Luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn thủy điện nhỏ tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lưới điện trung áp bình gia

TRƯỜ CT U C T U TC - U Ễ U Ì BÌ CỨU Ả ƯỞ CỦA UỒ T Ủ Ỏ TỚ C C C Ỉ T U TẾ T U T CỦA LƯỚ TRU BÌNH GIA Ngành: ỹ thuật điện Mã số: 52 02 01 LU VĂ T C SĨ OA - 2020 C TRƯỜ CT U C T U TC - U Ễ U Ì BÌ CỨU Ả ƯỞ CỦA UỒ T Ủ Ỏ TỚ C C C Ỉ T U TẾ T U T CỦA LƯỚ TRU BÌNH GIA Ngành: ỹ thuật điện Mã số: 52 02 01 LU VĂ T C SĨ OA C GƯỜI HƯỚ G DẪ KHOA HỌC S Vũ Vă - 2020 ắ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, nội dung nghiên cứu kết đƣợc trình bày luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố trƣớc Tác giả luận văn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Mục đích nghiên cứu III Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu VI Ý nghĩa khoa học thực tiễn CHƢƠNG LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 10 1.1 Tổng quan lƣới điện trung áp 10 1.1.1 Định nghĩa lƣới điện trung áp 10 1.1.2 Phân loại lƣới điện trung áp 10 1.1.3 Vai trò lƣới điện trung áp 10 1.1.4 Các phần tử lƣới điện trung áp 11 1.1.5 Cấu trúc lƣới điện trung áp 12 1.1.6 Đặc điểm lƣới điện trung áp 16 1.2 Nguồn điện phân tán 17 1.2.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán 17 1.2.2 Phân loại nguồn điện phân tán 17 1.2.3 Công nghệ nguồn điện phân tán 19 1.2.3.1 1.2.3.2 1.2.3.3 1.2.3.4 1.2.3.5 1.2.3.6 1.2.3.7 1.2.3.8 1.2.3.9 Máy phát điện Diesel (Diesel Generators) 19 Máy phát điện tua-bin khí (Gas turbine Generator) 20 Pin nhiên liệu (Fuel Cells) 21 Nguồn điện mặt trời (Solar Power) 22 Máy phát điện tua-bin gió (Wind Turbine Generator) 24 Thủy điện nhỏ (Small Hydro Turbines) 27 Năng lượng điện thủy triều (Tidal Energy) 29 Năng lượng sinh khối (Biomass Energy) 31 Năng lượng địa nhiệt (Geothermal Energy) 32 1.3 Hiện trạng lƣới điện trung áp nguồn phân tán Việt Nam 34 1.3.1 Tình hình phát triển lƣới điện trung áp nƣớc ta 34 1.3.2 Tình hình phát triển phụ tải điện 34 1.3.3 Hiện trạng phát triển nguồn phân tán Việt Nam 35 1.3.4 Tiềm phát triển nguồn phân tán Việt Nam 35 1.3.4.1 1.3.4.2 1.3.4.3 1.3.4.4 1.3.4.5 Năng lượng gió 35 Năng lượng mặt trời 36 Thủy điện nhỏ 37 Năng lượng sinh khối 38 Kế hoạch phát triển nguồn phân tán nước ta 39 1.3.5 Nhận xét 40 1.4 Kết luận chƣơng 40 CHƢƠNG ẢNH HƢỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA LĐTA 42 2.1 Đặt vấn đề 42 2.2 Ảnh hƣởng tới tổn thất công suất 43 2.3 Ảnh hƣởng tới chất lƣợng điện áp 45 2.3.1 Chỉ tiêu chất lƣợng điện áp 45 2.3.2 Ảnh hƣởng DG tới chất lƣợng điện áp 47 2.3.2.1 Gia tăng điện áp 47 2.3.2.2 Suy giảm nhanh điện áp 47 2.3.2.3 Dao động điện áp 47 2.4 Ảnh hƣởng gây sóng hài 48 2.5 Ảnh hƣởng đến dòng ngắn mạch làm việc thiết bị bảo vệ 48 2.5.1 Dòng điện tăng cao trƣờng hợp cố 49 2.5.2 Ảnh hƣởng DG đến phối hợp thiết bị bảo vệ 49 2.5.3 Ảnh hƣởng DG đến làm việc thiết bị tự động đóng lại 50 2.5.4 Biện pháp hạn chế ảnh hƣởng DG chế độ cố lƣới điện 51 2.6 Ảnh hƣởng đến độ tin cậy cung cấp điện 51 2.6.1 Độ tin cậy cung cấp điện 51 2.6.2 Các hệ số đánh giá độ tin cậy cung cấp điện 52 2.7 Ảnh hƣởng đến tiêu kinh tế 54 2.7.1 Những lợi ích kinh tế 54 2.7.2 Những hạn chế 55 2.8 Ảnh hƣởng đến vấn đề ô nhiễm môi trƣờng 55 2.8.1 Những lợi ích mơi trƣờng 55 2.8.2 Những hạn chế 56 2.9 Đánh giá ảnh hƣởng DG hệ số đa mục tiêu 56 2.9.1 Các hệ số ảnh hƣởng DG tới lƣới điện trung áp 56 2.9.2 Tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng 56 2.9.3 Chất lƣợng điện áp lƣới điện 57 2.9.4 Khả tải dây dẫn 58 2.9.5 Ngắn mạch 58 2.9.6 Đánh giá hệ số đa mục tiêu 59 2.10Kết luận chƣơng 60 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA DG TỚI CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP VÀ TỔN THẤT CƠNG SUẤT TRONG LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP BÌNH GIA 61 3.1 Đặt vấn đề 61 3.2 Phƣơng pháp cơng cụ tính tốn 61 3.2.1 Phƣơng pháp tính tốn 61 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.1.3 3.2.1.4 Ma trận tổng dẫn nút 62 Các loại nút lưới điện 62 Phương trình cân cơng suất nút có kết nối DG 63 Phương pháp Newton-Raphson (NR) 64 3.2.2 Giới thiệu phần mềm mô LĐPP PSS/Adept 66 3.2.2.1 Chức PSS/Adept 66 3.2.2.2 Các bước thực 66 3.3 Ảnh hƣởng DG đến chất lƣợng điện áp tổn thất công suất LĐTA Bình Gia 70 3.3.1 Nguồn cung cấp 70 3.3.2 Sơ đồ thông số lƣới điện 70 3.3.3 Thông số DG khu vực 77 3.3.4 Kết mô 78 3.3.4.1 Chế độ tính tốn 78 3.3.4.2 Đánh giá chất lượng điện áp 79 3.3.4.3 Đánh giá tổn thất công suất 85 3.3.5 Kết luận 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 KẾT LUẬN: 87 HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO: 87 KIẾN NGHỊ: 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DG: Nguồn điện phân tán ĐD: Đƣờng dây FCL: Thiết bị hạn chế dòng cố LĐPP: LĐPP LĐTA: Lƣới điện trung áp LI: Hệ số giảm tổn thất công suất MC: Máy cắt NLSK: Năng lƣợng sinh khối PCC: Điểm kết nối PQ: Nút phụ tải PV: Nút nguồn phát TBPĐ: Thiết bị phân đoạn TĐN: Thuỷ điện nhỏ TĐL: Thiết bị tự động đóng lặp lại đƣờng dây tải điện VP: Hệ số cải thiện chất lƣợng điện áp lƣới điện VI: Đại lƣợng đặc trƣng cho chất lƣợng điện áp xuất tuyến DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Dải công suất tƣơng ứng công nghệ DG 18 Bảng 1.2: Kế hoạch phát triển nguồn điện sử dụng lƣợng tái tạo giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030 40 Bảng 3.1: Thông số phụ tải lƣới điện 71 Bảng 3.2: Thông số đƣờng dây 74 Bảng 3.3: Kết tính tốn tổn thất công suất 86 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia 14 Hình 1.2: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia có phân đoạn 14 Hình 1.3: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở nguồn cung cấp 14 Hình 1.4: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở nguồn cung cấp độc lập 15 Hình 1.5: Sơ đồ lƣới điện kiểu đƣờng trục 15 Hình 1.6: Sơ đồ lƣới điện có đƣờng dây dự phòng chung 15 Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện 16 Hình 1.8: Điểm kết nối (CP) điểm kết nối chung (PCC) 18 Hình 1.9: Máy phát điện Diesel 19 Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý máy phát điện tua-bin khí 20 Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu 22 Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện mặt trời 22 Hình 1.13: Hệ thống điện mặt trời Việt Nam 23 Hình 1.14: Hình ảnh nhà máy điện gió 24 Hình 1.15: Nguyên lý cấu tạo tổ hợp tua-bin – máy phát điện gió 25 Hình 1.16: Cơng trình xây dựng nhà máy thủy điện nhỏ 28 Hình 1.17: Nhà máy điện thủy triều kiểu đập cửa sông Rance (Pháp) 29 Hình 1.18: Hệ thống máy phát tua-bin thủy triều 30 Hình 1.19: Mơ hình phát điện sử dụng khí Biogass 31 Hình 1.20: Nhà máy điện sử dụng dạng lƣợng sinh khối 31 Hình 1.21: Nguyên lý sản xuất điện từ lƣợng địa nhiệt 32 Hình 1.22: Nhà máy địa nhiệt điện 33 Hình 1.23: Dự báo cơng suất nguồn phân tán Việt Nam đến năm 2030 39 Hình 2.1: Phân bố hợp lý DG lƣới để giảm tổn thất 44 Hình 3.1: Sơ đồ bƣớc thực tính tốn PSS/Adept 67 Hình 3.2: Giao diện xác định thƣ viện dây dẫn 67 Hình 3.3: Giao diện xác định thuộc tính lƣới điện 68 Hình 3.4: Giao diện thiết lập thông số phần tử lƣới điện 68 Hình 3.5: Giao diện hộp tùy chọn chƣơng trình tính tốn 68 Hình 3.6: Hiển thị kết tính tốn sơ đồ 69 Hình 3.7: Hiển thị kết tính tốn số progress view 69 Hình 3.8: Hiển thị kết tính tốn cửa sổ report 70 Hình 3.9: Sơ đồ lƣới điện huyện Bình Gia 73 Hình 3.10: Đồ thị phụ tải ngày điển hình 76 Hình 3.11: Đặc tính cơng suất phát TĐN 78 Hình 3.12: Kết tính tốn điện áp nút chế độ phụ tải cực đại - 19h mùa hè (TH1- khơng có TĐN) 80 Hình 3.13: Kết tính tốn điện áp nút chế độ phụ tải cực đại - 19h mùa hè (TH2- có TĐN) 81 Hình 3.14: So sánh điện áp nút chế độ phụ tải cực đại - 19h mùa hè 82 Hình 3.15: So sánh điện áp nút chế độ phụ tải cực tiểu - 3h mùa hè 82 Hình 3.16: So sánh điện áp nút chế độ phụ tải cực đại - 19h mùa đông 83 Hình 3.17: Điện áp nút chế độ phụ tải cực tiểu - 1h mùa đông 84 MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài DG nguồn điện đƣợc kết nối trực tiếp với LĐPP cung cấp trực tiếp cho khách hàng sử dụng nguồn lƣợng tái tạo với công nghệ nhƣ điện mặt trời, điện gió, điện địa nhiệt, tuabin khí, pin nhiên liệu hay nhà máy điện-nhiệt kết hợp máy phát diesel thủy điện nhỏ [3] [27][30] Nguồn đƣợc lắp đặt gần nơi tiêu thụ nên loại trừ đƣợc chi phí đầu tƣ lƣới điện, chi phí truyền tải phân phối, tăng cƣờng linh hoạt độ tin cậy LĐPP, giảm tổn thất công suất tổn thất điện năng, cải thiện độ lệch điện áp nút giảm ô nhiễm môi trƣờng Những năm gần đây, công nghệ DG phát triển nhanh với tiêu kinh tế kỹ thuật ngày nâng cao đồng thời vấn đề ô nhiễm môi trƣờng đƣợc quan tâm Do đó, DG sử dụng nguồn lƣợng tái tạo đƣợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu bƣớc đƣợc ứng dụng thành công nhiều nƣớc giới Trong thập kỷ qua, tổng nguồn lƣợng tái tạo toàn giới tăng từ 1226.8GW năm 2010 tới 2536.8GW vào năm 2019, tốc độ tăng trƣởng đạt tốc độ tăng 10.7% năm [5][20][24][25][26] Ngoài ra, thủy điện nhỏ DG sử dụng lƣợng hóa thạch nhƣ máy phát tuabin khí, máy phát diesel, pin nhiên liệu đƣợc nghiên cứu phát triển mạnh mẽ [3][10][23][30] DG nói chung DG sử dụng nguồn tái tạo nói riêng đƣợc sử dụng có vai trò ngày quan trọng hệ thống điện Việt Nam Hiện nay, nhiều dự án sử dụng DG đƣợc triển khai phạm vi nƣớc [14] Nƣớc ta có nguồn lƣợng tái tạo phong phú, năm 2010 có cơng suất 8814MW tăng tới 24519MW năm 2019, tốc độ tăng trƣởng đạt 17.8% năm Trong đó, DG sử dụng lƣợng tái tạo chiếm phần nhỏ, năm 2010 tổng công suất nguồn đạt 3,5% dự báo đến năm 2020 đạt 4,5% tƣơng ứng 3375,0MW [14] Trong năm trƣớc đây, phần lớn DG nguồn thủy điện nhỏ cịn lƣợng mặt trời với cơng nghệ pin mặt trời tăng trƣởng vƣợt bậc vài năm gần đây, năm 2017 đạt công suất 106MW nhƣng tới năm 2019 lắp đặt đƣợc tới 5695MW, chiếm tỷ trọng lớn nguồn lƣợng tái tạo [25][26] Tuy nhiên, xuất DG hệ thống điện đặt nhiều vấn đề kỹ thuật cần đƣợc quan tâm nghiên cứu, LĐTA Nguyên nhân vấn đề việc LĐTA vốn không đƣợc thiết kế tích hợp DG với cơng suất phụ thuộc nhiều vào yếu tố mơi trƣờng Do đó, DG tham gia vào LĐTA làm nảy sinh vấn đề kỹ thuật liên quan đến chất lƣợng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện, hiệu truyền tải điện nhƣ ảnh hƣởng tới chế độ làm việc hệ thống bảo vệ Với phân tích trên, đề tài đƣợc lựa chọn cho luận văn nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu ảnh hƣởng DG đấu nối vào LĐTA có nói chung tính tốn, đánh giá ảnh hƣởng DG đến chất lƣợng điện áp tổn thất cơng suất LĐTA khu vực Bình Gia thuộc Cơng ty Điện lực Lạng Sơn Từ đó, giúp cho quan quản lý xây dựng đƣợc kế hoạch vận hành lƣới điện đảm bảo chất lƣợng điện năng, an tồn, tin cậy có hiệu cao II Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu đặc tính vận hành DG LĐPPTA Trên sở đó, mơ hình hóa đặc tính vận hành DG LĐPP, lựa chọn cơng cụ tính tốn để đánh giá ảnh hƣởng DG đấu nối với LĐPPTA - Ứng dụng vào thực tế, tính tốn đánh giá ảnh hƣởng thủy điện nhỏ tới tiêu kinh tế kỹ thuật LĐPPTA Bình Gia Từ đó, lựa chọn đƣợc phƣơng thức vận hành tối ƣu cho LĐPPTA Bình Gia III Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: LĐPPTA nói chung LĐPPTA khu vực huyện Bình Gia, tỉnh Lạng Sơn - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phƣơng pháp mơ hình hóa đặc tính vận hành DG LĐPPTA, phƣơng pháp cơng cụ tính tốn thông số chế độ LĐPPTA Đánh giá trạng đề xuất phƣơng thức vận hành tối ƣu cho LĐPPTA Bình Gia VI Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu lựa chọn phƣơng pháp mơ hình hóa đặc tính vận hành DG LĐPPTA Từ đó, lựa chọn đƣợc giải pháp phù hợp cho loại nguồn DG LĐPPTA - Ý nghĩa thực tiễn: Tính tốn áp dụng cho LĐPPTA thực tiễn nhằm lựa chọn đƣợc phƣơng thức vận hành tối ƣu cho LĐPPTA với thủy điện nhỏ LĐPP khu vực Bình Gia CHƢƠNG LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN Chương 1, Equation Chapter Section 1.1 Tổng quan lƣới điện trung áp 1.1.1 Định nghĩa lưới điện trung áp Lƣới điện trung áp (LĐTA) phần hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân phối điện từ trạm trung gian, trạm khu vực hay nhà máy điện cấp điện cho phụ tải LĐTA khâu cuối hệ thống điện đƣa điện trực tiếp đến ngƣời tiêu dùng [1] Tính đến lƣới điện trung áp trải khắp xã đất nƣớc, nhiên số thôn, chƣa đƣợc dùng điện lƣới quốc gia mà họ phải dùng điện từ thuỷ điện nhỏ máy phát điện diesel 1.1.2 Phân loại lưới điện trung áp Lƣới điện trung áp chủ yếu cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV phân phối điện cho trạm biến áp trung áp/hạ áp phụ tải cấp điện áp trung áp [1][11][13] Phân loại LĐTA trung áp theo dạng: - Theo đối tƣợng địa bàn phục vụ, có loại: + Lƣới phân phối thành phố; + Lƣới phân phối nông thơn; + Lƣới phân phối xí nghiệp - Theo thiết bị dẫn điện: + Lƣới phân phối không; + Lƣới phân phối cáp ngầm - Theo cấu trúc hình dáng: + Lƣới hở (hình tia) có phân đoạn khơng phân đoạn + Lƣới kín vận hành hở; + Sơ đồ hình lƣới; 1.1.3 Vai trị lưới điện trung áp LĐTA làm nhiệm vụ phân phối điện từ trạm trung gian, trạm khu vực hay nhà máy điện cho phụ tải điện 10 LĐTA đƣợc xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện từ hay nhiều nguồn cung cấp phân phối đến hộ tiêu thụ điện Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ cho gây điện nhất, đảm bảo cho nhu cầu phát triển phụ tải Đảm bảo chất lƣợng điện cao ổn định tần số ổn định điện áp giới hạn cho phép LĐTA trung áp có tầm quan trọng đặc biệt hệ thống điện: - Trực tiếp đảm bảo chất lƣợng điện áp cho phụ tải - Giữ vai trò quan trọng đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải Có đến 98% điện bị cố ngừng điện kế hoạch lƣới phân phối Mỗi cố LĐTA trung áp có ảnh hƣởng lớn đến sinh hoạt nhân dân hoạt động kinh tế, xã hội - Sử dụng tỷ lệ vốn lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lƣới hệ thống lƣới truyền tải) - Tỷ lệ tổn thất điện lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện xảy LĐTA Và tổn thất kinh doanh xảy - LĐTA gần với ngƣời dùng điện, vấn đề an tồn điện quan trọng 1.1.4 Các phần tử lưới điện trung áp Các phần tử chủ yếu LĐTA bao gồm [11][19]: - Máy biến áp trung gian máy biến áp phân phối - Thiết bị dẫn điện: Đƣờng dây tải điện - Thiết bị đóng cắt bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp tơ mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch - Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dƣới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài bậc cao - Thiết bị đo lƣờng: Công tơ đo điện tác dụng, điện phản kháng, đồng hồ đo điện áp dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lƣờng - Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù 11 - Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt dao cách ly phân đoạn, khớp nối dễ tháo đƣờng dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch, - Thiết bị điều khiển từ xa tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết bị truyền, thu xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện, Mỗi phần tử lƣới điện có thông số đặc trƣng (công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả đóng cắt ) đƣợc chọn sở tính tốn kỹ thuật Những phần tử có dịng cơng suất qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dịng, tụ bù ) thơng số chúng ảnh hƣởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp, dịng điện, cơng suất) nên đƣợc dùng để tính tốn chế độ làm việc LĐTA Nói chung, phần tử có trạng thái: Làm việc khơng làm việc Một số phần tử có nhiều trạng thái nhƣ: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, trạng thái ứng với khả làm việc Một số phần tử thay đổi trạng thái mang điện (dƣới tải) nhƣ: Máy cắt, áp tô mát, thiết bị điều chỉnh dƣới tải Một số khác thay đổi cắt điện nhƣ: Dao cách ly, đầu phân áp cố định Máy biến áp đƣờng dây nhờ máy cắt thay đổi trạng thái dƣới tải Nhờ thiết bị phân đoạn, đƣờng dây tải điện đƣợc chia thành nhiều phần tử hệ thống điện Không phải lúc phần tử lƣới phân phối tham gia vận hành, số phần tử nghỉ lý cố lý kỹ thuật, kinh tế khác Ví dụ tụ bù bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, số phần tử lƣới không làm việc để LĐTA vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ 1.1.5 Cấu trúc lưới điện trung áp Cấu trúc LĐTA bao gồm cấu trúc tổng thể cấu trúc vận hành [11][19] - Cấu trúc tổng thể: Là cấu trúc bao gồm tất phần tử sơ đồ lƣới đầy đủ Muốn lƣới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao cấu trúc tổng thể phải cấu trúc thừa Thừa số phần tử, khả tải phần tử, thừa khả lập sơ đồ Ngoài vận hành phải dự trữ thiết bị thay vật liệu để sửa chữa Trong chế độ vận hành 12 định cần phần cấu trúc tổng thể đủ đáp ứng nhu cầu, đa phần cấu trúc vận hành - Cấu trúc vận hành: Là phần cấu trúc tổng thể, hay vài phần tử cấu trúc tổng thể gọi trạng thái lƣới điện Cấu trúc vận hành bình thƣờng gồm phần tử sơ đồ vận hành ngƣời vận hành lựa chọn Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, ngƣời ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ƣu theo điều kiện kinh tế (tổn thất nhỏ nhất) Khi xảy cố, phần tử tham gia vận hành bị hỏng cấu trúc vận hành bị rối loạn, ngƣời ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành cố cách thay đổi trạng thái phần tử cần thiết Cấu trúc vận hành cố có chất lƣợng vận hành thấp so với cấu trúc vận hành bình thƣờng Trong chế độ vận hành sau cố xảy điện phụ tải Cấu trúc vận hành cố chọn theo độ an toàn cao khả thao tác thuận lợi Ngoài ra, cấu trúc LĐTA cịn có dạng nhƣ: - Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc LĐTA thay đổi sơ đồ vận hành Khi cần bảo dƣỡng hay cố tồn phần LĐTA phải ngừng cung cấp điện Cấu trúc dạng LĐTA hình tia khơng phân đoạn hình tia phân đoạn dao cách ly máy cắt - Cấu trúc động khơng hồn tồn: Trong cấu trúc này, LĐTA thay đổi sơ đồ vận hành ngồi tải, tức LĐTA đƣợc cắt điện để thao tác Đó lƣới điện trung áp có cấu trúc kín vận hành hở - Cấu trúc động hồn tồn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐTA thay đổi sơ đồ vận hành lƣới trạng thái làm việc Cấu trúc động đƣợc áp dụng nhu cầu ngày cao độ tin cậy cung cấp điện Ngoài cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế LĐTA, cấu trúc động khơng hồn tồn cấu trúc động hồn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lƣới điện theo mùa, đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể Cấu trúc động mức cao cho phép vận hành lƣới điện thời gian thực LĐTA cấu trúc phải đƣợc thiết kế cho vận hành kín thời gian ngắn để thao tác sơ đồ Một số dạng sơ đồ cấu trúc LĐTA: - Lưới hình tia (Hình 1.1): Lƣới có ƣu điểm rẻ tiền nhƣng độ tin cậy thấp 13 MC ĐD Nguồn P1 P2 P3 P4 P… Pn Hình 1.1: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia - Lưới hình tia phân đoạn (Hình 1.2): Độ tin cậy cao Phân đoạn lƣới phía nguồn có độ tin cậy cao cố hay dừng điện công tác đoạn lƣới phía sau, ảnh hƣởng đến phân đoạn trƣớc ĐD MC Nguồn P1 P2 TBPĐ P3 P4 P… Hình 1.2: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia có phân đoạn Pn - Lưới kín vận hành hở nguồn cung cấp (Hình 1.3): Có độ tin cậy cao phân đoạn đƣợc cấp điện từ hai phía Lƣới điện vận hành kín cho độ tin cậy cao nhƣng phải trang bị máy cắt thiết bị bảo vệ có hƣớng nên đắt tiền Vận hành hở độ tin cậy thấp chút phải thao tác cố nhƣng rẻ tiền, dùng dao cách ly tự động hay điều khiển từ xa MC Nguồn ĐD TBPĐ ĐD TBPĐ MC MC ĐD TBPĐ ĐD Hình 1.3: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở nguồn cung cấp - Lưới kín vận hành hở cấp điện từ nguồn độc lập (hình 1.4): Lƣới điện phải vận hành hở khơng đảm bảo điều kiện vận hành song song lƣới điện điểm phân đoạn, thao tác gây ngắn mạch 14 MC ĐD Nguồn TBPĐ ĐD TBPĐ MC ĐD Nguồn TBPĐ ĐD Hình 1.4: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở nguồn cung cấp độc lập - Lưới điện kiểu đường trục (Hình 1.5): Cấp điện cho trạm cắt hay trạm biến áp, từ có đƣờng dây cấp điện cho trạm biến áp phụ tải Trên đƣờng dây cấp điện khơng có nhánh rẽ, loại có độ tin cậy cao Thƣờng dùng để cấp điện cho xí nghiệp hay nhóm phụ tải xa trạm nguồn có u cầu cơng suất lớn MC Nguồn MC ĐD1 MC ĐD2 MC MC MC Hình 1.5: Sơ đồ lƣới điện kiểu đƣờng trục - Lưới điện có đường dây dự phịng chung (Hình 1.6): Có nhiều đƣờng dây phân phối đƣợc dự phòng chung đƣờng dây dự phịng Lƣới điện có độ tin cậy cao rẻ kiểu đƣờng dây dự phòng cho đƣờng dây nhƣ (Hình 1.5) Loại đƣợc dùng tiện lợi cho lƣới điện cáp ngầm Nguồn Đƣờng dây dự phịng Hình 1.6: Sơ đồ lƣới điện có đƣờng dây dự phịng chung 15 Lƣới điện thực tế tổ hợp loại lƣới điện Áp dụng cụ thể cho lƣới điện không hay lƣới điện cáp ngầm khác hệ thống điện có kiểu sơ đồ riêng Lƣới điện điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA đƣợc điều khiển tay Các thiết bị phân đoạn phải loại khơng địi hỏi bảo dƣỡng định kỳ xác suất cố nhỏ đến mức coi nhƣ tin cậy tuyệt đối - Sơ đồ hình lưới (Hình 1.7): Đây dạng cao cấp hoàn hảo lƣới phân phối trung áp Lƣới điện có nhiều nguồn, nhiều đƣờng dây tạo thành mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn Lƣới điện bắt buộc phải điều khiển từ xa với trợ giúp máy tính hệ thống SCADA Hiện nghiên cứu loại điều khiển hoàn toàn tự động Nguồn Nguồn Nguồn TBPĐ Nguồn Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện Trong sơ đồ, vị trí cắt đƣợc chọn theo điều kiện tổn thất điện nhỏ cho chế độ bình thƣờng, chọn loại theo mùa năm chọn theo điều kiện an toàn cao cố 1.1.6 Đặc điểm lưới điện trung áp LĐTA đƣợc phân bố diện rộng, thƣờng vận hành khơng đối xứng có tổn thất lớn Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp LĐTA vào khoảng 4% [11][19] Vấn đề tổn thất LĐTA liên quan chặt chẽ đến vấn đề kỹ thuật lƣới điện từ giai đoạn thiết vận hành Do đó, sở số liệu tổn thất đánh giá sơ chất lƣợng vận hành LĐTA Trong năm gần đây, LĐTA nƣớc ta phát triển mạnh, Công ty Điện lực đƣợc phân cấp mạnh mẽ quản lý Vì vậy, chất lƣợng vận hành 16 LĐTA đƣợc câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện giảm mạnh song khiêm tốn 1.2 Nguồn điện phân tán Những năm gần đây, nhiều công nghệ nguồn điện phân tán đƣợc ứng dụng thành công hệ thống điện Khi tham gia hệ thống, nguồn điện phân tán làm thay đổi trào lƣu cơng suất, thay đổi lộ trình thơng số nâng cấp đƣờng dây, trạm biến áp nguồn Tuy nhiên, nguồn điện phân tán thƣờng có vốn đầu tƣ lớn, cơng suất phát khơng ổn định phụ thuộc vào nguồn lƣợng sơ cấp Thông số LĐTA nhƣ tổn thất công suất, tổn thất điện chất lƣợng điện áp thay đổi dƣới tác động nguồn điện phân tán Do đó, cần nghiên cứu ảnh hƣởng nguồn tới tiêu kinh tế kỹ thuật LĐTA 1.2.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán Trong năm gần đây, với phát triển nhiều công nghệ mới, nhiều loại nguồn điện phân tán đƣợc ứng dụng thành công Nhu cầu lƣợng tăng cao, vấn đề bất cập từ việc phát triển nguồn lƣợng truyền thống, nhƣ ƣu điểm nguồn điện phân tán, động lực thúc đẩy phát triển mạnh mẽ nguồn điện phân tán Trong nhiều tài liệu khác nhau, nhiều thuật ngữ tên gọi khác đƣợc sử dụng để định nghĩa nguồn điện phân tán Các tên gọi thƣờng đƣợc sử dụng là: “nguồn phát nhúng vào – Embedded Generation”, “nguồn phát phân tán – Distributed Genneration (DG) hay Dispersed Generation”, “nguồn phi tập trung – Decentralized Generation” [21][30] Nói chung, nguồn phân tán đƣợc hiểu nhƣ nguồn phát điện với quy mô nhỏ đƣợc đấu nối vào hệ thống lƣới phân phối Trong luận văn này, tác giả sử dụng định nghĩa nguồn phân tán nhƣ định nghĩa tiêu chuẩn IEEE 1547: “Nguồn phân tán loại nguồn kết nối trực tiếp tới hệ thống phân phối Nguồn phân tán bao gồm máy phát điện công nghệ dự trữ lƣợng 1.2.2 Phân loại nguồn điện phân tán Nguồn phân tán chia làm hai nhóm theo cơng nghệ chế tạo [3][28][30]: - Nhóm nguồn lƣợng tái tạo: Điện gió, điện mặt trời, thủy điện nhỏ, điện sinh khối, địa nhiệt điện, điện thủy triều 17 - Nhóm nguồn lƣợng không tái tạo: Động đốt (Diesel), pin nhiện liệu, tua bin Trong DG tái tạo đƣợc ƣu tiên thúc đẩy phát triển nhanh chóng tác động tích cực chúng đến mơi trƣờng Các công nghệ DG dải công suất thông thƣờng đƣợc Bảng 1.1 Bảng 1.1: Dải công suất tƣơng ứng công nghệ DG Loại DG Thủy điện nhỏ Thủy điện nhỏ Điện gió Pin quang điện Điện mặt trời Dải công suất - 100MW 25kW - 30MW 200W - 3MW 20W - 100kW - 80MW Loại DG Điện sinh khối Pin nhiên liệu Địa nhiệt Năng lƣợng biển Dải công suất 100kW - 20MW 1kW - 5MW 5MW - 1000MW 100kW - 1MW Đƣờng dây kết nối DG Dao cách ly Lƣới điện phân phối trung áp Điểm kết nối (CP) Hệ thống bảo vệ kết nối Máy cắt Đo đếm Điểm kết nối chung (PCC) G G Hình 1.8: Điểm kết nối (CP) điểm kết nối chung (PCC) Với đa dạng DG nhƣ vậy, tƣơng lai mạng điện giống nhƣ mạng Internet DG đƣợc kết nối khắp nơi giống nhƣ máy vi tính Hệ thống điện lúc kết hợp DG nguồn phát điện trung tâm Các nguồn phát điện trung tâm đƣợc kết nối vào lƣới điện áp cao (thƣờng từ 110kV trở lên) cung cấp điện cho trung tâm, vùng miền tiêu thụ công suất lớn, 18 ... loại lưới điện trung áp Lƣới điện trung áp chủ yếu cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV phân phối điện cho trạm biến áp trung áp/ hạ áp phụ tải cấp điện áp trung áp [1][11][13] Phân loại LĐTA trung áp. .. với thủy điện nhỏ LĐPP khu vực Bình Gia CHƢƠNG LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN Chương 1, Equation Chapter Section 1.1 Tổng quan lƣới điện trung áp 1.1.1 Định nghĩa lưới điện trung áp. .. tổn thất điện chất lƣợng điện áp thay đổi dƣới tác động nguồn điện phân tán Do đó, cần nghiên cứu ảnh hƣởng nguồn tới tiêu kinh tế kỹ thuật LĐTA 1.2.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán Trong năm