Nghiên cứu cân bằng công suất của nhà máy điện mặt trời bằng khả năng bù công suất của nhà máy thủy điện có hồ điều tiết ngắn hạn trên hệ thống điện

huyển đổi điện của nhà máy 
i; ITi-cường độ bức xạ mặt trời của nhà máy i 
(W/m2); ASi-diện tích các tấm pin nhà máy i (m
2); 
Es -điện lượng của nhà máy ĐMT trong 1 ngày 
(106kWh); t1, t2-thời điểm bắt đầu và kết thúc nắng 
trong ngày (giờ). 
Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt phẳng tấm 
pin phụ thuộc vào số giờ nắng trong ngày và bị 
ảnh hưởng của môi trường, thời tiết, địa điểm, địa 
 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) 20 
hìnhnên nó là một giá trị luôn luôn thay đổi 
được thể hiện bởi công thức (John Twidell, 1986): 
( , , , , , , )TiI f G n     (3) 
Trong đó: G-bức xạ mặt trời tới khí quyển trái 
đất (W/m2); n-thứ tự ngày tính toán trong năm; -
góc vĩ độ tại vị trí tính toán;  là góc phương vị 
của mặt phẳng tấm pin; -góc hợp bởi quỹ đạo 
mặt trời và mặt phẳng xích đạo; -góc giờ mặt 
trời thể hiện trạng thái di chuyển của trái đất so 
với mặt trời, -góc nghiêng của mặt phẳng tấm 
pin. Hiện nay, với sự phát triển của khoa học công 
nghệ, cường độ bức xạ IT được xác định thông qua 
các phần mềm chuyên dụng như PV systems, 
Meteonorm. 
Nguyên lý làm việc của TTĐ: TTĐ phát được 
công suất, điện lượng dựa trên năng lượng dưới 
dạng thế năng và động năng của dòng nước bao 
gồm lưu lượng và cột nước qua tuốc bin được thể 
hiện bởi công thức sau: 
9,81. . .Hj j Pj jN Q H 
0
T
H HjE N dt 
(4) 
(5) 
Trong đó: NHj-công suất phát của NMTĐ 
(MW); j-hiệu suất phát điện của nhà máy; QPi-
lưu lượng phát điện j (m3/s); Hj-cột nước phát điện 
(m); EH -điện lượng của các NMTĐ trong 1 ngày 
(106kWh); T- thời gian phát điện trong ngày (giờ); 
j là thời điểm tính toán. 
Đối với TTĐ điều tiết ngắn hạn, trong những 
ngày có lưu lượng đến nhỏ, hồ không tích đủ 
nước thì nhà máy sẽ ưu tiên phát điện vào các 
cung giờ cao điểm, thứ tự ưu tiên sẽ là là cung 
giờ từ 17-20h, tiếp theo sẽ đến cung giờ cao điểm 
buổi sáng từ 9h30 - 11h30, cuối cùng mới đến 
các cung giờ khác. Khi TTĐ tham gia bù công 
suất cho nhà máy ĐMT thì TTĐ vẫn phát điện để 
bù cho công suất thiếu hụt trong các giờ mà nhà 
máy ĐMT làm việc và cũng trên nguyên tắc phân 
phối nước nêu trên. 
Đối với TTĐ chế độ vận hành nhà máy cần 
đảm bảo các điều kiện ràng buộc sau: 
c j tpV V V 
tljMNC Z MNDBT 
( )tlj jZ f V 
j c hjV V V 
 . .3600hj dj pj jV Q Q T 
min maxPjQ Q Q 
 min max20% /Q Q z 
wj tlj hlj jH Z Z h 
w ( )j Pjh f Q 
Trong đó: Vc-dung tích chết của hồ chứa ứng 
với MNC (m3); Vtp-dung tích toàn phần hồ chứa 
ứng với MNDBT (m3); Ztlj-mực nước hồ chứa tại 
thời điểm j (m); Vhj-dung tích làm việc của hồ 
chứa (m3); Qmin -lưu lượng phát điện thấp nhất một 
tổ máy có thể làm việc (m3/s); Qmax -lưu lượng 
phát điện lớn nhất một tổ máy có thể phát 
(m3/s);z-số tổ máy thủy điện; Qd-lưu lượng đến hồ 
trong ngày (m3/s); Zhlj-mực nước hạ lưu nhà máy 
hoặc cao trình lắp máy đối với tuốc bin gáo (m); 
hwj-cột nước tổn thất trên tuyến năng lượng (m); 
 T- thời đoạn phát điện (giờ). 
Gọi PS và PH là công suất phát điện lên lưới 
điện của các nhà máy ĐMT và NMTĐ. PSmax là 
công suất phát điện lên lưới tương ứng với ngày 
phát tối đa trong năm, khi PS < PSmax thì lưới điện 
bị thiếu hụt điện so với thiết kế và cần phải được 
bù công suất và điện năng. Phần công suất thiếu 
hụt do hoạt động không ổn định của nhà máy 
ĐMT là PS= PSmax-PS. 
Ta biết rằng trong thời gian ngắn hạn để đảm 
bảo được cân bằng công suất thì chỉ có NMTĐ 
đáp ứng được do có chế độ đóng, ngắt tải nhanh. 
Do đó, để cho các NMTĐ bù công suất thiếu hụt 
do nhà máy ĐMT là phù hợp nhất bởi vì khả năng 
điều chỉnh công suất của các nhà máy nhiệt điện, 
điện hạt nhân thì phải tính hàng giờ hoặc hàng 
ngày. Từ đó ta có biểu thức cân bằng bù công suất 
thiếu hụt được xác định như sau: 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) 21 
9,81. . .S j Pj jP Q H (6) 
Các trường hợp cần phải bù công suất ngắn hạn 
do chế độ hoạt động không ổn định của nhà máy 
ĐMT: chế độ hoạt động của nhà máy ĐMT phụ 
thuộc vào số giờ nắng trong ngày. Tuy nhiên số 
giờ nắng phụ thuộc vào thời tiết, ngày, tháng, mùa 
và có thể ngắn hạn do trời mưa, trời có mâydo 
nhiều yếu tố ngoại cảnh tác động nên khả năng 
cung cấp điện lên lưới của ĐMT là không ổn định 
và gây ảnh hưởng cho hệ thống điện. Biểu đồ sự 
thay đổi cường độ bức xạ mặt trời được thể hiện 
trong các hình sau: Hình 2-biểu đồ minh họa 
cường đồ bức xạ mặt trời trong các trạng thái thời 
tiết trong ngày: ngày nắng, ngày có mây và ngày 
mưa. Hình 3- biểu đồ minh họa cường độ bức xạ 
ứng với các ngày có thời tiết tốt trong năm. 
Hình 2. Cường độ bức xạ mặt trời trong các 
trạng thái thời tiết khác nhau 
Hình 3. Cường độ bức xạ mặt trời các ngày có 
thời tiết tốt trong năm. 
3. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN 
Nhà máy ĐMT Sông Giang, đặt ở xã Cam 
Thịnh Đông, TP Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa. Tọa 
độ nhà máy (11o53’37’’N; 109o5’5.0’’E), công 
suất lắp đặt 50,0MWp/45,0MWac . Tổng số lượng 
tấm pin lắp đặt tại dự án là 136980 tấm. Loại pin 
monocrytalline, có công suất 1PV là 365Wp, hiệu 
suất chuyển đổi điện của nhà máy 15,0%, kích 
thước tấm pin 1974x1002mm. 
Nhà máy thủy điện Sông Giang 2 có tuyến đập 
đặt tại xã Khánh Trung, huyện Khánh Vĩnh, tỉnh 
Khánh Hòa. Công trình cách dự án ĐMT Sông 
Giang khoảng 50km. Tọa độ nhà máy 
(12o22’00’’N; 108o50’0.0’’E). Mực nước dâng 
bình thường 462m; mực nước chết 460m. Dung 
tích điều tiết phát điện của hồ chứa 390000 m3. 
Công suất lắp máy 37MW, 2 tổ máy tuốc pin 
Pelton; cao trình lắp máy 53,7m; lưu lượng phát 
điện lớn nhất 11,5 m3/s; lưu lượng phát điện nhỏ 
nhất 1,2 m3/s; cột nước phát điện tính toán 
381,56m (PECC 3, 2016). 
Cường độ bức xạ các tháng trong năm tại 
TP.Cam Ranh được thể hiện trong biểu đồ sau, 
hình 4: 
Hình 4. Biểu đồ cường độ bức xạ theo tháng 
Hình 5. Biểu đồ công suất phát giữa tháng cao 
nhất và tháng thấp nhất 
Căn cứ vào biểu đồ cường độ bức xạ theo 
tháng cho thấy ở khu vực đặt nhà máy ĐMT Sông 
Giang thì tháng 4 có cường độ bức xạ tốt nhất, 
 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) 22 
tháng 12 có cường độ bức xạ thấp nhất dẫn đến có 
sự chênh lệch lớn nhất về công suất phát được thể 
hiện trong biểu đồ hình 5. Sự chênh lệch công suất 
phát điện của nhà máy ĐMT sẽ làm cho hệ thống 
sẽ bị thiếu hụt về công suất và điện năng so với 
tháng phát công suất cao. Do đó để cân bằng phụ 
tải hệ thống cần được bổ sung công suất bởi các 
trạm phát điện khác. Cụ thể trong trường hợp này 
dùng công suất phát điện của nhà máy thủy điện 
Sông Giang 2 để phát bù vào công suất thiếu hụt. 
Tháng 12 ở khu vực này là tháng mùa mưa nên là 
tháng có cường độ bức xạ mặt trời bất ổn nhất 
trong năm. Tuy nhiên đối với thủy điện là tháng 
thuận lợi để phát điện với nguồn nước tương đối 
dồi dào. Chọn ngày tính toán là ngày có lưu lượng 
đến thấp nhất trong tháng (Qd =5,2 m
3/s). Kết quả 
tính toán thể hiện trong bảng 3: 
Bảng 3. Tính toán bù công suất nhà máy ĐMT Sông Giang trong tháng 12 bởi NMTĐ 
TT I Ps Ps Qd Qp V Ztl hw H PH 
Giờ W/m2 MW MW m3/s m3/s 106m3 m m m MW 
6h45 0.00 0.00 0.12 5.20 1.20 1.05 460.65 0.30 406.65 4.20 
7h45 93.00 3.78 1.63 5.20 1.20 1.06 460.73 0.30 406.73 4.20 
8h45 180.00 7.32 5.85 5.20 1.67 1.07 460.79 0.57 406.53 5.85 
9h45 327.00 13.29 10.16 5.20 11.22 1.05 460.68 23.56 383.43 37.00 
10h45 487.00 19.79 11.01 5.20 11.23 1.03 460.57 23.58 383.29 37.00 
11h45 579.00 23.53 11.95 5.20 11.23 1.01 460.46 23.59 383.17 37.00 
12h45 593.00 24.10 12.80 5.20 3.68 1.01 460.49 2.57 404.21 12.80 
13h45 565.00 22.96 11.34 5.20 3.26 1.02 460.52 2.02 404.80 11.34 
14h45 467.00 18.98 9.10 5.20 2.61 1.03 460.57 1.32 405.55 9.10 
15h45 324.00 13.17 7.23 5.20 11.23 1.01 460.46 23.60 383.16 37.00 
16h45 195.00 7.92 4.31 5.20 11.23 0.99 460.35 23.61 383.04 37.00 
17h45 39.00 1.58 3.62 5.20 11.24 0.97 460.23 23.62 382.91 37.00 
18h45 0.00 0.00 0.04 5.20 11.24 0.94 460.12 23.64 382.78 37.00 
19h45 0.00 0.00 0.00 5.20 11.25 0.92 460.01 23.66 382.65 37.00 
Hình 6. Chênh lệch công suất giữa ngày nắng 
 và ngày có mây 
Ngoài chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổi cường 
độ bức xạ trong các tháng thì nhà máy ĐMT cũng 
chịu ảnh hưởng do biến động thời tiết trong ngày 
khi mặt trời bị mây che phủ hoặc trời mưa. Trong 
những ngày này cường độ bức xạ mặt trời sẽ giảm 
nhanh, làm cho công suất phát ra của nhà máy nhỏ 
và lượng công suất thiếu hụt lớn được thể hiện 
trong biểu đồ hình 6. Tính toán bù công suất cho 
nhà máy ĐMT trong tháng 12 chịu ảnh hưởng bởi 
thời tiết biến động xấu được thể hiện trong bảng 4. 
Kết quả bảng số 3 và 4 cho thấy so với các 
tháng trong năm thì tháng 12 nhà máy ĐMT Sông 
Giang và các nhà máy ĐMT khác trong khu vực 
phát được công suất thấp nhất lên lưới điện. Nếu 
xét riêng cho ĐMT Sông Giang thì công suất phát 
điện lên lưới vào thời đoạn cao điểm buổi sáng 
trong tháng 12 so với tháng phát cao nhất là tháng 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) 23 
4 giảm từ 33.68%-43.32% đối với các ngày có 
thời tiết tốt và giảm khoảng 68.03%-76.42% trong 
các ngày có thời tiết biến động. Do sự giảm công 
suất phát điện của các nhà máy ĐMT nên hệ thống 
sẽ bị thiếu điện cục bộ, nếu không có sự điều 
chỉnh nguồn cấp điện hoặc phát các nguồn điện dự 
trự thì sẽ phải giảm tải ở các hộ dùng điện. Điều 
này sẽ gây bất lợi cho nền kinh tế. 
Bảng 4. Tính toán bù công suất nhà máy ĐMT Sông Giang 
trong ngày có thời tiết biến động trong tháng 12 
TT I Ps Ps Qd Qp V Ztl hw H PH 
Giờ W/m2 MW MW m3/s m3/s 106m3 m m m MW 
6h45 0.00 0.00 0.12 5.20 1.20 1.05 460.65 0.30 406.65 4.20 
7h45 31.00 1.26 4.15 5.20 1.20 1.06 460.73 0.30 406.73 4.20 
8h45 72.00 2.93 10.24 5.20 2.94 1.07 460.77 1.62 405.45 10.24 
9h45 136.00 5.53 17.92 5.20 11.22 1.05 460.66 23.56 383.40 37.00 
10h45 228.00 9.27 21.54 5.20 11.23 1.03 460.55 23.58 383.27 37.00 
11h45 279.00 11.34 24.14 5.20 11.23 1.00 460.43 23.60 383.14 37.00 
12h45 282.00 11.46 25.44 5.20 7.47 1.00 460.39 10.47 396.23 25.44 
13h45 277.00 11.26 23.04 5.20 6.73 0.99 460.36 8.50 398.16 23.04 
14h45 221.00 8.98 19.10 5.20 5.54 0.99 460.36 5.78 400.87 19.10 
15h45 132.00 5.36 15.04 5.20 4.34 0.99 460.37 3.56 403.12 15.04 
16h45 76.00 3.09 9.14 5.20 11.24 0.97 460.26 23.62 382.94 37.00 
17h45 0.00 0.00 5.20 5.20 11.24 0.95 460.15 23.64 382.81 37.00 
18h45 0.00 0.00 0.04 5.20 11.24 0.93 460.04 23.65 382.69 37.00 
19h45 0.00 0.00 0.00 5.20 7.19 0.92 460.00 9.69 396.61 24.52 
Đối với HTĐ khi nhu cầu dùng điện tăng lên 
vào các tháng cuối năm, thì sự giảm công suất 
phát điện của các nhà máy ĐMT sẽ làm căng 
thẳng nguồn cấp điện cho hệ thống. Để đảm 
bảo cung cấp điện an toàn mà không phải cắt 
điện luôn phiên thì cần phải điều chỉnh các 
nguồn cấp điện. Như phân tích ở trên theo xu 
hướng thì các TTĐ sẽ có vai trò điều chỉnh 
công suất để đảm bảo cân bằng công suất trên 
HTĐ, các TTĐ với các hồ điều tiết đóng vai trò 
như các pin dự trữ năng lượng để bù công suất 
vào các thời đoạn dùng điện cao điểm trong 
ngày. Nếu xét riêng cho TTĐ Sông Giang 2 thì 
vào các tháng cuối năm khi lượng nước đến hồ 
chứa tương đối dồi dào thì khả năng đáp ứng 
cho sự thiếu hụt công suất của nhà máy ĐMT 
Sông Giang là đảm bảo. Sự điều chỉnh công 
suất phát điện của các TTĐ để bù cho sự thiếu 
hụt công suất của ĐMT là điều có lợi cho HTĐ 
và nền kinh tế-xã hội. 
Hiện nay, các TTĐ có công suất trên 30MW 
nói chung và TTĐ Sông Giang 2 nói riêng sẽ phải 
tham gia vào thị trường bán điện cạnh tranh. Đối 
với các TTĐ có công suất trên 30MW thì giá bán 
điện được tính là giá bán điện trung bình theo mùa 
trong năm (giá bán điện thấp hơn so với các TTĐ 
nhỏ bán điện theo giá chi phí tránh được). Tuy 
nhiên khi vai trò của các TTĐ giúp cân bằng, đảm 
bảo công suất phát điện của HTĐ thì giá bán điện 
cần phải được nghiên cứu điều chỉnh để đảm bảo 
lợi ích cho các TTĐ. 
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
Bài báo đưa ra cơ sở đánh giá chế độ vận hành 
không ổn định của các nhà máy điện mặt trời do 
ảnh hưởng của yếu tố ngoại cảnh như thời tiết, 
chuyển động của mặt trời trong năm. Kết quả phân 
 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) 24 
tích cho thấy rằng thành phần công suất phát lên lưới 
điện hệ thống của các nhà máy ĐMT bị thiếu hụt do 
ảnh hưởng của cường độ bức xạ các tháng trong 
năm đồng thời giảm sâu ứng với các trạng thái thời 
tiết xấu như trời nhiều mây và mưa. Từ đó đưa ra 
các cơ chế bù công suất thiếu hụt để đảm bảo cân 
bằng phụ tải trên hệ thống điện. Bài báo cũng tính 
toán áp dụng kết hợp phát điện bù công suất cho nhà 
máy ĐMT Sông Giang bởi nhà máy thủy điện Sông 
Giang 2 trong tỉnh Khánh Hòa. Kết quả tính toán 
cho tháng bất ổn nhất về thời tiết là tháng 12 cho 
thấy NMTĐ Sông Giang 2 đáp ứng đủ công suất 
vừa để bù cho nhà máy ĐMT Sông Giang vừa đảm 
bảo phát điện lên lưới theo kế hoạch. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Bộ môn Thủy điện, Trường Đại học Thủy Lợi (1974), Giáo trình Thủy năng, Nhà xuất bản Nông thôn, 
Hà Nội. 
Cục điều tiết điện lực, 2020, Đánh giá tuần từ 29/6 đến 5/7/2020, Hà Nội. 
PECC 3, 2016, Báo cáo thủy năng-kinh tế năng lượng thủy điện Sông Giang 2. 
Quyết định 428/QĐ-TTg của thủ tướng, “Điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 
2011-2020 có xét đên năm 2030” ngày 18 tháng 3 năm 2016. 
John Twidell, Tony Weir, 1986, renewable energy resources. 
TEPCO, 2012, final report on feasibility study on Phu Yen Dong Pumped storage hydropower. 
Abstract: 
RESEARCH CAPACITY BALANCE OF SOLAR POWER PLANT BY CAPACITY 
COMPENSATION OF HYDROPOWER WITH SHORT TERM SCHEDULING 
 ON POWER SYSTEM 
Solar power plants have been built a lot in the provinces of the South Central in Vietnam. This area has 
hot and dry weather, suitable for investing and developing solar power. The growth in solar power makes 
the system less dependent on thermal power. However, the disadvantages of solar power plants are often 
unstable, directly affected by the weather and especially work only during the day, sunny weather can 
generate high power, while cloudy weather, rain is very low power generation. Hydropower often has a 
reservoir to store water to generate electricity for load demand, and the quick start and stop time in 
seconds can be used to control the power balance on the electrical system. The weather impacts that cause 
the instability of solar power often occur in short term of day, so it needs fast power supply to balance the 
load. Researching the scientific basis for balancing the capacity of solar power plants by ability to 
compensate capacity of hydropower plants is an urgent work to ensure safety of electricity supply for the 
electricity system. Application of calculations for Song Giang solar power plant, Cam Ranh City and Song 
Giang 2 hydropower plant, Khanh Vinh district, Khanh Hoa province. 
Keywords: Solar power, hydropower, electricity system, solar radiation intensity 
Ngày nhận bài: 28/12/2020 
Ngày chấp nhận đăng: 03/3/2021