Báo cáo khoa học:
Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguồn thủy điện vừa và
nhỏ đến chế độ vận hành của lưới điện phân phối các vùng
nông thôn
T¹p chÝ KHKT N«ng nghiÖp 2007: TËp V, Sè 2: 71-79
§¹i häc N«ng nghiÖp I
Nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña c¸c nguån thñy ®iÖn võa vµ nhá
®Õn chÕ ®é vËn hµnh cña l−íi ®iÖn ph©n phèi c¸c vïng n«ng th«n
Research on the influence of mini and micro hydro-power plants on the distribution
network in rural areas
TrÞnh Träng Ch−ëng1
SUMMARY
In the future, energy sources such as: solar power, wind power, mini and micro
hydro-power plants... will play a more and more important role in the liberalized
electricity market. It should have a significant influence on the power flow, voltage profile
and the power quality.
Rural areas of Vietnam have height potentiality of mini and micro hydro-power plants
with power 1 MW to 30 MW. However there are still few researches on the influence of
mini and micro hydro-power plants on the distribution network. This requires a suitable
tool to analyze the influence of such technologies on the distribution system. This paper
presents an algorithm and a method to determine the optimal open points of loops,
analyses and selects the proper modes of operation as well as investigates the influence
of mini and micro hydro-power plants on the distribution network in rural areas.
Key words: Distribution network, mini and micro hydro-power, network reconfiguration.
1. §ÆT VÊN §Ò
1
Qua c¸c c«ng t¸c nghiªn cøu quy ho¹ch
b−íc ®Çu cho thÊy tiÒm n¨ng thñy ®iÖn võa vµ
nhá (T§N) ë n−íc ta rÊt phong phó. HiÖn nay
phong trµo x©y dùng T§N ®· ph¸t triÓn réng
kh¾p nh÷ng tØnh thµnh cã tiÒm n¨ng thñy ®iÖn
víi quy m« c«ng suÊt tõ 5 kW ®Õn hµng ngµn
kW. KÕt qu¶ quy ho¹ch T§N víi quy m«
c«ng suÊt lín h¬n 1 MW cã 409 c«ng tr×nh,
ph¹m vi ph©n bè chñ yÕu ë c¸c tØnh miÒn nói
phÝa B¾c, miÒn Trung, khu vùc T©y nguyªn vµ
T©y Nam Bé víi tæng c«ng suÊt lµ 2.873,74
MW, ®iÖn n¨ng ®¹t 13,403 tû kWh. Tæng
céng cã 173 c«ng tr×nh cã quy m« c«ng suÊt
l¾p m¸y tõ 5 MW trë lªn ®Ó xem xÐt ®Çu t−
x©y dùng víi tæng c«ng suÊt l¾p m¸y lµ 2296
MW víi ®iÖn l−îng trung b×nh hµng n¨m lµ
10,470 tû kWh, trong ®ã cã 140 c«ng tr×nh cã
chØ tiªu B/C > 1 (NguyÔn Huy Ho¹ch, 2005).
1
Khoa HÖ thèng ®iÖn, §¹i häc C«ng nghiÖp Hµ Néi
§©y lµ nguån n¨ng l−îng kh¸ dåi dµo, quan
träng cã thÓ bæ sung cho l−íi ®iÖn quèc gia vµ
cÊp ®iÖn cho c¸c vïng ch−a cã l−íi ®iÖn quèc
gia v−¬n tíi. Trong c«ng cuéc ph¸t triÓn kinh
tÕ n«ng th«n vµ miÒn nói th× viÖc khai th¸c
hîp lý c¸c nguån T§N phôc vô nhu cÇu cho
phô t¶i cña khu vùc ®ang trë thµnh nhu cÇu
cÊp b¸ch, ®em l¹i hiÖu qu¶ cao.
HÇu hÕt c¸c T§N n−íc ta hiÖn nay ®Òu
kh«ng cã hå chøa vµ ho¹t ®éng theo d¹ng thñy
®iÖn dßng s«ng. Ngoµi c¸c nhµ m¸y cã c«ng
suÊt lín, cßn l¹i ®a sè ®Òu do c¸c §iÖn lùc
qu¶n lý vµ vËn hµnh, ®−îc ®Êu nèi trùc tiÕp
vµo l−íi ph©n phèi. Trong c«ng t¸c ®iÒu ®é
ngµy cña c¸c §iÖn lùc, viÖc tÝnh to¸n ph©n bè
c«ng suÊt, chän ®iÓm më m¹ch vßng, ph−¬ng
thøc vËn hµnh l−íi khi cã sù tham gia cña c¸c
T§N sÏ ®ãng mét vai trß quan träng trong
viÖc khai th¸c triÖt ®Ó nguån n¨ng l−îng tù
nhiªn, c¶i thiÖn chÊt l−îng ®iÖn n¨ng, gi¶m
tæn thÊt vµ n©ng cao ®é tin cËy cung cÊp ®iÖn.
§Ó ph©n tÝch nh÷ng ¶nh h−ëng cña T§N ®Õn
TrÞnh Träng Ch−ëng
chÕ ®é vËn hµnh cña l−íi ®iÖn ph©n phèi cÇn
x¸c ®Þnh c¸c chÕ ®é phô t¶i kh¸c nhau trong
ngµy (cùc ®¹i, trung b×nh, cùc tiÓu) trong ®iÒu
kiÖn chän ®iÓm më m¹ch vßng hîp lý.
2. PH¦¥NG PH¸P NGHI£N CøU
Néi dung ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu lµ x¸c
®Þnh møc ®é th©m nhËp cña T§N vµo hÖ
thèng ph©n phèi ®iÖn, cho t¨ng dÇn tû trong
tham gia cña T§N ®Ó quan s¸t diÔn biÕn ®iÖn
¸p t¹i c¸c nót. §Ó lËp ®−êng cong tæn thÊt
c«ng suÊt, chóng t«i tiÕn hµnh chia ®å thÞ phô
t¶i thµnh 3 vïng: phô t¶i cùc ®¹i (17h - 22h),
phô t¶i trung b×nh (06h - 17h), phô t¶i cùc tiÓu
(22h - 06h), sau ®ã tÝnh to¸n chÕ ®é x¸c lËp
trong tõng chÕ ®é øng víi møc ®é th©m nhËp
cña T§N.
X¸c ®Þnh møc ®é th©m nhËp cña T§N vµo
hÖ thèng ph©n phèi ®iÖn
Khi c¸c c«ng tr×nh T§N ®−îc x©y dùng
ngµy cµng nhiÒu th× møc ®é th©m nhËp cña
T§N vµo hÖ thèng ph©n phèi ®iÖn ngµy cµng
lín ®Ó ®¸p øng nhu cÇu phô t¶i ngµy cµng
t¨ng. VÊn ®Ò ®Æt ra lµ møc ®é th©m nhËp cña
T§N cã thÓ chÊp nhËn ®−îc lµ bao nhiªu xÐt
vÒ ®é tin cËy, møc ®é æn ®Þnh, chÕ ®é vËn
hµnh...Tr−êng hîp c¬ b¶n ban ®Çu lµ kh«ng cã
sù kÕt nèi gi÷a T§N víi l−íi, sau ®ã t¨ng dÇn
møc ®é tham gia cña T§N tõ 1-2-...-n nhµ
m¸y (hoÆc cã thÓ x¸c ®Þnh theo % tham gia
cña T§N: 0%-:-100%). Møc ®é th©m nhËp cã
thÓ xem nh− tû sè gi÷a l−îng ph¸t ®iÖn tæng
cña T§N víi tæng nhu cÇu phô t¶i:
Møc ®é th©m nhËp % = ×
∑
∑
TDN
T
P
100
P (1)
Trong ®ã:
PTDN: c«ng suÊt ph¸t cña thñy ®iÖn nhá,
MW
PT: c«ng suÊt phô t¶i, MW
Víi gi¶ thiÕt lµ tæng nhu cÇu phô t¶i
khæng ®æi trong kho¶ng thêi gian xÐt th× ®iÒu
nµy dÉn ®Õn sù gi¶m c«ng suÊt ph¸t tõ c¸c nhµ
m¸y ®iÖn trung t©m cña hÖ thèng ®iÖn (HT§)
quèc gia (do cã sù c©n b»ng c«ng suÊt gi÷a
l−îng ph¸t vµ tiªu thô t¹i mäi thêi ®iÓm). NÕu
hÖ thèng ®iÖn hiÖn thêi kh«ng ®ñ m¹nh th×
®iÒu nµy cã thÓ g©y ra nhiÒu vÊn ®Ò liªn quan
®Õn chÕ ®é vËn hµnh, ®é tin cËy hoÆc thËm chÝ
ë møc ®é cao h¬n lµ æn ®Þnh HT§; ®iÒu ®ã ®ßi
hái cã mét l−îng c«ng suÊt dù tr÷ ®ñ lín
kho¶ng (10 - 15)% (Belmans, 2004).
H×nh 1. Sù tham gia cña nguån T§N cã thÓ
lµm gi¶m c«ng suÊt ph¸t cña c¸c nhµ m¸y ®iÖn
trung t©m
Mét khi hÖ thèng ph©n phèi ®−îc ®Æt d−íi
¸p lùc cã sù tham gia cña T§N th× c¸c chÕ ®é
vËn hµnh cã thÓ ®−îc ¸p dông chung hay riªng
biÖt. ChØ tiªu vÒ tæn thÊt ®iÖn n¨ng vµ tæn thÊt
®iÖn ¸p cã thÓ coi nh− lµ mét ph−¬ng thøc ®Ó
xem xÐt hÖ thèng cã chÊp nhËn sù tham gia
cña T§N hay kh«ng. C«ng viÖc nµy ®−îc lÆp
®i lÆp l¹i cho ®Õn khi c¸c chØ tiªu ®ang xem
xÐt v−ît qu¸ møc cho phÐp, tõ ®ã sÏ x¸c ®Þnh
®−îc møc ®é tham gia tèi ®a cña T§N.
Chän ®iÓm më m¹ch vßng hîp lý trong
®iÒu kiÖn cã nhiÒu nguån T§N
§èi víi l−íi ®iÖn ®Þa ph−¬ng ®−îc cÊp
®iÖn tõ l−íi ®iÖn quèc gia kÕt hîp víi c¸c nhµ
m¸y thñy ®iÖn, tæn thÊt ®iÖn n¨ng trong l−íi
®iÖn ngoµi phô thuéc vµo chÕ ®é phô t¶i cßn
phô thuéc nhiÒu vµo chÕ ®é ph¸t cña thñy
®iÖn. XÐt mét l−íi ph©n phèi, gisö kÕt qu¶
tÝnh to¸n tæn thÊt ®iÖn n¨ng cña l−íi trong c¸c
ph−¬ng ¸n ®−îc cho trong B¶ng I. Tõ b¶ng
tæng hîp trªn ta cÇn chän ph−¬ng ¸n l−íi ®iÖn
cã ∆Amax (tæn thÊt ®iÖn n¨ng lín nhÊt, kWh)
lµm ph−¬ng ¸n t×m ®iÓm më tèi −u. ViÖc t×m
c¸c ®iÓm më tèi −u øng víi viÖc x¸c ®Þnh ®−îc
Trung t©m
nguån NLM
Phô t¶i
Nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña c¸c nguån thñy ®iÖn võa vµ nhá...
cÊu h×nh l−íi ®iÖn hîp lý cã ∆Pmin trong
ph−¬ng ¸n cã ∆Amax ®Ó gi¶m thiÓu l−îng tæn
thÊt ®iÖn n¨ng trong l−íi øng víi chÕ ®é cã thÓ
g©y thiÖt h¹i kinh tÕ lín nhÊt (Rubin and
Dragoslav,1997; Tr−¬ng ViÖt Anh, 2004). §èi
víi c¸c ph−¬ng ¸n kh¸c c¸c ®iÓm më tèi −u cã
thÓ kh¸c víi ph−¬ng ¸n cã ∆Amax, tuy nhiªn
trong ®iÒu kiÖn vËn hµnh thùc tÕ th× khã cã thÓ
thay ®æi ®iÓm më liªn tôc trong mçi ngµy
®ªm, nªn c¸c ®iÓm më th−êng ®Æt gÇn nh− cè
®Þnh cho ®Õn khi xuÊt hiÖn nh÷ng thay ®æi lín
trong cÊu h×nh l−íi hay th«ng sè phô t¶i...th×
míi tÝnh l¹i. C¸c b−íc tÝnh to¸n chÕ ®é x¸c lËp
cña l−íi ®iÖn ph©n phèi ®−îc tr×nh bµy theo
TrÇn B¸ch (2005).
B¶ng 1. C¸c ph−¬ng ¸n xem xÐt
ChÕ ®é ph¸t
cña T§N ChÕ ®é phô t¶i
∆A (kWh/n¨m)
P
max
∆A
1
P
t.b
∆A
2
P
Fmax (
mïa lò)
P
min
∆A
3
P
max
∆A
4
P
t.b×nh
∆A
5
P
Fmin
(mïa kh«)
P
min
∆A
6
Ghi chó: P
Fmax
: c«ng suÊt ph¸t cùc ®¹i cña thñy
®iÖn nhá trong mïa lò, MW.
P
Fmin
: c«ng suÊt ph¸t cùc tiÓu cña thñy
®iÖn nhá trong mïa kh«, MW.
P
max
: phô t¶i cùc ®¹i, MW
P
tb
: phô t¶i trung b×nh, MW
P
min
: phô t¶i cùc tiÓu, MW
Trong mét m¹ch vßng kÝn cã nhiÒu dao
c¸ch ly (DCL), cÇn x¸c ®Þnh chän DCL nµo
më ®Ó ®−a l−íi ®iÖn vÒ tr¹ng th¸i h×nh tia víi
hµm môc tiªu lµ tæn thÊt c«ng suÊt nhá nhÊt
nh−ng vÉn ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nh−:
cung cÊp ®iÖn ®Çy ®ñ cho c¸c phô t¶i, kh«ng
g©y qu¸ t¶i cho c¸c phÇn tö cña hÖ thèng, ®iÖn
¸p c¸c nót ph¶i n»m trong ph¹m vi cho phÐp.
Thø tù −u tiªn chän m¹ch vßng kÝn ®Ó tÝnh
to¸n vµ chän ®iÓm më DCL lµ tõ c¸c m¹ch cã
dßng t¶i lín nhÊt ®Õn m¹ch cã dßng t¶i bÐ h¬n
(Rubin and Dragoslav,1997). TÝnh to¸n tæn
thÊt ®iÖn n¨ng cña l−íi ®iÖn trong 3 chÕ ®é,
kÕt qu¶ sÏ cho biÕt tæn thÊt ®iÖn n¨ng lín nhÊt
trong tr−êng hîp nµo. Tõ ®ã lùa chän ®−îc
chÕ ®é x¸c lËp cña l−íi vµ lµ c¬ së ®Ó t×m ®iÓm
më hîp lý.
3. ¶NH H¦ëNG CñA NHµ M¸Y T§N §ÕN
DIÔN BIÕN §IÖN ¸P Vµ TæN THÊT C¤NG
SUÊT CñA M¹NG §IÖN PH¢N PHèI
3.1. Sù thay ®æi ®iÖn ¸p t¹i nót kÕt nèi vµ
c¸c nót l©n cËn
C«ng suÊt t¸c dông ph¸t bëi c¸c m¸y ph¸t
T§N sÏ lµm t¨ng ®iÖn ¸p vµ c«ng suÊt ph¶n
kh¸ng ph¸t hoÆc lµm gi¶m t¹i nót kÕt nèi vµ
c¸c nót l©n cËn. S− thay ®æi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p
U
∆
t¹i ®iÓm kÕt nèi NLM ®−îc x¸c ®Þnh bëi
(Bellman et al, 2004):
}
{
2
( ). ( ). /
∆
= − + −
NLM Tj ij NLM Tj ij
U
U
(2)
Trong ®ã:
,
NLM NLM
P Q
: C«ng suÊt ph¸t t¸c dông vµ c«ng suÊt ph¸t ph¶n kh¸ng cña T§N.
,
Tj Tj
P Q
: C«ng suÊt t¶i t¸c dông vµ c«ng suÊt t¶i ph¶n kh¸ng.
U : §iÖn ¸p nót t¹i ®iÓm kÕt nèi T§N.
:
ijijij
jXRZ
+
=
tæng trë tÝnh ®Õn ®iÓm kÕt nèi.
TrÞnh Träng Ch−ëng
H×nh 2. C¸c b−íc chän chÕ ®é vËn hµnh H×nh 3. C¸c b−íc t×m ®iÓm më hîp lý
3.2. Sù thay ®æi tæn thÊt c«ng suÊt
Tr−¬ng ViÖt Anh (2004) cho r»ng khi
thay ®æi c«ng suÊt ph¸t cña T§N sÏ lµm thay
®æi dßng c«ng suÊt trªn c¸c nh¸nh. §iÒu ®ã
dÉn ®Õn dßng ®iÖn ch¹y trªn c¸c nh¸nh sÏ thay
®æi vµ lµm thay ®æi l−îng tæn thÊt c«ng suÊt
trong m¹ng ®iÖn nh− sau:
2
*
Re 2 ( )
i m n loop i
i D i D
P I U U R I
∈ ∈
∆ = − +
∑ ∑
Trong ®ã:
D: TËp c¸c nót t¶i sÏ ®−îc ®æi nh¸nh
Ii: Dßng t¶i t¹i nót thø i
Em, En: Tæn thÊt ®iÖn ¸p do thµnh phÇn
®iÖn trë g©y ra t¹i nót m, n
Rloop: Tæng c¸c ®iÖn trë trªn vßng kÝn khi
®ãng c¸c kho¸ ®iÖn.
Tõ gi¸ trÞ tæn thÊt c«ng suÊt sÏ dÔ dµng
x¸c ®Þnh ®−îc tæn thÊt ®iÖn n¨ng th«ng qua
gi¸ trÞ thêi gian sö dông c«ng suÊt lín nhÊt
trong n¨m Tmax.
4. KÕT QU¶ TÝNH TO¸N ¸P DôNG
¸p dông cho xuÊt tuyÕn 371 tr¹m 110kV
T»ng Loáng - Lµo Cai
Lé 371 tr¹m 110 kV T»ng Loáng, Lµo
Cai, chiÒu dµi trôc 60 km, cung cÊp ®iÖn cho
c¸c phô t¶i huyÖn V¨n Bµn vµ mét phÇn
huyÖn B¶o Th¾ng cña tØnh Lµo Cai. C«ng
suÊt cùc ®¹i ®¹t 11,6 MW (NguyÔn §¨ng
DiÔn vµ cs, 2004). H×nh 4 vµ 5 lÇn l−ît lµ s¬
®å mét sîi vµ ®å thÞ phô t¶i ngµy 25/11/2006
NhËp c«ng suÊt phô t¶i ë c¸c chÕ ®é kh¸c
nhau, c«ng suÊt ph¸t cña thñy ®iÖn
§ãng tÊt c¶ c¸c DCL trong s¬ ®å ®Ó t¹o
lËp l−íi ®iÖn kÝn
Gi¶i bµi to¸n ph©n bè c«ng suÊt
TÝnh to¸n tæn thÊt ®iÖn n¨ng trong l−íi
So s¸nh ®Ó chän chÕ ®é vËn hµnh
cña l−íi ®iÖn cã tæn thÊt ®iÖn n¨ng
trong n¨m lín nhÊt
NhËp c«ng suÊt trung b×nh phô t¶i vµ
c«ng suÊt ph¸t cña c¸c thñy ®iÖn ë chÕ
®é ph¸t h¹n chÕ vµo mïa n¾ng
§ãng tÊt c¶ c¸c DCL trong l−íi ®iÖn
Gi¶i bµi to¸n ph©n bè c«ng suÊt
Më 1 DCL trªn mét m¹ch vßng
cã dßng ®iÖn ®i qua lµ bÐ nhÊt
Gi¶i bµi to¸n ph©n bè c«ng suÊt
cho l−íi ®iÖn míi
Vi ph¹m c¸c ®iÒu
kiÖn vËn hµnh
KÕt qu¶
§ãng DCL võa
më, më DCL
hoÆc cã dßng
®iÖn bÐ nhÊt
tiÕp theo
L−íi ®iÖn h×nh tia
Cã
Kh«ng
Cã