bản về độ tin cậy cho mỗi thiết bị đó là : cường độ hỏng hóc trung bình
λ, thời gian mất điện trung bình r, và khoảng thời gian mất điện hàng năm U.
Những dữ liệu này thường không sẵn có, do đó ta càn có phương pháp để dự đoán
ra những dữ liệu cần thiết, một trong những phương pháp đó là Monte Carlo,
phương pháp này sẽ được nói rõ hơn ở những phần sau.

1.2. Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện
Có hai phương pháp đánh giá độ tin cậy cung cấp điện thường sử dụng đó là :
phương pháp phân tích và mô phỏng. Phương pháp phân tích dùng sự ước lượng và
giả định cho việc ghi lại sự cố của hệ thống, và kết quả về các độ tin cậy sẽ là các
gia trị trung bình. Phương pháp Monte Carlo sử dụng các thuật toán máy tính lặp
lại những sự lấy mẫu một cách ngẫu nhiên để tính ra được những kết quả cần thiết.
Phương pháp Monte Carlo thường được dùng khi gặp khó khăn trong việc tính toán
ra những kết quả chính xác với những thuật toán xác định. Cả phương pháp phân
tích và mô phỏng Monte Carlo sẽ được nói đến ở chương sau.

15


1.3. Nguồn điện phân tán
Các nguồn điện phân tán là các nguồn điện có công suất nhỏ kết nối trực tiếp vào
lưới phân phối hoặc được sử dụng trực tiếp bới các hộ tiêu thụ .Những nguồn phân
tán phổ biến là các máy phát điện đồng bộ sử dụng tua bin khí, máy phát sử dụng

điện gió, pin nhiên liệu, khí hydro và nguồn năng lượng mặt trời. Những ứng dụng
phổ biến cùa các nguồn phân tán này là dùng làm máy phát điện dự phòng, san bằng
công suất đỉnh .Những lợi ích của việc đưa các nguồn phân tán vào sử dụng gồm có
giảm công suất tải của hệ thống cung cấp điện, giảm tiêu hao năng lượng, và tăng
độ tin cậy. Luận văn này ta sẽ tìm hiểu về những ảnh hưởng của nguồn điện phân
tán tới độ tin cậy cung cấp điện.

16


CHƢƠNG II
ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN KHI CÓ NGUỒN PHÂN TÁN
2.1. Nguồn phân tán
Vào những thập niên cuối của thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21, sự tăng trưởng mạnh
của kinh tế thế giới đã gây ra nhiều áp lực về vấn đề năng lượng và môi trường toàn
cầu. Trữ lượng dầu mỏ, than đá đang dần cạn kiệt.
Việc sử dụng than đá và dầu mỏ (nguồn nhiên liệu hoá thạch) đã và đang thải
một lượng lớn khí gây hiệu ứng nhà kính, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.
Vì thế, việc tìm kiếm và ứng dụng các năng lượng thân thiện với môi trường là xu
hướng tất yếu và cấp bách đáp ứng yêu cầu về năng lượng cho cuộc sống và môi
trường bền vững.

Hình 2.1. Trữ lượng ước tính của nguyên liệu hóa thạch
Có nhiều nghiên cứu đã dự đoán rằng trong nhiều năm tới nguồn phân tán sẽ
chiếm tới 20% công suất phát điện. Như đã đề cập trước đó các nguồn phân tán có
thể sẽ đem lại sự cải thiện độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối. Thêm

17

vào đó các nguồn phân tán sẽ tăng khả năng điều chỉnh lại đường dây đang quá tải
dưới sự ảnh hưởng từ sự cố của đường dây lân cận.Việc điều chỉnh kết nối đường
dây sẽ không thể thực hiện được nếu không có nguồn phân tán chia sẻ tải.

Hình 2.2. Biểu đồ dự đoán nhu cầu sử dụng điện
2.1.1. Các loại nguồn phân tán
2.1.1.1. Nguồn điện gió
Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới đã
có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Ðông Nam Á, trong đó có Việt
Nam. Theo tính toán của nghiên cứu này thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất,
tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW.
Ưu điểm dễ thấy nhất của điện bằng sức gió là không tiêu tốn nhiên liệu, không
gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa điểm và tiết kiệm
đất xây dựng. Các trạm điện bằng sức gió có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy
sẽ tránh được chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện. Ngày nay, điện bằng
sức gió đã trở nên rất phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, công nghệ lắp ráp
đã hoàn thiện, nên chi phí cho việc hoàn thành một trạm điện bằng sức gió hiện nay
chỉ bằng 1/5 so với năm 1986.

18


Trạm điện bằng sức gió có thể đặt ở những địa điểm và vị trí khác nhau, với
những giải pháp rất linh hoạt và phong phú. Các trạm điện bằng sức gió đặt ở ven
biển cho sản lượng cao hơn các trạm nội địa vì bờ biển thường có gió mạnh. Giải
pháp này tiết kiệm đất xây dựng, đồng thời việc vận chuyển các cấu kiện lớn trên
biển cũng thuận lợi hơn trên bộ. Dải bờ biển VN trên 3.000km có thể tạo ra công
suất hàng tỉ kW điện bằng sức gió. Ðặt một trạm điện bằng sức gió bên cạnh các
trạm bơm thủy lợi ở xa lưới điện quốc gia sẽ tránh được việc xây dựng đường dây
tải điện với chi phí lớn gấp nhiều lần chi phí xây dựng một trạm điện bằng sức gió.

Việc bảo quản một trạm điện bằng sức gió cũng đơn giản hơn việc bảo vệ đường
dây tải điện rất nhiều.

Hình 2.3. Cánh đồng gió Bình Thuận
Tuy nhiên, gió là dạng năng lượng mang tính bất định cao, nên khi đầu tư vào
lĩnh vực này cần có các số liệu thống kê đủ tin cậy. Nhưng chắc chắn chi phí đầu tư
cho điện bằng sức gió thấp hơn so với thủy điện. Toàn bộ chi phí cho một trạm điện
bằng sức gió 5 MW khoảng 3.000.000 euro. Với 500 trạm điện bằng sức gió loại 5
MW sẽ có công suất 2,5 triệu kW, lớn hơn công suất Thủy điện Sơn La, tổng chi
phí sẽ là 1,875 tỉ USD, chi phí này nhỏ hơn 2,4 tỉ USD là dự toán xây dựng Nhà
máy Thủy điện Sơn La.

19


2.1.1.2. Nguồn thủy điện nhỏ
Nước ta có tiềm năng thuỷ điện nhỏ (TÐN) phong phú. Theo đánh giá sơ bộ, trữ
năng kinh tế, kỹ thuật của TÐN vào khoảng 1,6-2x106 kW lắp máy, có khả năng
cung cấp 6-8x109 kWh mỗi năm. Nguồn TÐN đóng vai trò ngày càng lớn trong hệ
thống điện phân phối, với công suất đặt ngày càng gia tăng và số điểm khai thác
ngày càng nhiều. Theo đánh giá của ngành năng lượng thì tổng tiềm năng kinh tế
của thuỷ điện nhỏ khoảng 2000 MW, chiếm 10% tổng tiềm năng kinh tế của nguồn
thuỷ năng Việt Nam và là nguồn có tổng công suất lớn nhất trong các nguồn năng
lượng tái tạo (hình 2.2). Nguồn thuỷ năng này phân bố chủ yếu ở vùng núi phía
Bắc, miền Trung, Tây Nguyên, rất thuận lợi cho quá trình Ðiện khí hoá nông thôn,
đặc biệt là các khu vực xa lưới có mật độ phụ tải nhỏ.
Thuỷ điện nhỏ ở nước ta chủ yếu là loại hình lợi dụng trực tiếp dòng chảy, không
tạo thành hồ chứa hoặc hồ chứa dung tích rất nhỏ. Loại thuỷ điện này thường bao
gồm các đập nhỏ và hầu như không gây ảnh hưởng đến môi trường. Những nhà
máy thuỷ điện kiểu “run of river” này được thiết kế với cột nước thấp, nằm trên

những dòng sông nhỏ với độ dốc không lớn lắm, và có thể sử dụng toàn bộ lưu
lượng sông hoặc một phần lưu lượng. Do đó thuỷ điện nhỏ không phải là phiên bản
thu nhỏ của các thuỷ điện lớn. Như vậy, việc phát triển thuỷ điện nhỏ không vấp
phải các vấn đề về môi trường như ở các hồ chứa thuỷ điện lớn. Việc xây dựng một
trạm thuỷ điện nhỏ không ảnh hưởng nhiều đến cuộc sống dân cư xung quanh, đến
quy hoạch lãnh thổ, ô nhiễm đất đai...
Ðối với các hồ chứa thuỷ điện nhỏ công suất đến 30 MW thì các hồ chứa thuỷ
điện thu thập nước mưa để sau đó có thể sử dụng cho sinh hoạt và tưới tiêu. Nhờ
việc tích trữ nước, các hồ chứa ngăn chặn việc ngập úng do xả toàn bộ khối nước và
giảm khả năng ngập lụt và hạn hán. Hơn nữa, điện năng được phát từ các nhà máy
thuỷ điện nhỏ có thể được đưa vào lưới nhanh hơn các nguồn năng lượng khác. Khả
năng tăng công suất của thủy điện từ 0 lên cực đại là nhanh chóng và có thể dự đoán
trước, cho phép thuỷ điện đáp ứng các mức thay đổi phụ tải và cung cấp các dịch vụ

20


phụ thuộc điện năng để giữ cân bằng giữa nguồn cấp và nhu cầu phụ tải. Trong suốt
vòng đời của trạm thuỷ điện, các trạm này sản sinh một lượng rất nhỏ các khí gây
hiệu ứng nhà kính (GHGs), bù lại việc phát thải GHG từ các nhà máy nhiệt điện
chạy than, dầu và khí đốt, thuỷ điện có thể làm chậm lại việc cảnh báo toàn cầu về
GHG. Mặc dù mới chỉ có 33% các nguồn năng lượng thuỷ điện được khai thác và
phát triển trên thế giới, nhưng đã giúp toàn thế giới tránh phải đốt tương đương 4,5
triệu thùng dầu mỗi ngày.
2.1.1.3. Nguồn điện mặt trời
Việt Nam là nước nhiệt đới, tiềm năng bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế giới,
đặc biệt ở các vùng miền phía Nam có nhiều nắng (số giờ nắng khoảng 1600-2600
giờ/năm). Vào năm 2007, mức sản xuất hệ thống biến năng lượng mặt trời (PV)
thành điện năng trên toàn thế giới đạt đến mức 850 MW, tăng 39% so với năm
2004. Quốc gia có mức tăng trưởng nhanh nguồn năng lượng trên là Nhật Bản,

45%, và Châu Âu, 40%. Những ưu điểm chính của nguồn năng lượng mặt trời là:
Không làm ô nhiễm không khí; không tạo ra hiệu ứng nhà kính; không tạo ra phế
thải rắn và khí như các nguồn năng lượng do than đá, khí đốt, và năng lượng
nguyên tử; các hệ thống PV này có thể thiết lập ngay tại khu đông đúc gia cư, hay
ngay trên nóc các chung cư hay các toà nhà lớn.
Mặc dù hiện nay giá thành của việc thiết lập một hệ thống PV cao hơn 10 lần so
với một nhà máy nhiệt điện dùng than đá, 2 lần so với nhà máy nguyên tử, 4 lần so
với nhà máy dùng khí tái lập (renewable gas), nhưng hệ thống PV một khi đã được
thiết lập thì chi phí điện năng sử dụng sẽ được giữ cố định trong vòng 20 năm sau
đó vì hệ thống không cần đến nhu cầu nguyên liệu và các PV đã được bảo đảm vận
hành suốt đời.

21


Hình 2.4. Các tấm pin mặt trời
Nếu tính một dự án điện mặt trời có vòng đời 20 năm, thì việc lắp đặt để cung
cấp điện và nhiệt năng có hiệu quả cao. Hơn nữa, năng lượng trên có thể được dự
trữ để dùng trong thời gian trời không đủ nắng hoặc chuyển tải điện năng dư thừa
vào lưới điện
2.1.2. Vận hành các nguồn phân tán
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng nguồn phân tán mà sẽ có các cách vận hành
khác nhau. Ví dụ như, khi sử dụng nguồn phân tán với mục đích làm giảm công
suất đỉnh, trong điều kiện hoạt động bình thường nguồn phân tán sẽ được nối vào
lưới, khi sự có mất điện xảy ra nguồn phân tán sẽ được ngắt ra. Đối với chế độ cô
lập, nguồn phân tán được nối vào lưới và duy trì hoạt động nếu nó không ở trong
khu vực ảnh hương của sự cố, với điều kiện nguồn phân tán có công suất truyền tải
tương ứng. Với mục đích là làm giảm công suất đỉnh, khi có sự cố nguồn phân tán
sẽ ngắt khỏi lưới, hệ thống được điều chỉnh lại, và những đơn vị tiêu thụ điện được
được chuyển sang mạch cấp điện lân cận, nguồn phân tán cũng sẽ được nối vào

mạch đó và hoạt động trở lại, tuy nhiên đối với luận văn này ta sẽ chỉ tập trung vào
việc sử dụng nguồn phân tán như một nguồn dự phòng. Do vậy, nó sẽ hoạt động
như ở chế độ cô lập với điểm khác là nguồn phân tán sẽ không luôn nối với lưới ở
trong chế độ hoạt động bình thường và chỉ hoạt động khi có sự cố xảy ra.

22


2.1.3. Vị trí đặt nguồn phân tán
Vị đặt nguồn phân tán ảnh hưởng trực tiếp tới độ tin cậy .Để tìm ra vị trí tối ưu,
tại mỗi vị trí đặt được nguồn phân tán ta sẽ thực hiện đánh giá về độ tin cậy, nơi nào
mà cho kết quả về sự cải thiện độ tin cậy cao nhất thì nguồn phân tán sẽ được đặt ở
đó.
Việc tối ưu hóa vị trí đặt nguồn phân tán là một vấn đề phức tạp .Trong thực tế,
việc đặt nguồn phân tán còn bị ảnh hưởng bởi tính chất địa lý, những sự ràng buộc
về mặt xây dựng .Do vậy, ta sẽ giả sử vị trí đặt nguồn phân tán đã cho trước .Hệ
thống dùng để tiến hành kiểm tra ở hình 2.5 có bốn nhánh được nối với nguồn phân
tán.
Để xác định được ảnh hưởng của nguồn phân tán ta sẽ đánh giá độ tin cậy bằng
hai phương pháp như đã đề cập tới ở chương trước đó là phương pháp phân tích và
phép mô phỏng Monte Carlo.
2.1.4. Ảnh hưởng của nguồn phân tán
Nguồn phân tán (DG) có tiềm năng trở thành một giải pháp kinh tế cho sự phát
triển của số lượng tải, công suất, và các vấn đề về độ tin cậy trong hệ thống cung
cấp điện .Những ảnh hưởng của nguồn phân tán tới độ tin cậy là một trong những
chủ đề dành nhiều sự quan tâm.
DG là nguồn phát được lắp đặt gần nơi tiêu thụ nên loại trừ được những chi phí
truyền tải và phân phối, tăng cường tính linh hoạt hệ thống điện phân phối và độ tin
cậy cung cấp điện, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng, cải thiện độ lệch
điện áp nút và giảm ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, DG thường có vốn đầu tư lớn

và làm tăng tính phức tạp trong đo lường, bảo vệ và vận hành hệ thống điện phân
phối.
Khi kết nối DG vào lưới điện phải tuân thủ các tiêu chuẩn kết nối và ràng buộc
về mặt kỹ thuật và kinh tế. Tùy thuộc vào cấu trúc của lưới điện mà những tiêu
chuẩn cũng khác nhau và kéo theo ảnh hưởng của DG tới lưới cũng khác nhau.

23


Lưới điện phân phối bị giới hạn bởi những ràng buộc về ổn định điện áp và khả
năng tải của đường dây, thiết bị.
Ngoài ra các tiêu chuẩn cơ bản cho phép kết nối vào lưới điện phân phối (tiêu
chuẩn về cấp điện áp, tần số…) bị ảnh hưởng bởi các thông số kỹ thuật và công
nghệ chế tạo. Các nguồn phân tán thường được kết nối chủ yếu là ở lưới điện phân
phối trung áp với cấp điện áp từ 6kV – 35kV. Những nghiên cứu trước đây cho
thấy, với mức độ thâm nhập từ 10-15% của các nguồn phân tán vào lưới sẽ không
có những thay đổi đáng kể nào đối với cấu trúc lưới và hệ thống điện. Tuy nhiên khi
mức độ thâm nhập của DG càng tăng thì mức độ ảnh hưởng lên lưới là càng lớn.
Khi đó, ngoài những ảnh hưởng tới tính kinh tế của lưới điện, những lợi ích và bất
lợi và những vấn đề liên quan tới môi trường và biến đổi khí hậu, sự thâm nhập của
DG vào lưới còn làm phát sinh những vấn đề kỹ thuật cần phải quan tâm, đó là:
+ Đặc tính điện áp trên toàn lưới thay đổi phụ thuộc vào công suất tiêu thụ.
+ Quá độ điện áp sẽ xảy ra do việc kết nối hoặc ngắt kết nối với các máy phát hoặc
thậm chí là do quá trình vận hành máy phát phân tán.
+ Tăng mức độ dòng ngắn mạch sự cố.
+ Vấn đề về phối hợp bảo vệ giữa phía máy phát phân tán và lưới điện.
+ Tổn thất công suất thay đổi thay các cấp độ phụ tải
+ Chất lượng, độ an toàn và độ tin cậy cung cấp điện
Những vấn đề nêu trên là những ảnh hưởng có thể gây ra cho hệ thống điện khi ta
kết nối nguồn phân tán vào lưới, và trong luận văn này ta sẽ chỉ tập trung quan tâm

tới việc các chỉ số về độ tin cậy thay đổi ra sao khi tích hợp nguồn phân tán với
lưới.
2.2. Đánh giá độ tin cậy
Định nghĩa chung có tính chất kinh điển về độ tin cậy của hệ thống như sau:

24