TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

KHOA ĐIỆN - CƠ
====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DỰ TRỮ NĂNG LƯỢNG TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐI SÂU PHÂN TÍCH VỀ STATCOM

Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Lớp
Khóa
MSSV

: PGS.TS. Nguyễn Tiến Ban
: Nguyễn Văn Dũng
: Điện Công nghiệp và Dân dụng
: 2010 - 2015
: 1051540003

HẢI PHÒNG, 12 - 2014

Nguyễn Văn Dũng

i


TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG
KHOA ĐIỆN - CƠ

...............................................................................................................................................
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
Nguyễn Văn Dũng

ii


...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
5. Họ tên cán bộ hướng dẫn:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:.................................................................................................
7. Ngày hoàn thành đồ án: .....................................................................................................
Ngày ....... tháng ....... năm ..….
Trưởng bộ môn

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………
3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn:
(Điểm ghi bằng số và chữ)
Ngày .... tháng ...... năm 2015
Cán bộ hướng dẫn chính
(Họ tên và chữ kí)

Nguyễn Văn Dũng

iv


NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
1. Đánh giá chất lượng của đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số
liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượng
thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài.
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

vi


LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Tiến Ban với cương
vị là người hướng dẫn đã giúp đỡ tận tình trong suốt thời gian thực hiện đồ án.
Em cũng xin được cảm ơn toàn thể cac thầy cô trong bộ môn thiết bị điện nói
riêng và toàn thể các thầy cô trong trường Đại Học Hải Phòng nói chung đã tận tình
dạy dỗ và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các tác giả của các tài liệu tham khảo
trong đồ án này và sự góp ý của các thầy cô trong bộ môn cùng toàn thể các bạn sinh
viên trong suốt quá trình thực hiện đồ án.

Nguyễn Văn Dũng

vii


MỤC LỤC
Hình 3.4: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù 49.........................ix
Hình 3.5L Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ tù 50..............................ix
3.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM................................46
Trong đó: V1 và θ1: Điện áp lưới cần điều chỉnh và góc lệch pha........................48
V2 và θ2: Điện áp tạo ra bởi VSC và góc lệch pha...............................................48
XL: Điện kháng kết nối giữa lưới và bộ bù...........................................................48
δ: Góc lệch pha giữa điện áp lưới và điện áp bộ bù..............................................48
Trong chế độ hoạt động chỉ bù CSPK thì δ = 0 do đó từ (2.1) ta có:......................48
; (3.2).................................................................................................................48
Từ (2.2) ta thấy Q tỉ lệ với hai điện áp (V1 - V2)....................................................48
- Khi V1 = V2 thì Q = 0 bộ bù không phát ra hay hấp thụ CSPK...........................48

Hình 3.1: Các giai đoạn thực hiện dự án thí điểm của ABB .................................... 33
Hình 3.2 Sơ đồ bố trí lắp đặt hệ thống ESS ............................................................. 36
Hình 3.3. Biểu đồ năng lượng .................................................................................. 38
Hình 3.4. Nguyên lý điều khiển năng lượng gió, mặt trời và nguồn năng lượng bổ
sung khác .................................................................................................................. 39
Hình 3.5. Đồ thị thể hiện mức độ sử dụng năng lượng trong ngày .......................... 40
Hình 3.6. Biểu đồ năng lượng .................................................................................. 41
Hình 3.7. Đồ thị năng lượng khi sử dụng ESS trong hệ thống ................................ 41
Hình 3.8. Ác quy dự trữ năng lượng ........................................................................ 44
Hình 3.9. Thiết kế của ESS ...................................................................................... 45
Hình 3.10: Hình ảnh thực tế của ESS ....................................................................... 45
Hình 3.11: Mô hình hệ thống ESS ........................................................................... 46
Hình 3.1: Cấu trúc cơ bản của STATCOM .................................................................... 47
Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM ............................................... 48
Hình 3.3: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực .................................................................... 49
Hình 3.4: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù .............................. 49
Hình 3.5L Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ tù .................................. 50
Hình 3.6. Thiết bị bán dẫn: (a) GTO và (b) IGBT ................................................... 52
Hình 3.7: Cấu trúc liên kết của một VSC ba pha hai cấp sử dụng IGBT

.......... 53

Hình 3.8: Hoạt động của PWM ........................................................................................... 55
Hình 3.9: Chuyển đổi nguồn điện áp (VSC) "một chân" ......................................... 55
Nguyễn Văn Dũng

ix


Hình 3.10: Sơ đồ mạch lực nghịch lưu PWM ................................................................ 56

Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta có bước tăng trưởng một cách ấn
tượng kéo theo đó nhu cầu dùng điện tăng rất nhanh. Thực tế trên đòi hỏi chúng ta
phải nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao chỉ tiêu chất lượng điện và dự trữ năng
lượng để sử dụng hợp lý năng lượng trong tương lai. Để hệ thống điện hoạt động linh
hoạt ở mọi chế độ, kể cả tình huống sự cố nghiêm trọng nhất thì phải có các giải pháp
đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, tin cậy.
Nhận thấy vai trò to lớn của việc nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng lưới
điện, được sự tin tưởng của các thầy cô đặc biệt là thầy giáo PGS-TS : Nguyễn Tiến
Ban em đã nhận đề tài :“ Nghiên cứu giải pháp nâng cao chỉ tiêu chất lượng lưới
điện bằng phương pháp dự trữ năng lượng trong hệ thống điện Việt Nam”. Em
xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS-TS Nguyễn Tiến Ban đã tận tình chỉ bảo
hướng dẫn cho em giúp em hoàn thành tốt đồ án này.
Em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo và các bạn đã chỉ bảo, đóng góp ý
kiến, giúp em trong quá trình làm đồ án.
Do những hạn chế về kinh nghiệm, kiến thức, thời gian nên bản đồ án khó tránh
khỏi những thiếu sót nhất định. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô
giáo và các bạn. Em xin trân trong cảm ơn!
Hải Phòng, Ngày

tháng

năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Dũng

Nguyễn Văn Dũng

1

rộng rãi tại lưới điện truyền tải Việt Nam.

Nguyễn Văn Dũng

2


Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện của Việt Nam

Hình1.1: Đường dây 500KV Bắc-Nam
Hộ tiêu thụ: Là tập hợp các thiết bị sử dụng điện. Phụ tải điện là đại lượng đặc
trưng cho công suất tiêu thụ của các hộ dùng điện. Do đặc điểm và yêu cầu từng loại
khách hàng sử dụng điện nên phụ tải điện được chia ra:
Hộ loại 1: Hộ tiêu thụ quan trọng nếu ngừng cung cấp điện nguy hiểm đến sức
khỏe tính mạng con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế, an ninh, quốc phòng.
Hộ loại 2: Nếu ngừng cung cấp chỉ gây thiệt hại về kinh tế như quá trình sản
xuất bị gián đoạn.
Hộ loại 3: Là những hộ tiêu thụ không thuộc nhóm loại một và nhóm loại hai:
ví dụ như những phân xưởng phụ, những xóm nhỏ…

1.2. Phụ tải của hệ thống điện Việt Nam
1.2.1. Phân tích biểu đồ phụ tải
Biểu đồ phụ tải thể hiện tình hình tiêu thụ điện tổng thể
Biểu đồ phụ tải thường được thể hiện bằng công suất điện của thiết bị được
đo đạc, ghi nhận theo định kỳ.
Biểu đồ phụ tải cho biết: Tình hình hoạt động của thiết bị. Giá trị cao nhất,
thấp nhất, giá trị trung bình từng thời điểm. Thời gian vận hành thiết bị. Chi phí điện
năng phải trả.

Nguyễn Văn Dũng


Thị trường điện nước ta đã có định hướng và lộ trình hình thành và phát triển

theo các cấp độ, nhưng giai đoạn trước mắt sẽ còn nhiều khó khăn, và quá trình thực
hiện cơ chế thị trường sẽ bị chậm lại do một số nguyên nhân: Thị trường đang và sẽ
vẫn thiếu hàng hoá, nguồn điện và lưới điện chưa đủ để cung cấp thì chưa thể nói đến
cạnh tranh. Thị trường người mua có xu hướng luôn đòi hỏi phải được cấp đủ điện,
nhưng không sẵn sàng trả giá theo giá cả thị trường mà muốn Nhà nước tiếp tục trợ
giá, trong khi đa phần các yếu tố đầu vào cho cung cấp điện đều theo giá thị trường
Nguyễn Văn Dũng

4


Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện của Việt Nam

khu vực và quốc tế. Bộ máy quản lý điều tiết thị trường chưa đủ mạnh, còn đang
hoàn thiện dần trong khi các cơ sở pháp lý cũng chưa theo kịp, chưa thể ngày một
ngày hai có khả năng quản lý thị trường. Dự báo nhu cầu điện toàn quốc sẽ tăng bình
quân từ 14% đến 16% hàng năm trong giai đoạn 2011-2015, tăng khoảng trên
11,5%/năm giai đoạn 2016-2020. Nhu cầu điện sản xuất dự kiến năm 2015 là 194 –
211 tỷ kWh; năm 2020 là 329 – 362 tỷ kWh và năm 2030 là 695 – 834 tỷ kWh. Để
đảm bảo cung cấp điện an toàn liên tục cho nhu cầu xã hội, với nhu cầu điện như
trên, chương trình phát triển hệ thống điện sẽ có quy mô rất lớn. Với phương án cơ sở
dự kiến tổng công suất nguồn điện năm 2015 sẽ khoảng 42.500MW, gấp hơn 2 lần
năm 2010 với tỷ trọng 33,6% thuỷ điện, 35,1% nhiệt điện than, 24,9% nhiệt điện dầu
và khí, khoảng gần 4% nguồn năng lượng tái tạo (thuỷ điện nhỏ, điện gió, sinh khối,
mặt trời v.v..), còn lại khoảng 2,5% nhập khẩu. Đến năm 2020 tổng công suất nguồn
điện sẽ khoảng 65.500MW với tỷ trọng thuỷ điện 26,6% (~17.400MW), nhiệt điện
than tăng lên 44,7% (~29.200MW), nhiệt điện dầu-khí giảm xuống 19,6%

Nước ta hiện nay đang phụ thuộc nhiều vào thủy điện, do đó thường xảy ra
thiếu điện vào mùa khô. Trong kế hoạch phát triển ngành điện trong tương lai tỷ
trọng đóng góp của thủy điện sẽ giảm dần.
Vào mùa khô tình hình hạn hán nghiêm trọng kéo dài làm suy giảm công suất
và sản lượng các nhà máy thủy điện, một số nhà máy nhiệt điện mới (Hải Phòng,
Quảng Ninh, Uông Bí 2, Phả Lại 2, Cẩm Phả và Sơn Động) lại vận hành không ổn
định thường xảy ra sự cố, trong khi đó nhu cầu về điện lại tăng cao do nắng nóng dẫn
đến việc mất cân đối cung-cầu về điện. Nguyên nhân cơ bản của tình trạng thiếu điện
là do nhiều dự án nguồn bị chậm tiến độ nhiều năm qua.
Hiện nay ở nước ta có 2 nguồn sản xuất điện năng chủ yếu đó là thủy điện và
nhiệt điện. Nhiệt điện hiện nay chủ yếu là 3 nguồn: nhiệt điện than, nhiệt điện khí và
nhiệt điện dầu. Thời gian gần đây một số dự án sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo
như gió và mặt trời được ứng dụng nhiều hơn, góp phần tạo thêm nguồn cung cấp
điện năng.
Ngành thủy điện: không có chi phí cho nhiêu liệu, có mức phát thải thấp và có
thể thay đổi công suất nhanh theo yêu cầu phụ tải. Tuy nhiên, ngành có chi phí đầu tư
ban đầu cao, thời gian xây dựng lâu và là nguồn bị động nhất.
Nhiệt điện khí: Có tỷ trọng đóng góp lớn nhất trong cơ cấu nguồn sản xuất
nhiệt điện với tỷ trọng hơn 60% tổng công suất của nhiệt điện. Nguồn nguyên liệu để
sản xuất ra điện là khí tự nhiên được mua lại từ Tập đoàn dầu khí và nhập khẩu, giá
bán khí sẽ biến động theo giá dầu. Mặc dù nguồn khí tự nhiên nước ta khá dồi dào,
tuy nhiên do giá thành sản xuất điện khí ở mức cao do đó mặc dù công suất của các
nhà máy điện khí rất lớn nhưng tỷ lệ khai thác lại không cao. Các dự án nhiệt điện khí
Nguyễn Văn Dũng

6


Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện của Việt Nam



- Mức phát thải thấp.

- Chi phí ban đầu cao.

- Có thể thay đổi công suất

- Là nguồn bị động nhất,

theo yêu cầu phụ tải.

chịu hoàn toàn vào yếu tố
thời tiết.
- Thời gian xây dựng lâu.

Nguyễn Văn Dũng

7


Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện của Việt Nam

Nhiệt điện

- Chi phí đầu tư ban đầu

- Chi phí vận hành cao

thấp hơn thủy điện.


phụ thuộc đối tác.
- Nhập khẩu sẽ mất

ngoại tệ.
Bảng 1.1. Ưu điểm và nhược điểm các nguồn điện của Việt Nam.
1.3.2. Các nguồn năng lượng trong hệ thống điện Việt Nam
Việt Nam có tiềm năng rất lớn về nguồn năng lượng sử dụng tạo ra nguồn
điện được phân bố rộng khắp trên toàn quốc. Sinh khối từ các sản phẩm hay chất thải
nông nghiệp có sản lượng tương đương 10 triệu tấn dầu/năm. Tiềm năng khí sinh học
xấp xỉ 10 tỉ năm m3 năm có thể thu được từ rác, phân động vật và chất thải công
nghiệp. Tiềm năng kỹ thuật của thủy điện nhỏ (
từ những năm 1960, tới nay hoàn toàn làm chủ công nghệ điện mặt trời. Tuy nhiên,
dù có nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời lớn nhưng sau một thời gian phát triển,
việc khai thác nguồn năng lượng này chưa hiệu quả. Sở dĩ, năng lượng mặt trời chưa
phát triển ở Việt Nam là do chi phí thiết bị còn khá cao, khoảng 20.000USD/gia đình.
Công nghệ thiết kế, lắp ráp, vận hành và bảo trì tương đối phức tạp. Đến nay, cả nước
có khoảng 5.000 hộ sử dụng điện mặt trời. Nhưng điều đáng quan tâm là kinh phí lắp
đặt mạng lưới điện mặt trời của 5.000 hộ này phần lớn là do nước ngoài tài trợ và
Nhà nước chưa có một chính sách nào cụ thể để ngành công nghiệp năng lượng mặt
trời phát triển. Hiện nay, mới chỉ có sự tham gia của các nhà khoa học, một vài doanh
nghiệp và một số tổ chức trong việc nghiên cứu, thử nghiệm các thiết bị sử dụng năng
lượng mặt trời. Sự tham gia của Nhà nước đối với ngành công nghiệp này chỉ dừng ở
mức kêu gọi, khuyến khích nên hiệu quả chưa cao.
Nguyễn Văn Dũng

10


Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện của Việt Nam

Việc nghiên cứu, ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo trong đó phát triển
mạnh năng lượng gió và năng lượng mặt trời là xu hướng tất yếu của thế giới nói
chung và Việt Nam nói riêng. Muốn khai thác và sử dụng một cách hiệu quả, đòi hỏi
Nhà nước phải có những chính sách định hướng và hỗ trợ hợp lý cụ thể, rõ ràng, toàn
diện. Bên cạnh việc cấp kinh phí cho hoạt động nghiên cứu, thử nghiệm, Nhà nước
cần đỡ đầu và tạo điều kiện cho các doanh nghiệp đầu tư vào quá trình chuyển giao
công nghệ, nhằm nâng cao số lượng cũng như chất lượng các sản phẩm. Có như vậy,
Việt Nam mới có thể đưa ngành này thành một ngành công nghiệp năng lượng mới,
tiến tới trọng điểm trong tương lai, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.
c) Năng lượng nước - Thủy điện


điện cũng đã đóng vai trò quan trọng trong việc chủ động tích trữ để bổ sung lưu
lượng, cấp nước về mùa kiệt và cắt giảm lũ phục vụ sinh hoạt, sản xuất, bảo vệ môi
trường... cho hạ du. Và đây là nguồn dung tích trữ nước cực kỳ quan trọng, trong
những năm qua đã góp phần quan trọng bảo đảm an ninh nguồn nước, đóng vai trò
chủ chốt, đảm bảo chủ động điều tiết cấp nước và chống, giảm lũ cho hạ du đặc biệt
là khu vực miền Bắc. Đồng thời với việc đầu tư xây dựng các dự án thủy điện, một số
cơ sở hạ tầng kinh tế - xã hội như điện, đường, trường học, trạm y tế, nhà văn hóa...
trong các khu vực tái định cư được nâng cấp, xây dựng mới khá đồng bộ và kiên cố,
tạo điều kiện thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội và văn hóa cho người dân địa
phương.
d) Năng lượng sinh khối
Là một nước nông nghiệp, Việt Nam có tiềm năng rất lớn về nguồn năng
lượng sinh khối. Các loại sinh khối chính là: gỗ năng lượng, phế thải - phụ phẩm từ
cây trồng, chất thải chăn nuôi, rác thải ở đô thị và các chất thải hữu cơ khác. Khả
năng khai thác bền vững nguồn sinh khối cho sản xuất năng lượng ở Việt Nam đạt
Nguyễn Văn Dũng

12


Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện của Việt Nam

khoảng 150 triệu tấn mỗi năm. Một số dạng sinh khối có thể khai thác được ngay về
mặt kỹ thuật cho sản xuất điện hoặc áp dụng công nghệ đồng phát năng lượng (sản
xuất cả điện và nhiệt) đó là: Trấu ở Đồng bằng Sông Cửu long, Bã mía dư thừa ở các
nhà máy đường, rác thải sinh hoạt ở các đô thị lớn, chất thải chăn nuôi từ các trang
trại gia súc, hộ gia đình và chất thải hữu cơ khác từ chế biến nông-lâm-hải sản.
d) Năng lượng địa nhiệt:
Mặc dù nguồn địa nhiệt chưa được điều tra và tính toán kỹ. Tuy nhiên, với số
liệu điều tra và đánh giá gần đây nhất cho thấy tiềm năng điện địa nhiệt ở Việt Nam


Đơn vị

2009

2011-2015

2016-2020

2021-2025

2026-2030

Trạm

MVA

7500

17100

24400

24400

20400

MVA

19094

10637

5305

5552

5020

500KV
Trạm
200KV

200KV

Bảng 1.2: Sơ đồ phát triển điện lực quốc gia giai đoạn từ năm 2011 đến năm
2020 tầm nhìn năm 2030.
Hệ thống truyền tải điện bao gồm các cấp điện áp 500kV, 220kV và 110kV.
Hệ thống truyền tải điện 500kV với tổng chiều dài 4670 km từ Bắc tới Nam tạo điều
kiện truyền tải trao đổi điện năng giữa các miền Bắc, Trung và Nam. Mạch 1 của
đường dây 500 kV được đưa vào vận hành tháng 9 năm 1994, mạch 2 được đưa vào
vận hành vào cuối năm 2005.
Năm 2012 lưới truyền tải 500 KV Bắc- Nam vận hành tương đối ổn định và
luôn truyền tải công suất cao từ Bắc vào Nam, tổn thất trên HTĐ 500 kV đạt 2,76%
giảm 1,04% so với năm 2011 (3,80%).
Nhiều công trình đường dây và trạm đã chính thức đưa vào vận hành góp
phần đáng kể trong việc đảm bảo cung cấp điện, cải thiện chất lượng điện áp, giảm
tổn thất, chống quá tải và nâng cao độ ổn định vận hành của hệ thống.
Về HTĐ 500 kV đã đóng mới: 05 máy biến áp với tổng dung lượng 2734
MVA gồm: MBA AT5 Tân Định (450MVA), AT1 Hiệp Hòa (900MVA), AT2 Ô
Môn (450MVA), T5, T6 NMĐ Sơn La (2x467MVA); thay mới và nâng cấp 03 máy

1.4.2. Vai trò của đường dây 500KV đối với hệ thống điện các miền

Hình 1.5: Đường dây 500kV Bắc - Nam, bên trái là mạch 1, bên phải là mạch 2

Nguyễn Văn Dũng

15