Báo cáo khoa học tổng kết đề tài I-173: Nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện trung áp

BÁO CÁO KHOA HỌC TỔNG KẾT ĐỀ TÀI I-173<br /> “Nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện trung áp”<br /> ThS. Lê Việt Cường – Phòng phát triển HTĐ, Viện Năng lượng<br /> Tóm tắt: Đề tài này sẽ đưa ra những đề xuất đối với yêu cầu kỹ thuật khi đấu nối nguồn điện<br /> phân tán vào lưới điện trung áp trong hệ thống điện Việt Nam. Phần đầu giới thiệu tổng quan<br /> về các loại nguồn điện phân tán chính hiện có trên thế giới, một số đặc điểm chính của<br /> những loại nguồn điện này và sự xuất hiện của chúng trong hệ thống điện Việt Nam. Phần<br /> tiếp theo sẽ trình bày lợi ích, ảnh hưởng về kĩ thuật của nguồn điện phân tán đến hệ thống<br /> điện. Sau đó, những yêu cầu kỹ thuật đối với nguồn điện phân tán đấu nối vào lưới điện trung<br /> áp của Việt Nam, các nước Bắc Âu, Hoa Kỳ, Anh và một số quốc gia khác được giới thiệu, so<br /> sánh và đánh giá. Đề tài nghiên cứu hoạt động của nguồn điện phân tán tại Việt Nam với mô<br /> hình được lựa chọn là nguồn thủy điện nhỏ trong lưới phân phối trung áp. Trong đó, tập<br /> trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến chất lượng điện áp và hệ<br /> thống bảo vệ của lưới điện trung áp. Từ các kết quả nghiên cứu, đề tài đưa ra một số kiến<br /> nghị, đề xuất đối với yêu cầu kỹ thuật khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện trung<br /> áp.<br /> 1. Cơ sở và lý do thực hiện đề tài<br /> Hiện nay nguồn điện từ năng lượng tái tạo đấu nối vào lưới trung áp (trong đó chủ yếu là nhà<br /> máy thủy điện nhỏ) đang phát triển nhanh và rộng trên phạm vi toàn quốc. Thông tư số<br /> 32/2010/TT-BCT của Bộ Công Thương ban hành ngày 30 tháng 7 năm 2010 về “Quy định hệ<br /> thống điện phân phối” cũng đưa ra những quy định kĩ thuật vận hành nguồn điện trong lưới<br /> trung áp đối với tần số, điện áp và bảo vệ hệ thống điện. Tuy nhiên quy định này chưa yêu<br /> cầu xem xét cụ thể đến sự thay đổi và những ảnh hưởng khi đấu nối nguồn điện phân tán vào<br /> lưới điện trung áp. Trong khi thực tế một số nhà máy thuỷ điện nhỏ vận hành đấu nối vào<br /> lưới trung áp đang gây nên những ảnh hưởng đến lưới điện phân phối như điện áp trên lưới<br /> tăng cao, thu hẹp pham vi bảo vệ của rơ-le...<br /> Trong nước một số bài báo, nghiên cứu khoa học và luận án tốt nghiệp sau đại học cũng đã<br /> bước đầu đề cập đến ảnh hưởng của nguồn điện khi đấu nối vào lưới điện trung áp. Những tài<br /> liệu này chủ yếu tập trung nghiên cứu tác động của nguồn điện đến ổn định điện áp và tổn<br /> thất công suất trên lưới điện khi đấu nối vào lưới trung áp. Các nghiên cứu này chưa phân<br /> tích, đánh giá đầy đủ những ảnh hưởng khác của nguồn điện khi đấu nối vào lưới trung áp<br /> cũng như chưa đưa ra những giải pháp có tính chất toàn diện, lâu dài.<br /> Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của nguồn điện khi đấu nối vào lưới điện<br /> phân phối nói chung và lưới điện trung áp nói riêng. Các nghiên cứu này thường giải quyết<br /> những vấn đề của từng quốc gia, từng khu vực hoặc dự án cụ thể. Nhiều quốc gia đã có<br /> những yêu cầu kĩ thuật riêng, chi tiết đối với nguồn điện đấu nối vào lưới điện phân phối theo<br /> từng cấp điện áp (110kV, trung áp và hạ áp) hoặc quy mô công suất của nguồn điện.<br /> Do đó, cần thiết phải có nghiên cứu hoạt động của nguồn điện phân tán trong lưới điện trung<br /> áp Việt Nam. Từ đó có thể đưa ra những kiến nghị, đề xuất đối với yêu cầu kĩ thuật khi đấu<br /> nối nguồn điện phân tán nhằm giải quyết và hạn chế ảnh hưởng của nguồn điện này đối với<br /> lưới điện trung áp trên phạm vi toàn quốc, trong hiện tại cũng như tương lai.<br /> 2. Phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được<br /> Bằng phương pháp mô phỏng mô hình bằng phần mềm PSS/E (từ mô hình thực tế là hoạt<br /> động của những thủy điện nhỏ khu vực Tiên Yên, Bình Liêu tỉnh Quảng Ninh trong lưới<br /> trung áp) kết hợp với thống kê, phân tích đề tài đã đạt được những kết quả sau:<br /> 1<br /> a) Đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện trung áp có thể gây quá điện áp trên lưới<br /> trong một số chế độ vận hành nếu chưa lắp đặt thêm thiết bị điều chỉnh điện áp trên<br /> lưới hoặc quy định về giới hạn trên điện áp của nguồn điện khi vận hành quá cao.<br /> Điện áp<br /> <br /> KV<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.1: Phân bố điện áp nút trên đường trục 35kV khi TĐ Khe Soong phát công<br /> suất lớn nhất năm 2010<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2.2: Phân bố điện áp nút trên đường trục 35kV khi thêm một số TĐ nhỏ phát<br /> công suất lớn nhất năm 2015<br /> Thực tế vận hành và qua kết quả tính toán cho thấy, nguồn thủy điện nhỏ đã đóng góp<br /> vai trò hết sức quan trọng đối với lưới điện trung áp của khu vực Tiên Yên. Khi nhà<br /> máy thủy điện Khe Soong vận hành, độ tin cậy cung cấp điện cho cả khu vực được<br /> nâng cao, chất lượng điện áp trên lưới trung áp được cải thiện rõ rệt. Tuy nhiên, đến<br /> thời điểm năm 2015 khi một số nhà máy thủy điện khác cũng đi vào vận hành thì<br /> trong chế độ bình thường và chế độ phụ tải cực tiểu, khi huy động phát công suất cao<br /> của các nhà máy thủy điện trên lưới trung áp tại một số nút xảy ra hiện tượng quá điện<br /> áp khiến điện áp vượt ngưỡng cho phép.<br /> Để khắc phục ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến điện áp trên lưới trung áp đặc<br /> biệt trong chế độ phụ tải cực tiểu ngoài việc yêu cầu các nhà máy điện cần phải trang<br /> bị hệ thống điều khiển dòng kích từ đủ mạnh còn có thể áp dụng thêm một số giải<br /> pháp khác. Các giải pháp này có thể là giải pháp tìm điểm mở trên lưới để nguồn điện<br /> 2<br />  phân tán vận hành độc lập, giải pháp lựa chọn điểm đấu nối tối ưu trên lưới điện trung<br /> áp khu vực theo phương pháp di truyền, giải pháp lắp đặt thiết bị FACTS trên lưới<br /> phân phối (D-FACTS). Nhưng quan trọng nhất cần phải quy định dải điện áp làm việc<br /> trong chế độ bình thường của nguồn điện cũng như yêu cầu các nhà máy thủy điện<br /> nhỏ phải trang bị hệ thống thông tin liên lạc, điều khiển giám sát để đơn vị điều độ,<br /> vận hành lưới điện trung áp có khả năng đưa ra những thao tác kịp thời.<br /> b) Nguồn điện phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp còn có thể làm mất tính chọn lọc<br /> của hệ thống rơ-le bảo vệ hiện có.<br /> Bảng 2.1: Dòng ngắn mạch trên xuất tuyến 371 TBA 110kV Tiên Yên khi có sự cố tại<br /> nút Tiên Yên, Đầm Hà năm 2015<br /> <br /> Inm trên ĐZ 371 khi<br /> TT Loại sự cố có nguồn TĐ nhỏ<br /> (A)<br /> 1 Nm 3 pha nút Tiên Yên 528,8<br /> <br /> Chạm đất 1 pha nút Tiên<br /> 2 Yên 353,3<br /> <br /> 3 Nm 3 pha nút Đầm Hà 458,8<br /> <br /> Chạm đất 1 pha nút Đầm<br /> 4 Hà 303,4<br /> <br /> <br /> Kết quả tính toán cho thấy, khi có sự cố bất kì trên xuất tuyến 373 và xuất tuyến 375<br /> thì rơ-le bảo vệ xuất tuyến 371 cũng tác động. Nếu hệ thống bảo vệ xuất tuyến 371<br /> với loại rơ le và thông số chỉnh định được giữ nguyên thì hệ thống bảo vệ này sẽ mất<br /> tính chọn lọc khi có nhiều nguồn điện đấu nối vào xuất tuyến này. Từ đó làm giảm độ<br /> tin cậy cung cấp điện của lưới.<br /> c) Nguồn điện phân tán làm giảm vùng bảo vệ của rơ-le quá dòng đầu xuất tuyến đường<br /> dây.<br /> Bảng 2.2: Thông số chỉnh định rơ le bảo vệ đường dây 35kV TBA 110kV Tiên Yên<br /> <br /> Số Thiết Trị số chỉnh định<br /> hiệu bị Loại rơ le Trị số Thời gian cắt<br /> Tỷ số<br /> máy được bảo vệ Trị số đặt dòng nm & thiết bị tác<br /> TU,TI<br /> cắt bảo vệ tác động động<br /> 2-DL-<br /> 51/50 I>>>= 15A<br /> I ≥ 900A 0,0sec cắt 371<br /> Đường<br /> 2-DL- I>> =<br /> 371 dây 300/5Y I ≥ 750A 1,0sec cắt 371<br /> 51/50 12,5A<br /> 371<br /> I ≥ 300A 1,5sec cắt 371<br /> 3-DL- I> = 5A<br /> 51/20<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 3<br />  Bảng 2.3: Dòng ngắn mạch tại đầu xuất tuyến 371 TBA 110kV Tiên Yên khi có sự cố<br /> tại nút Pắc Fe và thủy điện nhỏ Khe Soong đấu nối vào lưới điện năm 2010<br /> <br /> Inm khi không có Thay đổi (A)<br /> TT Loại sự cố TĐ Khe Soong Inm khi có TĐ tăng (+); giảm<br /> (A) Khe Soong (A) (-)<br /> Ngắn mạch ba pha 690,1 620,2 -69,9<br /> <br /> Chạm đất một pha 446,3 354,8 -91,6<br /> <br /> <br /> Bảng 2.4: Dòng ngắn mạch tại đầu xuất tuyến 371 TBA 110kV Tiên Yên khi có sự cố<br /> tại nút Pắc Fe và một số thủy điện nhỏ đấu nối vào lưới điện năm 2015<br /> <br /> Inm khi không có Thay đổi (A)<br /> Inm khi có nguồn<br /> TT Loại sự cố nguồn TĐ nhỏ tăng (+); giảm<br /> TĐ nhỏ(A)<br /> (A) (-)<br /> Ngắn mạch ba pha 796,1 568,0 -228,1<br /> <br /> Chạm đất một pha 490,0 279,4 -210,6<br /> <br /> <br /> Như vậy, khi thông số chỉnh định rơ-le không thay đổi, khi đó trong chế độ cả ba<br /> nguồn thủy điện phát điện trong chế độ phụ tải cực đại và có sự cố ngắn mạch một<br /> pha tại nút Păc Fe thì rơ-le bảo vệ sẽ không tác động. Vùng bảo vệ của rơ-le đã bị thu<br /> hẹp do nhiều nhà máy thủy điện đấu nối vào lưới điện trung áp.<br /> 3. Kết luận và kiến nghị<br /> Đề tài đã giới thiệu quy định kĩ thuật đối với nguồn điện phân tán khi đấu nối vào lưới<br /> điện phân phối của Việt Nam (được trình bày trong thông tư 32/2010/TT-BCT) và<br /> một số quốc gia trên thế giới. Từ đó, đề tài đã xem xét đánh giá sự khác biệt giữa quy<br /> định của Việt Nam và các nước, nhu cầu bổ sung những yêu cầu mới vào quy định<br /> hiện hành.<br /> Kết quả tính toán trong nghiên cứu đã chỉ ra những ảnh hưởng khi có nhiều nguồn<br /> điện phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp. Đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới<br /> điện trung áp có thể gây quá điện áp trên lưới trong một số chế độ vận hành nếu chưa<br /> lắp đặt thêm thiết bị điều chỉnh điện áp trên lưới hoặc quy định về giới hạn trên điện<br /> áp của nguồn điện khi vận hành quá cao. Nguồn điện phân tán thủy điện nhỏ đấu nối<br /> vào lưới điện trung áp còn có thể làm mất tính chọn lọc của hệ thống rơ-le bảo vệ hiện<br /> có cũng như làm giảm vùng bảo vệ của rơ-le quá dòng đầu xuất tuyến đường dây.<br /> Từ đó đề tài đã đưa ra một số đề xuất, kiến nghị như sau:<br /> - Yêu cầu về điện áp: Một số nguồn điện phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp<br /> như tua-bin gió hay thủy điện nhỏ do những đặc tính kĩ thuật nên rất khó để duy<br /> trì dải điện áp trong chế độ làm việc bình thường trên lưới điện là +10% và -5%<br /> như quy định hiện nay trong thông tư 32/2010/TT-BCT. Điện áp trên lưới có thể<br /> vượt quá giá trị giới hạn trên trong chế độ phụ tải cực tiểu và huy động nguồn<br /> thủy điện nhỏ phát cao. Điện áp trên lưới điện có thể xuống dưới giá trị giới hạn<br /> dưới nếu khởi động máy phát không đồng bộ của tua-bin gió trong chế độ phụ tải<br /> cực đại. Vì vậy, đề xuất xem xét áp dụng dải điện áp trong chế độ làm việc bình<br /> thường đối với nguồn điện đấu nối vào lưới điện phân phối trung áp là +5% và -<br /> 10%.<br /> 4<br />  - Tiêu chuẩn về tần số: Hiện nay, nhiều nhà sản xuất máy phát điện với đặc tính có<br /> thể duy trì phát công suất liên tục trong một dải tần số khá rộng. Do đó xem xét<br /> yêu cầu những nguồn điện phân tán xây mới đấu nối vào lưới điện trung áp có dải<br /> tần số làm việc trong chế độ bình thường (phát công suất liên tục không được<br /> giảm phát) là từ 47,5 đến 51,5Hz. Việc mở rộng dải tần số chế độ làm việc bình<br /> thường sẽ làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối.<br /> - Yêu cầu về hệ thống bảo vệ: Nguồn điện phân tán ngoài những trang bị bảo vệ<br /> cho máy phát cần phải trang bị hệ thống bảo vệ tại vị trí đấu nối nhà máy điện vào<br /> lưới trung áp nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện. Tùy theo quy mô công suất,<br /> vị trí nhà máy trong hệ thống điện, đặc tính nối đất của lưới điện...hệ thống bảo vệ<br /> của máy phát và nhà máy cần có: máy cắt đầu cực máy phát, máy cắt giữa nhà<br /> máy và lưới điện, thiết bị tự động kiểm tra đồng bộ, thiết bị tự động điều chỉnh<br /> điện áp, rơ-le điện áp thấp, rơ-le bảo vệ quá áp, rơ-le quá điện áp điểm trung tính,<br /> rơ-le tần số thấp, rơ-le tần số cao, rơ-le quá dòng và quá dòng theo thời gian, rơ le<br /> bảo vệ quá dòng trung tính, thiết bị liên động.<br /> Từ kết quả nghiên cứu của đề tài, đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp theo như sau:<br /> - Nghiên cứu giải pháp điều khiển điện áp trên lưới phân phối trung áp khi có nguồn<br /> điện phân tán.<br /> - Nghiên cứu yêu cầu kĩ thuật khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện hạ áp.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 5<br />