Tính toán và tối ưu phân bố công suất lưới điện phân phối có nguồn thủy điện nhỏ

Tên đề tài: Tính toán và tối ưu phân bố công suất lưới điện phân phối có nguồn thủy điện nhỏSinh viên thực hiện: Nguyễn Mộc Tùng - Trần Văn Được - Nguyễn Đình Danh Do nhu cầu năng lượng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Đà Nẵng, Tháng 6/2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

Tên đề tài: Tính toán và tối ưu phân bố công suất lưới điện phân phối có nguồn thủy điện nhỏ

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Mộc Tùng - Trần Văn Được - Nguyễn Đình Danh

Do nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và cuộc chiến chống biến đổi khí hậutoàn cầu trở nên cấp bách, nhiều quốc gia đã hướng tới việc ưu tiên phát triển nguồnThủy Điện, trong đó đã chú trọng thích đáng đến nguồn thủy điện nhỏ (TĐN), mộtnguồn năng lượng tái tạo (NLTT) quý giá Nguồn TĐN có những lợi ích đặc biệt vìcông nghệ đã được phát triển lâu đời ở mức hoàn thiện, khả thi về mặt kinh tế (chiphí lắp đặt thấp), tác động tiêu cực đến môi trường không đáng kể, và góp phần rấtquan trọng vào giải quyết vấn đề điện khí hóa nông thôn, nâng cao mức sống vàđiều kiện sản suất, thúc đẩy phát triển kinh tế nông thôn, xóa đói giảm nghèo, nângcao dân trí đối với đồng bào vùng sâu, vùng xa tại các nước đang phát triển

2 Các vấn đề nghiên cứu:

- Tổng quan về lưới điện phân phối có nguồn thủy điện nhỏ

- Các phương pháp tính toán chế độ xác lập hệ thống điện và các biện pháp tổnthất công suất và tổn thất điện năng

- Tính toán và tối ưu phân bố công suất

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS Trương Thị Hoa

Sinh viên thực hiện: Trần Văn Được MSV: 1811505120314 Lớp: 18D2

Nguyễn Mộc Tùng MSV: 1811505120255 Lớp: 18D2Nguyễn Đình Danh MSV: 1811505120310 Lớp: 18D2

1 Tên Đề tài

TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

CÓ NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Các số liệu về lưới điện phân phối

- Các số liệu liên quan xuất tuyến cần tính toán cụ thể

3 Nội dung chính của đồ án

Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối có nguồn thủy điện nhỏ.

- Chương 2: Các phương pháp tính toán chế độ xác lập hệ thống điện và các biện

pháp tổn thất công suất và tổn thất điện năng

- Chương 3: Tính toán và tối ưu phân bố công suất

Kết luận

4 Kết quả dự kiến đạt được

- Hoàn thành nội dung báo cáo và nhiệm vụ đồ án

- Báo cáo đồ án tốt nghiệp

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, ngành công nghiệpđiện lực giữ vai trò đặc biết quan trọng, bởi điện năng là nguồn năng lượng được sửdụng ở mọi lĩnh vực và đặc biệt hơn trong thời kỳ dịch bệnh hiện nay thì không thểthiếu điện năng, phải có điện năng thì các y bác sĩ mới điều trì cho người dân và cứuđất nước khỏi sự nguy hiểm của đại dịch.

Với đề tài: “Tính toán và tối ưu phân bố công suất lưới điện phân phối có

nguồn thủy điện nhỏ”, chúng em đã cố gắng học hỏi, tìm hiểu để hoàn thành một

cách tốt nhất Trong thời gian thực hiện đề tài, chúng em xin chân thành cảm ơn cô

TS Trương Thị Hoa – người đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em thực

hiện đề tài này Đồng thời, chúng em cũng xin chân thành cảm ơn đền các thầy côgiáo trong bộ môn Hệ thống điện đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trongsuốt quá trình thực hiện đề tài

Tuy nhiên với những kiến còn hạn chế, chưa có kinh nghiệm thực tiễn, ắt hẳnnội dung và cách trình bày đồ án tốt nghiệp mà chúng em đã hoàn thành không thểtrách khỏi những sai sót, chúng em rất mong nhận được sự quan tâm và chỉ bảo củathầy cô

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, 27 tháng 2 năm 2022 Sinh viên thực hiện

Em xin cam đoan đề tài: “Tính toán và tối ưu phân bố công suất lưới điện

phân phối có nguồn thủy điện nhỏ” là một đề tài nghiên cứu của em dưới sự

hướng dẫn của cô TS Trương Thị Hoa Ngoài ra, không có bất cứ sự sao chép của

người khác, các số liệu sử dụng phân tích đều được trích dẫn trong phần tài liệutham khảo

Nếu có sự sai sót nào thì em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước hội đồng vànhà trường

Sinh viên thực hiện

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vi

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ .3

1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối 3

1.1.1 Khái niệm về lưới phân phối 3

1.1.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối 5

1.1.3 Phân loại lưới điện phân phối 5

1.1.4 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của lưới phân phối điện 6

1.1.5 Vai trò của lưới điện phân phối 7

1.1.6 Các phần tử chính của lưới điện phân phối 7

1.1.7 Cấu trúc của LĐPP 9

1.2 Những yêu cầu của lưới phân phối 13

1.2.1 Độ tin cậy cung cấp điện 13

1.2.2 Chất lượng điện năng 13

1.2.3 Đảm bảo an toàn 14

1.2.4 Kinh tế 14

1.3 Các quy định về yêu cầu vận hành lưới điện phân phối 14

1.3.1 Tần số: 14

1.3.2 Điện áp 15

1.3.3 Cân bằng pha 15

1.3.4 Sóng hài 16

1.3.5 Nhấp nháy điện áp 17

1.3.6 Dòng điện ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố 18

1.3.7 Chế độ nối đất 19

1.3.8 Hệ số sự cố chạm đất 20

1.4.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán 20

1.4.2 Phân loại nguồn điện phân tán 20

1.5 Hiện trạng lưới điện phân phối và nguồn điện phân tán tại Việt Nam 22

1.5.1 Tình hình phát triển lưới điện phân phối của nước ta 22

1.5.2 Tình hình phát triển phụ tải điện 23

1.5.3 Hiện trạng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam 24

1.5.4 Kế hoạch phát triển nguồn phân tán ở nước ta 24

1.5.5 Nhận xét 25

1.6 Thủy điện nhỏ (Small Hydro Turbines) 25

1.6.1 Khái niệm 25

1.6.2 Đặc điểm 25

1.6.3 Tiềm năng phát triển của thủy điện nhỏ tại Việt Nam 28

1.6.4 Xác định mức độ thâm nhập của TĐN vào hệ thống phân phối điện 29

1.6.5 Ảnh hưởng của nguồn thủy điện nhỏ đến lưới điện phân phối 29

1.6.6 Ảnh hưởng của TĐN đến chất lượng điện năng 30

1.6.7 Ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện: 30

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ CÁC BIỆN PHÁP TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 32

2.1 Tổng quát chung về tính toán chế độ xác lập hệ thống điện: 32

2.1.1 Khái quát chung: 32

2.1.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống điện trong tính toán chế độ xác lập: 32

2.2 Máy phát điện trong chế độ xác lập 34

2.2.1 Công suất không đổi về trị số PF 34

2.2.2 Công suất tác dụng không đổi và modul không đổi của điện áp 34

2.2.3 Modul và pha không đổi của điện áp 34

2.3 Phụ tải điện trong chế độ xác lập 35

2.3.1 Công suất không đổi về trị số 35

2.3.2 Dòng điện không đổi về modul và pha 35

2.3.3 Các đường đặc tính tĩnh, nghĩa là công suất tác dụng và phản kháng của phụ tải phụ thuộc vào điện áp Ppt(U), Qpt(U) 35

2.3.4 Tổng dẫn hay tổng trở không đổi 35

2.3.5 Dòng điện ngẫu nhiên trong khi phân tích chế độ của các hệ thống điện có bộ phận lớn phụ tải kéo 36

2.4 Các phương pháp tính toán chế độ xác lập 36

2.4.1 Phương pháp lặp Gauss-Seidel 36

2.4.2 Phương pháp lặp Newton-Raphson: 37

2.4.4 Phương pháp Adaptive Newton-Rapshson 37

2.4.5 Phương pháp Fast-Decoupled 38

2.4.6 Phương pháp Accelerated Gauss-Seidel 38

2.5 Các biện pháp giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong hệ thống điện39 2.5.1 Nâng cao điện áp vận hành của mạng điện 39

2.5.2 Vận hành kinh tế trạm biến áp 39

2.5.3 Tách mạng điện kín tại điểm tối ưu 40

2.5.4 Nâng cao hệ số công suất cos φ của phụ tải 40

2.5.5 Giảm tổn thất điện năng kỹ thuật trên lưới phân phối 41

2.5.6 Các biện pháp khác 42

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 43

3.1 Tổng quan lưới điện sử dụng mô phỏng 43

3.2 Tính phân bố công suất ở các chế độ vận hành 44

3.2.1 Chế độ vận hành cực đại 44

3.2.2 Chế độ vận hành cực tiểu 48

3.3 Tính phân bố công suất tối ưu: 52

3.3.1 Giảm thiểu tổn thất công suất thực (Minimize Real Power Loses) 53

3.3.2 Giảm thiểu tổn thất công suất phản kháng (Minimize Reactive Power Loses) .61 3.3.3 Giảm thiểu công suất phát của nút cân bằng hệ thống (Minimize Swing Bus Power) 69

Bảng 1 1 Độ biến dạng sóng hài điện áp tối đa cho phép 16

Bảng 1 2 Độ biến dạng sóng hài dòng điện tối đa cho phép đối với nhà máy điện 17

Bảng 1 3 Biến dạng sóng hài dòng điện tối đa cho phép đối với phụ tải điện 17

Bảng 1 4 Mức nhấp nháy điện áp 17

Bảng 1 5 Dòng điện ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố 18 Bảng 1 6 Chế độ nối đất 19

Bảng 1 7 Dải công suất tương ứng của các công nghệ DG 21

Bảng 1 8 Phạm vi Q và H của thủy điện nhỏ ngoài lưới điện Quốc Gia [4] 26

YBảng 3 1 Bảng tổng kết tổn thất công suất trong mô phỏng phân bố công suất 51

Bảng 3 2 Bảng tổng kết so sánh ba chế độ vận hành tối ưu công suất 7

Hình 1 1 Lưới điện 3 pha 3 dây 3

Hình 1 2 Lưới điện 3 pha 4 dây 4

Hình 1 3 Lưới 4 dây: 3 pha + trung tính 4

Hình 1 4 Lưới 5 dây: 3 pha + trung tính+ dây an toàn [2] 4

Hình 1 5 Sơ đồ lưới phân phối hình tia 10

Hình 1 6 Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn 10

Hình 1 7 Sơ đồ lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp 10

Hình 1 8 Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp 11

Hình 1 9 Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục 11

Hình 1 10 Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phòng chung 12

Hình 1 11 Sơ đồ hệ thống phân phối điện [1] 12

Hình 1 12 Sơ đồ phân loại các nguồn phân tán [1] 21

Hình 1 13 Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC) 22

Hình 1 14 Dự báo công suất các nguồn phân tán tại Việt Nam đến năm 2030 24

Hình 1 15 Nhà máy thủy điện nhỏ Lai Châu (nguồn evn.com.vn) 26

YHình 3 1 Sơ đồ nguyên lý lưới điện huyện KON RÂY (24/0.4KV) [7] 43

Hình 3 2 Bảng tóm tắt phân bố công suất ở chế độ cực đại (có các nguồn thủy điện) 45 Hình 3 3 Bảng tóm tắt phân bố công suất ở chế độ cực đại (Hai nguồn thủy điện không hoạt động) 46

Hình 3 4 Bảng tóm tắt phân bố công suất ở chế độ cực tiểu (có các nguồn thủy điện) 48

Hình 3 5 Bảng tóm tắt phân bố công suất ở chế độ cực tiểu (Hai nguồn thủy điện không hoạt động) 50

Hình 3 6 Bảng tóm tắt giảm thiểu tổn thất công suất thực ở chế độ cực đại (4 nguồn thủy điện hoạt động) 54

thủy điện không hoạt động) 56Hình 3 8 Bảng tóm tắt giảm thiểu tổn thất công suất thực ở chế độ cực tiểu (4 nguồn thủy điện hoạt động) 58Hình 3 9 Bảng tóm tắt giảm thiểu tổn thất công suất thực ở chế độ cực tiểu (Hai nguồnthủy điện không hoạt động) 60Hình 3 10 Bảng tóm tắt giảm thiểu tổn thất công suất phản kháng ở chế độ cực đại (4 nguồn thủy điện hoạt động) 62Hình 3 11 Bảng tóm tắt giảm thiểu tổn thất công suất phản kháng ở chế độ cực đại (Hai nguồn thủy điện không hoạt động) 64Hình 3 12 Bảng tóm tắt giảm thiểu tổn thất công suất phản kháng ở chế độ cực tiểu (4 nguồn thủy điện hoạt động) 66Hình 3 13 Bảng tóm tắt giảm thiểu tổn thất công suất phản kháng ở chế độ cực tiểu (Hai nguồn thủy điện không hoạt động) 68Hình 3 14 Bảng tóm tắt giảm thiểu công suất phát của nút cân bằng hệ thống ở chế độ cực đại (4 nguồn thủy điện hoạt động) 70Hình 3 15 Bảng tóm tắt giảm thiểu tổn thất công suất phát của nút cân bằng hệ thống

ở chế độ cực đại (Hai nguồn thủy điện không hoạt động) 72Hình 3 16 Bảng tóm tắt giảm thiểu tổn thất công suất phát của nút cân bằng hệ thống

ở chế độ cực tiểu (4 nguồn thủy điện hoạt động) 74Hình 3 17 Bảng tóm tắt giảm thiểu tổn thất công suất phát của nút cân bằng hệ thống

ở chế độ cực tiểu (Hai nguồn thủy điện không hoạt động) 76Y

LĐPP : Lưới điện phân phối.

ĐD : Đương dây

TBPĐ : Thiết bị phân đoạn

DG : Nguồn điện phân tán (Distributed Generation)

TĐN : Thủy điện nhỏ

CP : Điểm kết nối (Connection Point)

PCC : Điểm kết nối chung (Point of Common Connection)HTĐ : Hệ thống điện

NLTT : Năng lượng tái tạo

∑S PT : Tổng công suất phụ tải

PT : Công suất tua bin

EQ : Suất điện động

OPF : Phân bố công suất tối ưu (Optimal Power Flow)

MỞ ĐẦU

Theo thống kê của Tập đoàn Điện lực Việt Nam thì tổng tổn thất điện năngtrong đó LĐPP chiếm 5-7% Do đó việc nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thấtđiện năng trên LĐPP là một nhu cầu cần thiết, mang lại nhiều lợi ích kinh tế Lướiđiện phân phối (LĐPP) đóng vai trò quan trọng, trong đó là cung cấp điện từ nơi sảnxuất điện năng đến các hộ tiêu thụ điện, LĐPP có thể được thiết kế có cấu trúcmạch vòng hoặc cấu trúc hình tia, tuy nhiên vì lý do kỹ thuật và điều kiện vận hànhnên nó được vận hành theo cấu trúc hình tia Hệ thống LĐPP là một hệ thống lớn cóđặc điểm trải rộng trên toàn bộ lãnh thổ quốc gia, gồm nhiều phần từ, nhiều thông

số, do đó các bài toán tính toán và phân tích cho LĐPP có số lượng nghiệm lớn, yêucầu độ chính xác và thời gian tính toán xử lý nhanh nên cần phải có các phươngpháp hiện đại để giúp giải quyết các bài toán này một cách hiệu quả Bài toán giảmtổn thất công suất trên LĐPP là một bài toán được nghiên cứu nhiều và mang lại giátrị kinh tế trong sản xuất và vận hành hệ thống điện

Thủy điện nhỏ là một trong những thành phần của điện phân tán (DG) – lànguồn điện được kết nối trực tiếp với LĐPP hoặc cung cấp trực tiếp cho khách hàng

sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo Nguồn này được lắp đặt gần nơi tiêu thụ nênloại trừ được những chi phí đầu tư lưới điện, chi phí truyền tải và phân phối, tăngcường linh hoạt và độ tin cậy của LĐPP, giảm tổn thất công suất và tổn thất điệnnăng, cải thiện độ lệch điện áp nút và giảm ô nhiễm môi trường

Nghiên cứu đặc tính vận hành của Thủy điện nhỏ và ảnh hưởng tới LĐPP.Trên cơ sở đó, mô hình hóa đặc tính vận hành của Thủy điện nhỏ và LĐPP, lựachọn công cụ tính toán để đánh giá ảnh hưởng của các DG khi đấu nối với LĐPP.Ứng dụng vào thực tế, tính toán và đánh giá ảnh hưởng của thủy điện nhỏ tớicác chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của LĐPP Từ đó, lựa chọn được phương thức vận hànhtối ưu phân bố công suất lưới điện cho LĐPP

Mục tiêu chính của đề tài là:

- Tổng quan về lưới điện phân phối có nguồn là thủy điện nhỏ

Nghiên cứu ảnh hưởng của thủy điện nhỏ đến lưới điện phân phối

- Các phương pháp tính toán chế độ xác lập hệ thống điện

- Tổng quan về phần mềm mô phỏng

- Tính toán chế độ xác lập, mô phỏng phân bố công suất và tối ưu lưới điệnphân phối.

- Từ đó đưa ra số liệu phân tích, tính toán và tối ưu phân bố công suất cho lướiđiện phân phối Rút ra đánh giá và nhận xét

Đối tượng nghiên cứu: Lưới điện phân phối có nguồn thủy điện nhỏ

Phạm vi nghiên cứu: Tính toán và tối ưu phân bố công suất lưới điện phânphối có nguồn thủy điện nhỏ

- Nghiên cứu, tính toán và phân tích tối ưu phân bố công suất lưới điện phânphối có nguồn thủy điện nhỏ Lựa chọn công cụ mô phỏng tính toán để đánh giá ảnhhưởng của LĐPP

- Ứng dụng vào thực tế, tính toán và đánh giá ảnh hưởng của thủy điện nhỏ tớicác chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của LĐPP Từ đó, lựa chọn được phương thức vận hànhtối ưu cho LĐPP

- Phân tích, tổng hợp tài liệu có liên quan đến vấn đề tái cấu trúc lưới phân bốtối ưu công suất trong lưới điện

- Khảo sát và đánh giá các phương pháp tái cấu trúc lưới điện nhằm phân bốtối ưu công suất và nâng cao chất lượng điện áp

- Kiểm chứng đề xuất bằng mô phỏng trên phần mềm

Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối có nguồn thủy điện nhỏ

- Chương 2: Các phương pháp tính toán chế độ xác lập hệ thống điện

- Chương 3: Tính toán và tối ưu phân bố công suất

Kết luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ NGUỒN

THỦY ĐIỆN NHỎ

1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối

1.1.1 Khái niệm về lưới phân phối

Mạng phân phối (LĐPP) là một phần của hệ thống điện phân phối điện từ trạmtrung gian, trạm hoặc thanh cái của nhà máy điện đến các phụ tải

Nhiệm vụ của lưới điện phân phối là cung cấp điện cho phụ tải và đảm bảochất lượng điện năng trong phạm vi cho phép Tuy nhiên, bị hạn chế bởi điều kiệnkinh tế kỹ thuật, độ tin cậy của lưới điện phân phối phụ thuộc vào yêu cầu của phụtải và chất lượng của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối có chiều dài lớn, các đường nhánh, tia hoặc mạch vòngcấp điện trực tiếp cho hộ tiêu thụ nên nguyên nhân ảnh hưởng đến quá trình truyềntải điện của lưới điện phân phối liên quan đến lưới điện phân phối trực tiếp đến hộtiêu thụ

LĐPP trung áp được sử dụng hiện nay là công nghệ phân phối 3 pha 3 dây(chỉ có 3 dây pha, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây) vàcông nghệ phân phối 3 pha 4 dây (ngoài 3 dây pha còn có dây trung tính, máy biến

áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây đối với máy biến áp 3 pha và điện ápđối với máy biến áp 1 pha, trung tính của các cuộn dây trung áp được nối đất trựctiếp)

Mạng phân phối hạ áp bao gồm các đường dây trên không, cáp ngầm hoặc cáptreo (cáp bện) có cấp điện áp 380 / 220V hoặc 220 / 110V Có 2 dạng sơ đồ lướiđiện hạ áp: sơ đồ 4 dây (3 pha và trung tính) và sơ đồ 5 dây (3 pha + trung tính + antoàn) [1]

Hình 1 2 Lưới điện 3 pha 4 dây

Hình 1 3 Lưới 4 dây: 3 pha + trung tính

Hình 1 4 Lưới 5 dây: 3 pha + trung tính+ dây an toàn [2]

1.1.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối có tầm quan trọng cũng như có ảnh hưởng lớn đến chỉtiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống như:

- Trực tiếp cấp điện và đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải (chủ yếu làđiện áp)

- Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụtải Tỷ lệ điện năng bị mất (điện năng mất/tổng điện năng phân phối) do ngừng điệnđược thống kê như sau:

+ Do ngừng điện lưới 110kV trở lên: (0,1-0,3).10-4

+ Do sự cố lưới điện trung áp: 4,5 10-4

+ Do ngừng điện kế hoạch lưới trung áp: 2,5 10-4

+ Do sự cố lưới điện hạ áp: 2 10-4

Điện năng bị mất do sự cố và ngừng điện kế hoạch trong lưới phân phối chiếm98% Ngừng điện (do sự cố hay theo kế hoạch) trên lưới phân trung áp có ảnhhưởng rất lớn đến các hoạt động kinh tế xã hội

- Chi phí đầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn khoảng 50% của hệ

thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải)

- Tổn thất điện năng trong lưới phân phối lớn gấp 2-3 lầm lưới truyền tải vàchiếm (65-70)% tổn thất toàn hệ thống

- Lưới phân phối gần với người sử dụng điện do đó vấn đề an toàn điện cũngrất quan trọng

Trong khi lưới điện truyền tải thường được vận hành mạch vòng hay mạch tia,còn LĐPP có thể được thiết kế có cấu trúc mạch vòng hoặc cấu trúc hình tia nhưng

do yêu cầu về kỹ thuật LĐPP luôn được vận hành hở Nhờ cấu trúc vận hành hở mà

hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng loại relay quá dòng Để khôi phục việc cungcấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết các tuyến đường dây đều có các mạchvòng liên kết với các đường dây kế cận được cấp điện từ một trạm biến áp trunggian khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố Việc khôi phục lướiđược thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện nằm trên cácmạch vòng, do đó trên LĐPP có rất nhiều khoá điện [1]

1.1.3 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 hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn

+ Lưới kín vận hành hở;

+ Sơ đồ hình lưới;

Tóm lại, do tầm quan trọng của lưới điện phân phối nên lưới phân phối trung

áp được quan tâm nhiều nhất trong quy hoạch cũng như vận hành Các tiến bộ khoahọc thường được áp dụng vào việc điều khiển vận hành lưới phân phối trung áp Sựquan tâm đến lưới phân phối trung áp còn được thể hiện trong tỷ lệ rất lớn các côngtrình nghiên cứ khoa học được công bố trên các tạp chí khoa học

Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trongquy hoạch, vận hành và đảm bảo độ tin cậy lưới phân phối người ta đưa ra các chỉtiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối [1]

1.1.4 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của lưới phân phối điện

Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trongquy hoạch và vận hành lưới phân phối người ta đưa ra các chỉ tiêu đánh giá chấtlượng lưới phân phối Chất lượng lưới phân phối được đánh giá trên 3 mặt:

- Sự phục vụ đối với khách hàng

- Ảnh hưởng tới môi trường

- Hiệu quả kinh tế đối với cách doanh nghiệp cung cấp điện

Các tiêu chuẩn đánh giá như sau:

- Chất lượng điện áp

- Hiệu quả kinh tế (giá thành tải điện nhỏ nhất)

- Độ an toàn (an toàn cho người, thiết bị phân phối, nguy cơ hoả hoạn)

- Ảnh hưởng đến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng đến đường dâythông tin)

Trong các tiêu chuẩn trên, tiêu chuẩn thứ nhất và thứ hai liên quan trực tiếpđến điện năng gọi chung là chất lượng phục vụ của lưới điện phân phối [1]

1.1.5 Vai trò của 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

-Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, đảm bảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải 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 chất lượng điện áp cho phụ tải

- Giữ vai trò rất 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 Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra này

- LĐPP gần với người dùng điện, do đó vấn đề an toàn điện cũng là rất

quan trọng [1]

1.1.6 Các phần tử chính của lưới điện phân phối

Các phần tử chủ yếu trong LĐPP bao gồm:

Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối

- Thiết bị dẫn điện: Đường dây tải điện

- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp

tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch

- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi đầuphân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hàibậc 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 tháo trên đường dây,kháng điện 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 xa, thiết bị thực hiện

Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất, điện ápđịnh mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số địnhmức, khả năng đóng cắt ) được chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật

Những phần tử có dòng công suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóngcắt, máy biến dòng, tụ bù ) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến thông

số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính toán chế độ làmviệc của LĐPP

Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc Một

số ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗitrạng thái ứng với một khả năng làm việc

Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải) như:Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải Một số khác có thể thay đổi khicắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định Máy biến áp và đường dây nhờ cácmáy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải

Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây tải điện được chia thành nhiều phần tửcủa 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 làmviệc để LĐPP vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất [1]

1.1.7 Cấu trúc của LĐPP

Bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành

Cấu trúc tổng thể: Là cấu trúc bao gồm tất cả 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, 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 sửachữa Trong một chế độ vận hành 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 một hay mộtvài 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 dongười vận hành lựa chọn Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹthuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế nhất (tổnthất nhỏ nhất) Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thìcấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vậnhành 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 bình thường Trongchế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải Cấu trúc vận hành sự cốchọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi

Ngoài ra, cấu trúc LĐPP còn có thể có các dạng như:

- 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 cấpđiện Cấu trúc dạng này chính là LĐPP hình tia không phân đoạn và hình tia phânđoạn 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 điệntrung 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 đƣợc ápdụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện Ngoài ra cấu trúcđộng cho phép vận hành kinh tế LĐPP, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn vàcấu 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 hànhlưới 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 1.5): Lưới này có ưu điểm là rẻ tiền nhưng độ tin cậy rấtthấp

Hình 1 5 Sơ đồ lưới phân phối hình tia

- Lưới hình tia phân đoạn (hình 1.6): Độ tin cậy cao hơn Phân đoạn lưới phíanguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dùng điện công tác các đoạn lưới như sau, doảnh hưởng ít đến các phân đoạn trước

Hình 1 6 Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn

- Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp (Hình 1.7): độ tin cậy cao hơnnữa do mỗi phân đoạn được cấp điện từ hai phía Lưới điện này có thể vận hành kín

có độ tin cậy cao hơn nhưng máy phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo vệ có hướngnên đắt tiền Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn 1 chút do phải thao tác khi sự cốnhưng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự động hay điều khiển từ xa

Hình 1 7 Sơ đồ lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp

- Lưới kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập (Hình 1.8): Lưới điện nàyphải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song song lưới điện ở cácđiểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn mạch

Hình 1 8 Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp

- Lưới điện kiểu đường trục (Hình 1.9): Cấp điện cho một trạm cắt hay mộttrạm biến áp, từ đó có các đường dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ tải Trêncác 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 cầucông suất lớn

Hình 1 9 Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục

- Lưới điện có đường dây dự phòng chung (Hình 1.10): 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 ởtrên (Hình 1.5) Loại này được dùng tiện lợi cho lưới điện cáp ngầm

Hình 1 10 Sơ đồ 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 1.11): 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 cácmạch 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 loạiđiều khiển hoàn toàn tự động

Hình 1 11 Sơ đồ hệ thống phân phối điện [1]

1.2 Những yêu cầu của lưới phân phối

Đặc điểm chính của hệ thống lưới phân phối là cung cấp điện trực tiếp đếnngười sử dụng Trong công cuộc phát triển đất nước hiện nay, việc cung cấp điệnnăng là một trong những ngành quan tâm hàng đầu của Chính Phủ nói chung và củacác Tỉnh, Thành Phố nói riêng Mục tiêu chính là đảm bảo cho hộ tiêu thụ có đủlượng điện năng yêu cầu với chất lượng điện nằm trong phạm vi cho phép có thểnêu ra các yêu cầu chính sau đây

1.2.1 Độ tin cậy cung cấp điện

Mức độ đảm bảo cấp điện liên tục và đáng tin cậy thay đổi tùy thuộc vào loại

và cách sử dụng các phụ tải hay sự gia tăng cung cấp điện của hệ thống Có ba loại

hộ tiêu thụ sau:

+ Hộ loại 1: là những hộ tiêu thụ mà khi sự cố ngừng cấp điện có thể gây nênnhững hậu quả nguy hiểm đến tính mạng con người, làm thiệt hại lớn về kinh tế,dẫn đến hư hỏng các thiết bị, gây rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp, hoặclàm hỏng hàng loạt sản phẩm, hoặc có ảnh hưởng không tốt về phương diện chínhtrị Ví dụ về hộ loại 1: Nhà máy hóa chất, sân bay, bệnh viện, hầm mỏ, khu côngnghệ cao, hội trường quốc hội, nhà khách chính phủ, đại sứ quán… Đối với hộ tiêuthụ điện loại 1 phải được cung cấp ít nhất từ hai nguồn độc lập, hoặc phải có nguồn

dự phòng nóng Thời gian mất điện thường được xem bằng thời gian đóng nguồn dựtrữ tự động

+ Hộ loại 2: là những hộ tiêu thụ mà nếu ngừng cấp điện sẽ dẫn đến thiệt hại

về kinh tế do ngừng trệ sản xuất, hư hỏng sản phẩm, lãng phí sức lao động như phânxưởng cơ khí, xí nghiệp công nghiệp nhẹ… Cung cấp điện cho hộ tiêu thụ loại 2thường có thêm nguồn dự phòng Vấn đề ở đây là cần so sánh giữa vốn đầu tư phảităng thêm nguồn dự phòng và giá trị thiệt hại kinh tế do ngừng cung cấp điện gây

ra

+ Hộ loại 3: là tất cả những hộ còn lại ngoài hộ loại 1 và hộ loại 2, tức lànhững hộ cho phép mất điện trong thời gian ngắn để sửa chữa, thay thế thiết bị,khắc phục các sự cố, nhưng thường không cho phép quá một ngày đêm (24 giờ) nhưcác khu dân cư, nhà kho của các nhà máy, phân xưởng phụ, các trường học Thông thường, đối với hộ tiêu thụ loại này có thể được cấp điện từ một nguồn điện Cách phân loại như trên nhằm có sự chọn lựa hợp lý về sơ đồ và các giải phápcấp điện đảm bảo yêu cầu kinh tế - kỹ thuật, độ tin cậy cũng như chất lượng điệnnăng cho các đối tượng cần cấp điện

1.2.2 Chất lượng điện năng

Chất lượng điện năng được đánh giá qua hai chỉ tiêu là tần số và điện áp Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện quốc gia điều chỉnh Chỉtiêu điện áp do các công ty điện lực điều chỉnh Nói chung, điện áp lưới trung áp và

hạ áp chỉ cho phép dao động quanh giá trị 5% điện áp định mức

Ở những xí nghiệp, phân xưởng yêu cầu chất lượng điện áp cao như nhà máyhóa chất, cơ khí chính xác, điện tử, … điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng

có ý nghĩa hết sức quan trọng làm nâng cao hay hạ thấp tính an toàn của hệ thốngđiện

Cuối cùng, người vận hành và sử dụng điện phải tuyệt đối tuân thủ triệt để cácquy tắc an toàn và quy trình sử dụng, vận hành

Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán kinh tế các phương án,

từ đó so sánh kinh tế giữa các phương án và chọn được phương án tối ưu

Ngoài bốn yêu cầu chính nêu trên, khi thiết kế cần phải lưu ý sao cho hệ thốngcấp điện thật đơn giản, dễ thi công, dễ vận hành, dễ sử dụng, dễ phát triển phụ tảisau này hay quy hoạch nâng cấp [1]

1.3 Các quy định về yêu cầu vận hành lưới điện phân phối

1.3.1 Tần số:

Tần số danh định trong hệ thống điện quốc gia là 50Hz Trong điều kiện bình

thường, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi  0,2 Hz so với tần sốdanh định Trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, tần số hệ thống điện được daođộng trong phạm vi  0,5 Hz so với tần số danh định.

+ Độ lệch điện áp vận hành cho phép tại thanh cái trên lưới điện phân phối của

Đơn vị phân phối điện so với điện áp danh định là + 10% và - 05%;

+ Độ lệch điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối so với điện áp danhđịnh như sau:

+ Tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện là  05%;

+ Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là + 10% và - 05%;

+ Trường hợp nhà máy điện và khách sử dụng điện đấu nối vào cùng mộtthanh cái, đường dây trên lưới điện phân phối thì điện áp tại điểm đấu nối do Đơn vịphân phối điện quản lý vận hành lưới điện khu vực quyết định đảm bảo phù hợp vớiyêu cầu kỹ thuật vận hành lưới điện phân phối và đảm bảo chất lượng điện áp chokhách hàng sử dụng điện theo quy định

- Đối với lưới điện chưa ổn định sau sự cố, cho phép độ lệch điện áp tại điểm

đấu nối với Khách hàng sử dụng điện bị ảnh hưởng trực tiếp do sự cố trong khoảng+ 5% và - 10% so với điện áp danh định

- Trong chế độ sự cố hệ thống điện hoặc khôi phục sự cố, cho phép mức dao

động điện áp trên lưới điện phân phối trong khoảng  10% so với điện áp danhđịnh

- Trong thời gian sự cố, điện áp tại nơi xảy ra sự cố và vùng lân cận có thể

giảm quá độ đến giá trị bằng 0 ở pha bị sự cố hoặc tăng quá 110% điện áp danhđịnh ở các pha không bị sự cố cho đến khi sự cố được loại trừ

- Dao động điện áp tại điểm đấu nối trên lưới điện phân phối do phụ tải của

khách hàng sử dụng điện dao động hoặc do thao tác thiết bị đóng cắt trong nội bộnhà máy điện gây ra không được vượt quá 2,5% điện áp danh định và phải nằmtrong phạm vi giá trị điện áp vận hành cho phép được quy định tại Khoản 2 Điềunày

1.3.3 Cân bằng pha

Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp phakhông vượt quá 03 % điện áp danh định đối với cấp điện áp 110 kV hoặc 05 % điện

áp danh định đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp

Cho phép thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha trên lưới điện phân phốitrong một số thời điểm vượt quá giá trị quy định tại Khoản 1 Điều này nhưng phảiđảm bảo 95% các giá trị đo với thời gian đo là ít nhất 01 tuần và tần suất lấy mẫu 10phút/lần không được vượt quá giới hạn quy định

1.3.4 Sóng hài

Sóng hài điện áp:

- Tổng biến dạng sóng hài điện áp là tỷ lệ giữa giá trị hiệu dụng của sóng hài

điện áp với giá trị hiệu dụng của điện áp bậc cơ bản được tính theo công thức sau:

% x

V

V THD

N i

i

100

2 1 2

+ THD: Tổng biến dạng sóng hài điện áp;

+ Vi: Giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp bậc i và N là bậc cao nhấtcủa sóng hài cần đánh giá;

+ V1: Giá trị hiệu dụng của điện áp bậc cơ bản (tần số 50 Hz)

- Độ biến dạng sóng hài điện áp tối đa cho phép trên lưới điện phân phối quy

định trong Bảng 1.1 như sau:

Bảng 1 1 Độ biến dạng sóng hài điện áp tối đa cho phépCấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài (THD) Biến dạng riêng lẻ

Sóng hài dòng điện:

- Tổng biến dạng sóng hài dòng điện là tỷ lệ giữa giá trị hiệu dụng của sóng

hài dòng điện với giá trị hiệu dụng của dòng điện bậc cơ bản ở phụ tải/công suấtphát cực đại được tính theo công thức sau:

+ TDD: Tổng biến dạng sóng hài dòng điện;

+ Ii: Giá trị hiệu dụng của sóng hài dòng điện bậc i và N là bậc cao nhất củasóng hài cần đánh giá;

+ IL: Giá trị hiệu dụng của dòng điện bậc cơ bản (tần số 50 Hz) ở phụ tải, côngsuất phát cực đại (phụ tải, công suất phát cực đại là giá trị trung bình của 12 giá trịphụ tải, công suất phát cực đại tương ứng với 12 tháng trước đó, trường hợp đối vớicác đấu nối mới hoặc không thu thập được giá trị phụ tải, công suất cực đại tươngứng với 12 tháng trước đó thì sử dụng giá trị phụ tải, công suất phát cực đại trongtoàn bộ thời gian thực hiện phép đo)

- Nhà máy điện đấu nối vào lưới điện phân phối phải đảm bảo không gây ra

biến dạng sóng hài dòng điện vượt quá giá trị quy định tại Bảng 1.2 như sau:

Bảng 1 2 Độ biến dạng sóng hài dòng điện tối đa cho phép đối với nhà máy điện

Cấp điện áp Tổng biến dạng Biến dạng riêng lẻ

- Phụ tải điện đấu nối vào lưới điện phân phối phải đảm bảo không gây ra biến

dạng sóng hài dòng điện vượt quá giá trị quy định tại Bảng 1.3 như sau:

Bảng 1 3 Biến dạng sóng hài dòng điện tối đa cho phép đối với phụ tải điệnCấp điện áp Tổng biến dạng Biến dạng riêng lẻ

Hạ áp

12% nếu phụ tải ≥50 kW20% nếu phụ tải <50 kW

10% nếu phụ tải ≥50 kW15% nếu phụ tải <50 kW

Cho phép đỉnh nhọn bất thường của sóng hài trên lưới điện phân phối vượtquá tổng biến dạng sóng hài quy định tại Khoản 1 và Khoản 2 Điều này nhưng phảiđảm bảo 95% các giá trị đo sóng hài điện áp và sóng hài dòng điện với thời gian đo

ít nhất 01 tuần và tần suất lấy mẫu 10 phút/lần không được vượt quá giới hạn quyđịnh.

1.3.5 Nhấp nháy điện áp

Trong điều kiện vận hành bình thường, mức nhấp nháy điện áp tại mọi điểmđấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong Bảng 1.4 như sau:

Bảng 1 4 Mức nhấp nháy điện ápCấp điện áp Mức nhấp nháy cho phép

110 kV Pst95% = 0,80

Plt95% = 0,60Trung áp Pst95% = 1,00

Plt95% = 0,80

Hạ áp Pst95% = 1,00

Plt95% = 0,80

Mức nhấp nháy điện áp ngắn hạn (Pst) và mức nhấp nháy điện áp dài hạn (Plt)

là giá trị đo theo tiêu chuẩn quốc gia hiện hành Trường hợp giá trị đo Pst và Plt chưa

có trong tiêu chuẩn quốc gia, đo theo Tiêu chuẩn IEC hiện hành do Ủy ban Kỹ thuậtđiện quốc tế công bố

1.3.6 Dòng điện ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố

Dòng điện ngắn mạch lớn nhất cho phép trên lưới điện phân phối và thời giantối đa loại trừ sự cố của bảo vệ chính được quy định trong Bảng 1.5 như sau:

Bảng 1 5 Dòng điện ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố

Đối với đường dây trung áp có nhiều phân đoạn, khó phối hợp bảo vệ giữa cácthiết bị đóng cắt trên lưới điện, cho phép thời gian loại trừ sự cố của bảo vệ chínhtại một số vị trí đóng cắt lớn hơn giá trị quy định tại Khoản 1 Điều này nhưng phảinhỏ hơn 01 giây và phải đảm bảo an toàn cho thiết bị và lưới điện.

Các công trình điện đấu nối vào hệ thống điện phân phối có giá trị dòng điệnngắn mạch tại điểm đấu nối theo tính toán mà lớn hơn giá trị dòng điện ngắn mạchlớn nhất cho phép quy định tại Bảng 3, chủ đầu tư các công trình điện có tráchnhiệm áp dụng các biện pháp để dòng điện ngắn mạch tại điểm đấu nối xuống thấphơn hoặc bằng giá trị dòng điện ngắn mạch lớn nhất cho phép quy định tại Bảng 3 Đơn vị phân phối điện có trách nhiệm thông báo giá trị dòng điện ngắn mạchlớn nhất tại điểm đấu nối để Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối phối hợptrong quá trình đầu tư, lắp đặt thiết bị, đảm bảo thiết bị đóng cắt có đủ khả năngđóng cắt dòng điện ngắn mạch lớn nhất tại điểm đấu nối trong ít nhất 10 năm tiếptheo kể từ khi dự kiến đưa thiết bị vào vận hành

1.3.7 Chế độ nối đất

Chế độ nối đất trung tính trong hệ thống điện phân phối được quy định trongBảng 1.6 như sau:

Bảng 1 6 Chế độ nối đấtCấp điện áp Điểm trung tính

110 kV Nối đất trực tiếp

35 kV Trung tính cách ly hoặc nối đất qua trở kháng

15 kV, 22 kV Nối đất trực tiếp (03 pha 03 dây) hoặc nối đất lặp lại (03 pha

04 dây)

06 kV, 10 kV Trung tính cách ly

Dưới 1000 V Nối đất trực tiếp (nối đất trung tính, nối đất lặp lại, nối đất

trung tính kết hợp)

Trường hợp chế độ nối đất trung tính trong hệ thống điện phân phối thực hiệnkhác với quy định tại Khoản 1 Điều này thì phải được sự đồng ý bằng văn bản củaĐơn vị điều độ hệ thống điện quốc gia.

1.3.8 Hệ số sự cố chạm đất

Hệ số sự cố chạm đất của lưới điện phân phối không được vượt quá 1,4 đốivới lưới điện có trung tính nối đất trực tiếp và 1,7 đối với lưới điện có trung tínhcách ly hoặc lưới điện có trung tính nối đất qua trở kháng

1.4 Nguồn điện phân tán

1.4.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nhiều công nghệ mới,nhiều loại nguồn điện phân tán đã được ứng dụng thành công Nhu cầu về nănglượng tăng cao, các vấn đề bất cập từ việc phát triển nguồn năng lượng truyềnthống, cũng như những ưu điểm của nguồn điện phân tán, đang là động lực thúc đẩy

sự phát triển mạnh mẽ của các nguồn điện phân tán

Trong nhiều tài liệu khác nhau, nhiều thuật ngữ và tên gọi khác nhau được sửdụng để định nghĩa nguồn điện phân tán Các tên gọi thường được 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” Nói chung, nguồn phân tán có thể được hiểu như là mộtnguồn phát điện với quy mô nhỏ được đấu nối vào hệ thống lưới phân phối

Trong luận văn này, tác giả sử dụng định nghĩa nguồn phân tán như địnhnghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 1547: “Nguồn phân tán là loại nguồn kết nối trực tiếptới hệ thống phân phối Nguồn phân tán bao gồm máy phát điện và các công nghệ

dự trữ năng lượng [1]

1.4.2 Phân loại nguồn điện phân tán

Nguồn phân tán có thể chia ra làm hai nhóm chính theo công nghệ chế tạo:

- Nhóm nguồn năng lượng tái tạo: Điện gió, điện mặt trời, thủy điện nhỏ, điệnsinh khối, địa nhiệt điện, điện thủy triều

- Nhóm nguồn năng lượng không tái tạo: Động cơ đốt trong (Diesel), pin nhiện liệu, tua bin hơi

Trong đó các DG tái tạo đang được ưu tiên thúc đẩy phát triển nhanh chóng

do các tác động tích cực của chúng đến môi trường Các công nghệ DG và dải côngsuất thông thường được chỉ ra trong Bảng 1.1 [1]

Hình 1 12 Sơ đồ phân loại các nguồn phân tán [1]

Bảng 1 7 Dải công suất tương ứng của các công nghệ DGLoại DG Dải công

suất

Loại DG Dải công suất

Thủy điện nhỏ 1 - 100MW Điện sinh khối 100kW

-20MWThủy điện rất

nhỏ

25kW 30MW

-Pin nhiên liệu 1kW - 5MW

Điện gió 200W

-3MW

Địa nhiệt 5MW

-1000MWPin quang điện 20W -

100kW

Năng lượngbiển

100kW - 1MW

Điện mặt trời 1 - 80MW

Hình 1 13 Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC)Với sự đa dạng về các DG như vậy, trong tương lai mạng điện sẽ giống nhưmột mạng Internet trong đó các DG được kết nối ở khắp nơi giống như máy vi tính

Hệ thống điện lúc này là sự kết hợp của các DG và các nguồn phát điện trung tâm.Các nguồn phát điện trung tâm được kết nối vào lưới điện áp cao (thường từ 110kVtrở lên) cung cấp điện cho các trung tâm, vùng miền tiêu thụ công suất lớn, trongkhi đó các DG được kết nối vào lưới điện từ 35kV trở xuống cung cấp điện cho cácnơi xa lưới điện trung tâm, các cụm phụ tải vừa và nhỏ, … Bên cạnh đó, một sốnguồn phân tán nhỏ như: máy phát Diesel, điện mặt trời, pin nhiên liệu… được nốitrực tiếp vào lưới hạ thế 0,4kV cung cấp điện cho các khách hàng nhỏ như hộ giađình hoặc tòa nhà chung cư,

DG được kết nối với lưới phân phối thông qua điểm kết nối (CP) và điểm kếtnối chung (PCC) Cách thức đấu nối DG vào lưới phân phối được thể hiện trongHình 1.13 [1]

1.5 Hiện trạng lưới điện phân phối và nguồn điện phân tán tại Việt Nam

1.5.1 Tình hình phát triển lưới điện phân phối của nước ta

Do điều kiện lịch sử để lại, hiện nay hệ thống LĐPP của Việt Nam bao gồmnhiều cấp điện áp khác nhau, cả ở thành thị và nông thôn Nhằm nâng cao độ tin cậytrong việc cung cấp điện, đơn giản trong quản lý vận hành, đáp ứng yêu cầu ngàycàng cao về chất lượng điện năng của khách hàng và giảm tổn thất điện năng của

toàn hệ thống dưới 10% vào năm 2020, Tập đoàn Điện lực Việt Nam thuờng xuyênđầu tư mở rộng, nâng cấp và cải tạo LĐPP trên phạm vi cả nước Theo kế hoạchphát triển đến năm 2020, LĐPP của tập đoàn đã được xây dựng thêm 282.714 kmđường dây trung áp, hạ áp và 19.010 MVA công suất máy biến áp phân phối

Cùng với sự đổi mới và phát triển kinh tế, quá trình phát triển và điện khí hoácủa nước ta đã có những thay đổi quan trọng, góp phần thúc đẩy sự phát triển củacác ngành kinh tế, cải thiện mức sống về vật chất và tinh thần cho nhân dân, đặcbiệt là nông dân Hiện nay 100% số huyện trong cả nước đã có điện lưới quốc gia

và hầu hết các xã đã có điện việc cung cấp điện, đơn giản trong quản lý vận hành,đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng của khách hàng và giảmtổn thất điện năng của toàn hệ thống dưới 10% vào năm 2020, Tập đoàn Điện lựcViệt Nam thường xuyên đầu tư mở rộng, nâng cấp và cải tạo LĐPP trên phạm vi cảnước Theo kế hoạch phát triển đến năm 2020, LĐPP của tập đoàn đã được xâydựng thêm 282.714 km đường dây trung áp, hạ áp và 19.010 MVA công suất máybiến áp phân phối

Cùng với sự đổi mới và phát triển kinh tế, quá trình phát triển và điện khí hoácủa nước ta đã có những thay đổi quan trọng, góp phần thúc đẩy sự phát triển củacác ngành kinh tế, cải thiện mức sống về vật chất và tinh thần cho nhân dân, đặcbiệt là nông dân Hiện nay 100% số huyện trong cả nước đã có điện lưới quốc gia

và hầu hết các xã đã có điện [1]

1.5.2 Tình hình phát triển phụ tải điện

Theo kết quả nghiên cứu của đề tài KHCN – 0907, “Dự báo nhu cầu phụ tảitrong giai đoạn 2000 – 2020” do Viện Chiến lược phát triển, Bộ Kế hoạch và Đầu

tư xây dựng với 2 phương án: phương án cao và phương án cơ sở Trong đó lấynhịp độ phát triển dân số trong 25 năm (1996 - 2020) được dự báo bình quân là1,72%/năm

Nhu cầu điện năng theo phương án cao được dự báo theo phương án phát triểnkinh tế cao Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng trưởng trungbình điện năng sẽ là 10,2%/năm và 8,9%/năm tương ứng với từng giai đoạn là 2000

- 2010 và 2010 - 2020 Đến năm 2020, nhu cầu điện năng là 204 tỷ kWh Tốc độtăng trưởng điện năng của cả giai đoạn 1996 - 2020 là 11%/năm

Nhu cầu điện năng phương án cơ sở được dự báo theo phương án phát triểnkinh tế cơ sở Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng trưởng trungbình điện năng sẽ là 10,5%/năm và 8,2%/năm tương ứng với từng giai đoạn Đến

năm 2020, nhu cầu điện năng là 173 tỷ kWh Tốc độ tăng trưởng điện năng của giaiđoạn 2000 - 2020 là 10,4%/năm.

Với dự báo này thì ngành điện nói chung và LĐPP địa phương nói riêng trongthời gian tới đòi hỏi phải có sự phát triển, cải tạo và mở rộng rất lớn Đây là mộtthực tế cần phải được quan tâm [1]

1.5.3 Hiện trạng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam

Trong những năm gần đây, mối quan tâm về DG tại Việt Nam ngày càngnhiều khi mà nhu cầu về các nguồn phát điện tại chỗ đang gia tăng Những nguồnđiện phân tán như: điện gió, điện mặt trời, thủy điện nhỏ, điện sinh khối, … đangđược chú ý quan tâm hơn cả Tính tới năm 2019, tổng công suất của DG sử dụngnăng lượng tái tạo đã được lắp đặt và đưa vào vận hành khoảng 5695MW, trong đónguồn thủy điện nhỏ, điện gió và đặc biệt nguồn năng lượng mặt trời sử dụng côngnghệ pin mặt trời chiếm tỉ trọng lớn nhất

Trong một vài năm tới, các nguồn DG khác như: điện gió (Phương Mai –50,4MW, Phước Ninh – 20MW, Phú Quý – 1000MW, …); điện mặt trời ở khu vựcTây Nguyên khi đi vào vận hành sẽ đóng vai trò quan trọng đáng kể đảm bảo nhucầu điện năng cho các phụ tải địa phương, góp phần giảm tải cho các hệ thống điệnkhu vực

Các dự án thủy điện nhỏ đấu nối vào lưới phân phối chủ yếu tập trung tại khuvực Tây Bắc, Bắc Trung Bộ, Trung Trung Bộ và khu vực Tây Nguyên Đây cũngchính là khu vực có tiềm năng để phát triển nguồn phân tán trong tương lai

Như vậy, lưới phân phối của Việt Nam trong tương lai không xa sẽ có nhữngthay đổi đáng kể về cấu hình và các vấn đề kỹ thuật liên quan khác tới khai thác, kếtnối và vận hành mạng điện [1]

1.5.4 Kế hoạch phát triển nguồn phân tán ở nước ta

Dự báo công suất của các nguồn phân tán có tiềm năng ở nước ta tính đến năm2030

Theo những nghiên cứu trong Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giaiđoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030, nguồn phân tán bao gồm chủ yếu là nguồnthủy điện nhỏ và các dạng năng lượng tái tạo khác chiếm từ (3 – 5)% tổng điệnnăng sản xuất của toàn hệ thống điện tương lai trong giai đoạn này Trong đó, TĐN

và điện gió sẽ chiếm phần lớn trong tỷ trọng những nguồn năng lượng phân tán sửdụng năng lượng tái tạo [1]

1.5.5 Nhận xét

Nguồn điện phân tán đã và đang cho thấy những ưu điểm và những lợi íchthiết thực Trong đó, những nguồn năng lượng tái tạo được đặc biệt chú trọng do cótiềm năng to lớn và thân thiện với môi trường

Trên Thế giới, nguồn năng lượng phân tán đang được ứng dụng rộng rãi với sựquan tâm sâu sắc và những chính sách phù hợp Đặc biệt, các nước cộng đồng Châu

Âu đều có mục tiêu rõ ràng về năng lượng tái tạo của quốc gia, nhằm khuyến khích

sự phát triển mạnh mẽ của loại năng lượng này

Tiềm năng về nguồn năng lượng tái tạo của nước ta rất dồi dào Nếu được ưutiên, chú trọng phát triển, sẽ đem lại nguồn lợi to lớn, khắc phục tình trạng thiếuđiện và giảm ô nhiễm môi trường [1]

Hình 1 14 Dự báo công suất các nguồn phân tán tại Việt Nam đến năm 2030