Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến điện áp lưới điện Bình Định

55
 Tập 10, Số 4, 2016
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 
ĐẾN ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN BÌNH ĐỊNH
	 TRƯƠNG	MINH	TẤN1*,	TRẦN	NGỌC	THẠNH2,	THÂN	VĂN	THÔNG1
1Khoa	Kỹ	thuật	&	Công	nghệ,	Trường	Đại	học	Quy	Nhơn
2Khoa	Điện,	Trường	Cao	đẳng	nghề	Quy	Nhơn
TÓM	TẮT
Hiện nay, nguồn điện phân tán DG (Distributed Generation) được sản xuất từ năng lượng tái tạo 
phát triển mạnh. Sự kết nối DG vào lưới có thể làm ảnh hưởng đến một số yếu tố của lưới điện hiện có. Điện 
áp là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tình trạng vận hành lưới điện, cần đặc biệt quan tâm. Bài báo dùng công 
cụ đường cong PV/QV trong phần mềm PowerWorld để phân tích ổn định điện áp lưới điện Bình Định khi 
không có DG và khi có DG. Từ kết quả mô phỏng trên phần mềm PowerWorld, xác định phạm vi ảnh hưởng 
của DG. Đồng thời kết hợp chỉ tiêu đánh giá hiệu quả cải thiện điện áp tính toán hệ số cải thiện chất lượng 
điện áp của DG. Các kết quả cho thấy DG - Phong điện Phương Mai 3 có khả năng cải thiện điện áp một số 
nút lân cận điểm kết nối.
Từ khóa: Chất	lượng	điện	năng;	nguồn	điện	phân	tán,	ổn	định	điện	áp.
ABSTRACT
Effects of distributed generation on the voltage of Binh Dinh province’s power grid
The production of DG from renewable energy has dramatically increased in recent years. Connection 
of DG to the existing electrical grid may affect some of its elements. Voltage is a factor which directly 
influences the state of the grid operation, which needs special attention. In this article,the curve tool 
PV / QV in PowerWorld software was used to analyze the voltage stability of Binh Dinh’s power grid when 
there is no DG and when there is DG. From the simulation results on PowerWorld , the incidence of DG 
is determined. Also, the target of efficiency evaluation was combined to improve the voltage for coefficient 
calculation and to improve the voltage quality of the DG. The results showed that DG - Phuong Mai 3 Wind 
Power is capable of improving the voltage of some neighboring nodes of the connecting point.
Keywords: Power	quality;	distributed	generation;	voltage	stability.
1. Đặt vấn đề
Hệ	thống	điện	hiện	nay	nguồn	điện	được	sản	xuất	từ	các	nguồn	năng	mới,	năng	lượng	tái	
tạo	ngày	càng	được	phát	triển	mạnh	nhằm	hạn	chế	việc	sử	dụng	nguồn	năng	lượng	hóa	thạch	ngày	
càng	cạn	kiệt,	đồng	thời	đảm	bảo	an	ninh	năng	lượng,	góp	phần	cải	thiện	sức	khỏe	cộng	đồng,	bảo	
vệ	môi	trường,	ứng	phó	với	biến	đổi	khí	hậu,	tạo	việc	làm,....	Nguồn	điện	sản	xuất	từ	các	nguồn	
năng	lượng	tái	tạo	thường	có	công	suất	phát	tương	đối	nhỏ	và	phân	tán	nên	được	gọi	là	nguồn	
điện	phân	tán	DG.	Ở	Việt	Nam	hiện	nay	DG	đấu	nối	vào	lưới	điện	trung	áp	đang	phát	triển	nhanh	
*Email:	tantmqn@gmail.com
Ngày	nhận	bài:	7/12/2015;	ngày	nhận	đăng:	3/10/2016
Tạp	chí	Khoa	học	-	Trường	ĐH	Quy	Nhơn,	ISSN:	1859-0357,	Tập	10,	Số	4,	2016,	Tr.	55-62
56
và	rộng	trên	toàn	quốc.	Bình	Định	là	một	tỉnh	có	nguồn	năng	lượng	tái	tạo	phong	phú:	thủy	triều,	
sóng	biển,	gió,	nắng,	Do	vậy	mà	tiềm	năng	phát	triển	nguồn	điện	từ	năng	lượng	tái	tạo	là	rất	
tốt.	Hiện	Bình	Định	cũng	đã	và	đang	quy	hoạch,	phát	triển	nguồn	điện	được	sản	xuất	từ	nguồn	
năng	lượng	tái	tạo	này.	Cụ	thể	như:	Dự	án	Nhà	máy	Phong	điện	Phương	Mai	3	(21	MW)	đã	được	
UBND	tỉnh	Bình	Định	cấp	phép	và	cho	kỳ	hạn	cuối	phải	triển	khai	dự	án	là	15/4/2016.	Sơ	đồ	tổng	
thể	nguyên	lý	lưới	điện	220kV,	110kV	Bình	Định	đến	năm	2020	[1]	như	hình	1.
Cùng	với	sự	phát	triển	của	DG,	cũng	kéo	theo	một	số	vấn	đề	nảy	sinh	khi	bản	thân	lưới	
điện	hiện	có	chưa	đáp	ứng	được	sự	gia	tăng	của	nguồn	và	tải.	Sự	kết	nối	DG	vào	lưới	có	thể	làm	
thay	đổi	dòng	công	suất	trên	lưới,	ảnh	hưởng	tới	tổn	thất	công	suất	trên	lưới,	ảnh	hưởng	đến	điện	
áp	trên	lưới	và	ảnh	hưởng	tới	dòng	sự	cố,	độ	tin	cậy	cung	cấp	điện	của	lưới	điện.	Xét	về	yếu	tố	
kỹ	thuật	thì	điện	áp	là	yếu	tố	ảnh	hưởng	trực	tiếp	đến	tình	trạng	vận	hành	lưới	điện,	cần	đặc	biệt	
quan	tâm	nghiên	cứu.
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý lưới điện 220kV, 110kV Bình Định đến năm 2020
2. Ảnh hưởng của DG đến điện áp lưới
DG	kết	nối	vào	lưới	có	thể	làm	cho	điện	áp	trên	lưới	tăng	lên	hoặc	giảm.	Ảnh	hưởng	của	
DG	lên	sự	thay	đổi	điện	áp	là	nhỏ	hơn	khi	DG	chỉ	phát	công	suất	tác	dụng	(CSTD)	so	với	khi	DG	
phát	hoặc	tiêu	thụ	công	suất	phản	kháng	(CSPK).	Nhà	máy	Phong	điện	Phương	Mai	3	sử	dụng	
máy	phát	nguồn	kép	DFIG	(Doubly	Fed	Induction	Generator),	loại	này	được	thiết	kế	và	vận	hành	
với	cosϕ = 0,9.
Trương	Minh Tấn,	Trần	Ngọc	Thạnh,	Thân Văn	Thông
57
 Tập 10, Số 4, 2016
DG	cũng	ảnh	hưởng	tới	tổn	thất	điện	áp	trên	các	lộ	đường	dây,	làm	thay	đổi	đặc	tính	điện	
áp.	DG	được	kết	nối	chủ	yếu	với	lưới	phân	phối	điện	trung	áp	với	giới	hạn	công	suất	nhỏ.	Nhưng	
khi	mức	độ	thâm	nhập	của	DG	lớn	thì	công	suất	phát	từ	DG	không	chỉ	làm	thay	đổi	dòng	công	
suất	trong	lưới	mà	cả	ở	lưới	truyền	tải	[2].	
2.1. Sự gia tăng điện áp
Các	DG	là	các	DFIG	có	thể	phát	CSTD,	phát	hoặc	tiêu	thụ	CSPK	có	thể	làm	tăng	điện	áp	
ở	vùng	có	điện	áp	thấp	nhưng	cũng	có	thể	làm	tăng	điện	áp	cục	bộ	trên	lưới	điện.	Để	hiểu	về	ảnh	
hưởng	của	DG	đến	điện	áp	lưới,	xét	mô	hình	kết	nối	DG	vào	lưới	điện	như	hình	2	[3].
Hình 2. Điện áp nút tăng lên tại nút có đấu nối DG
Công	suất	bơm	vào	nút	j	là:	 injS
•
= P
inj
	+	jQ
inj
 =(PDG	+	jQDG)	–	(PLj	+	jQLj) (1)
Trong	đó:	 injS
•
-	là	công	suất	biểu	kiến	của	DG	bơm	vào	lưới,
 PDG, QDG	-	là	công	suất	tác	dụng	và	công	suất	phản	kháng	của	DG,
 P
Lj
, Q
Lj
	-	là	công	suất	tác	dụng	và	công	suất	phản	kháng	của	phụ	tải.
Vì	dòng	điện	trên	nhánh	ij	là	
nên	ta	có	điện	áp	tại	nút	kết	nối	là:	
 (2)
Trong	hệ	đơn	vị	tương	đối,	độ	lớn	điện	áp	được	lấy	là	1	p.u,	giá	trị	điện	áp	tăng	lên	ở	điểm	
kết	nối	DG 
	không	được	vượt	quá	2%:
 (3)
Trong	đó:	Z
ij
 = R
ij
	+	jX
ij
	–	tổng	trở	lưới	giữa	điểm	kết	nối	chung	và	điểm	kết	nối	DG.
2.2. Sự suy giảm nhanh điện áp
Khi	khởi	động	một	máy	phát	DG	có	thể	làm	suy	giảm	nhanh	điện	áp.	Sự	suy	giảm	nhanh	
điện	áp	có	thể	dẫn	đến	trục	trặc	rơle	bảo	vệ	hoặc	có	thể	gây	ra	ngừng	hoạt	động	tạm	thời	các	DG.	
Trong	trường	hợp	điện	gió,	khi	khởi	động	tua-bin	gió	có	thể	gây	ra	sự	sụt	giảm	điện	áp	đột	ngột	
và	khôi	phục	lại	sau	vài	giây.	Giả	sử	rằng	tua-bin	được	đặc	trưng	bởi	hệ	số	thay	đổi	điện	áp	ku 
và	góc	của	tổng	trở	ngắn	mạch	của	lưới	ψk,	điện	áp	suy	giảm	đột	ngột	có	thể	được	ước	lượng	 
như	sau:	 	
j
injinj
inj
U
)jQP(
I •
• −=
j
ijinjijinj
j
ijinjijinj
i
U
)XQRP(
j
U
)XQRP(
U ••
• −+++= ijinjij ZIUU
••• +=
ij UUU
•• −=∆
[%]100.
U
X)QQ(R)PP(
100.
U
U
2
ijLiDGijLiDG −+−=∆
58
 (4)
Trong	đó:	Sn	-	là	công	suất	toàn	phần	định	mức	của	tua-bin	gió,
 Sk	-	là	công	suất	ngắn	mạch	của	lưới	điện.
Theo	(4)	thì	đó	là	một	hàm	không	phụ	thuộc	vào	số	tua-bin	gió	nên	có	thể	nói	rằng	sự	suy	
giảm	nhanh	về	điện	áp	không	phải	là	ràng	buộc	khi	mở	rộng	quy	mô	nhà	máy	điện	gió.
3. Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả cải thiện điện áp
Thực	tế	với	mỗi	dạng	phụ	tải	khác	nhau,	có	đặc	tính	tĩnh	khác	nhau	thì	mức	độ	quan	trọng	
lại	khác	nhau,	trong	trường	hợp	tổng	quát	thì	đại	lượng	đặc	trưng	cho	chất	lượng	điện	áp	được	
đặc	trưng	bởi	[4]:
 (5) 
 (6)
Trong	đó:	Pi	-	phụ	tải	tại	nút	thứ	i	(p.u)
VI	-	đại	lượng	đặc	trưng	cho	chất	lượng	điện	áp	của	lưới	điện.
Ui	 -	 điện	 áp	 tại	 nút	 phụ	 tải	 thứ	 i	 (p.u),	 thường	được	đánh	giá	 trong	biên	độ	giới	 hạn	
Umax(1,05	p.u)	và	Umin(0,95 p.u)
ki	-	trọng	số	nói	lên	mức	quan	trọng	của	phụ	tải	tại	nút	thứ	i.	Trong	nhiều	trường	hợp	để	đơn	
giản	có	thể	lấy	k1 = k2 = ... = kn	=	1/N
Như	vậy,	chất	lượng	điện	áp	được	so	sánh	thông	qua	tỷ	số:	VP	=	VIDG/VIKDG (7)
Trong	đó:	VIDG	và	VIKDG	là	chỉ	số	về	điện	áp	trong	trường	hợp	có	DG	và	không	có	DG.	Nếu	
VP	>1	thì	việc	kết	nối	DG	lên	lưới	mới	có	tác	dụng	cải	thiện	chất	lượng	điện	áp.	
4. Kết quả mô phỏng
Sử	dụng	đường	cong	PV/QV	trong	PowerWorld	Simulator	8.0	để	phân	tích	ổn	định	điện	áp	
lưới	điện	Bình	Định.	Với	số	liệu	thu	thập	được	theo	[1],	kết	hợp	với	việc	đã	xây	dựng	sơ	đồ	mô	
phỏng	trên	phần	mềm	PowerWorld,	tiến	hành	mô	phỏng	theo	các	số	liệu	đặc	trưng	mùa	khô	và	
mùa	mưa	[1]	ở	tình	trạng	lưới	điện	với	các	nút	tải	đều	bù	đảm	bảo	cosϕ = 0,85.
-	Phạm	vi	ảnh	hưởng	của	nguồn	phong	điện	Phương	Mai	3	đến	điện	áp	lưới	điện	Bình	Định 
thể	hiện	như	trên	hình	3.
k
n
ku S
S)..(k.100d ψ=
 ∑
=
=
N
1i
iii kPUVI
 ∑
=
=
N
1i
i 1k
Trương	Minh Tấn,	Trần	Ngọc	Thạnh,	Thân Văn	Thông
59
 Tập 10, Số 4, 2016
Hình 3. Biểu đồ điện áp các nút ở chế độ vận hành bình thường 
mùa khô lưới điện Bình Định đến năm 2020
-	Sử	dụng	đường	cong	PV	trong	PowerWorld	Simulator	8.0	phân	tích	ổn	định	điện	áp	lưới	
điện	Bình	Định	đến	năm	2020.
Hình 4. Đường cong P-V một số nút tải ở chế độ vận hành bình thường mùa khô 
khi không có kết nối phong điện Phương Mai 3
PU
 V
ol
60
Hình 5. Đường cong PV một số nút ở chế độ vận hành bình thường 
mùa khô có kết nối phong điện Phương Mai 3
-	Sử	dụng	đường	cong	QV	trong	PowerWorld	Simulator	8.0	phân	tích	ổn	định	điện	áp	lưới	
điện	Bình	Định	đến	năm	2020.
Hình 6. Giá trị Q
min
 tại các nút ở chế độ vận hành bình thường 
mùa khô khi không có kết nối phong điện Phương Mai 3
Hình 7. Đường cong Q-V một số nút ở chế độ vận hành bình thường 
mùa khô khi không có kết nối phong điện Phương Mai 3
Nút	Tây	Sơn Nút	Hoài	Ân
Trương	Minh Tấn,	Trần	Ngọc	Thạnh,	Thân Văn	Thông
61
 Tập 10, Số 4, 2016
Hình 8. Giá trị Q
min
 tại các nút ở chế độ vận hành bình thường
 mùa khô có kết nối phong điện Phương Mai 3
Hình 9. Đường cong QV một số nút ở chế độ vận hành bình thường 
mùa khô có kết nối phong điện Phương Mai 3
-	Tính	toán	hệ	số	cải	thiện	chất	lượng	điện	áp	của	DG
Áp	dụng	số	liệu	ở	chế	độ	vận	hành	bình	thường	đặc	trưng	của	mùa	khô.
Đại	lượng	đặc	trưng	cho	chất	lượng	điện	áp	khi	chưa	có	kết	nối	DG:
= 0,647953 (pu)
Đại	lượng	đặc	trưng	cho	chất	lượng	điện	áp	khi	có	kết	nối	DG:
= 0,658964 (pu)
Hệ	số	cải	thiện	chất	lượng	điện	áp	của	lưới
Nút	Phù	Cát Nút	Mỹ	Thành
 ∑
=
=
N
1i
iiiKDG kPUVI
 ∑
=
=
N
1i
iiiDG kPUVI
017,1
 0.647953
658964.0 ===
KDG
DG
VI
VI
VP
62
5. Kết luận
-	Các	nút	110kV	có	độ	dự	 trữ	công	suất	phản	kháng	 thấp	như	 là:	Tam	Quan,	Hoài	Ân,	 
Hoài	Nhơn,	Đồng	Phó,	Tây	Sơn.
-	Chế	độ	vận	hành	bình	thường	theo	số	liệu	đặc	trưng	của	mùa	mưa	các	nút:	Tam	Quan,	
Hoài	Ân,	Hoài	Nhơn	có	điện	áp	thấp	dưới	mức	cho	phép.
-	Nút	Tam	Quan	có	hệ	số	dự	trữ	điện	áp	kém	nhất.
-	Trường	hợp	giả	thiết	xảy	ra	sự	cố	cắt	MBA	220/110kV	TBA	Nhơn	Hội	thì	nút	Nhơn	Hội	
và	các	nút	lân	cận	nút	Nhơn	Hội	(Nhơn	Hội	2,	Nhơn	Hội	3,	Đống	Đa,	Phù	Cát,	An	Nhơn)	bị	suy	
giảm	điện	áp.
-	Nguồn	Phong	điện	Phương	Mai	3	khi	kết	nối	vào	lưới	điện	Bình	Định	có	khả	năng	cải	
thiện	điện	áp	một	số	nút	lân	cận,	những	nút	có	điện	áp	cải	thiện	nhận	thấy	rõ	như:	Nhơn	Hội,	 
Nhơn	Hội	2,	Phù	Cát,	An	Nhơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Quy	hoạch	phát	triển	Điện	lực	tỉnh	Bình	Định	giai	đoạn	2011	-	2015	có	xét	tới	2020.
2. Nasser	G.A.Hemdan	and	Micheal	Kurrat,	Distributed Generation Location and Capcaity Effect on 
Voltage Stability of Distribution Networks, (2003).
3. Vu	Van	Thong,	Johan	Driesen,	Ronnie	Belmans,	Power Quality and Voltage Stability of Distribution 
System with Distributed Energy Rsources, International Journal of Distributed Energy Rsources, 
Vol.1, number 3, (2005).
4. Fracisco	M.Gonzolez-Longatt,	Impact of Distributed Generation over Power Losses on Distribution 
Systems, 9th International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation, Barcelona, 
Octorber, (2007).
Trương	Minh Tấn,	Trần	Ngọc	Thạnh,	Thân Văn	Thông