Nghiên cứu vận hành hiệu quả lộ 475 điện lực thành phố sầm sơn

70 Trang 8 GIẢI THÍCH Chữ viết tắt, từ ngữ chuyên ngành Chữ viết tắt Tiếng Anh Ý nghĩa tiếng Việt EVN Tập đoàn điện lực Việt Nam PCTH Công ty điện lực Thanh Hóa HTĐPP Hệ thống điện phân

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - - NGUYỄN ĐỨC ANH NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HIỆU QUẢ LỘ 475 THÀNH PHỐ SẦM SƠN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS NGÔ ĐỨC MINH Thái Nguyên - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Đức Anh, học viên lớp cao học K22 ngành Kỹ thuật điện, sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn luận văn tốt nghiệp PGS.TS Ngô Đức Minh, tôi đã hoàn thành chương trình học tập và đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu vận hành hiệu quả lộ 475 Điện lực thành phố Sầm Sơn ” Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo PGS.TS Ngô Đức Minh Nội dung luận văn chỉ tham khảo và trích dẫn các tài liệu đã được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Thái Nguyên, ngày 12 tháng 05 năm 2022 Học viên Nguyễn Đức Anh i MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi GIẢI THÍCH vii MỞ ĐẦU 1 1 Tính cấp thiết của đề tài 1 2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 4 Phương pháp nghiên cứu 2 5 Cấu trúc luận văn .2 CHƯƠNG 1 4 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LỘ 475 THÀNH PHỐ SẦM SƠN 4 1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia 4 1.2 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối [5] 12 1.3Giới thiệu lưới điện 22 kV Thành phố Sầm Sơn [6] .19 1.4 Giới thiệu lộ 475 thành phố Sầm Sơn 21 Kết luận chương 1 24 CHƯƠNG 2 25 CÔNG CỤ TOÁN HỌC VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 25 2.1 Giới thiệu chung .25 2.2 Công cụ toán và phần mềm ứng dụng .26 2.2.1 Công cụ toán [7] [8] .26 2.2.2 Phần mềm áp dụng [9] 28 2.3 Áp dụng ETAP mô hình hóa mô phỏng lộ 475 .29 2.3.1 Giới thiệu chung về Etap [9][10] 29 2.3.2 Mô hình hoá lộ 475 32 2.3.3 Khai báo thông số các phần tử trong sơ đồ mô phỏng .37 Kết luận chương 2 42 CHƯƠNG 3 43 ii MÔ PHỎNG GIẢI TÍCH LƯỚI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VẬN HÀNH HIỆU QUẢ LỘ 475 THÀNH PHỐ SẦM SƠN 43 3.1 Đặt vấn đề 43 3.2 Nghiên cứu hiện trạng và giải pháp điều chỉnh điện áp nguồn .44 3.2.1 Chế độ vận hành 2.1: phụ tải cực đại Smax, OLTC chưa kích hoạt 44 3.2.2 Chế độ vận hành 2.2: Smax, điều chỉnh điện áp MBA 105%Uđm 51 3.3 Giải pháp tái cấu trúc mạch vòng 58 3.3.1 Đóng kết nối mạch vòng lộ 475 tại bus 20: 58 3.3.2 Đóng kết nối mạch vòng lộ 475 tại bus 16: 60 3.4 Giải pháp bù tụ điện tĩnh trong lộ 475, [13] [14] 60 3.4.1 Chế độ vận hành 4.1 62 3.4.2 Chế độ vận hành 4.2: 68 3.4.2.1 Chế độ 4.2.1: đóng LBS479-16 - mở LBS479-20 .68 3.3.2.1 Chế độ 4.2.2: mở LBS479-16 - đóng LBS479-20 .70 3.5 Giải pháp tích hợp nguồn phân tán WTG trong lộ 475 72 3.5.1 Giới thiệu chung về máy phát điện turbine gió [4] [11] [12] 77 3.5.2 Máy phát điện turbine gió trong phần mềm ETAP [9] .78 3.5.3 Cấu trúc nguồn WTG 79 3.5.4 Vận hành và hiệu quả của WTG .80 3.6 Giải pháp trang bị recloser nâng cao độ tin cậy lộ 475 80 3.6.1 RE bảo vệ đường dây nhánh .81 3.6.2 RE bảo vệ phân đoạn cuối đường dây 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO .87 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1 Mô hình cấu trúc cơ bản hệ thống điện quốc gia .4 Hình 1 2 Cấu trúc khối của một hệ thống điện 5 Hình 1 3 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối 7 Hình 1 4 Sơ đồ toàn thể lưới điện 22 kV TP Sầm Sơn 20 Hình 1 5 Sơ đồ một sợi lộ 475 thành phố Sầm Sơn 22 Hình 1 6 Mô tả xuất tuyến lộ 475 .23 Hình 1 7 Mô tả vị trí kết nối mạch vòng trên lộ 475 23 Hình 2 1 Các ô cửa chính 30 Hình 2 2 Các chức năng tính toán 30 Hình 2 3 Các phần tử AC 31 Hình 2 4 Các thiết bị đo lường, bảo vệ .31 Hình 2 5 Một số chức năng tính toán thông dụng 32 Hình 2 6 Sơ đồ mô phỏng lộ 475 (mở rộng kết nối với lộ 479) .33 Hình 2 7 Khai báo thông số của nguồn 38 Hình 2 8 Khai báo thông số máy biến áp nguồn T1-SS và T2-SS 39 Hình 2 9 khai báo thông số tải 39 Hình 2 10 Thông số cơ bản của đường dây trên không 41 Hình 2 11 Khai báo thông số cáp ngầm 42 Hình 2 12 Cấu trúc điển hình của tổ hợp turbine gió .72 Hình 2 13 Mô hình cấu trúc DFIG kết nối lưới 73 Hình 2 14 Đặc tính phát công suất tác dụng phụ thuộc tốc độ gió của DFIG [4] 74 Hình 2 15a,b Các mô hình khai thác tổ hợp DFIG 75 Hình 2 16 Hướng dẫn cài đặt cơ bản WTG 75 Hình 2 17 Tổ hợp nhóm WTG và cài đặt công suất phát 76 Hình 3 1 Lưu đồ thuật toán nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 43 Hình 3 2 Mô phỏng hiển thị điện áp thanh cái TBA nguồn .45 Hình 3 3 Mô phỏng kết quả phân bố công suất và điện áp bus-tải chế độ vận hành 2.1 46 Hình 3 4 Điều chỉnh điện áp MBA (OLTC) – chế độ vận hành 2.2 .52 Hình 3 5 Mô phỏng kết quả phân bố công suất và điện áp bus-tải chế độ vận hành 2.2 53 Hình 3 6 khai báo trang Info .62 Hình 3 7 Khai báo trang Loading .63 iv Hình 3 8 Chọn ràng buộc và đề xuất vị trí bù 63 Hình 3 9 Thư viện tụ bù, cấu trúc tụ bù 64 Hình 3 10 Kết quả tính toán bù kinh tế hiển thị trên sơ đồ mô phỏng - chế độ 4 65 Hình 3 11 Trích suất cấu trúc và thông số tụ bù tại các vị trí bù kinh tế -chế độ 4 66 Hình 3 12 Kết quả tính toán bù kinh tế hiển thị trên sơ đồ mô phỏng - chế độ 4a 69 Hình 3 13 Kết quả tính toán bù kinh tế hiển thị trên sơ đồ mô phỏng - chế độ 4b 71 Hình 3 14 Cấu trúc WTG công suất nhỏ 77 Hình 3 15 WTG phát công suất ứng với tốc độ gió 90% định mức 78 Hình 3 16 WTG phát công suất ứng với tốc độ gió 70% định mức 78 Hình 3 17 Mô phỏng kết quả phân bố công suất khi kết nối 02 WTG 79 Hình 3 18 Mô phỏng RE1 tác động cô lập sự cố 82 Hình 3 19 Mô phỏng chỉ số độ tin cậy khi chưa có RE4 83 Hình 3 20 Mô phỏng chỉ số độ tin cậy khi có trang bị RE4 .84 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 1 Tổng độ méo biên độ sóng hài 14 Bảng 1 2 Độ nhấp nháy điện áp 14 Bảng 1 3 Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố 15 Bảng 1 4 Chế độ nối đất 16 Bảng 2 1 Thông số đường dây lộ 475 .34 Bảng 2 2 Thông số phụ tải lộ 475 .35 Bảng 2 3 Thông số chính của trạm biến áp 110 kV 37 Bảng 3 1 Dữ liệu kết quả mô phỏng điện áp bus-tải chế độ vận hành 2.1 .47 Bảng 3 2 Dữ liệu kết quả cân bằng công suất và tổn thất công suất chế độ vận hành 2.151 Bảng 3 3 Dữ liệu kết quả mô phỏng điện áp bus-tải chế độ vận hành 2.2 .54 Bảng 3 4 Dữ liệu kết quả cân bằng công suất và tổn thất công suất chế độ vận hành 2.257 Bảng 3 5 So sánh tổn thất công suất trong 2 chế độ vận hành 2.1 và 2.2 .58 Bảng 3 6 Phân bố công suất và điện áp bus khi LBS479-20 mở (open) 59 Bảng 3 7 Phân bố công suất và điện áp bus khi LBS479-20 đóng (closed) .59 Bảng 3 8 So sánh tổn thất công suất trong 2 chế độ mở/đóng LBS479-20 59 Bảng 3 9 Đề xuất vị trí bù .61 Bảng 3 10 Cấu trúc và thông số tổ hợp các tụ bù tại mỗi vị trí được tính-chế độ 4 67 Bảng 3 11 Giá trị và ý nghĩa kinh tế trong từ năm 1 đến năm thứ 5 sau khi bù- chế độ 4 67 Bảng 3 12 Cân bằng công suất và tổn thất công suất trong lộ 475 - chế độ 4 67 Bảng 3 13 Cấu trúc và thông số bù tại mỗi vị trí tính được – chế độ 4a 68 Bảng 3 14 Cân bằng công suất và tổn thất công suất trong lộ 475- chế độ 4a 68 Bảng 3 15 Cấu trúc và thông số bù tại mỗi vị trí tính được – chế độ 4b 70 Bảng 3 16 Cân bằng công suất và tổn thất công suất trong lộ 475- chế độ 4b .70 Bảng 3 17 Cân bằng công suất và tổn thất công suất khi kết nối WTG 80 vi GIẢI THÍCH Chữ viết tắt, từ ngữ chuyên ngành Chữ viết tắt Tiếng Anh Ý nghĩa tiếng Việt EVN Tập đoàn điện lực Việt Nam PCTH Bus Công ty điện lực Thanh Hóa HTĐPP ETAP Hệ thống điện phân phối MBA WTG -Wind Turbine Máy biến áp TBA Generater Trạm biến áp Bus International Electrotechnical Thanh cái, nút, điểm kết nối ETAP Commission Phần mềm chuyên dụng giải tích, mô phỏng hệ thống điện WTG DFIG – Doubly Fed Induction Renerator Máy phát điện turbine gió IEC Converter TCVN On-circuit tap changer Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế QCVN 2015 / BCT Recloser Tiêu chuẩn Việt Nam DFIG Quy chuẩn kỹ thuật điện của Bộ công thương - VN AC/DC OLTC Máy phát điện kích từ 2 phía LBS RE Bộ biến đổi CSTD Xoay chiều/một chiều CSPK Bộ điều chỉnh dưới tải đầu phân áp MBA Máy cắt phụ tải Máy cắt tự động đóng lại (kèm theo tủ điều khiển ADVC) Công suất tác dụng Công suất phản kháng vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Lưới điện trung thế 22 kV có nhiều ưu điểm về cấu trúc đường dây và cấp điện áp phù hợp trong lưới phân phối áp dụng cho cả mạng điện đô thị và nông thôn hay miền núi Tập đoàn điện lực Việt nam (EVN) đang thực hiện đổi mới cấu trúc hệ thống, hiện đại hóa thiết bị và phương pháp quản lý vận hành, trong đó đặc biệt trú trọng tới lưới điện phân phối (39/2015/TT-BCT) Các liên kết mạch vòng được thiết lập tại nhiều vị trí khác nhau nhằm tăng cường độ tin cậy và chất lượng điện cung cấp Trong đó các mạch vòng có thể được cung cấp bởi từ hệ thống thanh cái của một máy biến áp hoặc hai máy biến áp trong cùng một trạm biến áp trung gian 110/35/22 kV Mặt khác, Bộ công thương cùng với EVN có chủ trương phát triển nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là ưu tiên phát triển nguồn phân tán công suất nhỏ trên cơ sở tiềm năng tại chỗ của địa phương Trong khi đó, một số lưới điện trung thế có lợi thế về năng lượng gió, mặc dù tiềm năng không lớn nhưng với tốc độ gió từ (2÷10) m/s có thể thích hợp cho phát triển các trạm phát điện turbine gió với công suất (100÷ 500)kW cho mỗi tổ máy phát điện turbine gió (gọi tắt là WTG -Wind Turbine Generater) Để quản lý vận hành lưới điện có tính phức hợp, đa nguồn, như mô tả trên đây là một thách thức trong công tác quản lý và vận hành Cần thiết phải có những nghiên cứu dựa trên cơ sở khoa học và thực tiễn để có được những giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện Trong thời đại 4.0 hiện nay, các phần mềm chuyên dụng là công cụ đắc lực cho phân tích hệ thống điện, trong đó phải kể đến ETAP Đề tài nghiên cứu giải pháp vận hành hiệu quả và nâng cao độ tin cậy lưới điện 22 kV, trong đó có xét đến khả năng tích hợp nguồn phân tán là rất cần thiết Cụ thể, đề tài luận văn chọn đối tượng nghiên cứu là lộ 475 thành phố Sầm Sơn tỉnh Thanh hóa 1 2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đặc điểm hiện trạng lưới điện 22 kV và lộ 475 thành phố Sầm Sơn - Các phương án vận hành khác nhau, trạng thái vận hành khác nhau về thông số nguồn,thông số phụ tải, cấu trúc mạch vòng, - Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lộ 475, bù công suất phản kháng,tích hợp nguồn phân tán trong lộ 475 thành phố Sầm Sơn 3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Cập nhật tiến bộ khoa học kỹ thuật (phần mềm chuyên dụng ETAP) cho học tập, nghiên cứu và ứng dụng trong công tác chuyên môn, nghiệp vụ ngành điện - Nghiên cứu các giải pháp vận hành linh hoạt trong lưới điện có cấu trúc phức hợp đa mạch vòng, có nguồn phân tán - Đề xuất được các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lộ 475 lưới điện 22 kV Sầm Sơn - Nghiên cứu vận hành lộ 475 trong tương lai có tích hợp nguồn phân tán sử dụng năng lượng tái tạo tại địa phương (PVG hoặc WTG) 4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: thu thập các tài liệu liên quan đến đề tài, vận dụng kiến thức chuyên môn tích lũy được kết hợp với bổ túc thêm của Người hướng dẫn để thực hiện nội dung yêu cầu của đề tài - Khảo sát, thu thập số liệu thực tế - Phân tích cơ sở lý thuyết áp dụng cho đối tượng thực tế - Công cụ nghiên cứu, tính toán, mô phỏng có độ tin cậy cao - Sử dụng phần mềm mô phỏng hiện đại (ETAP) - Phân tích, lập luận khoa học đánh giá kết quả nghiên cứu, những đóng góp của đề tài, giá trị khoa học và thực tiễn đạt được 5 Cấu trúc luận văn Tổng thể luận văn được bố cục theo03 chương: Chương 1 Tổng quan về hệ thống điện và lộ 475 thành phố Sầm Sơn Chương 2 Công cụ toán học và phần mềm ứng dụng 2