Đặc biệt, trong bốicảnh thế giới đang khuyến khích dùng các nguồn điện sạch, các hệ nguồn phân tánnhỏ, công suất nhỏ,… thì hệ thống năng lượng điện mặt trời tới lưới điện phân phối cóngu
Tổng quan về lưới điện phân phối
Khái niệm về lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối (LĐPP) là một bộ phận của hệ thống điện phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải
Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải đảm bảo chất lượng điện năng trong giới hạn cho phép Do điều kiện kinh tế kỹ thuật và độ tin cậy của lưới phân phối cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới điện phân phối
Lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp là thành phần của lưới phân phối Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 22 và 35kV.Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay 220/110V [1]
Vai trò và phân loại lưới điện phân phối
1.1.2.1 Vai trò lưới điện phân phối
LĐPP làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện
LĐPP được xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện Đáp ứng điều kiện cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất và đảm bảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải Đồng thời đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép
LĐPP trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện:
- Trực tiếp đảm bảo được chất lượng điện áp cho phụ tải
- Có vai trò quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch lưới phân phối Mỗi sự cố trên LĐPP trung áp đều có ảnh hưởng rất lớn đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội
- Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải)
- Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năng xảy ra trên LĐPP.
- LĐPP gần với người dùng điện, do đó vấn đề an toàn điện cũng là rất quan trọng
1.1.2.2 Phân loại lưới điện phân phối
Phân loại LĐPP trung áp theo 3 dạng:
- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ, có 3 loại:
+ Lưới phân phối thành phố
+ Lưới phân phối nông thôn
+ Lưới phân phối xí nghiệp
- Theo thiết bị dẫn điện:
+ Lưới phân phối trên không
+ Lưới phân phối cáp ngầm
- Theo cấu trúc hình dáng:
+ Lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn
+ Lưới phân phối kín vận hành hở
+ Hệ thống phân phối điện
Các phần tử trong lưới điện phân phối
Các phần tử của lưới phân phối bao gồm:
- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối.
-Thiết bị dẫn điện: Đường dây điện (dây dẫn và phụ kiện).
-Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp tô mát hệ thống bảo vệ role, giảm dòng ngắn mạch.
-Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc song hài bậc cao.
-Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lường…
-Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.
-Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ gở tháo trên đường dây, kháng điện để hạn chế ngắn mạch.
-Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển từ xa, thiết bị thực hiện.
Mỗi phần tử có trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt …) được chọn dựa trên cơ sở tính toán kỹ thuật.
Những phần tử có dòng công suất đi qua (Máy biến áp , dây dẫn , thiết bị đóng cắt , máy biến dòng , tụ bù,…)thì thông số ảnh hưởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp , dòng điện , công suất) cho nên được dùng để tính toán các chế độ làm việc của lưới điện phân phối.
Nói chung các phần tử chỉ có 2 trạng thái là làm việc và không làm việc.
Một số ít phần tử có nhiều trạng thái như là hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc.
Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải Một số khác có thể thay đổi khi cắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định Máy biến áp và đường dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải.
Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây tải điện được chia thành nhiều phần tử của hệ thống điện
Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vận hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác Ví dụ tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử của lưới không làm việc đểLĐPP vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất.
Sơ đồ lưới điện phân phối
1.1.4.1 Cấu trúc lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối bao gồm:
- Các phần tử tạo thành lưới điện phân phối
- Sơ đồ lưới điện phân phối
- Hệ thống điều khiển lưới điện phân phối
Cấu trúc của LĐPP bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành
- Cấu trúc tổng thể là cấu trúc bao gồm các phần tử và sơ đồ lưới đầy đủ Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa. Thừa về số phần tử và về khả năng tải của các phần tử, thừa về khả năng lập sơ đồ. Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa khi gặp sự cố Trong một chế độ vận hành 13 nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, đa phần đó là cấu trúc vận hành
- Cấu trúc vận hành là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là 1 hay 1 vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái của lưới điện
Cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử và các sơ đồ vận hành do người vận hành chọn Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế nhất Khi xảy ra sự cố thì một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết Cấu trúc vận hành sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành ở trạng thái bình thường Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi
Ngoài ra, cấu trúc LĐPP còn có thể có các dạng như: [2]
- Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này LĐPP không thể thay đổi sơ đồ vận hành Khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn bộ hoặc một phần LĐPP phải ngừng cung cấp điện. Cấu trúc dạng này chính là LĐPP hình tia không phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt
- Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này, LĐPP có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là khi đó LĐPP được cắt điện để thao tác Đó là lưới điện trung áp có cấu trúc kín vận hành hở
- Cấu trúc động hoàn toàn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐPP có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi lưới đang trong trạng thái làm việc Cấu trúc động được áp dụng do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế LĐPP, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lưới điện trong thời gian thực LĐPP trong cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn để thao tác sơ đồ.
Một số dạng sơ đồ cấu trúc LĐPP:
- Lưới hình tia (Hình 1.1): Lưới này có ưu điểm là rẻ tiền nhưng độ tin cậy rất thấp.
- Lưới hình tia phân đoạn (Hình 1.2): Độ tin cậy cao hơn Phân đoạn lưới phía nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn lưới phía sau, vì nó ảnh hưởng ít đến các phân đoạn trước.
Hình 1 2 Lưới hình tia phân đoạn
- Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp (Hình 1.3): Có độ tin cậy cao hơn nữa do mỗi phân đoạn được cấp điện từ hai phía Lưới điện này có thể vận hành kín cho độ tin cậy cao hơn nhưng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo vệ có hướng nên đắt tiền.
Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn một chút do phải thao tác khi sự cố nhưng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự động hay điều khiển từ xa.
Hình 1 3 Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp
- Lưới kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập (Hình 1.4): Lưới điện này phải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song song lưới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn mạch.
Hình 1 4 Lưới kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập
-Lưới điện kiểu đường trục (Hình 1.5): Cấp điện cho một trạm cắt hay một trạm biến áp, từ đó có các đường dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ tải Trên các đường dây cấp điện không có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy cao Thường dùng để cấp điện cho các xí nghiệp hay các nhóm phụ tải xa trạm nguồn và có yêu cầu công suất lớn.
Hình 1 5 Lưới điện kiểu đường trục
- Lưới điện có đường dây dự phòng chung (Hình 1.6): Có nhiều đường dây phân phối được dự phòng chung bởi một đường dây dự phòng Lưới điện này có độ tin cậy cao và rẻ hơn kiểu một đường dây dự phòng cho một đường dây như ở trên (Hình 1.5) Loại này được dùng tiện lợi cho lưới điện cáp ngầm.
Hình 1 6 Lưới điện có đường dây dự phòng chung
Lưới điện trong thực tế là tổ hợp của 6 loại lưới điện trên Áp dụng cụ thể cho lưới điện trên không hay lưới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ thống điện có kiểu sơ đồ riêng
Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể được điều khiển bằng tay Các thiết bị phân đoạn phải là loại không đòi hỏi bảo dưỡng định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi như tin cậy tuyệt đối.
- Sơ đồ hình lưới (Hình 1.7): Đây là dạng cao cấp nhất và hoàn hảo nhất của lưới phân phối trung áp Lưới điện có nhiều nguồn, nhiều đường dây tạo thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn Lưới điện bắt buộc phải điều khiển từ xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống SCADA Hiện đang nghiên cứu loại điều khiển hoàn toàn tự động.
Hình 1 7 Sơ đồ hình lưới
Nguồn điện phân tán
Khái niệm
Nguồn phân tán DG là nguồn phát có công suất nhỏ (