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

Bài viết trình bày tổng quan các yêu cầu nối lưới đối với nhà máy điện năng lượng tái tạo của một số quốc gia có tỷ trọng năng lượng tái tạo lớn trong hệ thống điện. Đó là các yêu cầu về khả năng vượt qua sự cố điện áp thấp và điện áp cao, đáp ứng công suất tác dụng và công suất phản kháng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
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 82 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 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 Nguyễn Mậu Cương1, Nguyễn Đức Ninh2 1 Bộ phận tư vấn điện PTI, Tập đoàn Siemens Đức 2 Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia, Tập Đoàn Điện lực Việt Nam Tóm tắt: Bài báo trình bày tổng quan các yêu cầu nối lưới đối với nhà máy điện năng lượng tái tạo của một số quốc gia có tỷ trọng năng lượng tái tạo lớn trong hệ thống điện. Đó là các yêu cầu về khả năng vượt qua sự cố điện áp thấp và điện áp cao, đáp ứng công suất tác dụng và công suất phản kháng... Phần tiếp theo là các nghiên cứu cần thiết để kiểm tra khả năng đáp ứng các yêu cầu nêu trên của nhà máy năng lượng tái tạo. Cuối cùng tính toán minh họa cho một nhà máy điện mặt trời tại Nam Phi được trình bày. Từ khóa: năng lượng tái tạo, yêu cầu nối lưới, điện mặt trời, điện gió. 1. GIỚI THIỆU Các yêu cầu nối lưới được định nghĩa bởi cơ quan điều độ hệ thống điện bao gồm các quy định về quyền lợi và trách nhiệm của các tổ máy và phụ tải khi đấu nối vào lưới điện truyền tải cũng như phân phối. Do tỷ trọng của các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng tăng thì việc bổ sung các quy định cho loại nguồn điện này ngày càng trở nên cấp thiết trong khoảng hơn một thập kỷ gần đây. 2. TỔNG QUAN CÁC QUY ĐỊNH NỐI LƯỚI ĐỐI VỚI NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CỦA CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI Các quy định có thể phân thành 6 nhóm như sau. 2.1. Yêu cầu về khả năng vượt qua sự cố Yêu cầu này bao gồm khả năng vượt qua sự cố khi điện áp giảm thấp (LVRT) như ở 0 và khi điện áp tăng cao (HVRT) như ở hình 2. Đối với quy định LVRT được định nghĩa khi điện áp tại điểm mà nhà máy điện năng lượng tái tạo đấu nối vào hệ thống bị giảm xuống 20% trong khoảng thời gian 500 ms (ví dụ đối với quy định của Đan Mạch như ở hình 1) thì nhà máy không được tách ra khỏi lưới và phải đủ khả năng điều chỉnh điện áp phục hồi nằm trong khu A và B. BÁO CÁO CHUNG | 83 Đối với quy định HVRT để xét đến khả năng điện áp tăng cao (ví dụ trong trường hợp cắt phụ tải) như hình 2 quy định nhà máy phải nối lưới trong thời gian vài trăm ms với điện áp 1.3 pu và phải có khả năng đưa điện áp dần về vùng làm việc bình thường. Tổng hợp các giá trị liên quan đến LVRT và HVRT của các nước được tổng hợp ở phụ lục. Hình 1: Yêu cầu LVRT Hình 2: Yêu cầu HVRT của hệ thống điện Đan Mạch [1] của hệ thống điện Úc [2] 2.2 Yêu cầu về khả năng đáp ứng công suất tác dụng và công suất phản kháng trong và sau sự cố Hình 3: Yêu cầu về hỗ trợ công suất phản kháng của hệ thống điện Đức [3] Quy định này của hệ thống điện Đức và Tây Ban Nha được thể hiện ở hình 3 và hình 4. Yêu cầu về điều chỉnh công suất tác dụng nhằm góp phần duy trì trong ngắn hạn ổn định tần số. Yêu cầu về điều chỉnh công suất phản kháng nhằm đảm bảo nhà máy 84 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 điện năng lượng tái tạo tham gia vào hỗ trợ và tăng cường giới hạn ổn định điện áp của hệ thống. Cụ thể quy định của hệ thống điện Úc là nhà máy năng lượng tái tạo phải cung cấp được dòng phản kháng dung bằng 4% của dòng điện vận hành liên tục lớn nhất cho mỗi thay đổi 1% điện áp tại điểm đầu nối. Như vậy một cách gần đúng thì nhà máy phải phát tối đa dòng điện phản kháng khi điện áp tại điểm nối giảm xuống hơn 25%. Trong khi đó hệ thống điện Đức quy định giá trị thay đổi này là 2% tương đương dòng phản kháng cực đại cả nhà máy sẽ được huy động hết khi điện áp tại điểm đấu nối giảm xuống 50%. Đối với khả năng điều chỉnh công suất tác dụng, hệ thống điện Úc quy định nhà máy phải phục hồi 95% công suất phát sau 100 ms kể từ sau khi sự cố kết thúc. Hệ thống điện Ailen quy định nhà máy điện tái tạo phải duy trì lượng công suất phát tỉ lệ với điện áp trên điểm đấu nối và phải phục hồi lại 90% khả năng phát lớn nhất trong vòng 1s kể từ khi điện áp phục hồi lại được 90%. Hệ thống điện Đức thì quy định nhà máy phải phục hồi lại giá trị phát trước sự cố với độ dốc lớn hơn 20% của công suất định mức cho mỗi giây. Tại Tây Ban Nha, nhà máy điện tái tạo không được phép tiêu thụ công suất tác dụng trong lúc sự cố và trong giai đoạn phục hồi điện áp, nhà máy phải nối lưới và phát công suất tỉ lệ với điện áp dư trên điểm đấu nối. Còn tại Anh quy định nhà máy phải phục hồi lại 90% của lượng công suất phát trước sự cố trong vòng 500 ms tính từ lúc điện áp phục hồi lại được 90% điện áp định mức. Hình 4: Yêu cầu về hỗ trợ công suất phản kháng của hệ thống điện Tây Ban Nha [4] BÁO CÁO CHUNG | 85 2.3. Yêu cầu về khả năng vận hành trong các vùng tần số và điện áp Các quy định nối lưới quốc tế đều quy định vùng làm việc liên tục của nhà máy xác định bởi vùng giới hạn theo tần số và điện áp tại điểm nối. Ở Úc, nhà máy phải vận hành liên tục trong khoảng tần số từ 49.5 - 50.5 Hz và dải điện áp từ 90 - 110%. Nhà máy phải chịu được thay đổi tần số trong khoảng 49 - 51 Hz trong vòng 10 phút, với khoảng 48 - 51 Hz trong vòng 2 phút và trong khoảng 47.5 - 52 Hz trong vòng 9s. Quy định này của Đan Mạch và Bắc Âu được thể hiện ở hình 5 và hình 6. Hình 5: Phạm vi làm việc ứng với các dải tần số và điện áp khác nhau hệ thống điện Đan Mạch [1] Hình 6: Phạm vi làm việc ứng với các dải tần số v ...