Nghiên cứu chất lượng điện năng khi tích hợp nguồn năng lượng mặt trời công suất lớn vào lưới điện khu vực tỉnh ĐắkLắk

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN VIẾT THÀNH

NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
KHI TÍCH HỢP NGUỒN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI CÔNG SUẤT LỚN VÀO LƯỚI ĐIỆN
KHU VỰC TỈNH ĐẮK LẮK

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60 52 02 02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐINH THÀNH VIỆT

Phản biện 1: TS. ĐOÀN ANH TUẤN

Phản biện 2: TS. THẠCH LỄ KHIÊM

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật, chuyên ngành kỹ thuật điện họp tại
Trường Đại học Bách khoa vào ngày 7 tháng 10 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại
học Bách khoa
Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây nền kinh tế nước ta đã chuyển mình
và có tốc độ tăng trưởng tương đối cao. Chính điều này đã thúc đẩy
các ngành công nghiệp mũi nhọn và là tiền đề cho nền kinh tế phải
liên tục thay đổi công nghệ và kĩ thuật để theo kịp tốc độ tăng trưởng
mạnh đó. Trong đó ngành công nghiệp năng lượng đóng một vai trò
đặc biệt quan trọng đã và đang được quan tâm đầu tư phát triển.
Tình hình năng lượng điện tại Việt Nam theo dự báo của viện
năng lượng quốc gia, nhu cầu điện tiêu dùng của Việt Nam tăng hơn
10%/năm cho đến năm 2020. Hiện tại Việt Nam phải nhập khẩu điện
từ Trung Quốc, Lào, bây giờ Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã
và đang có đề án triển khai nhập khẩu điện từ Lào về với lượng công
sức cực lớn (2020 – 1000MW, 2025 – 3000MW). Ngoài ra, để cơ
bản đáp ứng được nhu cầu về tiêu dùng năng lượng nội bộ, Việt Nam
đã có kế hoạch xây dựng thêm 32 nhà máy điện. EVN có kế hoạch
đưa vào hoạt động 16 nhà máy thuỷ điện, tăng công suất phát điện
đối với nhà máy điện chạy than và đang lên kế hoạch phát triển các
nguồn năng lượng tái tạo.
Sau khi gia nhập WTO, nền kinh tế VN đứng trước những thử
thách lớn. Để vượt qua được những thử thách đó cần có một nền
công nghiệp điện năng phát triển. Xây dựng điện bằng năng lượng
mặt trời là một giải pháp hiện thực, có hiệu quả cao, có thể nhanh
chóng đáp ứng nhu cầu điện năng của cả nước. Năng lượng mặt trời

là nguồn năng lượng vô tận để khai thác.
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đồng hành cùng xu hướng toàn cầu về đầu tư năng lượng tái
tạo, Việt Nam đã đưa ra quan điểm ưu tiên phát triển nguồn điện sử
dụng năng lượng tái tạo, tạo đột phát trong việc đảm bảo an ninh năng
lượng Quốc gia, góp phần bảo tồn tài nguyên năng lượng, giảm thiểu
tác động tiêu cực tới môi trường sản xuất điện. Theo Quy hoạch điện
VII hiệu chỉnh tính đến năm 2025 cơ cấu nguồn điện sử dụng năng


2
lượng tái tạo rất lớn chiếm đến 12,5%, trong đó điện mặt trời chiếm tỷ
trọng cao nhất. Chỉ tính riêng tỉnh ĐắkLắk, theo quy hoạch tỉnh,
nguồn điện mặt trời khu vực huyện EaSup lên đến gần 1400MW. Với
công suất điện mặt trời lớn không tránh khỏi những ảnh hưởng dao
động tần số, điện áp của khu vực lưới điện đấu nối khi bị gián đoạn
bởi bức xạ mặt trời. Ngoài ra, khi sự cố ngắn mạch trên lưới điện có
đấu nối với nguồn điện mặt trời công suất lớn cũng gây ra những vấn
đề ảnh hưởng đến tần số, ổn định hệ thống điện phải quan tâm. Đây là
một vấn đề phức tạp hết sức khó khăn trong quá trình vận hành hệ
thống điện có tỷ trọng điện mặt trời cao.
Với lí do ở trên cho thấy việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu
chất lượng điện năng khi tích hợp nguồn năng lượng mặt trời
công suất lớn vào lưới điện khu vực tỉnh ĐắkLắk’’ là một yêu cầu
mang tính cấp thiết trong bối cảnh nguồn tỷ trọng nguồn mặt trời
chiếm càng nhiều.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài là đánh giá phân tích tác động của
điện mặt trời đến lưới điện khu vực tỉnh Đắk Lắk trong việc vận hành
đến năm 2025. Từ đó đưa ra giải pháp nâng cao chất lượng vận hành

hiệu quả cho lưới điện.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống điện của khu vực tỉnh ĐắkLắk khi đấu nhà máy điện
mặt trời công suất lớn năm 2025.
b. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các tác động của nhà máy điện mặt trời công suất
lớn tỉnh Đắk Lắk đến tần số, điện áp của lưới điện khu vực tỉnh và
Việt Nam. Lựa chọn các thiết bị công nghệ để nâng cao độ tin cậy
lưới điện.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu tài liệu: thu thập và nghiên cứu các
tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến vấn đề chất lượng điện năng,


3
độ ổn định điện áp, tần số nguyên tắc làm việc điện mặt trời nối lưới
quy mô lớn.
Phương pháp xử lý thông tin: thu thập và xử lý thông tin định
lượng về lưới điện truyền tải có tích hợp điện mặt trời công suất lớn
đến 2025 của tỉnh Đắk Lắk.
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, xây dựng mô hình, mô phỏng
bằng phần mềm, so sánh và phân tích để đánh giá ảnh hưởng của
việc tích hợp điện mặt trời có công suất lớn vào lưới điện và lựa chọn
thiết bị để nâng cao hơn sự ổn định chất lượng điện năng (tần số điện
áp).
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Qua kết quả của luận văn này cho thấy lưới điện có tích hợp
điện mặt trời với quy mô lớn, khi cường độ bức xạ mặt trời thay đổi
sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng điện năng của lưới và giải pháp

được đề cập đến trong luận văn này cơ bản đã giải quyết được vấn đề
nêu trên.
Đề tài có thể được dùng để tham khảo trong việc thiết kế, vận
hành nhà máy điện mặt trời nối lưới có công suất lớn.
6. Cấu trúc của luận văn
Nội dung luận văn gồm các phần chính sau:
Chương 1: Nguyên lý làm việc và công nghệ nhà máy điện
mặt trời
Chương 2: Mô hình hóa các thiết bị và quy định đấu nối nhà
máy điện mặt trời
Chương 3: Nghiên cứu chất lượng điện năng khi tích hợp
nguồn năng lượng mặt trời công suất lớn vào lưới điện khu vực tỉnh
đắk lắk
Kết luận và kiến nghị


4

1. CHƯƠNG 1
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY ĐIỆN
MẶT TRỜI
1.1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC PIN QUANG ĐIỆN
1.1.1. Cấu tạo tế bào quang điện
Vật liệu để làm pin Mặt trời silic phải là bán dẫn silic tinh
khiết. Ở dạng tinh khiết, còn gọi là bán dẫn ròng số hạt tải (hạt mang
điện) là electron và số hạt tải là lỗ trống (hole) như nhau.
1.1.2. Nguyên lý làm việc của tế bào quang điện

Hình 1.2. Nguyên lý làm việc Pin Quang điện

1.1.3. Mạch điện (mô hình) tương đương pin quang điện
1.2. CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI
1.2.1. Tổng quan về nhà máy điện mặt trời quang điện nối lưới
trực tiếp
Nhà máy điện mặt trời nối lưới trực tiếp gồm các thành phần
được mô tả trong hình 1.9, bao gồm:
- Tấm pin quang điện (PV module): là thành phần chuyển đổi
bức xạ mặt trời trực tiếp thành điện năng DC thông qua hiệu ứng
quang điện với một quy trình chuyển đổi hoàn toàn sạch và không
yêu cầu các thành phần chuyển động như các máy điện quay thông
thường.
- Bộ nghịch lưu (Inverter): là thiết bị điện tử công suất có
chức năng chuyển đổi dòng điện 1 chiều DC thành dòng điện xoay
chiều AC phù hợp để kết nối với lưới điện.
- Hệ thống giá đỡ (Mounting system): hệ thống cho phép các
tấm pin quang điện được gắn cố định đảm bảo trên mặt đất. Với giải


5
pháp lắp đặt các tấm pin trên mặt nước thì hệ thống giá đỡ được thay
thế bằng hệ thống phao nổi.

Hình 1.9. Sơ đồ tổng quan về nhà máy điện mặt trời nối luới

- Máy biến áp nâng áp: nhằm mục đích nâng điện áp đầu ra từ
inverter lên cấp điện áp cao hơn phù hợp để đấu nối với hệ thống
điện.
1.2.2. Công nghệ của nhà máy điện mặt trời
1.2.2.1. Pin quang điện
1.2.2.2. Bộ nghịch lưu – Inverter

1.2.2.3. Hệ thống giá đỡ, phao đỡ
1.2.2.4. Máy biến áp trung thế
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương này tác giả đã trình bày cấu tạo của tế bào quang
điện, nguyên lý làm việc, biến đổi quang năng thàng điện năng, các
yếu tố mà ảnh hưởng trực tiếp đến công suất đầu ra của tế bào quang
điện.Đồng thời này tác giả cũng nêu được các dạng nhà máy điện
liên quan đến năng lượng mặt trời, cấu trúc của một nhà máy điện
đấu nối trực tiếp đến lưới điện.
Ngoài ra, ở chương này đặc biệt trình bày về công nghệ của 1
nhà máy pin quang điện đấu nối lên lưới. Tác giả thể hiện rất chi tiết
cũng như phân loại rất rõ từng thiết bị trong nhà máy. Phân loại các


6
loại pin quang điện như theo vật liệu CdTe và CIGS/CIS hay dựa
theo kết cấu liên kết của vật liệu bán dẫn như đơn tinh thể (monocrystalline), đa tinh thể (poly-crystalline hoặc multi-crystalline) hoặc
vô định hình (amorphous). Cấu trúc các module của Inverter (thiết bị
điện tử công suất) theo công suất biến đổi, trình bày các chức năng
của inverter như kết nối lưới trực tiếp, giám sát hoạt động của mảng
pin mặt trời để thu được công suất tối đa nhờ thuật toán dò tìm công
suất cực đại (MPPT), hiệu suất làm việc của các tấm pin quang điện,
inverter, máy biến thế...
CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH HÓA CÁC THIẾT BỊ VÀ QUY ĐỊNH ĐẤU NỐI
NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI
2.1. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM PSS/E
Phần mềm PSS/E (Power System Simulator for Engineering) là
phần mềm mô phỏng hệ thống điện của công ty Power Technologies
Inc thuộc Siemens. Nó sử dụng các phương pháp tính toán hiện đại

nhất để:
- Tính toán trào lưu công suất;
- …..
- Mô phỏng động: Chương trình PSS/E cho phép tính toán mô
phỏng các chế độ làm việc của hệ thống khi có các dao động
lớn xảy ra, nhằm khắc phục nguy cơ tan rã hệ thống điện khi
mất ổn định.
Chương trình PSS/E là chương trình mô phỏng hệ thống điện trên
máy tính nhằm mục đích tính toán nghiên cứu phục vụ vận hành
cũng như quy hoạch hệ thống điện.
2.1.1. Các bài toán mà phần mềm PSS/E có thể giải quyết
2.1.2. Một số khả năng đặc biệt của chương trình PSS/E
2.2. MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ
2.2.1. Mô hình của Photovoltaic Arrays (PV)
Pin mặt trời (viết tắt là PV cell) có đặc tính V-I đặc biệt, chịu


7
ảnh hưởng khi thay đổi trở kháng tải, cường độ bức xạ và nhiệt độ.
Khi cường độ bức xạ tăng dòng điện ngắn mạch của PV cell tăng
theo song điện áp hở mạch thay đổi không lớn lắm. Các PV cell có
công suất cực đại khi nó vận hành tại điểm nối giữa đặc tính nguồn
dòng và nguồn áp. Thuật toán chọn điểm làm việc cực đại
(Maximum Power Point Tracking – MPPT) đảm bảo được cell luôn
luôn vận hành ở điểm có công suất cực đại.

Hình 2.1. Mô hình thiết bị PV

PV cell là mô hình nguồn dòng, Iph phát ra dòng điện do hiệu
ứng quang điện và dòng điện bão hòa ngược. I0 là dòng qua diode.

Trong mô hình còn có Rs là điện trở nối tiếp chính là điện trở của
cell, điện trở dây dẫn, điện trở bề mặt; Rsh là điện trở song song tạo
ra hiện tượng dòng rò theo rìa của PV cell và dòng rò dọc theo vết
nứt nhỏ và các hạt. Mối quan hệ vật lý giữa dòng điện và điện áp
được thể hiện theo công thức bên dưới [4]:
𝐼 = 𝐼𝑝ℎ − 𝐼0 (𝑒

𝑞(𝑉+𝑅𝑠 𝐼)
𝑛𝐾𝑇

− 1) −

𝑉 + 𝑅𝑠 𝐼
𝑅𝑠ℎ

(2.1)

Trong đó : I dòng điện ra của cell; V là điện áp của cell; Iph là
dòng điện phát ra từ hiện tượng quang điện; I0 là dòng điện bão hòa
của diode; q là điện tích của electron; k là hằng số Boltzman; T là
nhiệt độ môi trường, n là hệ số lý tưởng
2.2.1.1. Thuật toàn chọn điểm làm việc cực đại (Maximun
Power Point Tracking - MPPT)
Mục tiêu của việc dùng MPPT trong nhà máy PV là để tối đa


8
hóa công suất đầu ra của pin PV và nâng cao hiệu suất làm việc của
việc biến đổi năng lượng. Luận văn sử dụng thuật toán INC để mô
phỏng. Nguyên lý làm việc của thuật toán là so sánh giá trị điện dẫn

tức thời (I/V) với giá trị điện dẫn gia tăng INC (dI/dV). Tại điểm
công suất cực đại INC (dI/dV) bằng với điện dẫn tức thời (I/V) nghĩa
rằng độ dốc của đường cong công suất là bằng zero. Khi điện dẫn gia
tăng bé hơn hoặc lớn hơn điện dẫn tức thời thì điện áp đầu ra của PV
hoặc tăng lên hoặc giảm xuống.
2.2.1.2. Tích hợp mô hình mô hình động PV trong PSS/E
Một mô hình động cho PV với thuật toán MPPT đã được xây
dựng. Trong PSS/E, mô hình PV là mô hình nhà máy gió loại WT4
với kết hợp thêm mô hình tuyến tính đường cong đầu ra PV PANEL
và model điều khiển như bộ converter PVGU, điều khiển điện
PVEU. Thông số cường độ bức xạ mặt trời là đầu vào cho mô hình
PANEL [8].

Hình 2.2. Mô hình điều khiển điện mặt trời [8]

2.2.2. Mô hình Battery Energy Storage System – BESS
Trong vài trường hợp do cường độ bức xạ thay đổi, ngắn
mạch trên lưới PV…, dẫn dao động công suất ảnh hưởng đến tần số
gây mất cần bằng hệ thống buộc phải xa thải các phụ tải liên quan, tạo
ra sự mất ổn định hệ thống điện. Thiết bị BESS có thể dùng để nâng
cao ổn định hệ thống khi cần thiết, vì nó có thể hấp thụ công suất từ
lưới hoặc đẩy công suất lên hệ thống trong trường hợp khẩn cấp. Nếu
công suất thiết bị BESS là đủ để hấp thụ hoặc đẩy toàn bộ công suất
cần thiết của hệ thống trong trường hợp khẩn cấp sẽ giảm thiểu sự
mất ổn định về tần số.


9

Hình 2.3. Mô hình thiết bị BESS

2.2.2.1. Mô hình trào lưu công suất thiết bị BESS
2.2.2.2. Mô hình động thiết bị BESS

Hình 2.4. Mô hình thiết bị Dynamic BESS

2.2.3. Mô hình thiết bị STATCOM
Mô hình hàm truyền điều khiển STATCOM được thể hiện bên
dưới:

Hình 2.11. Sơ đồ khối hàm truyền của STATCOM
Trong sơ đồ hàm truyền ở hình 2.11, các thông số gồm:
V: điện áp tại thanh cái cần điều khiển
VT : điện áp tại STATCOM (tại bộ nghịch lưu)
Limit Max = |VT| + XTICMAX : Giới hạn trên cực đại
Limit Min = |VT| - XTILMAX : Giới hạn dưới cực tiểu


10
2.3. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐẤU NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN
MẶT TRỜI VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN
2.3.1. Yêu cầu kỹ thuật đấu nối nhà máy điện mặt trời theo
truyền tải điện Quốc gia Việt Nam
Trong điều kiện làm việc bình thường hoặc khi có sự cố đơn lẻ
xảy ra trong lưới điện truyền tải, điện áp tại thanh cái cho phép vận
hành trên lưới điện truyền tải được quy định tại Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Điện áp tại thanh cái cho phép vận hành trên lưới điện
truyền tải
Cấp điện áp

Chế độ vận hành
Vận hành bình thường

Sự cố đơn lẻ

500kV

475 – 525

450 – 550

220kV

209 - 242

198 - 242

Nhà máy điện mặt trời tại mọi thời điểm đang nối lưới phải có
khả năng duy trì vận hành phát điện trong thời gian tối thiểu tương
ứng với các dải tần số vận hành theo quy định tại Bảng 2.2 như sau:
Bảng 2.2. Thời gian tối thiểu duy trì vận hành phát điện của, nhà
máy điện mặt trời tương ứng với các dải tần số của hệ thống điện
Dải tần số của hệ thống điện
Từ 47,5 đến 48 Hz
Từ 48 Hz đến dưới 49Hz
Từ 49 Hz đến 51 Hz
Từ 51 Hz đến 51,6 Hz
Từ 51,5 Hz đến 52 Hz

Thời gian duy trì tối thiểu

10 phút
30 phút
Phát liên tục
30 phút
01 phút

2.3.2. Yêu cầu kỹ thuật đấu nối nhà máy điện mặt trời theo
truyền tải điện Quốc gia Ai Cập
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trong chương này tác giả trình bày tổng quan về phần mềm
PSS/E, mô hình hóa các thiết bị lưới điện và thiết bị liên quan đến
nhà máy điện mặt trời. Ngoài ra, chương này tác giả cũng đưa ra các
quy định về kỹ thuật việc vận hành cũng như đấu nối nhà máy điện


11
mặt trời đến lưới điện truyền tải điện Việt Nam và tham khảo thêm
của Ai Cập.
PSS/E là một chương trình tính toán, phân tích hệ thống điện
của Siemen Mỹ, một phần mềm tích hợp đầy đủ các module của hệ
thống điện cho phép tính toán ngắn mạch, phân bố công suất, phân
tích sóng hài, bù tối ưu công suất phản kháng, ổn định tĩnh và ổn
định động,….Đặc biệt trong PSS/E có mô hình toán học giúp cho
người dùng có thể tương tác tạo ra các mô hình thiết bị bằng các
thuật toán. Chương này, tác giả trình bày chi tiết về 1 số mô hóa thiết
bị như BESS, PV array, STATCOM để ứng dụng mô phỏng liên
quan ở chương số 3.
Quy định, yêu cầu kỹ thuật đấu nối nhà máy điện mặt trời vào
hệ thống tác giả tham khảo quy định tại thông tư 25 của Bộ công
thương năm 2016 và của đơn vị truyền tải điện Quốc gia Ai Cập.

Trình bày về phạm vi cho phép vận hành của nhà máy điện mặt trời
cũng như quy định về các điều kiện mà nhà máy điện mặt trời đáp
ứng để đấu nối vào hệ thống điện

3. CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG KHI TÍCH HỢP
NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CÔNG SUẤT LỚN VÀO
LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC TỈNH ĐẮK LẮK
3.1. NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG KHI TÍCH
HỢP NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CÔNG SUẤT LỚN
VÀO HỆ THỐNG
Mô phỏng các vấn đề như sau:
- Vấn đề 1: Ảnh hưởng bởi mây che gây ảnh hưởng đến
cường độ bức xạ.
- Vấn đề 2:
2a) Sự cố ngắn mạch trên cung đường dây 220kV
KrongBuk - Chư Sê với thời gian tồn tại sự cố 0,2s.
2b) Sự cố ngắn mạch đường dây 220kV Nha Trang -


12
KrongBuk với thời gian tồn tại sự cố 0,2s.
3.1.1. Ảnh hưởng bởi mây che giảm cường độ bức xạ
Một đám mây che phủ lớn có thể thay đổi độ rọi năng lượng
mặt trời và làm thay đổi lớn về công suất ra của Solar Buôn Đôn.
Trong đó xem xét thời gian đám mây che phủ duy trì trong thời gian
đến 1 phút. Với thời gian mây che lượng bức xạ mặt trời giảm mạnh
từ 1000W/m2 xuống 0 W/m2 và phục hồi trở lại sau đó.
0.1
Without-FACTS

0.05

0

Frequency (Hz)

-0.05

-0.1

-0.15

-0.2

-0.25

-0.3

0

10

20

30

40

50

60

70

Time (sec)

Hình 3.4. Độ lệch tần số - dao động tần số tại thanh cái 220kV KrongBuk
227
Without-FACTS
226.5

226

Voltage (kV)

225.5

225

224.5

224

223.5

223

222.5

0

10

20

30

40

50

60

70

Time (sec)

Hình 3.5. Dao động điện áp tại thanh cái 220kV KrongBuk

3.1.2. Ảnh hưởng bởi trường hợp sự cố ngắn mạch trên lưới
220kV
Xem xét trường hợp cắt loại trừ sự cố 3 pha trên 1 mạch
đường dây 220kV KrongBuk - Chư Sê và 220kV Nha Trang KrongBuk với thời gian tồn tại sự cố 0,2s. Trường hợp này bức xạ
mặt trời đang tính toán ở mức 1000 W/m2.
3.1.2.1. Trường hợp cắt loại trừ sự cố 3 pha trên 1 mạch
đường dây 220kV KrongBuk-Chư Sê


13
240

Without-FACTS

Voltage of 220kV KrongBuk S/S(kV)

220

200

180

160

140

120

0

1

2

3

4

5
Time (sec)

6

7

8

9

10

Hình 3.10. Dao động điện áp tại thanh cái 220kV Krong Buk
0.3
Without-FACTS

0.25

Frequency (Hz)

0.2

0.15

0.1

0.05

0

-0.05

0

1

2

3

4

5
Time (sec)

6

7

8

9

10

Hình 3.11. Độ lệch tần số - dao động tần số tại thanh cái 220kV KrongBuk
26
Without-FACTS
24

Relative Angle of BuonKuop-H1(Degree)

22

20

18

16

14

12

10

8

6

0

1

2

3

4

5
Time (sec)

6

7

8

9

10

Hình 3.12. Dao động góc roto máy phát Buôn Kuốp-H1

3.1.2.2. Trường hợp cắt loại trừ sự cố 3 pha trên 1 mạch
đường dây 220kV KrongBuk-Nha Trang
Nhận xét:
Với các kết quả mô phỏng trên nhận thấy rằng trường hợp
cường độ bức xạ mặt trời thay đổi đột ngột đã gây ra sự gián đoạn về


14
phát công suất của nhà máy điện mặt trời. Kéo theo sự giảm bức xạ
mặt trời từ 1000 W/m2 xuống 0 W/m2 là sự dao động điện áp tại các
nút và tần số hệ thống, tuy nhiên so với yêu cầu về quy định thì sự
dao động này vẫn còn nằm trong phạm vi cho phép vận hành.
Các trường hợp sự cố cũng gây ra các vấn đề dao động trên hệ
thống, làm cho điện áp cũng như công suất phát từ nhà máy điện mặt
trời công suất lớn bị gián đoạn trong quá trình phát công suất. Tuy
nhiên, sau khi sự cố được loại trừ tần số, điện áp được phục hồi lại
ngay, phạm vi dao động nằm trong thời gian quy định của yêu cầu về
truyền tải điện.

3.2. GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
Ở phần này luận văn thực hiện mô hình hóa 2 thiết bị
STATCOM và BESS lặp đặt tại khu vực đấu nối nhà máy điện mặt
trời (xem hình 3.19). Qua các giải pháp luận văn nhìn nhận và đánh
giá sự ưu việt của 2 thiết bị trong các trường hợp nguy hiểm này xảy
ra.
BESS System

1
STATCOM

Solar Buôn Đôn

DC

110kV

220kV
Đi Srê Pok

Đi Nha Trang

2b
2a

Đi Chư Sê

Đi Krong Ana
TBA 220kV Krông Buk

Hình 3.19. Sơ đồ đấu nối giải pháp nâng cao chất lượng điện năng

3.2.1. Ứng dụng thiết bị STATCOM
Với giải pháp thiết bị STATCOM đặt tại thanh cái 220kV
của trạm biến áp 220kV Krong Buk. Tiến hành giả định lại các kịch
bản nguy hiểm ở mục 3.1 với trường hợp có thiết bị STATCOM, so


15
sánh sự ổn định mà thiết bị STATCOM và chưa có thiết bị.
3.2.1.1. Ảnh hưởng bởi mây che giảm cường độ bức xạ
0.1
Without-FACTS
STATCOM
0.05

0

Frequency (Hz)

-0.05

-0.1

-0.15

-0.2

-0.25

-0.3

0

10

20

30

40

50

60

70

Time (sec)

Hình 3.22. Độ lệch tần số - dao động tần số tại thanh cái 220kV KrongBuk
227
Without-FACTS
STATCOM
226.5

226

Voltage (kV)

225.5

225

224.5

224

223.5

223

222.5

0

10

20

30

40

50

60

70

Time (sec)

Hình 3.23. Dao động điện áp tại thanh cái 220kV KrongBuk
240.5
Without-FACTS
STATCOM
240

239.5

239

Voltage (kV)

238.5

238

237.5

237

236.5

236

235.5

0

10

20

30

40

50

60

70

Time (sec)

Hình 3.24. Dao động điện áp tại thanh cái 220kV Solar Buôn Đôn

3.2.1.2. Ảnh hưởng bởi trường hợp sự cố ngắn mạch trên
lưới 220kV
a. Trường hợp cắt loại trừ sự cố 3 pha trên 1 mạch đường
dây 220kV KrongBuk-Chư Sê


16
240
Without-FACTS
STATCOM

Voltage of 220kV KrongBuk S/S(kV)

220

200

180

160

140

120

0

1

2

3

4

5
Time (sec)

6

7

8

9

10

Hình 3.27. Dao động điện áp tại thanh cái 220kV KrongBuk
0.25
Without-FACTS
STATCOM
0.2

Frequency (Hz)

0.15

0.1

0.05

0

-0.05

-0.1

0

1

2

3

4

5
Time (sec)

6

7

8

9

10

Hình 3.29. Độ lệch tần số - dao động tần số tại thanh cái 220kV KrongBuk
26
Without-FACTS
STATCOM
24

Relative Angle of BuonKuop-H1(Degree)

22

20

18

16

14

12

10

8

6

0

1

2

3

4

5
Time (sec)

6

7

8

9

10

Hình 3.30. Dao động góc roto máy phát Buôn Kuốp-H1

b. Trường hợp cắt loại trừ sự cố 3 pha trên 1 mạch đường
dây 220kV KrongBuk-Nha Trang
Nhận xét:
Với sự dao động điện áp tại các thanh cái 220kV nhà máy và
220kV trạm biến áp 220kV khi ứng dụng thiết bị STATCOM điện áp
dao động ít hơn, ổn định nhanh hơn so với trường hợp không sử


17
dụng. Điều này có nghĩa rằng thiết bị STATCOM làm việc rất tốt
trong việc ổn định điện áp.
Với trường hợp ngắn mạch về độ lệch tần số có sự dao động ít
hơn so với trường hợp không trang bị STATCOM, nhưng khả năng
về ổn định tần số trong tình huống này không có khả năng ổn định
cao. Qua kết quả tính toán nhận thấy rằng góc dao động góc roto có
phần ổn định hơn so với tình huống không ứng dụng thiết bị
STATCOM.
3.2.2. Ứng dụng thiết bị BESS
3.2.2.1. Ảnh hưởng bởi mây che giảm cường độ bức xạ
0.1

Without-FACTS

0.05

STATCOM
BESS

Frequency (Hz)

0
-0.05
-0.1
-0.15
-0.2
-0.25
-0.3

0

10

20

30

40

50

60

70

Time (sec)

Hình 3.40. Chênh lệch tần số - dao động tần số tại thanh cái 220kV
KrongBuk
241
Without-FACTS
STATCOM
BESS

240

Voltage (kV)

239

238

237

236

235

0

10

20

30
40
Time (sec)

50

60

70

Hình 3.42. Dao động điện áp tại thanh cái 220kV Solar Buôn Đôn

3.2.2.2. Ảnh hưởng bởi trường hợp sự cố ngắn mạch trên
lưới 220kV KrongBuk-Chư Sê


18
260
Without-FACTS
STATCOM
BESS

Voltage of 220kV KrongBuk S/S(kV)

240

220

200

180

160

140

120

0

1

2

3

4

5
Time (sec)

6

7

8

9

10

Hình 3.46. Dao động điện áp tại thanh cái 220kV KrongBuk
0.25
Without-FACTS
0.2

STATCOM
BESS

Frequency (Hz)

0.15
0.1
0.05
0
-0.05
-0.1

1

1.5

2
Tim e (s ec)

2.5

3

Hình 3.47. Độ lệch tần số - dao động tần số tại thanh cái 220kV KrongBuk
Relative Angle of BuonKuop-H1(Degree)

25
Without-FACTS
STATCOM
BESS

20

15

10

5

0

1

2

3

4

5
Time (sec)

6

7

8

9

10

Hình 3.49. Dao động góc roto máy phát Buôn Kuốp-H1

Nhận xét:
Với lưới điện có tham gia của STATCOM hoặc BESS sự dao
động của hệ thống được cải thiện nhiều hơn. Theo kết quả mô phỏng,


19
BESS kiểm soát ổn định tốt hơn so với STATCOM xét trên tiêu chí đáp
ứng tần số của hệ thống và dao động góc roto của các tổ máy phát gần
khu vực nhà máy do BESS ngoài hỗ trợ về công suất phản kháng còn hỗ
trợ công suất tác dụng. Đổi lại về điện áp thiết bị STATCOM linh hoạt
hơn ổn định tốt hơn thiết bị BESS trong thời gian sự cố khi cho độ vọt lố
điện áp thấp, ưu điểm này là do đáp ứng thời gian cung cấp đến giá trị
công suất cứ đại của STATCOM rất nhanh. Giai đoạn sau sự cố BESS
và STATCOM có thể đánh giá là như nhau.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Trong chương này tác giả đã sử dụng phần mềm PSS/E để
mô phỏng, phân tích các trường hợp nguy hiểm ảnh hưởng đến tần
số, điện áp của hệ thống khi đấu nối nhà máy điện mặt trời công suất

lớn vào hệ thống.
Kịch bản mô phỏng cường độ bức xạ thay đổi đột ngột từ
1000W/m2, sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải gần khu vực
đấu nối nhà máy gây ra sự dao động điện áp, tần số của hệ thống.
Nhưng sự dao động này vẫn nằm trong phạm vi cho phép vận hành
của hệ thống điện.
Để nâng cao hơn chất lượng điện năng, sự ổn định của hệ
thống điện tác giả đưa ra hai giải pháp là ứng dụng thiết bị
STATCOM, BESS để giảm sự dao động tần số, điện áp của hệ thống
khi xảy ra sự cố.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
Trên cơ sở nghiên cứu tác giả xây dựng các mô hình thiết bị
PV, STATCOM, BESS trên phần mềm PSS/E–33, khảo sát phân tích
ổn định hệ thống qua các trường hợp tiêu cực nhất trong quá trình
vận hành. Tác giả đã đi sâu phân tích các kịch bản như cường độ bức
xạ mặt trời thay đổi đột ngột từ 1000W/m2 xuống 0 W/m2, ngắn
mạch 3 pha trên các đường dây truyền tải đấu nối gần nhà máy điện
mặt trời.


20
Trong quá trình vận hành nhà máy điện không tránh khỏi
trường hợp mây chê bóng thay đổi độ rọi năng lượng mặt trời đến hệ
thống điện mặt trời. Luận văn xem xét tính toán đối với các trường
hợp này theo các hướng tiêu cực nhất. Với thời gian mây che phủ
lượng bức xạ mặt trời, giảm mạnh từ 1000 W/m2 xuống 0 W/m2 duy
trì trong thời gian đến 1 phút và phục hồi trở lại sau đó. Khi thay đổi
đột ngột cường độ bức xạ gây ra sự dao động tần số, tuy nhiên tần số
phục hồi lại sau khoảng 20s, biên độ dao động vẫn còn nằm trong

quy định vận hành. Với biên độ điện áp ngay tại thời điểm cường độ
bức xạ mặt trời giảm có dao động lớn tăng vọt đột ngột do lượng
công suất phản kháng phát ra từ nhà máy không thay đổi. Điều này
có nghĩa rằng, khi cường độ bức xạ mặt trời giảm lượng công suất
tác dụng truyền tải từ nhà máy điện mặt trời đến trạm biến áp 220kV,
do vậy nên tổn thất điện áp trên tuyến đường dây này cũng giảm đột
ngột dẫn đến điện áp tại các thanh cái này tăng vọt. Sau thời gian dao
động ngắn điện áp dần phục hồi về ổn định ở chế độ vận hành bình
thường.
Với kịch bản ngắn mạch trên các đường dây truyền tải điện gần
khu vực đấu nối nhà máy điện mặt trời Solar Buôn Đôn. Tại thời
điểm sự cố xảy ra dẫn đến lượng công suất tác dụng phát ra giảm sụt
đột ngột về khoảng 400MW, sau khi loại trừ sự cố ngắn mạch lượng
công suất này phục hồi và dần về công suất phát ban đầu 1000MW.
Riêng về công suất phản kháng có sự dao động, sụt giảm trong thời
gian sự cố, tuy nhiên sau khi loại trừ sự cố thì lượng công suất phản
kháng phát ra từ nhà máy có sự dao động nhằm điều khiển sự ổn
định điện áp sau khi loại trừ sự cố.Khi xảy ra sự cố tần hệ thống dao
động khoảng 0,25 Hz so với ban đầu (tần số ổn định). Sau thời gian
loại trừ sự cố cần khoảng 4s thì tần số mời dần về mức ổn định ban
đầu. Trong thời gian bị sự cố thì điện áp tại các nút 220kV nhà máy
Solar Buôn Đôn và trạm biến áp 220kV Krong Buk có sự giảm thấp
còn khoảng 120kV – 140kV. Biên độ điện áp giảm thấp phụ thuộc


21
vào vị trí sự cố ngắn mạch. Sau khi loại trừ sự cố điện áp có sự dao
động nhưng vẫn nằm trong phạm vi an toàn, đảm bảo vận hành hệ
thống sau khoảng vài chu kỳ điện áp dần về điện áp ban đầu. Đồng
thời với kịch bản ngắn mạch này cũng tạo ra sự dao động của các

góc roto máy phát gần khu vực đấu nối với nhà máy điện mặt trời.
Các kết quả phân tích thấy rằng nhà máy Solar Buôn Đôn tạo
ra các ảnh hưởng về điện áp cũng như tần số đến hệ thống, tuy nhiên
sự dao động này vẫn nằm trong phạm vi cho phép của thông tư
25/2016/TT – BCT [9]. Tuy nhiên, để nâng cao ổn định về tần số và
điện áp khi tích hợp nguồn điện mặt trời công suất lớn luận văn ứng
dụng thiết bị STATCOM và BESS để nâng cao ổn định.
 Trường hợp ứng dụng thiết bị STATCOM đặt tại thanh cái
220kV nhà máy điện mặt trời Buôn Đôn. Trong vấn đề ổn
định tần số thì độ lệch tần số không cải thiện so với không
ứng dụng giải pháp, điều này có nghĩa rằng thiết bị
STATCOM không có khả năng nâng cao ổn định tần số. Với
vấn đề ổn định điện áp thiết bị STATCOM làm việc hiệu quả
nhanh chóng đưa điện áp về với điện áp vận hành ban đầu.
Góc dao động roto của các máy phát gần khu vực đấu nối
cũng phần cải thiện hơn so với không ứng dụng giải pháp.
 Trường hợp ứng dụng thiết bị BESS đặt tại thanh cái 220kV
nhà máy điện mặt trời Buôn Đôn. Trong vấn đề ổn định tần số
thiết bị này là việc hiểu quả hơn so với thiết bị STATCOM vì
BESS có khả năng phát công suất tác dụng bù lượng công
suất tác dụng mất đi của nhà máy điện mặt trời trong các
trường hợp nguy hiểm dẫn làm giảm sự dao động tần số hệ
thống, làm giảm sự dao động của góc roto các tổ máy phát.
Ngoài khả năng phát công suất tác dụng ổn định tần số thiết
bị BESS cũng điều khiển phát công suất phản kháng nâng cao
ổn định điện áp, tuy nhiên sự linh hoạt của thiết bị BESS
trong vấn đề ổn định điện áp không bằng thiết bị STATCOM.


22

Kiến nghị
Qua các kết quả phân tích trên tác giả nhận thấy với mục tiêu
để nâng cao ổn định điện áp và tần số thì thiết bị BESS chiếm ưu
điểm hơn so với thiết bị STATCOM Với các tính toán phân tích
nhận xét trên, để nâng cao ổn định về tần số và điện áp khi tích hợp
nguồn điện mặt trời công suất lớn thì thiết bị BESS chiếm ưu điểm
hơn so với STATCOM. Vì vậy, luận văn kiến nghị ứng dụng thiết bị
BESS cho việc hỗ trợ ổn định tần số và điện áp cho hệ thống điện có
kết nối NMĐ mặt trời công suất lớn.
Ngoài ra, đặc tính của thiết bị BESS là có khả năng nạp và xả
năng lượng khi cần thiết, vì vậy BESS rất phù hợp với việc hỗ trợ
nhà máy điện mặt trời công suất lớn cũng như hệ thống. Ngoài sự ổn
định, BESS có thể hỗ trợ về chạy phủ đỉnh (san bằng đồ thị phụ tải) –
giảm tổn thất truyền tải, tăng khả năng phát công suất (cung cấp dự
phòng quay).
Trên cơ sở các kịch bản mô phỏng, đánh giá phân tích ảnh
hưởng của điện mặt trời đến chất lượng điện năng như đã đề cập ở
chương 3, các hướng nghiên cứu có thể mở rộng và hoàn thiện hơn
cho các đánh giá tác động về thị thường điện, công tác vận hành…
Đề tài sẽ tiếp tục nghiên cứu và phát triển để thực sự có ý nghĩa
về mặt thực tiễn, có khả năng ứng dụng cao trong thực tế
Do thời gian và khả năng hạn chế của tác giả, nên có một số
vấn đề chưa được khai thác triệt để, vẫn còn nhiều hướng nghiên cứu
đánh giá ảnh hưởng điện mặt trời công suất lớn khi nối lưới.