Quy định đấu nối các nhà máy điện năng lượng mặt trời vào hệ thống điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

58
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài viết sẽ trình bày các quy định đấu nối của các nhà máy điện mặt trời vào hệ thống tại các nước, cũng như Việt Nam, cùng với các đặc điểm kĩ thuật liên quan. Các quy định đấu nối đều có điểm chung ở việc phản ánh mức xâm nhập ngày càng tăng của các nguồn phát năng lượng tái tạo vào hệ thống điện, và tập trung vào các vấn đề tần số, điều khiển công suất tác dụng, điện áp, điều khiển công suất phản kháng, chất lượng điện (họa tần, mức nhấp nháy điện áp), và đặc biệt về yêu cầu lướt qua sự cố.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Quy định đấu nối các nhà máy điện năng lượng mặt trời vào hệ thống điện

QUI ĐỊNH ĐẤU NỐI CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN PGS.TS. NGUYỂN HỮU PHÚC Trường ĐH Bách Khoa – ĐH Quốc Gia TP. HCM TÓM TẮT – Trong các năm qua sự xâm nhập của các nguồn phát từ năng lượng tái tạo vào hệ thống điện đã không ngừng tăng lên trong tổng thể các nguồn phát điện tại các nước. Mức độ thâm nhập ngày càng cao của các nhà máy điện mặt trời, nhà máy năng lượng gió đã và đang đặt ra các vấn đề, cùng với nguy cơ đến sự mất ổn định của hệ thống điện do tính không ổn định nguồn công suất phát phụ thuộc nhiều vào thời tiết, đặc biệt trong trường hợp xảy ra các sự cố trên lưới điện. Từ nhiều năm trước, tại các nước đã ban hành các qui định kĩ thuật cho việc đấu nối các nhà máy điện năng lượng mặt trời với lưới điện, ở mức điện áp đấu nối trung áp hay hạ áp. Trong bài báo sẽ trình bày các qui định đấu nối của các nhà máy điện mặt trời vào hệ thống tại các nước, cũng như Việt Nam, cùng với các đặc điểm kĩ thuật liên quan. Các qui định đấu nối đều có điểm chung ở việc phản ánh mức xâm nhập ngày càng tăng của các nguồn phát năng lượng tái tạo vào hệ thống điện, và tập trung vào các vấn đề tần số, điều khiển công suất tác dụng, điện áp, điều khiển công suất phản kháng, chất lượng điện (họa tần, mức nhấp nháy điện áp), và đặc biệt về yêu cầu lướt qua sự cố. Từ khóa: năng lượng tái tạo, mức xâm nhập, qui định đấu nối, nhà máy điện mặt trời, khả năng lướt qua sự cố 1. GIỚI THIỆU chiếm tỉ trọng không đáng kể, khi đó cho phép Các nhà máy phát điện mặt trời (NMĐMT) NMĐMT cắt đấu nối trong trường hợp xảy ra theo kĩ thuật quang điện (biến đổi trực tiếp sự cố trên lưới. Qui định này có ảnh hưởng rất năng lượng mặt trời thành năng lượng điện) đáng kể đến thiết kế của các NMĐMT [1]. (photovoltaic power plants) hiện đóng vai trò Thực tế cho thấy việc đấu nối NMĐMT với ngày càng tăng, trong số các nguồn phát năng lưới điện đặt ra nhiều thách thức trong điều lượng tái tạo phân tán được tích hợp vào các khiển và vận hành, vì vậy việc đấu nối này cần nguồn phát điện truyền thống trong hệ thống tuân thủ các QĐĐN quốc gia. Theo SANDIA điện. Đặc điểm của các NMĐMT là hầu hết (Sandia National Laboratories- Hoa Kì) [4] các điện năng được sản xuất ra đều được đấu nối ở hệ thống phát quang điện (HTPQĐ) thường cấp điện áp hạ áp hay trung áp, gần với các hộ được phân loại theo các qui mô: dân dụng tiêu thụ, do đó hầu như không gây ra quá tải (residential), phi dân dụng (non-residential) đối với đường dây truyền tải. Mặt khác, nguồn và qui mô lớn hoặc nhà máy điện (large/ utility điện từ các NMĐMT đều được sản xuất ban scale). Với qui mô dân dụng là HTPQĐ lắp đặt ngày, khi nhu cầu tải đang tăng cao, do đó sản trên mái nhà ở, thường có công suất nhỏ hơn lượng điện được sản xuất sẽ có giá trị cao. Tuy 10 kW. HTPQĐ qui mô phi dân dụng được lắp vậy, mức độ xâm nhập (penetration level) ngày trên các trên nóc các công trình lớn với công càng cao của các NMĐMT đã và đang đặt ra các suất từ vài chục kW đến vài MW, trong khi với vấn đề, và các nguy cơ đến sự mất ổn định của HTPQĐ qui mô lớn hoặc nhà máy điện thường hệ thống điện, đặc biệt trong trường hợp khi có có công suất từ vài chục MW đến vài trăm MW các sự cố trên lưới điện. Các qui định đấu nối [6]. Các NMĐMT có thể được đấu nối với (grid codes) (QĐĐN) hiện nay thường yêu cầu hệ thống điện ở cấp hạ áp hoặc trung áp tùy việc đấu nối các NMĐMT vào lưới điện trung thuộc vào công suất của nhà máy. Các QĐĐN áp tương tự như ở việc đấu nối các nhà máy của Đức và các nước Tây Âu [7] và SANDIA điện truyền thống vào cấp điện áp cao. Điều [4] đề cập đến các yêu cầu kĩ thuật để đấu nối này qui định các NMĐMT được đấu nối vào NMĐMT vào điện áp trung áp, trong khi IEEE mạng trung áp phải có khả năng giúp vào việc 929-2000 [5] chủ yếu với các quy định đấu nối ổn định lưới và không được cắt NMĐMT khỏi của các NMĐMT với lưới điện hạ áp, và được lưới điện trong thời gian xảy ra sự cố trên lưới điều chỉnh thích hợp trong trường hợp đấu nối điện. Yêu cầu này là khác biệt lớn so với các qui vào lưới điện trung áp. định đấu nối trước đây trong tình hình nguồn Bài báo sẽ trình bày các vấn đề và yêu cầu phát từ năng lượng tái tạo vào hệ thống còn liên quan đến việc đấu nối của các NMĐMT BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 1
vào lưới điện theo các QĐĐN khác nhau, chủ 47.5 yếu tại các quốc gia Tây Âu và Hoa Kỳ, tại các 48 < f 47.5 < f Dải tần số 59.4 dụng (liên áp, độ lệch tần số cho phép được cho trong 60.6 tục) Bảng 1, theo các QĐĐN của Đức, Pháp, Tây Ban Nha [1]. < 59.4 > 60.6 3 phút BẢNG 1. Dải tần số làm việc theo QĐĐN tại < 58.4 > 61.6 30 sec Đức, Pháp, Tây Ban Nha khi đấu nối NMĐMT vào lưới điện trung áp < 57.8 - 7.5 sec < 57.3 - 45 chu kì Tây Ban Quốc gia Đức Pháp Nha < 57 > 61.7 Tức thời 2 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019
Theo trên, rõ ràng có sự khác biệt khá nhiều Ở những nước với mức xâm nhập của về qui định độ lệch tần số trong các QĐĐN tại NMĐMT khá cao trong hệ thống điện, theo các quốc gia khác nhau. QĐĐN giới hạn điện áp sẽ như trong Bảng 5, A.2. Độ lệch điện áp khi các NMĐMT đấu nối vào lưới điện hạ áp. Theo IEEE 929-2000, một NMĐMT công Trong Bảng 5, mức tăng điện áp tối đa cho phép suất nhỏ khi đấu nối với lưới điện ở cấp hạ gây ra bởi các HTQĐ cần nhỏ hơn 3% và được áp phải làm việc bình thường trong dải điện tính toán dựa vào công suất ngắn mạch tại điểm áp 106-132V tại điểm nối chung (PCC= point PCC và công suất biểu kiến của NMĐMT [6]. of common coupling), tức 88% đến 110% ở A.3. Điều khiển công suất tác dụng điện áp danh định 120 V. Điều đó có nghĩa là Các QĐĐN yêu cầu 2 chế độ điều khiển NMĐMT sẽ cắt khỏi hệ thống, khi điện áp làm công suất tác dụng khi đấu nối NMĐMT vào việc nằm ngoài các giới hạn này, với thời gian lưới trung áp. Chế độ vận hành 1 là khi nhà cắt đấu nối cho trong Bảng 3. Đối với cấp điện máy hoạt động với công suất phát ra không đổi, áp hạ áp khác với 120 V, tỉ lệ 88% - 110% điện áp trong khi chế độ 2 là khi nhà máy được yêu cầu danh định vẫn được áp dụng. Theo IEC 61727 để tham gia vào việc điều khiển tần số của lưới dải điện áp cho các NMĐMT đấu nối với lưới điện. Trong chế độ 2 cần điều khiển công suất hạ áp là từ 85% đến 110% của điện áp hạ áp phát của NMĐMT bằng cách giảm công suất danh định, với thời gian cắt khỏi lưới điện cho với các mức theo bội số của 10% của công suất trong Bảng 4 khi điện áp làm việc lệch khỏi các định mức. Thông thường, các mức đặt công giới hạn điện áp cho phép. suất là 100%, 60%, 30% và 0% của công suất đặt Bảng 3. Dải điện áp làm việc của QĐĐN theo của NMĐMT [1]. Hình 3 và Hình 4 lần lượt cho IEEE 929-2000 ở cấp hạ áp 120 V, tần số 60 Hz thấy mức giảm công suất phát tác dụng đối với các nhà máy điện năng lượng gió NMĐNLG và Điện áp tại PCC (điện Thời gian cắt lớn NMĐMT theo mức tăng tần số. áp 120 V) nhất (chu kì) V < 50% 6 50% < V < 88.33% 120 88.33% < V < 110% Làm việc bình thường 110% < V < 137.5% 120 V 137.5 % 2 Bảng 4. Dải điện áp làm việc của QĐĐN theo IEC 61627 ở cấp điện áp hạ áp, tần số 60 Hz Thời gian cắt nhỏ Điện áp làm việc nhất (chu kì) Hình 2. Điều khiển công suất tác dụng-tần số đối với V < 50% 5 NMĐNLG 50% < V < 85% 100 85% < V < 110% Làm việc bình thường 110% < V < 135% 100 V > 135% 2.5 Bảng 5. Dải điện áp làm việc tại các quốc gia có mức xâm nhập cao của NMĐMT Đức Tây Ban Nha Pháp 80% < V < 85% < V < 90% < V < Hình 3. Điều khiển công suất tác dụng-tần số đối với 110% 110% 110% NMĐMT BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 3
Về mặt vận hành, khi tần số hệ thống cao tác dụng (Hình 4). hơn hay thấp hơn tần số danh định có nghĩa • công suất phản kháng MVAR không đổi. công suất phát ra của hệ thống đang lớn hơn • công suất phản kháng thay đổi tùy vào hay nhỏ hơn, so với công suất yêu cầu của điện áp (Hình 5 và Hình 6). phụ tải. Trong hệ thống điện làm việc với các nhà máy điện từ nguồn năng lượng tái tạo, với Thông thường, nhà máy phải có khả năng NMĐNLG chẳng hạn, đứng về quan điểm an phát ra công suất phản kháng trong vòng vài ninh và ổn định của hệ thống điện, cần có các nhà máy điện trong hệ thống với mức độ dự trữ quay (spinning reserve) luôn sẵn sàng đáp ứng nhanh khi có sự thay đổi về tần số trên hệ thống, bằng cách giảm hoặc tăng sản lượng của các nhà máy này một cách tự động như trong Hình 2. Đường liền nét trên Hình 2 của QĐĐN cho NMNLG là quan hệ công suất phát theo tần số khi NMNLG làm việc trong chế độ vận hành 1, khi đó nhà máy hoạt động với công suất phát ra không đổi theo giới hạn công suất của nhà máy (capacity limit) cho đến tần số 50.2 Hz, sau đó công suất phát sẽ giảm xuống trong khoảng Hình 4. Quan hệ cosφ theo công suất P của NMĐMT đấu tần số 50.2 đến 51.2 Hz, và hoàn toàn cắt khỏi nối vào lưới trung áp. lưới điện khi tần số lớn hơn 51.3 Hz. Đường đứt nét là khi NMNLG làm việc trong chế độ vận hành 2 theo mức đặt 50% công suất định mức trong dải chết (dead band) 49.7 đến 50.3 Hz, và khi tần số ra ngoài dải này công suất phát ra thay đổi theo tần số, bắt đầu trong dải tần từ 48.7 đến 51.3 Hz. Các yêu cầu này cũng được áp dụng tương tự cho các NMĐMT như trong Hình 3. Hình 3 cho thấy NMĐMT có công suất phát tác dụng được điều khiển theo tần số, và công suất phát NMĐMT phải được giảm theo độ dốc 40%*Pm/ Hz khi tần số tăng cao hơn 100.4% tần số danh định (50.2 Hz, ở Hình 5. Quan hệ dòng phát phản kháng theo độ giảm điện áp phần trăm, theo QĐĐN Đức đối với NMĐMT đấu tần số hệ thống 50 Hz), với Pm là công suất đang nối vào lưới trung áp. phát vào lưới. Công suất phát của nhà máy được điều khiển tăng khi tần số thấp dưới 100.1%. phút và lặp lại, trong trường hợp cần thiết. Khi tần số cao trên 103% hoặc thấp dưới 95%, Để cải thiện điện áp trong trường hợp ngắn NMĐMT phải được cắt khỏi lưới [1]. mạch đối xứng trên lưới, hay khi lưới mang tải A.4. Điều khiển công suất phản kháng lớn ổn định, QĐĐN của Đức cho NMĐMT đấu nối vào lưới trung áp cần phát ra dòng phản Các NMĐMT đấu nối với lưới điện trung kháng theo quan hệ dòng- độ giảm áp phần áp phải có khả năng phát công suất phản kháng trăm, như trong Hình 5 [1]. Đường màu đỏ trên vào lưới điện, tại bất kì điểm làm việc nào, nhằm Hình 5 cho thấy, nếu ngoài dải chết của điện đạt hệ số công suất trong khoảng 0.95 trễ và áp (voltage dead band) trong khoảng 0.9-1.1 0.95 sớm [1,7], để hỗ trợ cho việc ổn định điện Uđm, và khi điện áp giảm nhiều hơn 10% điện áp lưới trong điều kiện làm việc bình thường. áp định mức, bộ điều khiển sẽ phản ứng sao Theo QĐĐN công suất phản kháng được phát cho NMĐMT phải phát dòng phản kháng vào ra trong thời gian NMĐMT làm việc, nghĩa là phía điện áp thấp (trung áp) của máy biến áp nhà máy không có yêu cầu phải phát công suất với giá trị dòng ít nhất bằng 2% giá trị dòng phản kháng về đêm. Điểm đặt công suất phát định mức, cho mỗi phần trăm độ giảm điện áp phản kháng có thể là một trong các chế độ sau [4, 7], và nhà máy phải có khả năng phát dòng [4,7]: phản kháng theo yêu cầu vào lưới trong thời • hệ số công suất cố định. khoảng 20 ms. Trường hợp cần thiết, nhà máy • hệ số công suất thay đổi, tùy theo công suất phải có khả năng cung cấp dòng phản kháng 4 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019
bằng 100% dòng điện định mức. Trong trường A.6.1 Họa tần hợp sự cố không đối xứng, dòng phát phản Các thành phần họa tần trong dòng điện kháng không được vượt quá các giá trị gây ra phát ra bởi NMĐMT phải phù hợp với điều 10 điện áp cao hơn 110% điện áp danh định, đối của IEEE Std. 519-1992 [9]. Các giới hạn họa với các pha không bị sự cố. tần được tóm tắt như sau: Theo QĐĐN Tây Ban Nha, quan hệ dòng phát phản kháng theo thay đổi điện áp được xác • Phần trăm tổng méo dạng dòng họa tần tại định bởi đường gãy ABCD (Hình 6). Trong điều PCC phải nhỏ hơn 5%, so với dòng họa tần cơ kiện quá áp dòng phản kháng được xác định bản ở công suất định mức biến tần. bởi đoạn D’C’, đối xứng với đoạn CD của đường • Giới hạn thành phần dòng họa tần riêng lẻ ABCD. Rơle điều khiển tác động cắt NMĐMT được liệt kê trong Bảng 6, ở các mức điện áp khác khỏi lưới khi điện áp làm việc vượt quá 1.3 p.u nhau từ 120 V đến 69 kV và lớn hơn. Thành điện áp danh định. phần dòng họa tần bậc chẵn phải nhỏ hơn 25% Khi NMĐMT đấu nối với lưới điện hạ áp, giới hạn họa tần bậc lẻ cho trong Bảng 6. nhà máy phải làm việc ở hệ số công suất cao hơn 0.85 (trễ hay sớm) khi công suất phát tác Các giới hạn trên là cho các biến tần 6 xung, dụng lớn hơn hơn 10% công suất định mức. tuy vậy Tiêu chuẩn IEEE [9] cũng đưa ra công Thông thường, hầu như các bộ biến tần trong thức chuyển đổi cho các biến tần có số xung NMĐMT được thiết kế để làm việc với hệ số lớn hơn 6, cũng cho các giới hạn họa tần khác công suất gần bằng 1. Một số HTQĐ với thiết nhau cho các cấp điện áp khác nhau tại điểm kế đặc biệt để phát công suất phản kháng nằm PCC (Bảng 7). ngoài giới hạn trên cần được sự đồng ý của cơ quan quản lí hệ thống điện [5]. Bảng 6. Giới hạn dòng họa tần theo IEEE 929- 1992 đối với biến tần 6 xung Họa tần bậc lẻ Giới hạn méo dạng Bậc 3 – Bậc 9 < 4.0% Bậc 11- Bậc 15 < 2.0% Bậc 17- Bậc 21 < 1.5% Bậc 23- Bậc 33 < 0.6% Bậc họa tần> 33 < 0.3% Bảng 7. Giới hạn điện áp họa tần theo IEEE 519-1992 Giới hạn méo Tổng méo Điện áp tại dạng điện áp dạng điện áp PCC Hình 6. Quan hệ dòng phản kháng NMĐMT phát vào riêng lẻ (%) (THD %) lưới trung áp theo thay đổi điện áp, theo QĐĐN của 69 KV và 3.0 5.0 Tây Ban Nha dưới 69 kV 69.001 KV A.5. Giới hạn dòng ngắn mạch 1.5 2.5 đến 161 KV Dòng điện ngắn mạch có thể vượt quá giới Lớn hơn hạn qui định tại điểm đấu nối của NMĐMT. 1.0 1.5 161.001 KV Với các nhà máy điện thông thường với các máy phát đồng bộ, dòng ngắn mạch có thể lên đến 8 lần dòng định mức, tuy vậy với một NMĐMT, A.6.2 Nhấp nháy điện áp dòng điện ngắn mạch không khác nhiều với Mức nhấp nháy điện áp (voltage flicker) dòng định mức [6]. Do đó, không cần đến biểu hiện cho sự thay đổi có tính chu kì của thiết bị giới hạn dòng điện ngắn mạch cho các biên độ điện áp ảnh hưởng đến thay đổi cường NMĐMT. độ sáng của đèn sợi đốt, và có thể ảnh hưởng A.6. Chất lượng điện đến hoạt động của một số thiết bị điện như máy tính, thiết bị đo lường và thiết bị liên lạc. Bất BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 5
kỳ mức nhấp nháy điện áp nào do việc đấu nối khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất 01 tuần) và của các biến tần vào hệ thống đều không được 95% số vị trí đo Plt không vượt quá giá trị này. phép vượt quá giới hạn cho phép. Trong Hình 7 B. Trong điều kiện xảy ra sự cố trên lưới [1], mức nhấp nháy khi NMĐMT làm việc với Hiện nay các QĐĐN đều yêu cầu khả năng lưới điện không được vượt quá đường bao gây lướt qua sự cố (fault ride-through capability= khó chịu cho việc nhìn (irritation border lines), FRT) đối với các NMĐMT công suất lớn đấu nối nhằm giảm thiểu các hiệu ứng gây hại cho người vào lưới điện trung áp, với mục đích NMĐMT sử dụng trên hệ thống điện. vẫn phải làm việc với lưới điện trong thời gian sự cố thoáng qua trên lưới, và đồng thời hỗ trợ Trong điều kiện vận hành bình thường, mức ổn định lưới. Trước đây, khi mức độ xâm nhập nhấp nháy điện áp tại mọi điểm đấu nối không của nhà máy điện năng lượng tái tạo vào hệ được vượt quá giới hạn quy định cho trong thống điện là chưa đáng kể, các QĐĐN thường Bảng 8 [2], trong đó: không đặt ra yêu cầu về FRT. Ngày nay, khi mà khi mức độ xâm nhập của nhà máy điện năng a) Mức nhấp nháy điện áp ngắn hạn (Pst) là lượng tái tạo vào hệ thống điện ngày càng tăng giá trị đo được trong khoảng thời gian 10 phút lên, việc một NMĐMT công suất tương đối lớn bằng thiết bị đo tiêu chuẩn theo IEC 868. Pst95% lại bị cắt ra khỏi lưới ngay khi có sự cố xảy ra, là ngưỡng giá trị của Pst sao cho trong khoảng thay vì lẽ ra phải tiếp tục làm việc trên lưới và 95 % thời gian đo (ít nhất một tuần) và 95 % số giúp hệ thống quay về điểm hoạt động ở trạng vị trí đo Pst không vượt quá giá trị này; thái ổn định, rõ ràng sẽ dẫn đến sự ổn định lưới bị ảnh hưởng theo chiều hướng càng xấu hơn. Vì thế yêu cầu FRT có liên quan mật thiết đến cách thức NMĐMT phải tiếp tục làm việc trong trường hợp điện áp trên hệ thống điện giảm thấp do sự cố là nhằm duy trì tính ổn định lưới, độ tin cậy và an ninh hệ thống điện. Thường yêu cầu FRT được mô tả qua một đường cong cho trong QĐĐN, với dạng cơ bản như trong Hình 8 [6]: với các điểm làm việc nằm trên đường liền nét, NMĐMT vẫn đấu nối với lưới điện, trong khi với các điểm làm việc nằm dưới đường liền nét, NMĐMT sẽ phải cắt ra khỏi lưới điện. Tuy vậy, tại mỗi quốc gia QĐĐN lại có thể thêm các ràng buộc khác cho đường Hình 7. Đường cong giới hạn của mức nhấp nháy điện áp cong FRT, cho việc đấu nối và cắt khỏi lưới điện của nhà máy. Bốn tham số chính qui định các Bảng 8. Mức nhấp nháy điện áp đối với lưới yêu cầu FRT: điện áp nhỏ nhất trong thời gian phân phối diễn ra sự cố (Vmin), thời gian diễn ra sự cố, thời gian phục hồi điện áp và điện áp trạng thái ổn định (Vss) (Hình 8). Các yêu cầu về FRT được Cấp điện áp Mức nhấp nháy cho phép áp dụng cho cả NMĐNLG và NMĐMT. Đối với NMĐNLG, các thông số FRT theo Pst95% = 0.80 110 kV một số QĐĐN đựợc cho trong Bảng 9, và Hình Plt95% = 0.60 9 thể hiện các giới hạn FRT đối với NMĐMT Pst95% = 1.00 theo QĐĐN của các quốc gia (Đức, Ý, Tây Ban Trung áp và hạ áp Nha, Hoa Kì, Úc, Đan Mạch, Nhật Bản), và Hình Plt95% = 0.80 10 cho QĐĐN của Đức (hiện nay là qui định có b) Mức nhấp nháy điện áp dài hạn (Plt) được tính nghiêm ngặt nhất). Theo Hình 10, NMĐMT tính từ 12 kết quả đo Pst liên tiếp (trong khoảng không được cắt khỏi lưới khi điểm làm việc nằm thời gian 02 giờ), theo công thức: trên đường biên 1, nghĩa là nhà máy sẽ không 1 2 được cắt ra ngay cả khi điện áp giảm xuống mức 1 0% của điện áp danh định trong khoảng thời Plt = 3 1 2 ∗ ∑P j =1 3 stj gian 150 ms sau thời điểm xảy ra sự cố (fault occurrence), tức 7.5 chu kỳ đối với 50Hz. Thời Plt95% là ngưỡng giá trị của Plt sao cho trong gian phục hồi điện áp không được vượt quá 1500 6 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019
ms (75 chu kỳ trên hệ thống 50Hz) với mức điện áp tối thiểu cho phép khi quay về trạng thái ổn định bằng 90% điện áp định mức. Bên dưới đường biên 3 (liền nét, màu xanh biển) không có yêu cầu duy trì đấu nối với lưới điện. Trong khu vực nằm trên đường 2 và dưới đường 1, có các tùy chọn sau tùy theo thỏa thuận với trung tâm điều độ hệ thống điện: hoặc vẫn tiếp tục phát điện khi có sự cố ngắn mạch, hoặc thực hiện cắt mạch trong thời gian ngắn, tối đa 2 giây, hoặc Hình 9. So sánh các đường cong FRT theo các QĐĐN khác nhau. đường 2 có thể được thay đổi, tùy vào quan điểm đấu nối. Dưới đường biên 2 có thể chấp nhận cắt Bảng 9. Các yêu cầu FRT đối với NMĐNLG tùy mạch NMĐMT trong thời gian ngắn hay kéo dài. theo QĐĐN tại các quốc gia C. Yêu cầu tích hợp SCADA Thời Điện áp Thời QĐĐN yêu cầu về đảm bảo thông tin liên nhỏ nhất gian lạc giữa NMĐMT và công ti quản lí lưới điện Thời gian gian sự QĐĐN sự cố cố (% điện phục truyền tải nhằm bảo đảm độ tin cậy của hệ thống. áp danh Các dữ liệu trên hệ thống SCADA được chia sẻ (ms) (chu kì, định hồi điện với mục đích giám sát theo thời gian thực các 50 Hz) Vnom) áp (sec) hoạt động và điều khiển (đóng, cắt, điều phối Đức 150 7.5 0 1.5 công suất phát,…), đánh giá trạng thái nhằm xác định độ ổn định thời gian thực, sơ đồ ứng Đan 100 5 25 10 cứu khi sự cố, truyền thông, các vấn đề an toàn Mạch (đóng/cắt thiết bị). Hệ thống SCADA nội bộ Tây Ban 500 25 20 1 trong NMĐMT bao gồm bộ thu thập dữ liệu, Nha RTU, bộ truyền thông có khả năng đo lường và thu thập dữ liệu về nhiệt độ các tấm pin, bức xạ mặt trời, điện áp và dòng điện một chiều, điện áp và dòng điện xoay chiều của biến tần, trạng thái các rơle,… Bộ thu thập dữ liệu bao gồm các biến dòng (DCT và ACT), biến điện áp và bộ phận truyền thông RS485 hay Ethernet như trên Hình 12 [10]. Hình 11 cho thấy đường cong yêu cầu FRT theo các QĐĐN NERC PRC-024-1 Hình 10. Các thông số theo yêu cầu FRT theo QĐĐN Đức. D. Quy định kỹ thuật đấu nối nguồn phân tán vào hệ thống điện tại Việt Nam Hiện nay, Việt Nam chưa ban hành Quy trình hướng dẫn chi tiết về yêu cầu kỹ thuật cho việc đấu nối các nhà máy điện sử dụng nguồn năng lượng mặt trời nói riêng, nhà máy điện sử dụng nguồn năng lượng tái tạo nói chung. Các chỉ tiêu kỹ thuật cho việc đấu nối điện mặt trời đang được xác định theo Thông tư số 39/2015/ TT-BCT ban hành ngày 18/11/2015 về Quy định hệ thống điện phân phối, và Thông tư số 25/2016/TT-BCT ban hành ngày 30/11/2016 về Quy định hệ thống điện truyền tải. Sau đây là trích dẫn Mục 4 về yêu cầu kỹ thuật đối với nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời, Điều 42 Hình 8. Dạng tổng quát đường cong lướt qua sự cố (FRT) Thông tư 39/2015/TT-BCT [2]. BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 7
Mục 4. YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI khiển phù hợp với sự biến đổi của nguồn năng NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ, NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT lượng sơ cấp trong thời gian không quá 30 giây TRỜI với độ sai số trong dải ± 1% công suất định mức, Điều 42. Yêu cầu kỹ thuật đối với nhà máy cụ thể như sau: điện gió, nhà máy điện mặt trời - Phát công suất theo đúng lệnh điều độ 1. Nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời trong trường hợp nguồn sơ cấp biến thiên bằng phải có khả năng duy trì vận hành phát công hoặc lớn hơn giá trị dự báo; suất tác dụng trong dải tần số từ 49 Hz đến 51 - Phát công suất lớn nhất có thể trong Hz theo các chế độ sau: trường hợp nguồn sơ cấp biến thiên thấp hơn a) Chế độ phát tự do: Vận hành phát điện giá trị dự báo. công suất lớn nhất có thể theo sự biến đổi của nguồn năng lượng sơ cấp (gió hoặc mặt trời); 2. Trong chế độ vận hành bình thường, nhà máy điện gió và nhà máy điện mặt trời phải có b) Chế độ điều khiển công suất phát khả năng phát công suất tác dụng và đảm bảo không bị ảnh hưởng do điện áp tại điểm đấu nối Nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời thay đổi trong dải cho phép quy định tại Điều 6 phải có khả năng điều chỉnh phát công suất tác của Thông tư này. dụng theo lệnh của Cấp điều độ có quyền điều 3. Nhà máy điện gió, 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 10. 4. Khi tần số hệ thống điện lớn hơn 51 Hz, nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời phải giảm công suất tác dụng với tốc độ không nhỏ hơn 1% công suất định mức mỗi giây. Mức giảm công suất tương ứng với tần số được xác định theo công thức sau, trong đó: Bảng 10. Thời gian tối thiểu duy trì vận hành phát điện của nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời tương ứng với các dải tần số của hệ thống điện Dải tần số của Thời gian hệ thống điện duy trì tối thiểu Từ 47.5 HZ đến 48,0 Hz 10 phút Trên 48 Hz đến dưới 49 Hz 30 phút Hình 11. Yêu cầu FRT theo QĐĐN (NERC) PRC-024-1 Từ 49 Hz đến 51 Hz Phát liên tục Trên 51 Hz đến 51.5 Hz 30 phút Trên 51.5 Hz đến 52 Hz 01 phút - ΔP: Mức giảm công suất phát tác dụng (MW); - Pm: Công suất tác dụng tương ứng với thời điểm trước khi thực hiện giảm công suất (MW); - fn: Tần số hệ thống điện trước khi thực hiện giảm công suất (Hz). 5. Nhà máy điện gió và nhà máy điện mặt trời phải có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng và điện áp như sau: Hình 12. SCADA trong NMĐMT a) Trường hợp nhà máy điện phát công suất 8 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019
tác dụng lớn hơn hoặc bằng 20 % công suất trì vận hành phát điện trong thời gian 0.5 giây. tác dụng định mức và điện áp trong dải vận 7. Nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời hành bình thường, nhà máy điện phải có khả phải đảm bảo không gây ra thành phần thứ tự năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng nghịch của điện áp pha tại điểm đấu nối quá 1 trong dải hệ số công suất 0.95 (ứng với chế độ % điện áp danh định. Nhà máy điện gió, nhà phát công suất phản kháng) đến 0.95 (ứng với máy điện mặt trời phải có khả năng chịu được chế độ nhận công suất phản kháng) tại điểm thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha tại đấu nối (PCC) ứng với công suất định mức; điểm đấu nối tới 3 % điện áp danh định đối với b) Trường hợp nhà máy điện phát công cấp điện áp từ 220 kV trở lên. suất tác dụng nhỏ hơn 20 % công suất định 8. Tổng mức biến dạng sóng hài do nhà máy mức, nhà máy điện có thể giảm khả năng nhận điện gió, nhà máy điện mặt trời gây ra tại điểm hoặc phát công suất phản kháng phù hợp với đấu nối không vượt quá giá trị 3 %. đặc tính của tổ máy phát điện; 9. Mức nhấp nháy điện áp do nhà máy điện c) Trường hợp điện áp tại điểm đấu nối gió, nhà máy điện mặt trời gây ra tại điểm đấu trong dải ± 10 % điện áp định mức, nhà máy nối không được vượt quá giá trị quy định tại điện phải có khả năng điều chỉnh điện áp tại Điều 9 Thông tư này. điểm đấu nối với độ sai lệch không quá ± 0.5 Bảng 11. Mức nhấp nháy điện áp đối với % điện áp định mức (so với giá trị đặt điện áp) lưới truyền tải trong toàn bộ dải làm việc cho phép của tổ máy phát điện và hoàn thành trong thời gian Cấp điện áp Plt95% Pst95% không quá 02 phút; d) Trường hợp điện áp tại điểm đấu nối 220, 500 kV 0,6 0,8 biến thiên ngoài dải ±10 % điện áp định mức, nhà máy điện phải có khả năng điều chỉnh Trong đó: Plt95% là ngưỡng giá trị của Plt sao công suất phản kháng ở mức tối thiểu 2 % so cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất 01 với công suất phản kháng định mức tương ứng tuần) và 95 % số vị trí đo Plt không vượt quá với mỗi % điện áp biến thiên tại điểm đấu nối. giá trị này; Pst95% là ngưỡng giá trị của Pst sao 6. Nhà máy điện gió, nhà máy điện mặt trời cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất 1 tại mọi thời điểm đang nối lưới phải có khả tuần) và 95 % số vị trí đo Pst không vượt quá năng duy trì vận hành phát điện tương ứng với giá trị này. dải điện áp tại điểm đấu nối trong thời gian như sau: III. ĐÁNH GIÁ VỀ NHỮNG QUY ĐỊNH a) Điện áp dưới 0.3 pu, thời gian duy trì tối KĨ THUẬT ĐỐI VỚI NGUỒN ĐIỆN thiểu là 0.15 giây; PHÂN TÁN b) Điện áp từ 0.3 pu đến dưới 0.9 pu, thời Về cơ bản, quy định kĩ thuật đối với nguồn gian duy trì tối thiểu được tính theo công thức điện phân tán khi đấu nối vào lưới điện phân sau: phối của Việt Nam được thể hiện trong thông Tmin = 4U – 0.6, trong đó: tư 39/2015/TT-BCT đã đáp ứng được những - Tmin (giây): Thời gian duy trì phát điện tối yêu cầu cần thiết khi đấu nối nguồn điện phân thiểu; tán vào lưới phân phối trung áp. Đánh giá về - U (pu): Điện áp thực tế tại điểm đấu nối những yêu cầu kĩ thuật khi đấu nối nguồn điện tính theo đơn vị pu. phân tán vào hệ thống điện của Việt Nam và một số quốc gia trên thế giới được trình bày c) Điện áp từ 0.9 pu đến dưới 1.1 pu, nhà như sau [3]: máy điện gió và nhà máy điện mặt trời phải duy trì vận hành phát điện liên tục; 1. Tiêu chuẩn về tần số d) Điện áp từ 1.1 pu đến dưới 1.15 pu, nhà Thông tư 39/2015/TT-BCT quy định dải máy điện gió và nhà máy điện mặt trời phải duy tần số làm việc bình thường của nguồn điện trì vận hành phát điện trong thời gian 3 giây; phân tán rộng hơn so với tiêu chuẩn của Hoa Kì e) Điện áp từ 1.15 pu đến dưới 1.2 pu, nhà nhưng lại hẹp hơn so với tiêu chuẩn của một số máy điện gió và nhà máy điện mặt trời phải duy quốc gia Tây và Bắc Âu. BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 9
2. Tiêu chuẩn về điện áp lưới điện phân phối của Việt Nam được thể Thông tư 39/2015/TT-BCT quy định dải hiện trong thông tư trên có thể đáp ứng được điện áp làm việc của nguồn điện phân tán tại những yêu cầu cần thiết khi đấu nối nguồn điểm đấu nối nhà máy điện với lưới điện là điện phân tán vào lưới phân phối trung áp. +10% và -5%. Trong khi Hoa Kì, Anh và các quốc gia Bắc Âu quy định dải làm việc bình thường này là +5% và -10%. Như vậy quy định TÀI LỆU THAM KHẢO về dải điện áp làm việc của nhà máy điện trong lưới phân phối không chỉ gây khó khăn cho vận [1]. Overview of Grid Code and Operational hành nguồn điện phân tán đấu nối vào lưới Requirements of Grid-Connected Solar PV điện trung áp (giới hạn dưới cao) mà còn có thể Power Plants; H. Khairy1, M. EL-Shimy, G. Hashem; Industry Academia Collaboration ảnh hưởng đến chất lượng điện năng cung cấp Conference (IAC), 2015, Energy and Sustainable cho khách hàng trên lưới trung áp ( giới hạn Development Track, Apr 6-8, Cairo- Egypt, trên cao). http://www.iacconf.com/ 3. Yêu cầu về hệ thống bảo vệ [2]. Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Mặc dù yêu cầu về hệ thống bảo vệ giữa các Thương quốc gia không có sự thống nhất nhưng các [3]. Đề Tài “Đánh Giá Ảnh Hưởng của Nhà quốc gia này đều yêu cầu nguồn điện phân tán Máy Điện Mặt Trời Đầm An Khê Đến Lưới Điện phải trang bị một số loại bảo vệ với thông số Khu Vực Quảng Ngãi”; Trương Ngọc Trọng; cụ thể. Trong khi đó thông tư 39/2015/TT-BCT tháng 04.2018, Đại Học Đà Nẵng. chưa đề cập đến những yêu cầu này. Thông tư 39/2015/TT-BCT đưa việc trang bị hệ thống [4]. Utility-Scale Photovoltaic Procedures and bảo vệ của nguồn điện phân tán là thỏa thuận Interconnection Requirements, A. Ellis, et al., giữa đơn vị phân phối điện và khách hàng. Sandia Report SANDIA 2012- 2090, February 2012. 4. Tiêu chuẩn về chất lượng điện [5]. IEEE Recommended Practice for Utility Các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng được Interface of Photovoltaic (PV) Systems- IEEE Std trình bày trong thông tư 39/2015/TT-BCT đã 929-2000 , bám sát với các tiêu chuẩn quốc tế mà nhiều quốc gia đang áp dụng và phù hợp với điều kiện [6]. IEC 61727 Photovoltaic (PV) Systems- thực tế của Việt Nam. Characteristics of the Utility Interface, International Electrotechnical Commission, IV. KẾT LUẬN 2004. Hiện nay các QĐĐN cho NMĐMT tại [7]. New German Grid Codes for Connecting một số quốc gia qui định các yêu cầu chi PV Systems to the Medium Voltage Power tiết về mặt kĩ thuật khi các nhà máy điện Grid; E. Troester; 2nd International Workshop từ nguồn năng lượng tái tạo được đấu nối on Concentrating Photovoltaic Power Plants: vào lưới điện trung hay hạ áp. Các qui định Optical Design, này phản ánh mức xâm nhập ngày càng tăng của các nguồn phát năng lượng tái tạo vào Production, Grid Connection, 2009. hệ thống điện. Nhìn chung, các QĐĐN đều [8]. Draft on Generator Frequency and tập trung vào các vấn đề: điều khiển tần số/ Voltage Protective Relay Settings (2013), Std. công suất tác dụng, điện áp/ công suất phản N.E.R.C. PRC-024-1/Draft 6. kháng, chất lượng điện (họa tần, mức nhấp [9]. IEEE Recommended Practices and nháy điện áp), và đặc biệt về yêu cầu lướt qua Requirements for Harmonic Control in Electrical sự cố FRT. Các QĐĐN được trình bày trong Power Systems, IEEE Std 519-1992, pp.1- 112, thông tư 39/2015/TT-BCT tương đối bám sát 1993. với các tiêu chuẩn quốc tế mà nhiều quốc gia [10]. IEEE Guide for Monitoring, Information đang áp dụng và phù hợp với điều kiện thực Exchange, and Control of Distributed Resources tế của Việt Nam, và cơ bản, quy định kĩ thuật Interconnected with Electric Power Systems, đối với nguồn điện phân tán khi đấu nối vào IEEE Std 1547.3-2007, pp.1-158, 2007. 10 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019