Tổng quan các quy định và các nghiên cứu nối lưới đối với năng lượng tái tạo và tính toán cho nhà máy điện mặt trời tại Nam Phi

O CÁO CHUNG | 87 
Hình 9: Yêu cầu về khả năng điều chỉnh công suất tác dụng 
và tần số của hệ thống điện Đan Mạch [1] 
Trong hình 9 quy định rõ là khi tần số hệ thống thay đổi ra khỏi 50 Hz thì nhà 
máy điện tái tạo phải có khả năng cung cấp công suất tác dụng nhằm ổn định tần số hệ 
thống. Mục đích cùa f1-f4 là tạo là dead band và vùng điều khiển cho việc điều khiển sơ 
cấp. Mục đích của f5-f7 là cung cấp khả năng điều khiển công suất khẩn cấp. 
2.5. Yêu cầu về khả năng điều khiển công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp 
Các quy định này của Đan Mạch, Đức, Anh, Ailen được thể hiện ở hình 10, 11, 
12, 13, 14. 
Hình 10: Yêu cầu về vùng điều chỉnh công suất phản kháng 
của hệ thống điện Đan Mạch [1] 
88 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Theo quy định của Úc thì nhà máy phải phát công suất định mức với hệ số công 
suất thay đổi từ 0.93 dung đến 0.93 kháng dựa theo tín hiệu yêu cầu của người vận hành 
hệ thống. Tại Đức, nhà máy điện tái tạo phải vận hành liên tục với hệ số công suất từ 
0.95 kháng đến 0.925 dung phụ thuộc vào điện áp điểm nối. 
Hình 11: Yêu cầu về vùng điều chỉnh công suất phản kháng của hệ thống điện Anh [8] 
Hình 12: Yêu cầu về vùng điều chỉnh công suất điện áp của hệ thống điện Đan Mạch [1] 
Hình 13: Yêu cầu về điều chỉnh hệ số công suất của hệ thống điện Đức [3] 
BÁO CÁO CHUNG | 89 
Hình 14: Yêu cầu về vùng điều chỉnh hệ số công suất của hệ thống điện Ailen [7] 
2.6. Yêu cầu về đảm bảo chất lượng điện năng 
Các nhà máy điện dùng năng lượng tái tạo khi nối lưới thường phải qua các bộ 
biến đổi điện tử công suất. Các bộ biến đổi này trong quá trình làm việc sẽ sinh ra lượng 
sóng hài rất lớn. Khi tỷ trọng năng lượng tái tạo tăng lên thì sẽ ảnh hưởng lớn đến chất 
lượng điện năng. Ở hình 15 thể hiện quy định về sóng hài tại Phần Lan, Na Uy và 
Thụy Điển. 
Hình 15: Quy định về sóng hài của hệ thống điện Phần Lan, Na Uy, Thụy Điển [5] 
90 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
3. CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CÁC YÊU CẦU NỐI LƯỚI 
CỦA NHÀ MÁY NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 
3.1. Những tính toán được thực hiện bởi cơ quan điều độ hệ thống điện 
 Tính toán dòng phụ tải nhằm kiểm tra điện áp và giới hạn tải theo phát nóng. 
 Tính dòng ngắn mạch để kiểm tra phối hợp bảo vệ và khả năng của các thiết bị 
hiện tại. 
 Các nghiên cứu ổn định bao gồm: 
- Nghiên cứu ổn định quá độ: tác động đến thời gian cắt sự cố, các ràng buộc ổn 
định và khả năng truyền tải của toàn bộ hệ thống. 
- Nghiên cứu hiện tượng dao động trong hệ thống. 
- Nghiên cứu ổn định tần số. 
- Nghiên cứu ổn định điện áp ngắn và dài hạn. 
 Nghiên cứu về chất lượng điện năng. 
3.2. Những tính toán được thực hiện bởi chủ đầu tư nhà máy điện tái tạo 
 Nghiên cứu dòng tải và tính ngắn mạch để chọn thiết bị. 
 Các nghiên cứu bên trong nhà máy để đảm bảo chất lượng cấp điện: 
- Phối hợp bảo vệ chống sét. 
- Các hiện tượng quá điện áp khi chuyển mạch. 
- etc. 
 Nghiên cứu đáp ứng các yêu cầu nối lưới nêu trên: 
- Nghiên cứu nhu cầu bù công suất phản kháng. 
- Khả năng vượt qua sự cố. 
- Khả năng điều khiển công suất phản kháng, công suất tác dụng. 
- Khả năng điều chỉnh tần số và công suất. 
- Đáp ứng yêu cầu về chất lượng điện năng: sóng hài, độ nhấp nháy điện áp. 
4. NHỮNG THÁCH THỨC TRONG VIỆC VẬN HÀNH VÀ QUY HOẠCH HỆ THỐNG 
ĐIỆN CÓ TỶ TRỌNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO LỚN VÀ MỘT SỐ KINH NGHIỆM 
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRÊN THẾ GIỚI 
4.1. Các vấn đề liên quan đến quy hoạch 
 Trang trại điện gió và mặt trời công suất lớn có thể gây ra điểm nghẽn trong hệ 
thống. 
BÁO CÁO CHUNG | 91 
 Thời gian chuẩn bị và xây dựng các nhà máy điện sử dụng năng lượng tái tạo 
thường ngắn hơn thời gian cho việc phát triển gia cố lưới truyền tải. Nên nhiều 
khả năng các nhà máy điện xây xong nhưng không thể nối lưới do sự phát triển 
của lưới chưa theo kịp. 
 Năng lượng tái tạo thường phân bố rải rác và nằm xa trung tâm phụ tải. Hơn nữa 
lưới điện ở khu vực này thường yếu. 
 năm và đã vưtrợ hệ thống trong sự cố của năng lượng tái tạo thường rất hạn chế, 
đặc biệt với HTD Việt Nam. 
4.2. Các vấn đề liên quan đến vận hành 
 Điện gió và mặt trời thay đổi với biên độ lớn, độ dốc lớn và liên tục (tham khảo 
hình 16, 17, 18) đặt áp lực rất lớn lên tính vận hành ổn định của hệ thống. 
Hình 16: Profile công suất phát của một trang trại điện mặt trời 
với công suất đặt 200 MW [9] 
Hình 17: Profile công suất phát của một trang trại điện mặt trời 
với công suất đặt 1200 MW [9] 
92 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Hình 18: Profile công suất phát của một trang trại điện điện gió tại Ấn Độ [9] 
 Vấn đề giảm đột ngột công suất phát ra của năng lượng tái tạo (tham khảo hình 
16, 17, 18). 
 Điện tái tạo thường không có khả năng tăng giảm công suất theo hệ số, hỗ trợ 
công suất phản kháng như máy phát điện thông thường. 
 Hiện tại thì phần lớn các nhà máy điện năng lượng tái tạo không có khả năng vượt 
qua sự cố nếu không có giải pháp đi kèm. 
 Hơn nữa một số nhà máy điện năng lượng tái tạo còn tiêu thụ công suất phản 
kháng từ lưới. 
 Vận hành hệ thống với lượng không đủ công suất dự phòng nóng dẫn đến các vấn 
đề về tần số. 
 Các bộ điều khiển điện tử công suất từ nhà máy điện năng lượng tái tạo gây ra 
lượng lớn sóng hài. 
4.3. Kinh nghiệm giải quyết 
 Khai thác các nguồn dự phòng nóng, có khả năng đáp ứng thay đổi công suất 
nhanh như thủy điện tích năng, tuabin khí, thủy điện. 
 Quản lý nhu cầu phụ tải nhằm làm bằng đồ thị phụ tải. 
 Các công nghệ tích trữ năng lượng như pin dung lượng lớn, flywheel, tích trữ 
năng lượng dạng khí nén, tích trữ nhiệt, ô tô điện,... 
 Cải tạo và tăng cường lưới truyền tải. 
 Sử dụng các thiết bị bù linh hoạt như STATCOM/SVC. 
BÁO CÁO CHUNG | 93 
 Phối hợp bảo vệ rơle, các mạch bảo vệ đặc biệt. 
 Khai thác và tận dụng tối đa khả năng điều tốc của điện gió thông qua góc quay 
của cánh quạt, hệ thống điều khiển dựa trên SCADA của toàn bộ trang trại gió. 
 Thu thập dữ liệu, tích hợp trung tâm dự báo năng lượng tái tạo vào hệ thống 
SCADA để có thể dự báo cực ngắn, ngắn hạn lượng công suất phát ra của nguồn 
năng lượng tái tạo nhằm tối ưu hóa phương án huy động nguồn. 
 Ứng dụng công nghệ hiển thị, giám sát và điều khiển thời gian thực trang trại gió 
và mặt trời dựa trên công nghệ PMUs/WAMS. Xây dựng thị trường điện với cơ 
chế phù hợp (bao gồm cả các cơ chế cho dịch vụ phụ) để huy động nguồn dự 
phòng nóng. 
 Cập nhật các quy định, chính sách về đấu nối lưới của các trung tâm điện gió, mặt 
trời khi tỷ lệ thâm nhập của năng lượng tái tạo thay đổi. 
Dưới đây là một ví dụ về trung tâm quản lý năng lượng tái tạo của cơ quan vận 
hành hệ thống điện Tây Ban Nha (hình 19). Trung tâm này phát huy hiệu quả rất lớn 
trong việc dự báo tương đối chính xác công suất phát của điện mặt trời trong hệ thống 
từng giờ và từng ngày hình 21 nhờ áp dụng thuật toán dự báo như ở hình 20. 
Hình 19: Trung tâm quản lý năng lượng tái tạo 
của cơ quan vận hành hệ thống điện Tây Ban Nha [9] 
Hình 20: Sơ đồ khối của thuật toán dự báo năng lượng gió của Tây Ban Nha [9] 
94 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Hình 21: Kết quả từ thuật toán dự báo (màu xanh lá cây), lượng công suất trên thời gian thực (màu 
vàng) và lượng công suất bán ra trên thị trường điện (màu đỏ) [9] 
5. TÍNH TOÁN MINH HỌA CHO MỘT NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI NAM PHI 
Tính toán minh họa được thực hiện cho một nhà máy điện mặt trời công suất 45.6 
MW tại Nam Phi. Nhà máy được nối vào trạm biến áp 132 kV nằm trong khu vực của 
công ty ESKOM. 
Hình 22: Quy định về yêu cầu vượt qua sự cố FRT 
khi điện áp tăng cao và điện áp sụt thấp của RSA [10] 
BÁO CÁO CHUNG | 95 
Nhà máy bao gồm 76 mô đun SIEMENS Sinvert PVS600. Mỗi mô đun có công 
suất là 0.6 MVA và điện áp định mức 370 V. Một số mô đun được nối vào một bộ 
nghịch lưu. Điện năng của các mô đun được truyền qua bộ nghịch lưu rồi sau đó là máy 
biến áp nghịch lưu lên cấp điện áp 22 kV. Sau đó, thông qua các cáp điện có độ dài khác 
nhau, điện năng được truyền qua máy biến áp tăng áp 132 kV/22 kV đến điểm đấu nối 
vào hệ thống POC. Các nghiên cứu về thỏa mãn quy định đấu nối sẽ được thực hiện tại 
điểm đấu nối này. Chi tiết có thể tham khảo tại phụ lục 1.3. 
Do phạm vi giới hạn của bài báo, các tính toán nghiên cứu kiểm tra khả năng đáp 
ứng yêu cầu vượt qua sự cố FRT khi điện áp tăng cao và sụt giảm thấp (hình 22) và yêu 
cầu về hỗ trợ công suất phản kháng (hình 23) được thực hiện. 
Hình 23: Quy định về yêu cầu hỗ trợ công suất phản kháng tại điểm đấu nối của RSA [10] 
5.1. Các nội dung nghiên cứu 
Trước tiên các thông số của bộ nghịch lưu, máy biến áp nghịch lưu, máy biến áp 
tăng áp và công suất ngắn mạch tại điểm đấu nối cần được thu thập. Sau đó mô hình của 
nhà máy điện mặt trời được xây dựng trong phần mềm mô phỏng hệ thống điện 
PSS®Sincal. 
Các trường hợp mô phỏng động sau đây sẽ được thực hiện: 
 Ngắn mạch một pha tại điểm đấu nối POC. 
96 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
 Ngắn mạch hai pha tại điểm đấu nối POC. 
 Ngắn mạch ba pha tại điểm đấu nối POC. 
Trong mỗi trường hợp trên, điện áp dư khác trong thời gian sự cố tại điểm đấu nối 
sẽ được mô phỏng, ví dụ như điện áp tại điểm đấu nối sụt xuống 0%, 20% và 50% trong 
thời gian sự cố. Các trường hợp mô phỏng được tổng hợp ở bảng 1. 
Bảng 1. Tổng hợp các trường hợp nghiên cứu 
Trường hợp 
nghiên cứu Kịch bản 
Điện áp tại điểm 
đấu nối POC 
trong khi sự cố 
[%] 
Thời gian sự 
cố [s] 
Vùng trong 
GridCode 
1. 
Ngắn mạch 1 
pha tại điểm đấu 
nối POC 
1.1 
Điện áp sụt 0 0.15 B 
1.2 
Điện áp sụt 20 0.585 B 
1.3 
Điện áp sụt 50 1.238 B 
1.4 
Điện áp sụt 85 2 B 
1.5 
Điện áp tăng 120 2 D 
2. 
Ngắn mạch hai 
pha tại điểm đấu 
nối POC 
2.1 
Điện áp sụt 0 0.15 B 
2.2 
Điện áp sụt 20 0.585 B 
2.3 
Điện áp sụt 50 1.238 B 
2.4 
Điện áp sụt 85 2 B 
2.5 
Điện áp tăng 120 2 D 
3. 
Ngắn mạch 3 
pha tại điểm đấu 
nối POC 
3.1 
Điện áp sụt 0 0.15 B 
3.2 
Điện áp sụt 20 0.585 B 
3.3 
Điện áp sụt 50 1.238 B 
3.4 
Điện áp sụt 85 2 B 
3.5 
Điện áp tăng 120 2 D 
BÁO CÁO CHUNG | 97 
5.2. Kết quả nghiên cứu và phân tích 
Mỗi trường hợp mô phỏng, các tín hiệu về điện áp tại điểm đấu nối, công suất 
phản kháng từ nhà máy được ghi lại để phân tích và đánh giá. Ví dụ như ở hình 24 thể 
hiện kết quả của trường hợp 1.1. Ở tín hiệu điện áp, đối chiếu với yêu cầu đấu nối như ở 
hình 22, nhà máy đã đáp ứng được yêu cầu. Đối với tín hiệu công suất phản kháng, 
đường thẳng nằm ngang là yêu cầu về hỗ trợ công suất phản kháng được chiết xuất từ 
hình 23. Từ kết quả có thể thấy nhà máy không hỗ trợ đủ công suất phản kháng theo 
yêu cầu. 
Việc tính toán được tiến hành tương tự cho các trường hợp khác, kết quả được 
tổng hợp trong bảng 2. Tất cả các trường hợp đều thỏa mãn yêu cầu vượt qua sự cố, tuy 
nhiên có một số trường hợp nhà máy không đáp ứng được yêu cầu hỗ trợ công suất 
phản kháng. 
Hình 24: Kết quả tính toán của trường hợp 1.1 
2,001,5801,1600,7400,320-0,100 [s]
1,20
0,90
0,60
0,30
0,00
-0,30
T_POC: Line-Ground Positive-Sequence Voltage, Magnitude in p.u.
T_POC: Line-Ground Voltage, Magnitude A in p.u.
T_POC: Line-Ground Voltage, Magnitude B in p.u.
T_POC: Line-Ground Voltage, Magnitude C in p.u.
2,0001,5801,1600,7400,320-0,100 [s]
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
-0,10
2-Winding Transformer: Reactive current contribution, PV farm
Y = 0,127 p
98 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Bảng 2. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu và phân tích 
Trường 
hợp nghiên 
cứu 
Kịch bản 
Điện áp tại 
điểm đấu nối 
POC trong khi 
sự cố [%] 
Có thỏa mãn 
yêu cầu của 
Grid code về 
FRT không? 
Có thỏa mãn yêu 
cầu về hỗ trợ công 
suất phản kháng 
hay không 
(chưa có giải pháp 
hỗ trợ) 
1. 
Ngắn mạch 
1 pha tại 
điểm đấu 
nối POC 
1.1 
Điện áp sụt 0 Có Không 
1.2 
Điện áp sụt 20 Có Không 
1.3 
Điện áp sụt 50 Có Không 
1.4 
Điện áp sụt 85 Có Có 
1.5 
Điện áp tăng 120 Có Có 
2. 
Ngắn mạch 
hai pha tại 
điểm đấu 
nối POC 
2.1 
Điện áp sụt 0 Có Có 
2.2 
Điện áp sụt 20 Có Có 
2.3 
Điện áp sụt 50 Có Không 
2.4 
Điện áp sụt 85 Có Có 
2.5 
Điện áp tăng 120 Có Có 
3. 
Ngắn mạch 
3 pha tại 
điểm đấu 
nối POC 
3.1 
Điện áp sụt 0 Có Có 
3.2 
Điện áp sụt 20 Có Có 
3.3 
Điện áp sụt 50 Có Không 
3.4 
Điện áp sụt 85 Có Có 
3.5 
Điện áp tăng 120 Có Có 
Nhằm đáp ứng được yêu cầu về huy động công suất phản kháng, một số giải pháp 
như lắp đặt thiết bị bù linh hoạt cần được nghiên cứu thêm. 
BÁO CÁO CHUNG | 99 
6. KẾT LUẬN 
Nguồn năng lượng tái tạo là xu thế tất yếu trên thế giới. Bài báo đã tổng hợp các 
quy định nối lưới của các nước trên thế giới đối với năng lượng tái tạo như điện gió và 
điện mặt trời, các nghiên cứu cần thiết để kiểm tra khả năng đáp ứng các quy định trên 
cũng như một số kinh nghiệm giải quyết vấn đề. 
Hệ thống điện Việt Nam cần có nghiên cứu một cách hệ thống nhằm xác định các 
yêu cầu nối lưới và vận hành cho nguồn năng lượng tái tạo cho riêng mình. Và các yêu 
cầu này cần phải được đưa vào các quy định như Quy định lưới truyền tải, phân phối 
làm căn cứ pháp lý để thực hiện. 
Tính toán minh họa được thực hiện cho một nhà máy điện mặt trời tại Nam Phi. 
Kết quả cho thấy nhà máy có thể đáp ứng được một số quy định nối lưới như khả năng 
vượt qua sự cố nhưng lại không đáp ứng được yêu cầu về hỗ trợ công suất phản kháng. 
Do đó cần phải có một nghiên cứu tổng thể cho một nhà máy khi nối lưới để có thể rà 
soát toàn bộ những yêu cầu kỹ thuật và đưa ra giải pháp thích hợp nếu có nhằm đảm bảo 
sự vận hành ổn định, tin cậy cho nhà máy nói riêng và hệ thống điện nói chung. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] “Grid connection of wind turbines to networks with voltages below 100 kV, Regulation TF 
3.2.6” (Energinet, Denmark, May 2004). 
[2] Mohseni M, Islam S. Transient Control of DFIG-Based Wind Power Plants in Compliance with 
the Australian Grid Code. IEEE Trans Power Electron 2012;27(June (6)):2813–24. 
[3] “Grid code–high and extra high voltage” (E.ON NetzGmbH, Bayreuth, Germany, April 2006). 
[4] “Requisitos de respuesta frente a huecos de tension de las instalaciones de produccion de 
regimen especial, PO 12.3”. REE, Spain, November 2005. 
[5] “Nordic grid code” (Nordel, January 2007). 
[6] “Connection and dispatch guide” (Transpower New Zealand Limited, 2004). 
[7] DUDURYCH I.M., HOLLY M., POWER M.: “Integration of wind power generation in the Irish 
grid”. Proc. IEEE Power Engineering Society General Meeting, Montreal, 2006. 
[8] “The grid code, issue 3, rev. 24” (National Grid Electricity Transmission plc, UK, October 2008). 
[9] “Renewable energy studies in India”, 2016. 
[10] Eskom Transmission Division, RSA Grid Code Secretariat, “Grid Connection Code 
Requirements for Renewable Power Plants (RPPs) connected to the Transmission System 
(TS) in South Africa”, Version 2.6, October 2012.