Nghiên cứu điều kiện áp và công suất phản kháng trong lưới điện phân phối khi có sự tham gia của điện mặt trời mái nhà tại KCN Long Mỹ

BBỘỘ GIÁO D GIÁO DỤỤC VÀ ĐÀO TAO C VÀ ĐÀO TAO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

LÊ VĂN TRUNG

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Ngô Minh Khoa

i

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, đƣợc thực hiện dƣới

sự hƣớng dẫn khoa học của TS. Ngô Minh Khoa - Khoa Kỹ thuật và Công

nghệ, Trƣờng Đại học Quy Nhơn. Các số liệu, những kết luận nghiên cứu

đƣợc trình bày trong luận văn này hoàn toàn trung thực.

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này.

Tác giả luận văn

Lê Văn Trung

ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý Thầy, Cô trong Trƣờng Đại

Học Quy Nhơn đã giúp đỡ và dìu dắt, truyền đạt cho tôi những kiến thức và

kinh nghiệm quý báu nhất trong suốt quá trình tôi học tập ở trƣờng.

Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tất cả quý Thầy, Cô trong khoa Kỹ

thuật & Công nghệ và đặc biệt là thầy Ngô Minh Khoa đã tận tình hƣớng dẫn,

giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

này. Tôi xin cảm ơn gia đình, những ngƣời thân và đồng nghiệp đã cho tôi

những điều kiện tốt nhất để học tập trong thời gian dài.

Ngoài ra tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả những ngƣời bạn của tôi, những

ngƣời đã cùng gắn bó, cùng học tập và giúp đỡ tôi trong những năm qua cũng

nhƣ trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.

Bình Định, ngày … tháng … năm 2022

Tác giả luận văn

Lê Văn Trung

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................ii

MỤC LỤC........................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...................................................................vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ........................................................................viii

MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1

1. Lý do chọn đề tài....................................................................................... 1

2. Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài...................................................... 2

3. Mục đ ch và nhiệm vụ nghiên cứu............................................................ 2

4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................. 2

5. Phƣơng pháp nghiên cứu........................................................................... 3

CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

TỈNH BÌNH ĐỊNH............................................................................................ 4

1.1. QUY HOẠCH VÀ PHÁT TRIỂN ĐIỆN LỰC BÌNH ĐỊNH............... 4

1.1.1. Định hƣớng quy hoạch phát triển lƣới điện .................................... 4

1.1.2. Quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội địa phƣơng .......................... 5

1.2. LƢỚI ĐIỆN 110KV TỈNH BÌNH ĐỊNH .............................................. 7

1.2.1. Trạm biến áp 110kV........................................................................ 7

1.2.2. Đƣờng dây 110kV........................................................................... 9

1.2.3. Tiến độ thực hiện các TBA 110kV theo phê duyệt ........................ 9

1.2.4. Tiến độ thực hiện các nhà máy ĐMT, ĐG theo phê duyệt............. 9

1.2.5. Quy hoạch các TBA 110kV theo phê duyệt ................................. 12

1.3. LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP TỈNH BÌNH ĐỊNH.................................... 12

1.3.1. Lƣới 35kV..................................................................................... 12

iv

1.3.2. Lƣới 22kV..................................................................................... 13

1.3.3. Tiến độ thực hiện xây dựng mới lƣới điện 22kV tại các dự án đã

phê duyệt, triển khai thi công năm 2022................................................. 13

1.3.4. Quy hoạch xây dựng lƣới điện 22kV theo phê duyệt ................... 13

1.4. LIÊN KẾT LƢỚI ĐIỆN VỚI CÁC TỈNH........................................... 13

1.4.1. Liên kết lƣới điện với Quảng Ngãi ............................................... 13

1.4.2. Liên kết lƣới điện với Phú Yên..................................................... 13

1.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1..................................................................... 14

CHƢƠNG 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP VÀ CÔNG

SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .................................... 15

2.1. CÁC THIẾT BỊ BÙ CSPK .................................................................. 15

2.1.1. Tụ điện tĩnh................................................................................... 15

2.1.2. Máy bù đồng bộ.............................................................................. 15

2.1.3. Các thiết bị FACTS..................................................................... 15

2.2. PHƢƠNG PHÁP BÙ CSPK................................................................ 19

2.2.1. Theo vị trí lắp tụ bù....................................................................... 20

2.2.2. Theo cách đóng cắt tụ bù .............................................................. 21

2.3. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HTĐ.............................................. 22

2.3.1. Các phƣơng pháp điều chỉnh điện áp............................................ 22

2.3.2. Các thiết bị điều chỉnh điện áp...................................................... 24

2.3.3. Các loại điều chỉnh điện áp........................................................... 24

2.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2..................................................................... 35

CHƢƠNG 3 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA ĐMTMN ĐẾN THÔNG SỐ

VẬN HÀNH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KCN LONG MỸ........................... 36

3.1. GIỚI THIỆU CÔNG CỤ MÔ PHỎNG ............................................... 36

3.1.1. Các chức năng ứng dụng............................................................... 37

3.1.2. Các phân hệ của PSS/ADEPT....................................................... 38

v

3.1.3. Các cửa sổ ứng dụng của PSS/ADEPT......................................... 38

3.1.4. Khóa cứng ..................................................................................... 40

3.2. CÁC TIÊU CHUẨN NỐI LƢỚI ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐMT.......... 40

3.2.1. Tần số ............................................................................................ 40

3.2.2. Điện áp .......................................................................................... 41

3.2.3. Cân bằng pha................................................................................. 42

3.2.4. Sóng hài......................................................................................... 43

3.3. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC BÌNH THƢỜNG KHI CHƢA CÓ ĐMTMN.. 44

3.4. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC BÌNH THƢỜNG KHI CÓ ĐMTMN............... 48

3.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3..................................................................... 56

CHƢƠNG 4 ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KCN LONG MỸ .................................. 57

4.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VOLT-VAR........ 57

4.2. XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN VOLT-VAR CONTROL

(VVC) TRONG HỆ TRỤC TỌA ĐỘ DQ0 ................................................ 59

4.2.1. Bộ điều khiển dòng ....................................................................... 59

4.2.2. Xác định idref .................................................................................. 65

4.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ...................................................................... 66

4.3.1. Điều khiển điện áp kết lƣới Vpcc (chế độ tự vận hành)................... 67

4.3.2. Chế độ điều khiển từ xa................................................................. 69

4.3.3. Chế độ điều khiển từ xa - iqref........................................................ 73

4.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 4..................................................................... 74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 76

1. Kết luận ................................................................................................... 76

2. Kiến nghị................................................................................................. 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 77

vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HTĐ Hệ thống điện

LĐPP Lƣới điện phân phối

MBA Máy biến áp

CLĐN Chất lƣợng điện năng

TBA Trạm biến áp

CSPK Công suất phản kháng

CSTD Công suất tác dụng

ĐMT Điện mặt trời

ĐMTMN Điện mặt trời mái nhà

NLTT Năng lƣợng tái tạo

CCN Cụm công nghiệp

KCN Khu công nghiệp

ĐG Điện gió

TTCS Tổn thất công suất

PĐ Phân đoạn

MC Máy cắt

DCL Dao cách ly

VVC Điều khiển Volt-Var

EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam

MPPT Bám điểm công suất cực đại

CLĐA Chất lƣợng điện áp

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Khối lƣợng lƣới truyền tải dự kiến xây dựng theo từng giai đoạn... 9

Bảng 1.2. Tiến độ thực hiện các nhà máy ĐMT, ĐG theo phê duyệt............. 10

Bảng 1.3. Quy hoạch các TBA 110kV theo phê duyệt................................... 12

Bảng 1.4. Quy hoạch xây dựng lƣới điện 22kV theo phê duyệt..................... 13

Bảng 3.1. Qui định về dải tần số theo TT 39/2015/TT-BCT.......................... 41

Bảng 3.2. Qui định về sóng hài điện áp đối với lƣới điện trung áp. ............... 43

Bảng 3.3. Qui định về sóng hài dòng điện đối với lƣới điện trung áp............ 43

Bảng 3.4. Qui định về mức nhấp nháy điện áp đối với lƣới điện trung áp..... 44

Bảng 3.5. Trào lƣu và TTCS trên lƣới điện trung áp KCN Long Mỹ. ........... 46

Bảng 3.6. Điện áp các nút trên các xuất tuyến trung áp KCN Long Mỹ. ....... 47

Bảng 3.7. Công suất đặt ĐMTMN đấu nối vào lƣới điện KCN Long Mỹ. .... 48

Bảng 3.8. Trào lƣu và TTCS trên lƣới điện trung áp KCN Long Mỹ. ........... 54

Bảng 3.9. Điện áp các nút trên các xuất tuyến trung áp KCN Long Mỹ. ....... 55

Bảng 4.1. Giá trị PI bộ điều khiển dòng (current controller).......................... 64

Bảng 4.2. Giá trị PI trong bộ điều khiển áp Vdc. ............................................. 66

Bảng 4.3. Giá trị PI trong bộ điều khiển áp Vpcc. ............................................ 68

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc của SSSC................................................................. 16

Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc của TCSC. ............................................................... 17

Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc UPFC....................................................................... 18

Hình 2.4. Sơ đồ cấu trúc của SVC.................................................................. 18

Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc của STATCOM....................................................... 19

Hình 2.6. Sơ đồ thể hiện vị trí lắp bù .............................................................. 20

Hình 2.7. Sơ đồ thay thế.................................................................................. 25

Hình 2.8. Biểu đồ biến thiên điện áp............................................................... 26

Hình 2.9. Bố trí thiết bị bù. ............................................................................. 27

Hình 2.10. Bù dọc. .......................................................................................... 30

Hình 3.1. Nút khởi tạo phần mềm PSS/ADEPT. ............................................ 37

Hình 3.2. Cửa sổ View trong PSS/ADEPT..................................................... 39

Hình 3.3. Các thanh chức năng ch nh trong PSS/ADEPT.............................. 40

Hình 3.4. Hệ thống ĐMT hòa lƣới.................................................................. 40

Hình 3.5. Đặc t nh vƣợt qua lỗi sụt áp ngắn hạn............................................. 42

Hình 3.6. Trào lƣu công suất XT 471/Long Mỹ khi chƣa có ĐMTMN. ........ 44

Hình 3.7. Trào lƣu công suất XT 472/Long Mỹ khi chƣa có ĐMTMN. ........ 45

Hình 3.8. Trào lƣu công suất XT 473/Long Mỹ khi chƣa có ĐMTMN. ........ 45

Hình 3.9. Trào lƣu công suất XT 474/Long Mỹ khi chƣa có ĐMTMN. ........ 46

Hình 3.10. Biểu đồ công suất phát ngày điển hình ĐMTMN Nhật Kiên. ...... 50

Hình 3.11. Biểu đồ công suất phát ngày điển hình ĐMTMN Phƣơng Đông. 51

Hình 3.12. Công suất phát khi ảnh hƣởng thời tiết của ĐMT Nhật Kiên....... 51

Hình 3.13. Công suất phát khi ảnh hƣởng thời tiết của ĐMT Phƣơng Đông. 52

Hình 3.14. Trào lƣu công suất XT 471/Long Mỹ khi có ĐMTMN................ 52

Hình 3.15. Trào lƣu công suất XT 472/Long Mỹ khi có ĐMTMN................ 53

ix

Hình 3.16. Trào lƣu công suất XT 473/Long Mỹ khi có ĐMTMN................ 53

Hình 3.17. Trào lƣu công suất XT 474/Long Mỹ khi có ĐMTMN................ 54

Hình 4.1. Tam giác công suất.......................................................................... 58

Hình 4.2. Sơ đồ điều khiển VVC tức thời....................................................... 59

Hình 4.3. Véctơ quay trong hệ dq0. ................................................................ 60

Hình 4.4. Lƣu đồ trong matlab của công thức (4.19), (4.20).......................... 62

Hình 4.5. Lƣu đồ matlab công thức (4.28), (4.29).......................................... 63

Hình 4.6. Thu gọn lƣu đồ. ............................................................................... 63

Hình 4.7. Giá trị id và giá trị đặt idref khi kp = 0.3 và ki = 20. .......................... 65

Hình 4.8. Lƣu đồ điều khiển idref ..................................................................... 66

Hình 4.9. Điện áp trên tụ DC-link. .................................................................. 67

Hình 4.10. Lƣu đồ điều khiển iref bằng Vpcc. ................................................... 67

Hình 4.11. Điện áp kết lƣới Vpcc...................................................................... 68

Hình 4.12. Dòng điện trục q iqref...................................................................... 69

Hình 4.13. Đặc tuyến Volt-Var. ...................................................................... 69

Hình 4.14. Lƣu đồ điều khiển khi có Qref. ....................................................... 70

Hình 4.15. Giá trị CSPK Qref = 0.2pu.............................................................. 70

Hình 4.16. Dòng điện trục q khi Qref = 0.2pu. ................................................ 71

Hình 4.17. Điện áp kết lƣới khi Qref = 0.2pu................................................... 71

Hình 4.18. CSPK Qref = - 0.2pu ...................................................................... 72

Hình 4.19. Dòng điện trục q khi Qref = -0.2pu................................................ 72

Hình 4.20. Điện áp kết lƣới Vpcc khi Qref = -0.2pu.......................................... 73

Hình 4.21. Dòng điện trục q khi iqref = 0 ......................................................... 74

Hình 4.22. Điện áp kết lƣới Vpcc...................................................................... 74

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển của nền công nghiệp và các loại hình kinh

doanh dịch vụ đã làm cho đất nƣớc ta ngày càng phát triển. Đi đôi với sự hiện

đại hóa của đất nƣớc thì nhu cầu sử dụng năng lƣợng cũng đã tăng lên đáng

kể. Vấn đề đặt ra là phát triển và sử dụng nguồn năng lƣợng sao cho phù hợp

mà không ảnh hƣởng tới môi trƣờng và cảnh quang thiên nhiên. Nhƣ chúng ta

đã biết các nguồn năng lƣợng hóa thạch nhƣ than đá, dầu mỏ, kh đốt ngày

càng cạn kiệt, gây ô nhiễm môi trƣờng và là nguyên nhân gây của hiệu ứng

nhà k nh. Để giảm những vấn đề trên ta phải tìm nguồn năng lƣợng tái tạo

(NLTT), năng lƣợng sạch để thay thế một cách hiệu quả, giảm nhẹ tác động

của việc sử dụng năng lƣợng đến tình hình kinh tế, an ninh chính trị quốc gia

và môi trƣờng tự nhiên. Nhận thấy đƣợc tầm quan trọng của vấn đề sử dụng

năng lƣợng bền vững để phát triển, Đảng và Nhà nƣớc ta đã có các ch nh sách

sử dụng hiệu quả nguồn năng lƣợng tái sinh, trong đó có năng lƣợng điện mặt

trời, điện gió. Năng lƣợng điện mặt trời, điện gió là nguồn năng lƣợng tự

nhiên dồi dào và phong phú, đƣợc ƣu tiên đầu tƣ và phát triển ở Việt Nam.

Nhiều dự án công trình đã đƣợc khởi công và xây dựng với quy mô vừa và

nhỏ, trong đó các hệ thống ĐMT lắp đặt trên các mái nhà xƣởng, đặc biệt tại

các khu công nghiệp góp phần không nhỏ đến nguồn NLTT của cả nƣớc.

Nhƣng với các nguồn năng nƣợng phân tán làm thay đổi không nhỏ đến điện

áp và luồng CSPK trên lƣới điện phân phối (LĐPP). Năng lƣợng điện điện

mặt trời, điện gió là nguồn năng lƣợng sạch và có tiềm năng rất lớn. Ngày nay

công nghệ điện gió đã phát triển mạnh và có sự cạnh tranh lớn, với tốc độ

phát triển nhƣ hiện nay thì không bao lâu nữa năng lƣợng điện mặt trời, điện