ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN ĐỨC HƯNG

ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI LƯỚI PHÂN
PHỐI CÓ MÁY PHÁT PHÂN BỐ
CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2007


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. PHAN THỊ THANH BÌNH

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. LÊ MINH PHƯƠNG

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS. HỒ ĐẮC LỘC

Luận văn thạc só được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ………… tháng 07 năm 2007


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên

: Nguyễn Đức Hưng

Ngày, tháng, năm sinh : 06/05/1981
Chuyên ngành

Giới tính: Nam
Nơi sinh : Long An

: Thiết bị - Mạng và Nhà máy điện

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2005
1- TÊN ĐỀ TÀI:
ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI LƯỚI PHÂN PHỐI CÓ MÁY PHÁT PHÂN BỐ
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
1. Tổng quan về DG và ảnh hưởng của DG trong lưới phân phối
2. Tìm hiểu về đánh giá trạng thái lưới phân phối có DG, ảnh hưởng của DG vào bài
toán đánh giá trạng thái lưới phân phối
3. Định vị đo lường cho lưới phân phối có DG làm cơ sở cho các bài tốn đánh giá trạng
thái lưới phân phối
4. Đánh giá trạng thái lưới phân phối sử dụng phương pháp WLAV trên cơ sở đo lường
định vị

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05 – 03 – 2007
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 05 – 07 – 2007
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :
PGS.TS. PHAN THỊ THANH BÌNH
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


Lời Cảm Ơn
Người thực hiện luận văn này xin chân thành cảm ơn các thầy cô
trong Trường Đại Học Bách Khoa đã truyền đạt kiến thức tôi trong suốt
những năm học tập ở trường và tạo điều kiện cho tôi thực hiện đề tài
này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô PHAN THỊ THANH
BÌNH, người đã cho tôi một đề tài vô cùng thú vị, mới mẻ và đã giành
nhiều thời gian quý báu để dẫn dắt và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt đề tài
này.
Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và Khoa Điện –
Điện tử – Trường Đại học Tôn Đức Thắng đã giúp đỡ và tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2007
Học viên thực hiện
NGUYỄN ĐỨC HƯNG



Tóm tắt luận văn

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Hiện nay, sự gia tăng mạnh mẽ của nền kinh tế kéo theo phụ tải điện ngày
càng tăng, đòi hỏi phải lắp đặt thêm các nhà máy điện. Các nguồn năng lượng
hoá thạch ngày càng cạn kiệt. Để đối phó với khó khăn trên, sự có mặt và phát
triển của nguồn phân bố là một giải pháp chiến lược cho vấn đề thời sự này. Máy
phát phân bố đặt trực tiếp vào lưới phân phối cung cấp công suất trực tiếp tải địa
phương. Máy phát phân bố có công suất nhỏ nên tận dụng các nguồn năng lượng
tái tạo sẵn có tại địa phương như năng lượng sinh khối, năng lượng mặt trời, năng
lượng gió … đây chính là các nguồn năng lượng trong tương lai.
Khi đưa máy phát phân bố vào trong lưới phân phối sẽ ảnh hưởng đến lưới
phân phối như thế nào. Khi đó, cần phải có sự giám sát về dòng điện, công suất
và điện áp. nh hưởng của máy phát phân phối vào bài toán đánh giá trạng thái
như thế nào? Người thực hiện luận văn sẽ lần lượt nghiên cứu.
Hiện nay, vấn đề đánh giá trạng thái trong lưới phân phối đã được nghiên
cứu nhiều nhưng đề tài đánh giá trạng thái trong lưới phân phối có nguồn DG
chưa được nghiên cứu nhiều.
Đề tài”Đánh giá trạng thái lưới phân phối có máy phát phân bố” là một
đề tài lớn gồm nhiều phần khác nhau (Cây đo lường, đánh giá tải, nhận dạng dữ
liệu xấu, nhận dạng lỗi cấu hình, định vị đo lường). Trong luận văn này, chúng ta
chủ yếu nghiên cứu về phương pháp định vị đo lường cho bài toán đánh giá trạng
thái và đánh giá tải. Do trong hệ thống điện Việt Nam chưa có mạng SCADA
trong lưới phân phối, nên dữ liệu cho bài toán đánh giá trạng thái trong hệ thống
lưới phân phối được lấy từ chương trình tính phân bố công suất.
Khi đưa máy phát phân bố vào lưới phân phối sẽ ảnh hưởng đến bài toán
đánh giá trạng thái, nhất là bài toán đánh giá tải. Đánh giá tải truyền thống dựa
vào công suất đo được đầu nhánh rẽ. Khi có máy phát phân bố đưa vào nhánh rẽ
này thì công suất đo được đầu nhánh rẽ sẽ nhỏ hơn tổng tải của nhánh. Tải được

đánh giá không còn chính xác nữa. Nếu xác định được vị trí đo lường tối ưu thì
chúng ta đánh giá tải chính xác, làm cơ sở cho các bài toán còn lại. Vì vậy, bài
toán định vị đo lường là bài toán rất quan trọng trong đánh giá trạng thái. Trên cơ
sở các đo lường định vị này, luận văn sẽ đánh giá trạng thái sử dụng phương pháp
trị tuyệt đđối tối thiểu (WLAV).

1


Mục lục

MỤC LỤC
Trang
Tóm tắt luận văn

1

Mục lục

2

Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

4

1.1. Giới thiệu chung

4

1.2. Các ứng dụng của máy phát phân bố


6

1.3. Các loại nguồn máy phát phân bố

8

1.4. Ảnh hưởng của DG đối với lưới phân phối

15

1.5. Các bài toán vận hành DG

18

Chương 2: Ảnh hưởng của DG vào bài toán đánh giá trạng thái
30

lưới phân phối
2.1. Tổng quan về đánh giá trạng thái

30

2.2. Tổng quan về đánh giá trạng thái lưới phân phối

35

2.3. Sự khác nhau giữa EMS và DMS

37


2.4. Những khó khăn khi thực hiện đánh giá trạng thái lưới phân phối

39

2.5. nh hưởng của DG vào bài toán đánh giá trạng thái lưới phân
phối và phương pháp HSO cho bài toán đánh giá trạng thái thực tế

41

2.6. Mô hình toán học của bài toán đánh giá trạng thái

43

2.7. Phương pháp hybrid PSO

45

2.8. Đánh giá trạng thái sử dụng phương pháp HPSO

51

2.9. Kết luận

53

Chương 3: Định vị đo lường cho đánh giá trạng thái lưới phân phối có DG

55


3.1. Tổng quan về bài toán đặt đo lường lưới phân phối có DG

55

3.2. Định vị đo lường điện áp trong lưới phân phối có DG

57

2


Mục lục

3.3. Định vị đo lường công suất cho bài toán đánh giá tải

66

3.4. Kết luận

76

Chương 4: Đánh giá trạng thái sử dụng WLAV trên cơ sở đo lường định vị
4.1. Giới thiệu

77
77

4.2. Phương pháp WLAV kết hợp với phương pháp điểm trong
dùng hàm Barrier


77

4.3. Ví dụ về đánh giá trạng thái trên cơ sở định vị đo lường
điện áp và đo lường công suất cho lưới

84

4.3. Kết luận

87

Chương 5: Tổng kết

88

5.1. Kết luận

88

5.2. Hướng phát triển của đề tài

89

Tài liệu tham khảo

90

Phụ lục

92


3


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT PHÂN BỐ
1.1.

Giới thiệu chung:

Năng lượng sử dụng nhiều nhất trên trái đất là năng lượng hoá thạch. Các
nguồn năng lượng hoá thạch là hữu hạn, nó chỉ đảm bảo nhu cầu của con người
trong vài chục năm nữa. Ngoài ra, năng lượng hoá thạch gây ô nhiễm môi trường,
gây ra hiệu ứng nhà kính, tăng nhiệt độ của trái đất. Để giải quyết các vấn đề
trên bắt buộc cần tìm nguồn năng lượng khác thay thế năng lượng hoá thạch. Các
nguồn năng lượng thay thế này có thể là năng lượng gió, năng lượng sinh khối,
năng lượng mặt trời… Để sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng tái sinh, chúng
ta sử dụng các máy phát có công suất nhỏ gọi là máy phát phân bố (DG). Các
máy phát phân bố cung cấp trực tiếp cho hộ tiêu thụ điện, nói cách khác chúng
được đưa trực tiếp vào lưới phân phối.

Hình 1.1. Vị trí của máy phát phân bố trong hệ thống điện
Những lý do để sử dụng máy phát phân bố: Có những nguyên nhân chính
để sử dụng DG như sau:

4



Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

- Công nghệ máy phát phân phối ngày càng phát triển, ví dụ: chế tạo được
các tuabin gió có công suất lớn, giá thành hạ.
- Sự gia tăng nhu cầu sử dụng điện của khách hàng về nguồn điện chất
lượng tốt, độ tin cậy cao. Vì vậy, đòi hỏi nhà cung cấp điện phải phát triển nguồn
và lưới truyền tải. Nếu DG đưa trực tiếp vào lưới phân phối sẽ giảm bớt áp lực
phát triển lưới và nguồn điện.
- Các nguồn năng lượng hoá thạch sử dụng gây hiệu ứng nhà kín, tác động
môi trường. DG tận dụng được nguồn năng lượng tái sinh như: năng lượng mặt
trời, năng lượng gió, thuỷ điện nhỏ …
- DG hỗ trợ cho sự mở rộng thị trường điện
Về phía nhà cung cấp điện: DG có các ưu điểm sau:
- Giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối và truyền tải do nguồn DG
phát trực tiếp vào lưới phân phối
- DG làm giảm sự phụ thuộc của khách hàng vào nguồn phát trung tâm
- Máy phát phân bố làm đa dạng hoá nguồn năng lượng điện, tận dụng
được các nguồn năng lượng sẵn có tại địa phương
- Đưa DG vào lưới phân phối là một giải pháp và lựa chọn để giảm áp lực
phải xây dựng mới và cải tạo lại lưới điện truyền tải
- DG nâng cao chất lượng điện năng
- DG sử dụng các nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường
Về phía khách hàng tiêu thụ điện:
- DG giúp nâng cao hiệu suất năng lượng, giảm tổn thất năng lượng nhờ có
thể kết hợp nhiệt và điện (trung tâm nhiệt – điện) và sử dụng các nguồn năng
lượng tự nhiên như gió, mặt trời …
- DG góp phần nâng cao độ tin cậy do sử dụng các nguồn dự phòng

5



Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

1.2.

Các ứng dụng của máy phát phân bố:

1.2.1. DG cung cấp nguồn năng lượng liên tục:
Trong ứng dụng này, DG dùng để cung cấp điện cho khách hàng phải vận
hành ít nhất 6000 giờ/năm. Khi quyết định khai thác dịch vụ này, khách hàng
phải tính đến bài toán giá thành điện: phải đầu tư chi phí lắp đặt ban đầu, chi phí
nhiên liệu … đây chính là rào cản của ứng dụng này. Tuy nhiên, bù lại sẽ nâng
cao hiệu suất, độ tin cậy và chất lượng điện năng, chi phí bảo trì thấp, ít tổn hao.
Thời gian gần đây, DG được sử dụng rất nhiều trong lónh vực công nghiệp
ứng dụng đòi hỏi nguồn điện liên tục như ngành chế biến thực phẩm, chế tạo chất
dẻo, cao su, kim loại và hoá chất. Còn trong lónh vực thương mại DG được dùng
nhiều cho các kho dự trữ.
1.2.2. DG dùng để chạy công suất đỉnh:
Các máy phát hoạt động để giảm bớt áp lực về nhu cầu điện, hạn chế việc
mua điện trong thời gian cao giá.
Ưu điểm nổi bật của DG khi chạy đỉnh là: chi phí lắp đặt thấp, khởi động
nhanh, chi phí bảo trì ổn định ở mức thấp.
DG chạy đỉnh được cung cấp từ các công ty điện lực đến các khách hàng
muốn giảm bớt chi phí mua điện trong lúc cao giá. Gần đây DG chạy đỉnh được
sử dụng nhiều trong thương mại và công nghiệp.
1.2.3. DG kết hợp giữa nhiệt và điện:
Khi sử dụng DG chúng ta tận dụng được nhiệt lượng thải ra thành nhiệt
lượng hữu ích. Lượng nhiệt thải ra có thể được tận dụng để cung cấp cho phụ tải
nhiệt.

Ứng dụng này của DG làm cải thiện đáng kể chi phí lắp đặt lưới nhưng đòi
hỏi người sử dụng cần có kiến thức chuyên môn nhất định.
1.2.4. Cung cấp năng lượng sạch:

6


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

Trong ứng dụng này, DG có thể sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như
năng lượng mặt trời, năng lượng gió. Các nguồn năng lượng này không gây ô
nhiễm môi trường. Các nguồn năng lượng tái tạo không sử dụng cho máy phát
công suất lớn phát trực tiếp vào lưới truyền tải được.
Các loại tuabin nhỏ có thể điều chỉnh chế độ khí thải độc hại thải ra ít
nhất. Những khách hàng liên quan hoặc có ảnh hưởng đến phương diện môi
trường nên đầu tư DG, nhưng họ phải trả giá cao so với đầu tư vào lưới thông
thường.
1.2.5. DG cung cấp nguồn năng lượng điện chất lượng cao:
DG được sử dụng để cung cấp điện có độ tin cậy cao và chất lượng tốt. Sự
phát triển nguồn điện chất lượng cao tạo thách thức và cơ hội cho nhà cung cấp
dịch vụ tối ưu cho khách hàng. Đó là những khách hàng đòi hỏi cần có nguồn
điện liên tục.
- DG dùng như nguồn điện khẩn cấp
- DG dùng như nguồn điện dự phòng
- DG dùng để cải thiện chất lượng điện năng
Khi có DG, khách hàng không phải bận tâm về vấn đề mất nguồn, chất
lượng điện năng (thay đổi điện áp, quá độ điện áp, sụt áp, quá điện áp …)
Ưu điểm nổi bật của DG là: thời gian khởi động nhanh, chi phí lắp đặt thấp
và chi phí bảo trì cố định thấp.
1.2.6. DG cung cấp nguồn điện tại chỗ (vùng xa – vùng sâu):

DG được sử dụng cung cấp điện cho các vùng sâu vùng xa, chưa có lưới
điện quốc gia ví dụ như hải đảo. Việc lắp đặt DG phục vụ cho đối tượng khách
hàng này là một chiến lược năng lượng cho các địa phương. Khi đó, sẽ loại bỏ
được chi phí kết nối với lưới truyền tải và phân phối hiện hữu, chi phí đầu tư các
thiết bị về đường dây và trạm phân phoái.

7


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

1.2.7. DG cung cấp nguồn năng lượng phụ trợ:
Nguồn dự trữ động: Máy phát làm việc ở chế độ không tải, hoạt động đồng
thời và sẵn sàng ứng phó.
Nguồn dự trữ tónh, nguồn bổ sung: vận hành bên ngoài độc lập với hệ
thống, nhưng khi hệ thống yêu cầu hỗ trợ sẽ cung cấp điện trong thời gian ấn
định.
Ngoài ra, dịch vụ cung cấp nguồn phụ trợ cũng có thể khai thác lónh vực
cung cấp mức điện áp cho lưới truyền tải và phân phối theo yêu cầu. Cần sử dụng
nguồn phát linh hoạt để duy trì mức điện áp yêu cầu, điều khiển an ninh cục bộ,
cung cấp điện tức thời cho khách hàng khi sự cố.
1.3.

Các loại nguồn máy phát phân phối:

1.3.1. Năng lượng gió:
Về khối lượng, nguồn năng lượng của gió rất lớn, nhưng việc sử dụng toàn
bộ năng lượng của gió thực tế lại là điều không thể, vì năng lượng gió rất phân
tán và khó có các phương tiện kỹ thuật để tập trung sức gió lớn như tập trung
năng lượng của dòng nước. Do vậy, con người đã biết sử dụng năng lượng của gió

từ ngàn năm, hiện nay với phương tiện kỹ thuật hiện đại cũng chỉ có thể tạo được
các thiết bị năng lượng gió với công suất trong giới hạn vài chục kW.
Đặc điểm thứ hai của năng lượng gió là rất khó sử dụng rộng rãi vì sức gió
luôn thay đổi theo thời gian. Công suất của các thiết bị năng lượng gió phụ thuộc
rất nhiều vào tốc độ của nó. Tốc độ gió thay đổi trong phạm vi rộng và liên tục.
Không thể điều chỉnh khối lượng gió đi vào các động cơ gió giống như điều chỉnh
lưu lượng nước vào tuabin thuỷ lực của các nhà máy thuỷ điện. Công suất của các
nhà máy điện sử dụng năng lượng gió chỉ đạt được 20 đến 30 kW ở các vùng ít
gió và 100 đến 400 kW ở các vùng nhiều gió. Khó khăn nữa của nhà máy phát
điện sử dụng năng lượng gió là vấn đề điều chỉnh tần số và điện áp.

8


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

Để quay máy phát điện, người ta dùng các động cơ gió. Cánh quạt của nó
đối diện với hướng gió. Cánh quạt gồm hai phần: phần cố định và phần di động
có thể quay quanh trục của cánh. Trục của động cơ gió được nối trực tiếp hoặc
gián tiếp (qua bộ thay đổi tốc độ) với máy phát điện. Gió làm quay động cơ gió
và do đó làm quay máy phát điện để sản xuất ra điện năng.
Các trạm phát điện sử dụng năng lượng gió được xây nhiều ở các vùng
nhiều gió. Giá thành của năng lượng gió đắt, khó sử dụng một cách ổn định.
1.3.2. Năng lượng mặt trời:
Năng lượng mà trái đất nhận được từ mặt trời là vô tận. Năng lượng ánh
sáng mặt trời chiếu xuống trái đất trong 30 ngày tương đương với tổng năng
lượng từ nhiên liệu hoá thạch đã dùng và chưa dùng của trái đất.
Mặt trời có khoảng 70% khí hydro và 28% khí Heli, 2% các vật chất khác.
Năng lượng mặt trời được sinh ra bởi phản ứng hạt nhân tồn tại bên trong, mỗi
một giây có khoảng 700 000 000 tấn khí Hydro chuyển thành 695 000 000 tấn

Heli và 5 000 000 tấn tia gama. Các tia này thoát ra khỏi bề mặt và 20% biến đổi
thành bức xạ phát tán ra không gian.
Năng lượng mặt trời được sử dụng để cung cấp nhiệt, chiếu sáng, đun nước
nóng, sản xuất điện năng … cho hộ gia đình, các trung tâm thương mại và các khu
công nghiệp. Kỹ thuật sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời là nhà máy
năng lượng mặt trời và pin mặt trời.
Pin mặt trời hay còn gọi là pin quang điện chuyển trực tiếp từ năng lượng
mặt trời thành điện năng. Một tấm pin mặt trời có chứa các vật liệu bán dẫn
nhằm hấp thu ánh nắng mặt trời.
Các pin quang điện kết hợp với nhau thành khối khoảng 40 pin. Khoảng
10 khối kết hợp với nhau tạo thành dãy quang điện. Các dãy quang điện có thể

9


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

được sử dụng để sản xuất điện năng cho một toà nhà hoặc dùng với số lượng lớn
cho nhà máy điện.
Các nhà máy điện cũng có thể sử dụng nhiệt của ánh sáng mặt trời để sản
xuất hơi nước dùng sản xuất điện năng.
Nhà máy nhiệt điện mặt trời:
Năng lượng mặt trời có thể dùng để sản xuất điện năng. Một số nhà máy
điện năng lượng mặt trời, sử dụng các tấm gương có độ cong lớn nhằm hội tụ ánh
sáng mặt trời để đun sôi nước chứa trong đường ống sinh ra hơi nước. Lượng hơi
nước này có thể dùng để chạy tua bin sinh ra điện năng.

Hình 1.2 Sơ đồ nhà máy nhiệt điện mặt trời
- Trạm phát điện năng lượng mặt trời đầu tiên được xây dựng tại
California bởi công ty Israel, Luz International. Công suất 13,8 MW, chi phí

$6000/kW và hiệu suất toàn phần là 25%. Sau đó công ty này đã xây dựng thêm
các nhà máy, chi phí giảm còn $3000/kW và giá điện giảm từ 25 cents xuống 8
cents/kWh, tương đương giá điện hạt nhân hoặc nhiệt điện đốt than.
Một dạng nhà máy điện mặt trời khác gọi là Nhà máy điện toà tháp trung
tâm. nh sáng mặt trời được phản chiếu qua 1800 tấm gương mirrors bao quanh

10


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

toà tháp. Các tấm gương được gọi là kính định nhật, di chuyển và quay để đón
ánh nắng mặt trời suốt ngày.
nh sáng phản chiếu lên đỉnh tháp, điểm giữa của vòng xoay, nơi chất đối
lưu được đun nóng bởi tia nắng mặt trời. Chất đối lưu được đun sôi sinh ra hơi
nước để quay tuabin sinh ra điện.
Pin mặt trời:
Khi ánh sáng mặt trời tác động vào pin mặt trời, các electron bị tách ra
khỏi nguyên tử. Các eletron di chuyển theo hướng bề mặt. Một electron không
cân bằng được tạo nên giữa mặt trước và mặt sau. Khi 2 bề mặt nối với nhau
bằng sợi dây, một dòng điện tạo ra giữa cực âm và cực dương.
Các pin mặt trời sắp xếp với nhau tạo thành khối pin quang điện và nhiều
khối kết hợp với nhau tạo thành dãy pin quang điện. Một số dãy pin quang điện
được điều chỉnh tuỳ thuộc vào ánh sáng mặt trời trong ngày.

Hình 1.3. Cấu tạo pin mặt trời
Năng lượng điện từ pin mặt trời có thể sử dụng trực tiếp. Có thể sử dụng
cho các hộ dân cư cho việc chiếu sáng và những ứng dụng trong gia đình. Cũng
có thể sử dụng trong các trung tâm thương mại. Năng lượng mặt trời có thể lưu trữ
trong acquy để chiếu sáng đường phố và các bảng quảng cáo vào ban đêm. Năng

lượng mặt trời cũng có thể lưu trữ để sử dụng trong các hộp điện thoại ở những

11


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

nơi không có đường dây điện thoại. Pin quang điện cũng được ứng dụng trong các
loại xe hơi, ứng dụng cung cấp điện cho các vệ tinh trong không gian.
Hiện nay, các hệ thống pin mặt trời thương mại có các cấp: nhỏ (ít hơn 10
kW), trung bình (10 – 100 kW), và lớn (trên 100 kW) được nối vào hệ thống phân
phối. Rào cản chính hiện nay là giá thành cao trong chi phí lắp đặt (6000 – 1000
USD/ kW). Ngoài ra, việc vận hành pin quang điện còn lệ thuộc vào độ cao lắp
đặt và điều kiện thời tiết.

Hình 1.4. Các pin mặt trời được tập hợp thành Module và Array
1.3.3. Năng lượng địa nhiệt:
Địa nhiệt là nguồn năng lượng thân thiện hơn với môi trường, giúp giảm
chi phí sản xuất và tăng cường an ninh năng lượng, thay thế các nhà máy điện hạt
nhân và nhà máy điện chạy than và dầu mỏ.
Năng lượng địa nhiệt có tiềm năng rất lớn. Ví dụ, Mỹ có thể sản xuất tới
100 000 MW, đủ cung cấp điện cho 25 triệu hộ gia đình trong 50 năm với chi phí
khoảng 40 triệu USD/năm. Chi phí ban đầu cho dự án cũng chỉ mất khoảng từ
0,8-1 tỷ USD, tương đương với việc xây dựng một nhà máy điện chạy than.

12


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố


Các nhà máy địa nhiệt chỉ lấy nhiệt từ trái đất chứ không đốt nhiên liệu
nên sạch hơn các nhà máy điện dùng công nghệ khác rất nhiều như nhà máy
nhiệt điện.
Địa nhiệt được sản xuất theo phương pháp lấy nhiệt lượng trong lòng đất
từ các giếng khoan sâu để đun nước nóng và lấy hơi nước chạy các tuabin, hiện
đang có xu hướng được phát triển mạnh khi mà giá các nhiên liệu như dầu và khí
gas ngày càng đắt.
Nghiên cứu của MIT cho thấy sản xuất điện từ lòng đất có thể áp dụng
trên diện rộng chứ không chỉ trên quy mô nhỏ như suy nghó thông thường trước
đây. Hiện nay, Mỹ có khoảng 61 dự án địa nhiệt sắp triển khai với công suất đạt
5000 MW.
Ưu điểm của nguồn năng lượng địa nhiệt:
- Sạch: các nhà máy điện địa nhiệt, cũng như các nhà máy điện gió, năng
lượng mặt trời, không phải đốt nhiên liệu để sinh ra hơi nước làm quay tuabin.
- Dễ dàng xây dựng trên đất liền: xây dựng nhà máy điện địa nhiệt không
cần phải ngăn sông, không có hầm mỏ, không có ống dẫn ngầm, không có việc
tràn dầu …
- Tin cậy: nhà máy điện địa đặt ngay trên nguồn nhiên liệu, không bị ảnh
hưởng bởi việc ngưng máy phát do thời tiết, thiên tai …
- Linh hoạt: các nhà máy địa nhiệt có thể được thiết kế thành khối, với
những phần được lắp thêm để tăng công suất khi cần phát triển phù hợp với yêu
cầu ngành điện.
- Tiết kiệm chi phí: không phải bỏ tiền ra để mua nhiên liệu
Các loại nhà máy điện địa nhiệt: Có 03 loại nhà máy điện địa nhiệt. Mỗi
loại phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất của túi nhiệt.

13


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố


- Túi hơi nước khô tạo ra hơi nước nhưng rất ít nước. Hơi nước được bơm
một cách trực tiếp vào nhà máy điện hơi nước khô để sinh ra lực làm quay tuabin
máy phát.
Năm

Tổng số
lượng điện
tiêu dùng

Tổng số
năng lượng
tái tạo

1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004


550.700
539.600
532.800
527.900
530.800
541.600
547.400
549.900
556.700
557.300
576.400
580.500
581.700

17.045
15.142
17.975
18.280
20.233
21.923
20.392
21.249
24.569
28.275
35.399
36.480
42.697
44.697
55.756


Tỷ lệ
năng
lượng tái
tạo
3,1
2,8
3,4
3,5
3,8
4,0
3,7
3,9
4,4
5,1
6,1
6,3
7,3
7,7
9,6

Sức nước

Sức gió

Sinh
khối

Quang
điện


Địa
nhiệt

15.579,7
13.551,7
16.152,8
16.264,3
17.449,1
18.335
16.151,0
15.793
17.264,0
19.707,6
21.700
19.800
20.200
18.700
20.900

43,1
140
275,2
443
909,2
1.563
2.031,9
2.966
4.489,0
5.528,3
9.500

11.500
15.900
18.500
25.000

1.422
1.450
1.545
1.570
1.870
2.020
2.203
2.479
2.800
3.020
4.129
5.065
6.417
6.909
9.356

0,6
0,7
1,5
2,8
4,2
5,3
6,1
11
15,6

19,1
70
115
180
255
500

0,4

Bảng 1.1. Tỷ lệ năng lượng tái tạo trong sản xuất điện năng tại Đức
- Túi địa nhiệt sinh ra phần lớn là túi nước nóng và được dùng trong các
nhà máy điện tia nước. Nước có nhiệt độ từ 300°F đến 700°F được mang lên bề
mặt thông qua giếng rất tốt, nó được giải phóng lên trên từ sức ép của túi địa
nhiệt ở rất sâu. Hơi nước làm quay tuabin
- Một túi có nhiệt độ khoảng 250°F đến 360°F thì nóng không đủ để thành
tia nước, nhưng vẫn có thể dùng phát điện trong nhà máy điện nhị nguyên. Nước
được đưa qua bộ trao đổi nhiệt, ở đó hơi nóng của nó được trao đổi với chất lỏng
thứ hai. Khi đã được đun nóng, chất lỏng thứ hai bốc hơi, nở ra làm quay turbine
Vì năng lượng tái tạo có ưu điểm như trên nên hiện nay nhiều nước trên
thế giới đã khai thác được nguồn nhiên liệu này. Bảng 1.1 là tỷ lệ của năng lượng
tái tạo trong sản xuất điện tại Đức: Sản xuất điện tại Đức (GWh)

14


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

1.4.

nh hưởng của DG đối với lưới phân phối:


DG làm thay đổi một cách mạnh mẽ hệ thống nguồn phát, nguồn phát có
thể tập trung hay phân bố, chúng đều hợp nhất thành một hệ thống điện thống
nhất. Công suất của các nguồn phát điện phụ thuộc vào nguồn năng lượng sơ cấp
ở địa phương. Các nguồn phát này được biết như là nguồn năng lượng phân bố
(distributed energy resources –DERs).
Không có sự định nghóa thống nhất về DG, các định nghóa DG dựa vào kỹ
thuật và sự ứng dụng của DG. DG là các nguồn phát có công suất tương đối từ vài
chục kW đến vài chục MW, các nguồn phát này được bơm trực tiếp vào lưới phân
phối để cung cấp điện trực tiếp cho lưới phân phối. Máy phát này được lắp đặt
bởi công ty điện lực, khách hàng tiêu tụ điện hoặc một số công ty khác; DG
thường được đặt gần hộ tiêu thụ điện.
DG được Commission of the European Union (CEU) xem như là một phần
thiết yếu của sự phát triển hệ thống điện Châu Âu. Chúng ta cần phải nghiên cứu
về đặc trưng của DG vì DG có ảnh hưởng đến kế hoạch và sự phát triển của lưới
phân phối. Đặc biệt, xây dựng mô hình của DG trong bối cảnh này, bao gồm:
- Kế hoạch chiến lược và hoạch định chính sách
- Lập kế hoạch triển khai hệ thống DG chi tiết
- Thiết kế, vận hành và ổn định DG, đánh giá trạng thái
DG có thể được kết nối với lưới phân phối hay vận hành độc lập. DG
không được đóng hoặc ngắt điện theo nhu cầu của lưới, ngoại trừ một vài DG kết
hợp chặt chẽ với lưới, khi đó DG như là nguồn điện dự trữ cho hệ thống điện.
Kết quả cuối cùng, như chúng ta thấy, DG sẽ làm thay đổi lưới phân phối
một cách mạnh mẽ. Thay vì điện được sản xuất từ các nhà máy có công suất lớn
và truyền tải theo một hướng từ nguồn điện lực đến hộ tiêu thụ. DG giúp ích với
khách hàng như sau:

15



Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

- Có một mức độ độc lập nhất định với nguồn điện lực
- Nâng cao độ tin cậy nguồn cung cấp
- Giảm chi phí
- Chất lượng điện tốt hơn
- Thân thiện với môi trường
Điều này mở ra khả năng phát triển các nguồn năng lượng công suất nhỏ
sử dụng năng lượng tái tạo. Với DG, mọi nhà và các công ty đều có thể sản xuất
điện sử dụng kỹ thuật như là tế bào nhiên liệu, pin mặt trời, tuabin gió, thuỷ điện
nhỏ … Năng lượng thừa sẽ được bán cho lưới điện.
Ngoài ra, DG cũng làm ảnh hưởng chất lượng cung cấp điện và các vấn đề
kỹ thuật như là công suất ngắn mạch hay hệ thống bảo vệ. DG làm thay đổi chất
lượng điện áp lưới phân phối. Nếu như nhiều DG trong lưới phân phối sẽ làm
thay đổi một cách mạnh mẽ lưới. Ta có thể sử dụng thêm những thiết bị đo lường
để điều khiển một cách dễ dàng. Tuỳ thuộc vào cấu trúc của lưới mà sự ảnh
hưởng của DG khác nhau. Vì vậy, sự tác động của DG và việc vận hành hệ thống
được chia thành 2 nhóm sau:
- Khả năng của lưới bị giới hạn bởi những ràng buộc, sự ổn định điện áp và
khả năng mang dòng của thiết bị. Để gia tăng khả năng của lưới trong một phạm
vi cho phép bằng cách tối ưu mức độ tự do sẵn có trong việc vận hành lưới, hay
nói cách khác là đầu tư thiết bị mới nhất.
- Tiêu chuẩn khác, có thể gọi là tiêu chuẩn kết nối bị ảnh hưởng bởi công
nghệ DG và những thiết bị đo lường vị trí khác. Điều này sẽ đáp ứng cho những
dao động, độ thay đổi điện áp lớn, dòng ngắn mạch và độ nhạy của hệ thống bảo
vệ.
Một đặc tính nói chung làm DG không đạt hiệu quả là sự dao động công
suất ngõ ra. Kết quả là những dao động điện áp lưới sẽ chồng lên những dao

16



Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

động tồn tại gây ra những thay đổi tại tải và có thể dẫn đến sự dao động điện áp
cao.
Sự gia tăng dải điện áp bằng việc bơm công suất từ DG sẽ làm cho hệ
thống tiêu thụ công suất kháng từ DG. Điều này sẽ gây khó khăn trong việc tối
ưu dòng công suất phản kháng ở cấp điện áp cao hơn. Vì vậy, hệ số công suất của
DG không nên đặt một giá trị cố định, mà nên dựa theo mức độ tự do trong việc
kết nối để xác định giá trị đó tuỳ theo từng trường hợp cụ thể nhằm đạt được
những yêu cầu trong khu vực.
Việc kết nối DG – nếu không dựa trên độ sụt áp cho phép – sẽ bị giới hạn
bởi khả năng mang dòng của thiết bị, khả năng này được xác định thông qua khả
năng tải nhiệt mà nó có thể chịu đựng được.
Về cơ bản, độ tin cậy trong cung cấp điện thường không tăng lên bởi sự có
mặt của DG, nếu không được cho phép và vận hành cô lập sao cho thích hợp.
Ngược lại, sự quan tâm cần phải có để đảm bảo rằng DG không làm giảm độ tin
cậy trong việc cung cấp điện. Điều này có thể xảy ra khi độ nhạy của hệ thống
bảo vệ bị hỏng, việc tự đóng lại không đảm bảo được lâu, gây hư hại cho cáp
trong tình trạng quá tải sau những sự cố nhất thời của hệ thống. Hơn nữa, điện áp
ổn định sẽ không phải tăng giới hạn cho phép trong những điều điện cung cấp
ngoại lệ. Trong trường hợp này, chúng ta cần phải cách ly DG khỏi hệ thống hay
DG phải tự điều chỉnh sao cho phù hợp với giới hạn điện áp.
Dòng tải sẽ thay đổi kéo theo sự thay đổi tổn hao trong hệ thống. Khi có
DG thì dòng tải sẽ thay đổi kéo theo sự thay đổi tổn hao. Tổn hao có thể giảm
hay tăng tuỳ thuộc vào dòng công suất của DG bơm vào lưới.

17



Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

1.5.

Các bài toán vận hành DG:

Những thay đổi gần đây trong cơ cấu chính của các công ty điện lực đã tạo
cơ hội cho nhiều sự đổi mới khoa học kỹ thuật. Máy phát phân bố thường được
kết nối trên lưới phân phối, chủ yếu cấp truyền tải trung gian.
Để phát triển thành công nguồn phát và lưới với hệ thống DG, yêu cầu
cần phải xây dựng mô hình toán học cho:
- Sự nối kết DG
- Bảo vệ trong lưới phân phối
- Chất lượng điện năng
- Thu thập số liệu, điều khiển DG và hệ thống lưới trên nền SCADA
- Tối ưu và cân bằng tải
- Phân tích quá độ và ổn định lưới phân phối
- Phân tích độ tin cậy
- Đánh giá trạng thái trong lưới phân phối có DG
1.5.1. Bài toán phối hợp bảo vệ trong lưới phân phối có DG:
Tất cả những hệ thống phân phối điện áp thấp đều có cấu trúc hình tia.
Chúng lấy năng lượng thông qua một hay nhiều máy biến áp (giảm áp). Trong
khi đó, hệ thống phân phối trung áp có cấu trúc vòng kín nhưng vận hành hở. Một
cấu trúc vòng hở nghóa là hai phát tuyến được nối với nhau thông qua một dao cắt
liên lạc ở cuối các phát tuyến. Dao cắt liên lạc luôn ở trạng thái mở. Khi có sự cố,
khu vực bị sự cố sẽ cô lập nhờ mở hai dao cắt liên lạc ở hai đầu khu vực.
1.5.1.1. Bảo vệ máy phát phân phối:
Việc bảo vệ DG phải đáp ứng những yêu cầu của người sở hữu và người
vận hành cả đơn vị máy phát và hệ thống điện. Từ khi các dự án về DG bị giới

hạn về ngân sách họ không thể bao gồm nhiều yêu cầu kỹ thuật để xác định việc
lắp đặt bảo vệ.

18


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

Để chuẩn hoá việc bảo vệ DG, ở Thụy Điển, người ta đề ra tiêu chuẩn
AMP trong việc kết nối những máy phát công suất nhỏ với hệ thống. Những tiêu
chuẩn này dựa trên tiêu chuẩn chất lượng điện năng quốc gia và bao gồm những
thủ tục hành chính, nối đất, bù công suất phản kháng, sóng hài, dao động, bảo vệ
và đo lường.
Những chức năng bảo vệ cơ bản là bảo vệ máy phát và tuabin khỏi hư hại
về cơ khí, quá nhiệt và hỏng cách điện. Ngoài ra, cần phải bảo vệ ngắn mạch,
điện áp và tần số bất thường, đổi chiều công suất và mất đối xứng.
Thời gian
Quá áp
Dưới áp

Trễ 0,2 (giây)
120%
80%

Trễ 60 (giây)
106%
90%

Bảng 1.2. Thông số cài đặt cho các bảo vệ quá áp và dưới áp theo AMP
Thời gian

Quá tần số
Dưới tần số

Trễ 0,5 (giây)
120%
80%

Bảng 1.3. Thông số cài đặt cho các bảo vệ quá tần số và dưới tần số theo AMP
• Bảo vệ ngắn mạch: Sự cố ngắn mạch trên máy phát hay trên cáp nối và
máy biến áp làm dòng tăng cao, gây hư hại thiết bị vì quá nhiệt hay lực điện
động tác động giữa các phần dẫn điện lớn.
AMP yêu cầu DG phải được bảo vệ ngắn mạch, có thể sử dụng cầu chì hay
CB kết hợp với relay.
• Bảo vệ bất đối xứng:
Sự cố ngắn mạch bất đối xứng hay sự cố hở một pha trong hệ thống sẽ làm
dòng bất đối xứng tăng cao. AMP yêu cầu DG phải được bảo vệ mất đối xứng.
1.5.1.2. Bảo vệ hệ thống:
Hầu hết hệ thống phân phối hạ áp được bảo vệ bằng cầu chì. Đối với hệ
thống phân phối trung áp nối đất qua tổng trở cao, người ta sử dụng bảo vệ ngắn
mạch nhằm phát hiện sự cố ngắn mạch nhiều pha và bảo vệ sự cố chạm đất.

19


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

Thông thường, bảo vệ sự cố chạm đất bắt đầu cắt CB ở phát tuyến trung
gian. Nhiều hệ thống truyền tải trung áp có cấu trúc mạch vòng, không nối đất
thường sử dụng bảo vệ sự cố chạm đất để phát hiện sự cố chạm đất một pha.
1.5.1.3. nh hưởng của DG đến hệ thống bảo vệ:

DG sẽ cung cấp một phần công suất cho tải và dòng sự cố. Lưới phân phối
ngày nay hầu hết đều được trang bị hệ thống bảo vệ quá dòng nhằm loại bỏ sự cố
bằng cách mở CB hay làm chảy cầu chì ở khu vực phía trên sự cố. Với sự có mặt
của DG, sự cố ngắn mạch trong nhiều trường hợp có thể xử lý bởi những thiết bị
tương tự, nhưng đòi hỏi phải cẩn thận trong việc phối hợp bảo vệ.
Yêu cầu tối thiểu là phải có một bảo vệ ngắn mạch và một bảo vệ sự cố
chạm đất ở tất cả những vị trí mà dòng sự cố được cung cấp vào hệ thống.
1.5.2. Bài toán đánh giá độ tin cậy của hệ thống:
Đánh giá độ tin cậy là lónh vực rất rộng đối với các nhà nghiên cứu và
được nghiên cứu ở nhiều khía cạnh. Độ tin cậy có thể được đánh giá bằng định
tính hay định lượng. Kỹ thuật định tính dựa vào kinh nghiệm và suy đoán của
người đánh giá. Kỹ thuật định lượng sử dụng các phương pháp đánh giá để củng
cố kết quả của phương pháp định tính.
Vấn đề cơ bản của việc đánh giá độ tin cậy hệ thống phân phối là đo lường
xem xét dữ liệu quá khứ để đánh giá độ tin cậy. Giải pháp chung là phản ánh ảnh
hưởng của những lần cắt điện thành các chỉ số vận hành của hệ thống.
Một số chỉ số tin cậy của hệ thống phân phối:
SAIDI (thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống): cho biết
thời gian trung bình của mất điện duy trì. SAIDI được tính bằng thời gian khách
hàng bị mất điện trên tổng số khách hàng có điện.
CAIFI (tần suất mất điện trung bình của khách hàng): cho biết tần suất
trung bình của các lần mất điện duy trì đã xảy ra đối với khách hàng. CAIFI được

20


Chương 1: Tổng quan về máy phát phân bố

tính bằng tổng số khách hàng bị mất điện trên tổng số khách hàng bị ảnh hưởng
mất điện.

CAIDI (thời gian cắt điện trung bình của người sử dụng): là thởi gian trung
bình cắt điện đối với người sử dụng trong một năm. CAIDI được tính bằng tổng số
thời gian bị cắt điện của người sử dụng chia cho tổng số người bị mất điện trong
thời gian một năm.
Để tính toán độ tin cậy, chúng ta dựa vào hai thông số chính:
- Thông số độ tin cậy của từng phần tử trong hệ thống
- Cấu trúc của hệ thống phân phối
DG lắp đặt trong mạng phân phối có thể nâng cao độ tin cậy của hệ hống
do liên tục cung cấp điện cho khách hàng, đặc biệt trong trường hợp đường dây
phân phối, truyền tải, máy biến áp bị sự cố.
DG đặt gần phụ tải thì độ tin cậy càng cao, bởi vì nếu đặt xa phụ tải thì độ
tin cậy còn bị ảnh hưởng nhiều bởi các phần tử khác.
1.5.3. Bài toán định lượng các chỉ số kỹ thuật:
1.5.3.1. Chỉ số giảm tổn hao đường dây – LLRI:
Tuỳ thuộc vào lượng công suất phát và vị trí đặt của DG, tổn hao có thể
tăng cao. Chỉ số LLRI là tỷ số của tổng tổn hao đường dây trong hệ thống có DG
và tổng tổn hao đường dây trong hệ thống không có DG.
LLRI =

LL w / DG
LL wo / DG

(1.1)

M

LL w / DG = ∑ I A2 ,i R i D i

(1.2)


i =1

M

LL wo / DG = ∑ I 2L ,i R i D i

(1.3)

i =1

Với : IA,i :Độ lớn dòng điện trên đường dây phân phối thứ i khi có DG (pu)

21