Xét ảnh hưởng của các nguồn phân tán và các bộ tụ bù tới chất lượng điện áp và tổn thất trong lưới phân phối

Lê công thịnh

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
--------------------0o0--------------------

Luận văn thạc sỹ khoa học
Mạng và hệ thống điện
2007-2009
Hà nội
2010

XéT ảNH HƯởng của các nguồn phân tán
và các bộ tụ bù tới chất lượng điện áp
và tổn thất trong lưới ph ân phối
Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện
LÊ CÔNG THịNH

Người hướng dẫn khoa học
TS. ĐàO QUANG THạCH

Hà Nội 2010


Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
--------------------0o0--------------------

Luận văn thạc sỹ khoa học

XéT ảNH HƯởng của các nguồn phân tán

và các bộ tụ bù tới chất lượng điện áp
và tổn thất trong lưới phân phối
Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện
LÊ CÔNG THịNH

Người hướng dẫn khoa học
TS. ĐàO QUANG THạCH

Hà Nội - 2010


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là lu ận văn của riêng tôi. Các kết quả tính toán nêu trong
luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn
nào khác.
Hà Nội, tháng 4 năm 2010
Tác giả luận văn

Lê Công Thịnh


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn, ngoài sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, tác
giả đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô, các bạn b è và
đồng nghiệp.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Đào Quang Thạch,
người đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn tôi trong suốt quá tr ình học tập cũng như
làm luận văn. Tác giả cũng xin chân th ành cám ơn các thầy cô trong bộ môn Hệ
thống điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình dạy bảo cho tôi có
được như ngày hôm nay.

Bên cạnh đó, tác giả xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình giúp đỡ và đóng
góp ý kiến về chuyên môn của các đồng nghiệp ở Viện Khoa học năng lượng –
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cũng như trong quá trình công tác đã
tạo điều kiện thời gian cho tôi học tập v à hoàn thành luận văn.
Do kiến thức còn hạn chế nên bản luận văn khó có thể tránh khỏi những sai
sót, tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo trong bộ
môn Hệ thống điện và những người quan tâm.
Xin chân thành cám ơn!

Tác giả

Lê Công Thịnh


DANH MỤC BẢNG VIẾT TẮT
DG
EVN
TĐN
HTCCĐ
MFĐ
PCC
ASEAN
NLSK
VNL
GA

Distributed generationn - Nguồn điện phân tán
Tập đoàn Điện lực Việt Nam
Thủy điện nhỏ
Hệ thống cung cấp điện

Máy phát điện
Point of common connection - Điểm kết nói chung
Các nước Asian
Năng lượng sinh khối
Viên năng lượng
Thuật toán di truyền


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các gam công suất ứng với các công nghệ DG khác nhau
Bảng 2.1: Đánh giá tiềm năng gió ở Việt Nam (tại các v ùng có dân cư)
Bảng 2.2: Tiềm năng của nguồn năng l ượng gió phát điện ở Việt Nam
Bảng 4.1: Tổng tổn thất của hệ thống trước và sau khi đặt PDG = 4MW cho một
số nút điển hình trong hệ thống
Bảng 4.2: Tổng tổn thất của hệ thống tr ước và sau khi đặt PDG = 5MW cho một
số nút điển hình trong hệ thống
Bảng 4.3: Tổng tổn thất của hệ thống tr ước và sau khi đặt PDG = 6.5MW cho một
số nút điển hình trong hệ thống
Bảng 4.4: Tổng tổn thất của hệ thống tr ước và sau khi đặt PDG = 3MW; QDG = 0.41MVAr cho một số nút điển hình trong hệ thống
Bảng 4.5: Tổng tổn thất của hệ thống tr ước và sau khi đặt PDG = 4.5MW; Q = 0.86MVAr cho một số nút điển hình trong hệ thống
Bảng 4.6: Tổng tổn thất của hệ thống tr ước và sau khi đặt PDG = 5MW; Q DG = 1.05MVAr cho một số nút điển hình trong hệ thống
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Nguồn phát điện hiện tại và trong tương lai
Hình 2.1: Các phương thức kết nối DG với lưới điện
Hình 2.2: Các phương thức vận hành của DG trong lưới điện
Hình 2.3: Máy phát phân tán nối lưới và biểu đồ điện áp
Hình 2.4: Tổn thất công suất tác dụng với mức thâm nhập khác nhau của DG
Hình 2.5: Sụt điện áp với mức thâm nhập khác nhau của DG
Hình 2.6-2.9: Biểu diễn sự suy giảm điện áp của máy phát khi ngắn mạch ba pha
tại điểm kết nối chung với các tỷ số công suất ngắn mạch khác nhau

Hình 2.10: Mô hình máy phát tuabin gió n ối lưới và biểu đồ pha điện áp
Hình 2.11: Dao động vận tốc gió (a), công suất tác dụng (b), phản kháng (c) v à
dao động điện áp (d) của máy phát điện gió
Hình 2.12: Máy phát điện gió hấp thụ công suất phản kháng từ l ưới khi gia tăng
công suất phát tác dụng


Hình 2.13: Đặc tính chập chờn điện áp theo ti êu chuẩn IEC 60868
Hình 2.14: Đường công suất thực nghiệm trong chế độ vận h ành bình thường khi
điều khiển góc Pitch của tuabin gió với tốc độ cố định
Hình 2.15: Đường biểu diễn P và Q của tuabin gió công suất 600kW
Hình 2.16: Điện áp của tuabin gió lúc khởi động
Hình 2.17: Các bước tính toán xác định chập chờn của tuabin gió
Hình 2.18: Mô hình đường dây truyền tải
Hình 2.19: Hệ thống điện kết nối tuabin gió
Hình 2.20: Sơ đồ thay thế tương đương
Hình 2.21: Biểu đồ véctơ quan hệ điện áp giữa nút phát và nút nhận
Hình 2.22: Biểu đồ pha điện áp của mạng điện
Hình 2.23: Biểu đồ công suất P-Q tại nút nhận
Hình 2.24: Biểu đồ véctơ trên mặt phẳng công suất
Hình 2.25: Các bước thực hiện xác định điện áp v à công suất giới hạn tại nút kết
nối chung của các nhà máy điện gió với hệ thống điện
Hình 3.1: Mô hình của một mạch đường dây
Hình 3.2: Mô hình thay thế hình  lưới 3 pha
Hình 3.3: Sơ đồ đánh số nút và nhánh
Hình 3.4: Các bước cơ bản của thuật toán
Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán tính toán tổn thất hệ thống khi có DG thâm nhập v ào
hệ thống và tối ưu hoá vị trí đặt DG
Hình 4.2: Sơ đồ thuật toán tính toán điện áp v à dòng điện [V,I]
Hình 4.3: Tổn thất của hệ thống khi đặt PDG =4MW tại vị trí từng nút trên lưới

Hình 4.4: Chất lượng điện áp ban đầu của hệ thống v à sau khi đặt DG tại vị trí
nút 19
Hình 4.5: Tổn thất của hệ thống khi đặt P DG = 5MWtại vị trí từng nút trên lưới
Hình 4.6: Chất lượng điện áp ban đầu của hệ thống và sau khi đặt DG
tại vị trí nút 18
Hình 4.7: Tổn thất của hệ thống khi đặt P DG=6.5MW tại vị trí từng nút trên lưới
Hình 4.8: Chất lượng điện áp ban đầu của hệ thống v à sau khi đặt DG tại vị trí
nút 16


Hình 4.9: Bảng tổng hợp tổn thất của hệ thống khi đặt DG tại vị trí từng nút
trong 3 trường hợp trên
Hình 4.10: Bảng tổng hợp chất lượng điện áp của hệ thống tại vị trí tối ưu nhất
trong 3 trường hợp trên
Hình 4.11: Tổn thất của hệ thống khi đặt P DG = 3MW; Q DG = - 0.41MVAr tại vị
trí từng nút trên lưới
Hình 4.12: Chất lượng điện áp ban đầu của hệ thống v à sau khi đặt DG tại vị trí
nút 19
Hình 4.13: Tổn thất của hệ thống khi đặt P DG = 4.5MW; Q DG = - 0.86MVAr tại
vị trí từng nút trên lưới
Hình 4.14: Chất lượng điện áp của hệ thống tr ước và sau khi đặt DG tại vị trí nút
17
Hình 4.15: Tổn thất của hệ thống khi đặt P DG=5MW; Q DG = - 1.05MVAr tại vị
trí từng nút trên lưới
Hình 4.16: Chất lượng điện áp của hệ thống tr ước và sau khi đặt DG tại vị trí nút
16
Hình 4.17: Bảng tổng hợp tổn thất của hệ th ống khi đặt DG tại vị trí từng nút
trong 3 trường hợp trên
Hình 4.18: Bảng tổng hợp chất lượng điện áp của hệ thống tại vị trí tối ưu nhất
trong 3 trường hợp trên

MỤC LỤC
PHẦN I: THUYẾT MINH
Tóm tắt luận văn
Danh mục các chữ viết tắt, các bảng biểu, các h ình vẽ
Mở đầu
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN PHÁT ĐIỆN
PHÂN TÁN
1.1 Giới thiệu chung về lưới điện phân phối............................................ 4
1.2 Tổn thất điện năng trong lưới phân phối ............................................ 5
1.3 Nguồn điện phân tán........................................................................... 7
1.3.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán (DG) ........................................ 7
1.3.2 Những lợi ích của nguồn phân tán .............................................. 9
1.3.3 Các ảnh hưởng của nguồn phân tán .......................................... 10
1.3.4 Đặc điểm công nghệ nguồn phân tán ........................................ 10
1.3.5 Gam công suất DG ứng với các công nghệ khác nhau ............. 21
1.3.6 Hiện trạng và xu hướng phát triển nguồn DG ở Việt Nam ....... 21
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH CÁC TÁC ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN
LƯỚI ĐIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CÁC NGUỒN NĂNG L ƯỢNG
PHÂN TÁN
2.1 Giới thiệu chung ............................................................................... 23
2.2 Các tác động chính của DG đến lưới điện phân phối....................... 24
2.2.1 Thay đổi điện áp các nút trên xuất tuyến................................... 24
2.2.2 Thay đổi tổn thất công suất ....................................................... 26
2.2.3 Suy giảm điện áp ....................................................................... 29
2.2.4 Dao động điện áp và hiện tượng chập chờn điện áp ................. 32
2.2.5 Ổn định điện áp trong hệ thống cung cấp điện có kết nối DG …39

2.2.5.1 Phương trình công suất của hệ thống phân phối điện ............ 40
2.2.5.2 Xác định mối quan hệ giữa điện áp v à công suất giới hạn tại nút
kết nối trong hệ thống điện có kết nối máy phát điện gió ................... 43
2.3 Xét ảnh hưởng của các nguồn điện phân tán (DG) đến chế độ vận h ành
kinh tế lưới điện .......................................................................................... 49


2.4

Đánh giá tiềm năng các nguồn năng lượng phân tán (DG).............. 52
2.4.1 Đánh giá về tiềm năng năng lượng mặt trời .............................. 52
2.4.1.1 Tiềm năng............................................................................... 52
2.4.1.2 Khả năng khai thác năng lượng mặt trời................................ 56
2.4.2 Đánh giá tiềm năng về năng lượng gió ..................................... 58
2.4.2.1 Tiềm năng............................................................................... 58
2.4.2.2 Khả năng khai thác các dự án điện gió .................................. 62
2.4.3 Đánh giá về tiềm năng năng lượng điện Thủy triều .................. 64
2.4.3.1 Đánh giá tiềm năng ................................................................ 64
2.4.3.2 Khả năng khai thác................................................................. 65
2.4.4 Đánh giá về năng lượng sinh khối............................................. 68
2.4.4.1 Hiện trạng khai thác và sản xuất NL từ nguồn sinh khối ...... 68
2.4.4.2 Đánh giá tiềm năng ................................................................ 69
2.5 Các giải pháp cấp điện cho khu vực xa l ưới điện Quốc gia, phát triển
nguồn năng lượng phân tán cho các vùng sâu, vùng xa ............................. 71
2.5.1 Định hướng khuyến khích phát triển các công nghệ ngo ài lưới.71
2.5.2 Các giải pháp cụ thể cung ứng điện cho các khu vực v ùng sâu, vùng
xa mà lưới điện không thể kéo đến hoặc không kinh tế ...................... 72
2.5.2.1 Các tiếp cận cho định hướng phát triển ................................. 72
2.5.2.2 Các giải pháp cung ứng điện bằng nguồn năng l ượng phân tán73
CHƯƠNG 3

PHƯƠNG PHÁP PHÂN BỐ DÒNG CÔNG SUẤT TẢI VÀ PHƯƠNG
PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TỐI ƯU DG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI
3.1 Mục đích tính toán chế độ xác lập .................................................... 76
3.2 Các phương pháp tính toán ch ế độ xác lập lưới phân phối .............. 76
3.3 Mô hình các phần tử cơ bản của hệ thống........................................ 79
3.3.1 Mô hình đường dây ................................................................... 79
3.3.2 Mô hình phụ tải ......................................................................... 80
3.3.3 Mô hình của tụ điện................................................................... 81
3.3.4 Mô hình nguồn phân tán............................................................ 82
3.3.5 Đánh số nút lưới ........................................................................ 82
3.3.6 Thuật toán dòng tải.................................................................... 83
3.3.6.1 Quá trình ngược ..................................................................... 83


3.3.6.2 Quá trình thuận....................................................................... 84
3.3.6.3 Tiêu chuẩn dừng vòng lặp...................................................... 85
3.4 Các phương pháp xác định vị trí tối ưu DG ..................................... 86
CHƯƠNG 4
TÍNH TOÁN TÌM VỊ TRÍ TỐI ƯU NGUỒN PHÂN TÁN
TRONG HỆ THỐNG
4.1 Tính toán vị trí tối ưu DG trong hệ thống ........................................ 88
4.2 Tính toán vị trí tối ưu DG khi DG chỉ cung cấp công suất tác dụng 93
4.3 Tính toán vị trí tối ưu DG khi DG cung cấp công suất tác dụng P và tiêu
thụ công suất phản kháng Q........................................................................ 93
4.4 Thuật toán tính toán vị trí tối ưu DG trong hệ thống ....................... 94
4.5 Áp dụng tính toán cho hệ thống l ưới điện........................................ 97
4.6 Kết quả tính toán và nhận xét........................................................... 98
4.6.1 Kịch bản 1: DG chỉ cung cấp công suất tác dụng P .................. 98
4.6.2 Kịch bản 2: Nguồn phân tán (DG) cung cấp công suất tác dụng P v à
tiêu thụ công suất phản kháng Q. ....................................................... 107

CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 Kết luận chung................................................................................ 118
5.2 Kiến nghị ........................................................................................ 119
PHẦN II: PHỤ LỤC


-1-

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển nhanh của nền kinh tế và kỹ thuật nhu cầu về năng
lượng và tốc độ sử dụng năng lượng ngày càng cao. Nguồn điện phân tán (DG) là
một trong những loại nguồn sẽ ngày càng được ứng dụng nhiều trong lưới điện
phân phối trong tương lai vì những lý do chính sau: thứ nhất l à do việc thị trường
điện đã mở cửa cho các nhà đầu tư tham gia ở tất cả các dạng nguồn năng l ượng,
thứ hai đó là các nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt trong khi
ý thức bảo vệ môi trường của người dân tăng lên. Một lý do nữa đó là sự phát
triển rất nhanh của nhu cầu phụ tải trong khi việc xây dựng các nguồn phát điện
truyền thống công suất lớn cần nhiều thời gian. Khuynh hướng này được tạo ra
còn bởi những hiệu quả chính mà DG mang lại khi tham gia vào lưới phân phối.
Khách hàng sử dụng DG sẽ dẫn đến việc giảm bớt gánh nặng công suất v ào giờ
cao điểm, giảm tổn thất trên đường dây truyền tải, cải thiện chất l ượng điện năng,
tăng cường độ tin cậy và thân thiện với môi trường. Nhà cung cấp sử dụng DG
để giảm áp lực về đầu tư cải tạo lưới điện, giảm chi phí nhi ên liệu, chi phí vận
hành và các yêu cầu dự phòng.
2. Mục đích của luận văn
Mục tiêu chính của luận văn này là xem xét các khả năng tối ưu vị trí đặt
DG vào lưới để mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và kỹ thuật như cải thiện chất
lượng điện áp, giảm tối thiểu tổn thất công suất trong hệ thống phân phối, thì việc

định ra được các vấn đề liên quan như trên là thực sự hữu ích để giúp các nh à
quản lý, vận hành và sản xuất có tiếng nói chung. Chất lượng điện năng trong hệ
thống phân phối có thể được cải thiện bởi việc chọn vị trí DG v à dung lượng phù
hợp. Quá trình tìm kiếm vị trí DG có thể xem xét như một vấn đề tối ưu. Tuy
nhiên, nếu DG cung cấp công suất với mục đích giảm tổn thất, nâng cao chất


-2-

lượng điện áp trong giới hạn cho phép th ì trong trường hợp này nó không có lợi
ích thực sự dưới quan điểm tổn thất, nâng cao chất lượng điện áp của hệ thống
cũng như về vấn đề đầu tư giá thành vào DG. Vì vậy đối với hệ thống cung cấp
điện trung áp, ngoài điện lưới còn có các nguồn thủy điện nhỏ (TĐN) cũng như
các nguồn điện phân tán tham gia cung cấp điện. Các nguồn có vai tr ò quan trọng
trong cân bằng năng lượng, nhưng do lưới điện trung áp thường là lưới yếu, nên
các nguồn phân tán có những tác động không nhỏ đến chế độ của chúng. Trong
công tác điều độ lưới điện, việc tính toán phân bố công suất, t ìm điểm mở mạch
vòng, chọn các phương thức vận hành lưới điện cho các nguồn DG l à hết sức cần
thiết nhằm khai thác triệt để nguồn DG, tiết kiệm điện năng từ l ưới quốc gia, đảm
bảo giảm thiểu tổn thất điện năng và điện áp, vận hành đơn giản. Chính vì những
lý do đó, mục tiêu của bài toán tối ưu hoá vị trí đặt và công suất phát của DG là
một sự chọn lựa hấp dẫn đối với việc lập kế hoạch mở rộng v à phát triển lưới
điện phân phối trong tương lai. Những nguồn phân tán có thể được đặt một cách
có chiến lược trong lưới điện nhằm giảm tổn thất điện năng, cải thiện chất l ượng
điện áp và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
3. Phạm vi nghiên cứu


Nguồn phân tán là gì? Và những lợi ích mà chúng mang lại.



Đánh giá các tác động của nguồn phân tán đến l ưới điện và đánh giá tiềm
năng nguồn năng lượng DG.



Xây dựng một chương trình bằng phần mềm MATLAB để tính toán tổn
thất hệ thống và tìm ra vị trí tối ưu DG trong hệ thống.



DG trong nghiên cứu này là những loại có công suất nhỏ ở mức phân phối
và cung cấp công suất tác dụng; cung cấp công suất tác dụng nhưng tiêu
thụ công suất phản kháng.



Áp dụng với sơ đồ lưới điện thực tế, đánh giá kế t quả chất lượng điện năng
khi có DG thâm nhập vào lưới.


-3-

4. Bố cục của luận văn
Luận văn bao gồm 5 chương, được phân bố như sau:
Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối và nguồn phát điện phân tán.
Chương 2: Phân tích các tác động của nguồn điện phân tán đ ến lưới điện và
đánh giá tiềm năng các nguồn năng lượng phân tán.
Chương 3: Phương pháp phân bố dòng công suất tải và phương pháp xác định vị

trí tối ưu DG trong lưới phân phối.
Chương 4: Tính toán tìm vị trí tối ưu nguồn phân tán trong hệ thống.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị.


-4-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN PHÁT ĐIỆN
PHÂN TÁN
1.1 Giới thiệu chung về lưới điện phân phối
Lưới điện địa phương hay còn gọi là lưới phân phối bao gồm các đường
dây trên không, đường cáp ngầm và các trạm biến áp phân phối. Chúng có
nhiệm vụ phân phối và cung cấp điện trực tiếp đến các hộ dùng điện nằm cách
trung tâm cung cấp điện (thường là trạm biến áp truyền tải 110kV) khoảng vài
chục kilômét.
Nhìn chung lưới điện phân phối ở Việt Nam có rất nhiều cấp điện áp,
lưới điện chắp vá, các đường dây quá dài, mang tải hơn khả năng cấp điện,
các thiết bị chưa được nâng cấp, vận hành chưa được hợp lý dẫn tới tổn thất
công suất, điện áp trên lưới phân phối là rất lớn. Hiện tại, lưới phân phối của
Việt Nam bao gồm:


Lưới phân phối trung áp, có điện áp 6, 10, 15, 22, 35 kV phân phối
điện cho các trạm trung áp / hạ áp và các phụ tải trung áp.



Lưới hạ áp, cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220 V.

Lưới phân phối thường có cấu trúc hình tia, một số lưới có cấu trúc kín
nhưng vận hành hở hình tia. Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện tạo lưới
có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở. Trong cấu trúc mạch vòng nhưng
vận hành hở thì các xuất tuyến được nối với nhau bằng dao cách ly hoặc thiết
bị nối mạch vòng (Ring main unit), các thiết bị này vận hành ở trạng thái mở,
được đóng hoặc tự động chuyển đổi trong các trường hợp sự cố hoặc sửa chữa
để không làm gián đoạn lâu dài việc cung cấp điện.
Phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp, do đó hệ số đồng thời
của các phụ tải bé. Cần chú ý đến đặc điểm này trong quá trình thiết kế, lựa
chọn thiết bị cho lưới phân phối, đảm bảo chỉ tiêu kinh tế của lưới điện.


-5-

1.2 Tổn thất điện năng trong lưới phân phối
Phân phối điện là khâu cuối cùng của hệ thống điện, đưa điện năng trực
tiếp đến người tiêu dùng. Lưới điện phân phối bao gồm lưới điện trung áp và
lưới điện hạ áp. Các vấn đề kinh tế - kỹ thuật của lưới điện phân phối trong đó
có vấn đề giảm tổn thất điện năng vẫn sẽ là trọng tâm trong công tác điều
hành quản lý, cải tạo, nâng cấp. Để giải quyết các khó khăn và đồng thời nâng
cao năng lực quản lý kỹ thuật, trong đó có vấn đề giảm tổn thất điện năng, các
công ty Điện lực cần ứng dụng các biện pháp công nghệ hiện đại đang ngày
càng được sử dụng phổ biến trên thế giới.
Lưới điện phân phối có các đặc điểm về thiết kế và vận hành khác với
lưới điện truyền tải. Lưới điện phân phối phân bố trên diện rộng, thường vận
hành không đối xứng và có tổn thất lớn hơn. Kinh nghiệm các điện lực trên
thế giới cho thấy tổn thất thấp nhất trên lưới phân phối vào khoảng 4%, trong
khi trên lưới truyền tải là khoảng 2% [24]. Vấn đề tổn thất trên lưới phân phối
liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kinh tế-kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn
thiết kế đến vận hành. Trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ

chất lượng, kỹ thuật và vận hành của lưới điện phân phối.
Trong những năm gần đây, lưới điện phân phối của nước ta phát triển
mạnh, các Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh về quản lý. Chất lượng
vận hành của lưới phân phối được nâng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng
giảm mạnh. Mặc dù tỷ lệ tổn thất trên lưới điện phân phối đã giảm đáng kể
trong thời gian qua, nhưng mức giảm tổn thất này vẫn còn rất khiêm tốn.
Chính phủ có quyết định yêu cầu EVN giảm mức tổn thất trên toàn lưới điện
(bao gồm cả lưới truyền tải) xuống mức 11% vào năm 2006 và 9% vào năm
2010 [11]. Thực tế trong 6 tháng đầu năm 2007, mức tổn thất điện năng của
EVN là 11,43%, cao hơn kế hoạch là 0,93% [12]. Như vậy vẫn còn nhiều biện
pháp đồng bộ cần thực hiện để đạt được mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện.


-6-

Phân tích các biện pháp giảm tổn thất điện năng cho thấy nếu thực hiện tốt,
tổn thất điện năng trên lưới phân phối có thể hạ thấp đáng kể.
Tổn thất trên lưới điện phân phối bao gồm tổn thất phi kỹ thuật (tổn thất
thương mại) và tổn thất kỹ thuật. Tổn thất phi kỹ thuật (tổn thất thương mại)
bao gồm 4 dạng tổn thất như sau:


Trộm điện (câu, móc trộm).



Không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện.



Sai sót tính toán tổn thất kỹ thuật.



Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng.

Tổn thất phi kỹ thuật phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trình quản lý
hành chính, hệ thống công tơ đo đếm và ý thức của người sử dụng. Tổn thất
phi kỹ thuật cũng một phần chịu ảnh hưởng của năng lực và công cụ quản lý
của bản thân các Điện lực, trong đó có phương tiện máy móc, máy tính, phần
mềm quản lý.
Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện phân phối chủ yếu trên dây dẫn và các
máy biến áp phân phối. Tổn thất kỹ thuật bao gồm tổn thất công suất tác dụng
và tổn thất công suất phản kháng. Tổn thất công suất phản kháng do từ thông
tản và gây từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây. Tổn thất
công suất phản kháng chỉ làm lệch góc giữa điện áp và dòng điện, ít ảnh
hưởng đến tổn thất điện năng. Tổn thất công suất tác dụng có ảnh hưởng đáng
kể đến tổn thất điện năng.
Mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện phân phối chịu tác động của rất
nhiều yếu tố và đòi hỏi nhiều biện pháp đồng bộ. Các biện pháp quản lý, hành
chính nhằm giảm tổn thất thương mại cần thực hiện song song với các nỗ lực
giảm tổn thất kỹ thuật. Có thể liệt kê các biện pháp chính giảm tổn thất kỹ
thuật trong lưới điện phân phối như sau:


Tối ưu hóa các chế độ vận hành lưới điện.


-7-



Hạn chế vận hành không đối xứng.



Giảm chiều dài đường dây, cải tạo nâng tiết diện dây dẫn hoặc giảm
bán kính cấp điện của các trạm biến áp.



Lắp đặt hệ thống tụ bù công suất phản kháng đảm bảo hệ số công suất
cosφ cao.



Tăng dung lượng các máy biến áp chịu tải nặng, quá tải, lựa chọn các
máy biến áp tỷ lệ tổn thất thấp, lõi thép làm bằng vật liệu thép tốt, lắp
đặt các máy biến áp 1 pha cho các khu vực có phụ tải sử dụng điện 1
pha.

Trong những phương pháp trên, lắp đặt hệ thống tụ bù được quan tâm
nhiều nhất như là một lựa chọn kinh tế nhất. Những năm gần đây, nguồn phân
tán được quan tâm rất nhiều và cũng như là sự lựa chọn tốt, cùng với những
lợi ích khác nhau mà nguồn phân tán mang lại.
1.3 Nguồn điện phân tán
1.3.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán (DG)
Vài thập kỷ nay, hệ thống cung cấp điện bao gồm các khâu phát điện,
truyền tải và phân phối. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của
nhiều công nghệ mới, nhiều loại nguồn điện phân tán đã được ứng dụng thành

công, chủ yếu là các nước đang phát triển.
Mặc dù có nhiều thách thức, DG ngày càng đang tiến đến thị trường điện
cùng với việc mở rộng thị trường điện tự do, để thực hiện được điều này bằng
cách nhanh chóng phát triển và đưa nhiều DG vào thị trường điện. Ví dụ ở
Mỹ nguồn DG hoặc nguồn phát khác chiếm hơn 30% trong số nguồn điện
phát [24]. Xu hướng này nhanh chóng xoá bỏ cơ chế thị trường điện độc
quyền. Theo Hội đồng quốc tế Hệ thống điện lớn (CIGRE-International
Council on Large Electric System) báo cáo, nguồn DG ở Đan Mạch chiếm
37% và Hà Lan chiếm 40% [24]. Viện nghiên cứu Hệ thống Năng Lượng


-8-

(EPRI-Electric Power Research Institute) dự báo vào năm 2010 nguồn phát
mới chiếm khoảng 25% và những nghiên cứu khác của Tổ chức Khí Tự nhiên
(Natural Gas Foundation) thì nguồn phát mới DG sẽ chiếm 30% vào năm
2010 [25].
Trong nhiều tài liệu, nhiều thuật ngữ và định nghĩa được sử dụng để định
nghĩa nguồn phân tán. Ví dụ, thuật ngữ được sử dụng nước Anglo-Saxon là
“nguồn phát nhúng vào”, ở phía bắc Châu Mỹ gọi là “nguồn phân tán” và ở
Châu Âu và khu vực Châu Á gọi là “nguồn phi tập trung” được sử dụng để
chỉ chung cho loại nguồn phát. Bên cạnh cấu trúc truyền thống của lưới điện
phân phối, kết nối từ các trạm biến áp trung gian tới các khách hàng dùng
điện thì ngày càng có nhiều các nguồn phát điện nhỏ được kết nối vào lưới.
Các nguồn phát điện này rải rác khắp nơi theo điều kiện địa lý của địa phương
gần với khu vực phụ tải nên được định nghĩa với tên gọi là nguồn phát điện
phân tán (sau đây được gọi tắt là nguồn phân tán). Tuy rằng hiện nay chưa có
một định nghĩa nào thống nhất về nguồn phân tán nhưng mọi ý tưởng đều
hướng đến các nguồn phát điện được đấu nối vào lưới điện phân phối trung áp
và hạ áp. Trong luận văn này sẽ định nghĩa nguồn phân tán theo mục đích

chung: “ Nguồn phân tán là một loại nguồn kết nối trực tiếp tới hệ thống phân
phối hoặc thiết lập phía sau công tơ khách hàng”.
Hơn nữa, nguồn phân tán có thể được định nghĩa như một nguồn phát
hoặc trạm trung gian cung cấp cho phụ tải, thường đặt tại phía khách hàng.
Ngoài ra nó có thể định nghĩa như một vài mô hình nguồn phát tại vị trí hoặc
gần trung tâm phụ tải. Nó có thể là nguồn năng lượng mới như thủy điện cực
nhỏ, mặt trời, gió và quang năng hoặc nguồn nhiên liệu như pin nhiên liệu và
tuabin khí. Nó có thể được hiểu như là một nguồn phát điện với quy mô nhỏ.


-9-

1.3.2 Những lợi ích của nguồn phân tán


Phát triển công nghệ nguồn phân tán, hạn chế xây dựng đường dây
truyền tải mới, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, tạo
một thị trường điện có tính cạnh tranh và giải quyết những vấn đề về
thay đổi khí hậu, môi trường [28].



Tránh được chi phí đầu tư xây dựng, cải tạo đường dây truyền tải và
phân phối khi lắp đặt nguồn mới gần phụ tải [28].



DG có thể làm dự phòng cấp điện và có thể tăng hiệu quả sử dụng
năng lượng.



DG kết hợp với những nhà máy điện có thể giảm tổn thất trên đường
dây truyền tải, nâng cao chất lượng điện áp và tăng lợi ích về kinh tế.



Mang lại nhiều sự lựa chọn nguồn cung cấp điện cho khách hàng khi
thị trường điện hình thành [9].



DG có thể giảm giá điện bán buôn từ lưới cung cấp điện, dẫn đến
giảm nhu cầu cung cấp điện.



DG có thể đảm bảo việc cung cấp điện năng cho khách hàng với yêu
cầu chất lượng điện áp tốt hơn so với lưới điện bình thường [9].



Kết hợp với nguồn phân tán, chúng ta có một lưới điện cực nhỏ hoạt
động độc lập của hệ thống từ lợi ích cung cấp và có thể ngăn ngừa
thiết bị hư hỏng từ điện áp thấp.



Khi số lượng DG tham gia nhiều trong lưới điện sẽ có thể nâng cao
chất lượng điện áp vận hành, cung cấp công suất trong quá trình sự cố

để cải thiện độ võng điện áp trên đường dây. Hơn nữa, DG nâng cao
độ tin cậy cấp điện rõ rệt khi một máy phát dự phòng khởi động chỉ
trong vòng vài phút [13].


- 10 -



Sự bổ sung của DG làm đa dạng hoá nguồn cung cấp năng lượng sơ
cấp giúp chúng ta tránh phụ thuộc vào các dạng nguồn năng lượng tập
trung.



Các nguồn năng lượng tái tạo góp phần làm giảm phát thải khí gây
hiệu ứng nhà kính, giúp môi trường trong sạch hơn [9].

1.3.3 Các ảnh hưởng của nguồn phân tán


Sự khởi động không đúng lúc của các nguồn DG có tính cảm ứng lớn
có thể làm cho các điện áp bị hạ thấp dẫn tới ảnh hưởng đến các phụ
tải nhạy cảm và trục trặc của rơle bảo vệ.



DG có thể cũng ảnh hưởng tới sự hoạt động ổn định của lưới điện
phân phối.



Gây ra sự gia tăng độ lớn toàn bộ các dòng điện chảy trong mạng, điều
này dẫn đến những phần tử trong mạng sẽ gần đạt đến giới hạn nhiệt
độ của chúng. Gây ra các dao động điện áp và độ võng điện áp lớn
trong lưới điện trong quá trình vận hành, khởi động hay dừng do sự cố
của DG [13].



Tạo ra sự méo dạng sóng hài trên lưới điện do các bộ biến đổi điện tử
công suất hiện đại giao tiếp với lưới điện [13].



Làm tăng mức độ dòng sự cố do tổng trở sự cố bị giảm khi DG mắc
song song với lưới điện [13].



Dòng chảy công suất trên lưới thay đổi hướng của nó so với ban đầu
nếu công suất phát của nguồn phát lớn hơn công suất phụ tải cục bộ
tại nơi nó được gắn vào [13].

1.3.4 Đặc điểm công nghệ nguồn phân tán
DG có thể là nguồn năng lượng tái tạo hoặc không tái tạo. Quá trình khai
thác công nghệ DG có thể phân thành các loại chính là: động cơ đốt trong,


- 11 -

tuabin khí, động cơ Stirling, pin nhiên liệu và các nguồn năng lượng tái tạo.
DG tái tạo đang được thúc đẩy phát triển nhờ hiệu quả tác động đến môi
trường, chủ yếu như: Pin quang điện; tua bin gió; Tổ hợp nhiệt điện CHP; Pin
nhiên liệu; Năng lượng sinh khối; Thủy điện nhỏ… Có các loại DG khác nhau
từ cấu trúc và thời điểm công nghệ đưa ra.

Hình 1.1: Nguồn phát điện hiện tại và trong tương lai


- 12 -

a. Tuabin khí

Công nghệ tuabin khí là những tua bin nhỏ có động cơ sử dụng nhiên
liệu khí sinh học, khí ga tự nhiên, khí đốt và dầu lửa. Với tuabin đơn giản bao
gồm một máy nén, một buồng đốt, tuabin nhỏ và máy phát. Có các loại tuabin
nhỏ khác nhau hoạt động như tuabin khí và tuabin đốt. Tuabin khí luôn được
sử dụng trên 1MW nhưng ngày nay chúng ta có thể sử dụng module nhỏ hơn
với công suất từ 20kW đến 500kW.
* Ưu điểm:
- Độ bền cao và ít phải bảo dưỡng.
- Chắc chắn, dễ lắp đặt, dễ sửa chữa.
- Chi phí đầu tư thấp và giá thành thấp so với một vài công nghệ nguồn
phân tán khác.
* Nhược điểm:
- Ồn ào, chúng đòi hỏi cách âm lớn có thể làm giảm hiệu quả nhiên
liệu.
- Hiệu suất nhiên liệu thấp so với một số loại DG khác.
b. Máy phát điện Diesel

Máy phát điện Diesel là một loại động cơ đốt trong, sử dụng dầu diesel
hoặc khí ga tự nhiên làm nhiên liệu, hiện nay loại máy phát này sử dụng rất


- 13 -

rộng rãi. Hầu hết các máy phát điện này đều sử dụng động cơ 4 kỳ và hoạt
động trong 4 chu kỳ khép kín. Công suất của máy phát điện Diesel từ 31500kVA.
* Ưu điểm:
- Chi phí chế tạo thấp và bảo dưỡng đơn giản.
- Thời gian khởi động nhanh.
* Nhược điểm:
- Gây ô nhiễm môi trường, ồn ào và rung động.
- Chất lượng điện năng không cao như một số công nghệ chuyển đổi
như pin nhiên liệu và tuabin nhỏ.
c. Quang điện

Quang điện là cục pin hình vuông hoặc hình tròn, được làm bằng chất
lỏng tinh thể silicon. Những cục pin này được kết nối với nhau thành module
hoặc panen và các module này được kết nối thành một hàng để tạo ra năng
lượng cần thiết. Những cục pin này hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời,
ở đấy lượng tử ánh sáng tác động đến dòng electron biến đổi thành điện năng.
Thông thường một dẫy pin cung cấp khoảng 12V, công suất 20W-100kW.
* Ưu điểm:
- Không mất tiền mua nhiên liệu và bảo dưỡng.
- Không gây ô nhiễm.


- 14 -

- Độ bền cao và đáng tin cậy.
* Nhược điểm:
- Hiệu quả thấp (trong phòng thí nghiệm đạt 24% và trong thực tế đạt
10%).
- Chí phí ban đầu cao.
- Đòi hỏi phải có nơi lưu trữ và chuyển đổi thiết bị.
- Công suất thấp.
- Phụ thuộc vào thời tiết và điều kiện địa lý.
d. Tuabin gió

Năng lượng gió không phải là một dạng mới, nó đã được sử dụng trong
nhiều thập kỉ qua. Tua bin gió bao gồm các bộ phận chính: Bộ đo lường tốc
độ gió (Anemometer), cánh quạt (Blades), bộ hãm (Brake), bộ điều khiển
(Controller), hộp bánh răng (Gear box), máy phát (Generator), trục truyền
động của máy phát ở tốc độ cao (High-speed shaft), trục quay tốc độ thấp
(Low-speed shaft), vỏ (Nacelle), bước răng (Pitch), trụ đỡ (Tower). Công suất
tua bin gió 5kW đến vài MW, để có những tuabin lớn hơn thì tập hợp thành
một nhóm các tuabin gió với nhau trong một trại gió và nó sẽ cung cấp năng
lượng lớn hơn cho lưới điện. Các Tuabin gió loại nhỏ có công suất dưới