Tính cấp thiết của đề tài
Điện năng là một trong những yếu tố đầu vào không thể thiếu đối với các hoạt động sản xuất và kinh doanh, là mặt hàng thiết yếu không thể thiếu đối với đời sống sinh hoạt của mọi tầng lớp nhân dân Trong bối cảnh nước ta là nước đang phát triển, nhu cầu điện năng để phát triển kinh tế không ngừng tăng lên, vì vậy việc vận hành lưới điện phân phối có vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của nền kinh tế và đời sống sinh hoạt của nhân dân Lưới điện vận hành theo cấu trúc hợp lý không những góp phần đảm bảo an toàn mà còn mang lại hiệu quả kinh tế như giảm tổn thất điện năng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thời gian mất điện. Đặc điểm lưới điện phân phối nói chung và lưới điện phân phối trên địa bàn tỉnh Hậu Giang nói riêng có đặc điểm là phân bố trên diện rộng với rất nhiều nút và nhánh rẽ Lưới điện phân phối thường có tổn thất điện năng và độ sụt áp lớn Do đó, đã có rất nhiều biện pháp đã được sử dụng để giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối như nâng cao tiết diện dây dẫn, bù công suất phản kháng, vận hành ở cấp điện áp cao hơn và tái cấu hình lưới điện Trong đó, tái cấu trúc lưới điện thông qua việc thay đổi trạng thái các khóa điện (máy cắt, dao cách ly) hiện có là biện pháp ít tốn kém nhất Tuy nhiên, bài toán tái cấu hình lưới điện là bài toán phi tuyến với nhiều cực trị địa phương, kích thước bài toán lớn do có nhiều khóa điện trên lưới điện phân phối Vì vậy, việc tính toán bằng thủ công rất phức tạp và mất nhiều thời gian Hiện nay, có nhiều phần mềm chuyên tính toán lưới điện phân phối, trong đó ETAP là một phần mềm có chức năng thiết kế, mô phỏng dựa vào những khối có sẵn để mô tả sự vận hành của hệ thống, phần mềm có khả năng phân tích và tính toán các thông số của hệ thống điện như dòng điện, dòng công suất tối ưu, đánh giá ổn định của hệ thống,… rất thích hợp để ứng dụng mô phỏng và tính toán tái cấu trúc lưới điện phân phối trên địa bàn tỉnh Hậu Giang. Đề tài luận văn “Nghiên cứu tái cấu trúc lưới điện phân phối tỉnh Hậu Giang ứng dụng phần mềm ETAP” là nghiên cứu nhằm đề xuất tái cấu trúc và vận hành tối ưu hiệu quả lưới điện phân phối trên địa bàn, góp phần phục vụ tốt cho công tác vận hành, điều độ, cải tạo và quy hoạch xây dựng hệ thống điện trên địa bàn tỉnh,đáp ứng kịp thời nhu cầu đện năng phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt của nhân dân.
Mục đích nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, tính toán và phân tích để đề xuất lựa chọn phương án tái cấu trúc nhằm vận hành tối ưu hiệu quả lưới điện phân phối trên địa bàn tỉnh Hậu Giang, góp phần mang lại hiệu quả cao hơn trong công tác vận hành lưới điện, giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy hơn so với phương án vận hành hiện tại; Đề xuất và định hướng cho công tác quy hoạch xây dựng cải tạo lưới điện trên địa bàn tỉnh trong tương lai, đảm bảo cung cấp điện hiệu quả cho toàn tỉnh HậuGiang.
Ý nghĩa của khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu lưới điện phân phối hiện hữu tại Công ty Điện lực Hậu Giang đối với các phát tuyến phân phối 22kV trục chính có kết nối mạch vòng với nhau, được cấp điện từ các trạm 110kV khác nhau trên địa bàn tỉnh Từ đó tìm ra kết cấu lưới thông qua các điểm mở mạch vòng để vận hành lưới điện hợp lý trên các tuyến nghiên cứu nhằm đáp ứng được yêu cầu giảm thiểu tổn thất điện năng.
Từ kết quả nghiên cứu này, Công ty Điện lực Hậu Giang có thể tiếp tục áp dụng để tái cấu trúc lưới điện trên các phát tuyến còn lại và mở rộng ứng dụng tái cấu trúc lưới điện hạ thế trên từng khu vực để vận hành cấp điện hiệu quả nhất.
Bố cục luận văn
Để phù hợp với yêu cầu thực tế và hiện trạng lưới điện, phạm vi nghiên cứu. Ngoài phần mở đầu, luận văn được trình bày gồm 5 chương:
Chương 1: Tổng quan về lưới điện và tình hình cung cấp điện tỉnh Hậu Giang Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Giới thiệu và tìm hiểu phần mềm ETAP
Chương 4: Ứng dụng phần mềm ETAP mô phỏng tính toán và lựa chọn phương án tái cấu trúc lưới điện phân phối tỉnh Hậu Giang
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN VÀ TÌNH HÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TỈNH HẬU GIANG
Giới thiệu về tỉnh Hậu Giang
Hậu Giang là tỉnh nằm ở trung tâm của Tiểu vùng Tây Nam sông Hậu, được thành lập năm 2004 trên cơ sở chia tách từ tỉnh Cần Thơ Về ranh giới địa lý, phía Bắc giáp thành phố Cần Thơ, phía Nam giáp tỉnh Sóc Trăng, phía Đông giáp sông Hậu và tỉnh Vĩnh Long, phía Tây giáp tỉnh Kiên Giang và tỉnh Bạc Liêu.
Diện tích tự nhiên của tỉnh là 1.602 km2, bằng 3,94% diện tích của Đồng bằng sông Cửu Long và 0,48% diện tích của cả nước Chiều dài lớn nhất từ Bắc xuống Nam khoảng 45km và chiều rộng lớn nhất từ Đông sang Tây khoảng 48km.
Dân số tỉnh Hậu Giang theo Niên giám thống kê năm 2016 của tỉnh là 772.230 người, bằng 0,95% dân số cả nước và 4,7% dân số vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) Mật độ dân số trung bình là 481 người trên một km2, cao hơn mật độ dân số bình quân của cả khu vực ĐBSCL (452 người/km2) Trong đó các đơn vị có mật độ dân số cao nhất là: Thị xã Ngã Bảy 896 người/km2, huyện Châu Thành A (649 người/km2), huyện Châu Thành (khoảng 668 người/km2), thành phố Vị Thanh và thị xã Long Mỹ (khoảng 635 người/km2), các đơn vị còn lại từ khoảng 325 đến 401 người/km2 Dân số thành thị chiếm khoảng 24,2% dân số của tỉnh Tốc độ tăng dân số bình quân năm 2015 đạt 0,2%.
Về hành chính, Hậu Giang được chia thành 1 thành phố (Vị Thanh), 02 thị xã (thị xã Ngã Bảy và thị xã Long Mỹ) và 5 huyện gồm: Châu Thành A, Châu Thành, Phụng Hiệp, Vị Thủy và Long Mỹ Toàn tỉnh có 54 xã, 10 thị trấn và 12 phường.
Thành phố Vị Thanh là đô thị phát triển nhất của tỉnh, nơi tập trung các cơ quan chính trị, hành chính quản lý nhà nước, đầu mối về dịch vụ, thương mại - du lịch, văn hóa, giáo dục - đào tạo và y tế, thể thao của tỉnh.
Với vị trí địa lý trung tâm của tiểu vùng Tây Nam sông Hậu, tỉnh Hậu Giang nằm trong khu vực trung chuyển giao lưu giữa các tỉnh Sóc Trăng, Bạc Liêu, và các huyện phía Nam tỉnh Kiên Giang với đô thị trung tâm của vùng Đồng bằng sông Cửu Long là TP Cần Thơ, thông qua nhiều tuyến giao thông thủy bộ quan trọng như:
Về đường bộ: trục QL1 A, QL61 (hướng về ĐT691 sẽ nâng cấp thành đường quốc gia N2), ĐT 931 có vai trò quan trọng trong bối cảnh tuyến đường quốc gia N2 ven biển Tây được hình thành.
Về đường thủy: trục sông Hậu, kênh Xà No, kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp, kênh Nàng Mau.
Về vị trí địa lý, do tiếp giáp với các trung tâm quan trọng (TP.Cần Thơ, TP.Hồ Chí Minh) và là trung tâm của Tiểu vùng Tây Nam sông Hậu nên sẽ tạo điều kiện thuận lợi để tỉnh Hậu Giang phát huy những thế mạnh trong quá trình hợp tác phát triển, cụ thể là:
Có khả năng liên kết với Cần Thơ về tất cả các mặt kinh tế - xã hội, trong đó nổi bật về khoa học - công nghệ, đào tạo nguồn nhân lực, y tế và giáo dục…Đồng thời tận dụng sân bay quốc tế Cần Thơ.
Có vị trí gần cảng tổng hợp ngoài khơi Trần Đề - Sóc Trăng và hệ thống giao thông thuận lợi khu vực trên bờ, rất thuận tiện về xuất, nhập khẩu, giảm chi phi lớn trong vận chuyển hàng hoá;
Có khả năng giao lưu, liên kết với vùng biển Sóc Trăng và các tỉnh có biển khác trong phát triển du lịch, phát triển hải sản và kinh tế biển khác.
Là trung tâm giao lưu của tiểu vùng Tây Nam sông Hậu và tiểu vùng Bắc bán đảo Cà Mau, Hậu Giang có cơ hội phát triển mạnh các ngành dịch vụ vận tải , du lịch.
Tuy nhiên Hậu Giang cũng phải đối mặt với các khó khăn hạn chế như: Bị thu hút các nhân lực có chất lượng, nguyên liệu về các trung tâm phát triển lớn, bị cạnh tranh mạnh về chất lượng sản phẩm, về công nghệ, về lao động , các lĩnh vực dịch vụ khách sạn, nhà hàng rất khó phát triển, bởi lẽ lượng hành khách trên các tuyến đường lớn đi qua tỉnh thường bị “hút” về trung tâm.
Về kinh tế, nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu kinh tế với thế mạnh về lúa gạo, cây ăn quả và thủy sản Các sản phẩm nông nghiệp chủ lực của tỉnh như:lúa, mía, khóm (dứa), bưởi, cá thác lác, cá rô đồng, Về công nghiệp, tính đến thời điểm hiện tại trên địa bàn tỉnh đã quy hoạch được 02 Khu Công nghiệp (Khu Công nghiệp Sông Hậu giai đoạn 1, Khu Công nghiệp Tân Phú Thạnh), 05 Cụm công nghiệp tập trung và 03 Cụm Công nghiệp - Tiểu thủ Công nghiệp thu hút nhiều nhà đầu tư vào hoạt động thu hút nhiều nhà đầu tư lớn trong và ngoài nước như Công ty Thủy sản Minh Phú, Công ty Giấy Lee & Men Hàn Quốc, Công ty may da giày lạc
Tỷ II… Hậu Giang là tỉnh năng động và có tốc độ tăng trưởng kinh tế tương đối tốt, tốc độ tăng trưởng kinh tế địa phương năm 2018 đạt gần 6,7%.
Hình 1.1Bản đồ hành chính tỉnh Hậu Giang [12]
Tổng quan về lưới điện tỉnh Hậu Giang
1.2.1 Lưới điện cao thế và trạm biến áp trung gian:
Công ty Điện lực Hậu Giang trực thuộc Tổng Công ty Điện lực Miền Nam đảm nhiệm việc phân phối và quản lý lưới điện phân phối trên địa bàn tỉnh HậuGiang
Trên địa bàn tỉnh có 05 trạm biến áp trung gian 110kV với tổng công suất là 290MVA và hiện nay chưa có trạm biến áp trung gian 220kV Phụ tải trên địa bàn tỉnh Hậu Giang nhận nguồn từ 5 trạm biến áp 110/22kV bao gồm trạm 110/22kV Vị Thanh (2x40MVA), trạm 110/22kV Phụng Hiệp (2x25MVA), trạm 110/22kV Châu Thành (2x40MVA), trạm 110/22kV Long Mỹ (40MVA) và trạm 110/22kV Phú Xuân (40MVA) Các trạm biến áp trên nhận nguồn từ các đường dây truyền tải 110kV phát tuyến của các trạm biến áp trung gian 220kV/110kV Rạch Giá-Kiên Giang, trạm biến áp 220kV/110kV Ô Môn - Cần Thơ và trạm biến áp 220kV/110kV Cần Thơ [11].
Tỉnh Hậu Giang được cấp điện từ hệ thống điện quốc gia, trong đó nguồn điện chính là các nhà máy sau:
- Nhà máy điện tua bin khí chu trình hỗn hợp Cà Mau, gồm 2 cụm, công suất mỗi cụm là 750MW.
- Nhà máy nhiệt điện Ô Môn Cần Thơ 600MW gồm có 4 tổ tuốc bin khí, công suất khả dụng 134MW và 1 tổ tuốc bin hơi công suất 33MW.
Trên địa bàn tỉnh hiện chưa có trạm 220kV nào Tỉnh được cấp điện từ các trạm biến áp 220kV/110kV nằm trên địa bàn các tỉnh lân cận như trạm 220kV Trà Nóc, trạm Cần Thơ và trạm Rạch Giá.
Tỉnh cũng không có nguồn điện độc lập nào, kể cả các tổ máy diesel nhỏ.
Hiện tại tỉnh Hậu Giang được cấp điện từ các trạm biến áp 220kV sau:
Trạm biến áp Rạch Giá 2 220/110 – 250+125MVA, đặt tại huyện Châu Thành, tỉnh Kiên Giang, nhận điện từ các đường dây 220kV nhà máy điện Cà Mau – Rạch Giá 2 Giữa các trạm 220kV Rạch Giá 2 và Cà Mau 2 là đường dây 110kV cấp điện cho các cho các trạm 110kV sau: Giồng Riềng (tỉnh Kiên Giang),
Vị Thanh (tỉnh Hậu Giang), Hồng Dân (tỉnh Bạc Liêu), và An Xuyên (tỉnh Cà Mau).
Trạm biến áp Trà Nóc 220/110 – 125+100MVA, đặt tại nhà máy điện Cần Thơ, thành phố Cần Thơ Giữa các trạm 220kV Trà Nóc và Sóc Trăng 2 là các trạm 110kV sau: Long Hòa, Cần Thơ, KCN Hưng Phú (TP Cần Thơ), Châu Thành, Phụng Hiệp (tỉnh Hậu Giang), Sóc Trăng (tỉnh Sóc Trăng).
Trạm biến áp 220kV Sóc Trăng 2 - 220/110kV – 125MVA, đặt tại thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng, nhận điện từ đường dây 220kV Nhà máy điện Cà Mau – Sóc Trăng 2.
Trạm biến áp 220kV Cần Thơ 220/110 – 2x250MVA, đặt tại phường Thường Thạnh, quận Cái Răng, TP Cần Thơ, cấp nguồn cho trạm 110kV/22kV Phú Xuân huyện Châu Thành tỉnh Hậu Giang.
Trên địa bàn tỉnh Hậu Giang hiện có 02 tuyến đường dây 220kV đi qua bao gồm tuyến 220kV Cà Mau – Ô Môn và tuyến 220kV Ô Môn – Sóc Trăng.
Theo quy hoạch điện VII được duyệt, Trạm biến áp 220kV/110kV trên địa bàn tỉnh Hậu Giang sẽ được xây dựng và đưa vào vận hành vào năm 2021, đấu nối vào đường dây 220kV Ô Môn – Sóc Trăng trên địa bàn huyện Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang.
Hiện tại tỉnh Hậu Giang được cấp điện từ các trạm biến áp 110kV/22kV và các đường dây 110kV cụ thể như sau:
Trạm biến áp 110kV/22kV: Đến cuối năm 2018, Tỉnh Hậu Giang được cấp điện từ hệ thống điện Miền Nam qua 5 trạm biến áp 110kV với tổng dung lượng là 290MVA, gồm các trạm sau:
- Trạm biến áp 110/22kV Vị Thanh công suất 2x40MVA đặt tại thành phố
Vị Thanh, cấp điện cho thành phố Vị Thanh, các huyện Vị Thủy, Long Mỹ và một số xã của huyện Phụng Hiệp, trạm có 5 lộ ra 22kV.
- Trạm 110/22kV Phụng Hiệp, công suất 2x25MVA đặt tại thị xã Ngã Bảy,cấp điện cho thị xã Ngã Bảy và huyện Phụng Hiệp, một phần của tỉnh Sóc Trăng.Trạm có 4 lộ ra22kV.
- Trạm 110/22kV Châu Thành, công suất 2x40MVA đặt tại huyện Châu Thành A, cấp điện cho 2 huyện Châu Thành A và Châu Thành Trạm Châu Thành được thiết kế với quy mô máy 2x40MVA được đưa vào vận hành trong quý I năm
2010 Trạm có 4 lộ ra 22kV.
- Trạm 110/22kV Long Mỹ, công suất 40MVA đặt tại thị xã Long Mỹ cấp điện chủ yếu cho thị xã Long Mỹ và huyện Long Mỹ, một phần thị trấn Ngã năm (tỉnh Bạc Liêu) và 3 xã thuộc huyện Gò Quao (tỉnh Kiên Giang) Trạm có quy mô 5 lộ ra 22kV nhưng mới đưa vào vận hành 3 xuất tuyến.
- Trạm 110/22kV Phú Xuân, công suất 40MVA đặt tại xã Phú Hữu huyện Châu Thành, cấp điện chủ yếu cho các khu cụm công nghiệp thuộc huyện Châu Thành tỉnh Hậu Giang, một phần thị xã Ngã Bảy Trạm có quy mô 4 lộ ra 22kV nhưng mới đưa vào vận hành 3 xuất tuyến.
Bảng 1.1: Các thông số kỹ thuật của các trạm 110kV cấp điện cho tỉnh Hậu Giang
TT Tên trạm Điện áp
Mức độ mang tải (%) Số lộ ra Trạm 110kV
Ngoài ra, Trạm 110/22kV khu công nghiệp Tân Phú Thạnh đặt tại khu công nghiệp Tân Phú Thạnh huyện Châu Thành A tỉnh Hậu Giang với quy mô 40MVA dự kiến được xây dựng và đưa vào vận hành vào năm 2020 Cấp điện cho các phụ tải khu công nghiệp Tân Phú Thạnh và khu vực lân cận, rút ngắn bán kính cấp điện so với hiện tại.
Nguồn điện cấp cho tỉnh Hậu Giang gồm các đường dây 110kV sau:
- Đường dây 110kV Rạch Giá 2 – Giồng Riềng – Vị Thanh – Long Mỹ: Trong phương thức vận hành bình thường trạm 110kV Vị Thanh và Long Mỹ nhận điện hoàn toàn từ trạm 220kV Rạch Giá 2, đường dây 110kV từ trạm 110kV Long
Mỹ đến trạm 220kV Cà Mau 2 chỉ là đường dây liên lạc.
Tổng quan về tình hình tiêu thụ điện tỉnh Hậu Giang
Tỉnh Hậu Giang đa phần là khu vực nông thôn, do đó điện phục vụ ánh sáng sinh hoạt tiêu dùng dân cư chiếm tỷ trọng lớn gần 50% tổng sản lượng điện tiêu thụ trên địa bàn tỉnh, tiếp đến là thành phần điện phục vụ công nghiệp xây dựng chiếm tỷ trọng khoảng 48% (năm 2018) Tiêu thụ điện trên địa bàn tỉnh hiện còn thấp so với các tỉnh trong khu vực do tỉnh mới thành lập năm 2004, hoạt động công nghiệp còn thấp.
Tốc độ tăng trưởng sản lượng tiêu thụ điện trên điaTrong giai đoạn 2011 –
2018 ở mức thấp, chỉ đạt 11,2%/năm.
Bảng 1.5Tình hình tiêu thụ điện tỉnh Hậu Giang từ năm 2011 – 2018
2 Điện thương phẩm (tr.kWh) 326,5 368,3 398,3 439,7 489,7 563,4 621,4 681,9 Nông - Lâm - Thuỷ 1,01 1,03 0,83 1,31 3,05 4,85 2,6 2,9 Công nghiệp-Xây dựng 112,87 132,87 141,84 166,87 185,34 225,1 257,9 298,9 Thương nghiệp-
Khách sạn 4,94 5,82 6,82 8,28 10,02 11,81 19,3 24,0 Quản lý tiêu dùng dân cư 193,63 212,85 231,52 244,45 271,16 300,1 318,5 332,2
Hình 1.4Biểu đồ tiêu thụ điện tỉnh Hậu Giang qua các năm từ 2011 – 2018
Bình quân điện thương phẩm trên đầu người của tỉnh Hậu Giang đạt635,7kWh/năm, riêng thành phần tiêu dùng dân cư khoảng 352kWh/người/năm.Nhìn chung tổng lượng điện tiêu thụ của tỉnh Hậu Giang cũng như bình quân điện tiêu thụ trên đầu người của tỉnh luôn ở mức thấp nhất trong số các tỉnh thuộc ĐBSCL, mức tăng trưởng tiêu thụ điện cũng thấp hơn so với các tỉnh khác Nguyên nhân là do Hậu Giang là một tỉnh nhỏ cả về diện tích lẫn quy mô dân số, trên địa bàn tỉnh chưa có nhiều cơ sở công nghiệp lớn.
Tỷ lệ tổn thất điện năng lưới điện phân phối trung hạ thế trên địa bàn tỉnh Hậu Giang năm 2018 là 4,55% Trong đó, tỷ lệ tổn thất điện năng trên lưới trung thế và trạm biến áp là 2,11%, tỷ lệ tổn thất điện năng trên lưới hạ thế là 5,3%.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các vấn đề chung liên quan đến tốn thất trên lưới điện phân phối
Tổn thất điện năng trên hệ thống điện là lượng điện năng tiêu hoá cho quá trình truyền tải và phân phối điện từ thanh cái các nhà máy điện qua hệ thống lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối đến các hộ sử dụng điện Chính vì vậy, tổn thất điện năng còn được định nghĩa là điện năng dùng để truyền tải, phân phối điện và là một trong những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của ngành Điện [1].
Việc nghiên cứu, áp dụng các giải pháp mới để giảm tỷ lệ tổn thất điện năng xuống mức hợp lý đã và đang là mục tiêu của ngành điện tất cả các nước, đặc biệt trong bối cảnh hệ thống đang mất cân đối về lượng cung cầu điện năng như nước ta hiện nay Tỷ lệ tổn thất điện năng phụ thuộc vào đặc tính của mạch điện, lượng điện truyền tải, khả năng cung cấp của hệ thống và công tác quản lý vận hành hệ thống điện Tổn thất điện năng được phân chia thành hai loại cơ bản là tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại.
- Tổn thất kỹ thuật: Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện, muốn tải đến các hộ tiêu thụ điện phải qua hệ thống lưới điện cao áp, trung áp, xuống hạ áp, (hệ thống bao gồm các máy biến áp, đường dây và các thiết bị điện khác) Trong quá trình truyền tải đó, dòng điện tiêu hao một lượng nhất định khi qua máy biến áp, qua điện trở dây dẫn và mối nối tiếp xúc làm phát nóng dây, qua các thiết bị điện, thiết bị đo lường, công tơ điện gây tổn thất điện năng Chưa kể đường dây dẫn điện mang điện áp cao từ 110 kV trở lên còn có tổn thất vầng quang; dòng điện qua cáp ngầm và tụ điện còn tổn thất do điện môi Vì thế mà tổn thất điện năng còn được định nghĩa là điện năng dùng để truyền tải và phân phối điện.
Trong lưới điện phân phối trên không cấp điện áp 22kV, thành phần dung dẫn và điện dẫn rất nhỏ nên có thể bỏ qua Do đó, khi công suất P, Q truyền trên một nhánh đường dây phân phối có điện áp định mức U (kV), có điện trở R (Ω) và điện kháng X (Ω) thì tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên đường dây được xác định như sau:
+ Tổn thất công suất tác dụng:
P P đm [kW, kW, kVar, Ω, kV] [1]
+ Tổn thất công suất phản kháng:
Q P đm [kW, kW, kVar, Ω, kV] [2]
+ Xác định tổn thất điện năng:
Tmaxlà thời gian sử dụng công suất cực đại τ là thời gian tổn thất công suất cực đại.
- Tổn thất phi kỹ thuật (tổn thất thương mại):
Tổn thất điện năng thương mại hay còn gọi là tổn thất điện năng phi kỹ thuật không định lượng được song cũng có tác động không nhỏ đến hệ thống, làm gia tăng tỷ lệ tổn thất điện năng chung Nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng thương mại là do tình trạng vi phạm trong sử dụng điện như: Lấy cắp điện dưới nhiều hình thức (câu móc điện trực tiếp, tác động làm sai lệch mạch đo đếm điện năng, gây hư hỏng, chết cháy công tơ ); do chủ quan của người quản lý khi công tơ hỏng không thay thế kịp thời, bỏ sót hoặc ghi sai chỉ số; do không thực hiện đúng chu kỳ kiểm định và thay thế công tơ định kỳ theo quy định của Nhà nước.
Khi công suất P, Q truyền trên một nhánh đường dây phân phối có điện áp định mức U (kV), có điện trở R (Ω) và điện kháng X (Ω) thì tổn thất điện áp trên tuyến đường dây được xác định như sau:
Tổn thất điện áp ΔU gồm 2 thành phần: Δ U * = ΔU+jδU [4]
Khi biết P, Q và định mức của mạng, điện áp giáng trên đường dây tải điện có thể được tính theo công thức:
Từ công thức trên ta thấy tổn thất điện áp phụ thuộc nhiều vào phụ tải của nó, bao gồm P và Q Trong đó công suất phản kháng Q là nguyên nhân chính gây ra tổn thất điện áp.
Do mạng điện phân phối có cấp điện áp 22kV nên thành phần dung dẫn và điện dẫn rất nhỏ, điện áp cũng dao động không lớn quanh giá trị định mức nên thành phần δu của tổn thất điện áp rất nhỏ có thể bỏ qua.
Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện
Đánh giá độ tin cậy trong lưới điện phân phối, người ta thường tính toán các chỉ tiêu tần suất ngừng cung cấp điện và độ không sẵn sàng cho cả ở cấp trung thế và hạ thế.
Mạng phân phối thường vận hành hình tia, khi một phần tử bị cắt ra dẫn đến ngừng cung cấp điện cho phụ tải Để nhận biết tần suất ngừng cung cấp điện, người ta chỉ tính tổng cường độ hỏng hóc của tất cả các phần tử nối tiếp từ điểm nút cung cấp nguồn đến nút phụ tải Đối với mạng vận hành song song, vòng hoặc lưới thì việc tính toán tuần suất ngừng cung cấp điện gặp khó khăn hơn nhiều.
Việc tính toán độ tin cậy trong mạng phân phối thường giả thiết không tính đến các sự cố do ảnh hưởng của các cơn bão, các đợt lũ lụt trên địa bàn và nguồn cung cấp (trạm biến áp) có độ tin cậy tuyệt đối Điều này không hoàn toàn đúng thực tế, nguồn cung cấp có thể bị mất điện Trong trường hợp này cần thiết tính đến việc thay đổi nguồn cung cấp Phương pháp, kỹ thuật tính toán của mạng truyền tải có thể sử dụng cho mạng phân phối.
Việc đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối theo một chỉ tiêu duy nhất là tần suất ngừng cung cấp điện (suất sự cố) chỉ mới xem xét mức độ hư hỏng của các phần tử cấu thành nên lưới diện phân phối, chứ chưa xét đến ảnh hưởng của việc cô lập các phần tử này đến việc ngừng cấp điện của hệ thống Vì vậy, chưa đánh giá được đầy dủ mức độ thiệt hại ngừng điện từ góc độ người cung cấp cũng như người sử dụng dịch vụ Dẫn đến không đánh giá được toàn diện độ tin cậy của lưới điện, không phản ánh được độ tin cậy cung cấp điện.
Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối thông qua các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366 Ở nước ta, Bộ Công Thương đã ban hành Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 quy định hệ thống điện phân phối Các tiêu chuẩn vận hành lưới phân phối theo thông tư này cũng sử dụng các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366.
2.2.1 Chỉ số độ tin cậy điểm tải:
Trong chỉ số độ tin cậy điểm tải thì có ba chỉ số độ tin cậy cơ bản để diễn tả sự cung cấp điện liên tục của hệ thống nguồn đến điểm tải [5] Đó là:
- Thời gian hư hỏng trung bình (r)
- Thời gian mất điện trung bình hàng năm (U).
Ba chỉ số này là dự kiến và không tuyệt đối chính xác, về lâu dài cần tính toán giá trị trung bình và phân phối xác suất.
Ngoài ra, còn có một số các chỉ số khác như:
- Thời gian trung bình của chu kì hỏng hóc (MTTF)
- Thời gian trung bình sửa chữa (MTTR)
2.2.2 Chỉ số độ tin cậy hệ thống: Đứng trên quan điểm khách hàng, ba chỉ số độ tin cậy của điểm tải rất quan trọng Tuy nhiên, nếu đứng trên quan điểm hệ thống thì hiệu suất của hệ thống được đánh giá qua các chỉ số ĐTC hệ thống Các chỉ số này phản ánh đầy đủ thông tin về hệ thống phân phối.
- Chỉ số tần suất ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống – System Average Interruption Frequency Index (SAIFI): Chỉ tiêu này được định nghĩa là giá trị trung bình gián đoạn phục vụ KH trong một năm Nó được tính bởi tỷ số giữa tổng số KH bị ngừng cung cấp điện trên tổng số KH được phục vụ.
- Chỉ số thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống – System Average Interruption Duration Index (SAIDI): Chỉ tiêu này được định nghĩa là thời gian gián đoạn trung bình cho mỗi KH được phục vụ trong một năm Nó được tính bằng tỷ số giữa tổng thời gian ngừng cung cấp điện cho KH trên tổng số KH được phục vụ.
- Chỉ số tần suất trung bình ngừng cung cấp điện của khách hàng – Customer Average Interruption Frequency Index (CAIFI): Chỉ tiêu này được định nghĩa là giá trị trung bình gián đoạn cho mỗi KH bị gián đoạn trong một năm Nó được tính bởi tỷ số giữa tổng số KH bị ngừng cung cấp điện trên tổng số KH bị ảnh hưởng.
- Chỉ số thời gian trung bình gián đoạn của khách hàng – Customer Average Interruption Duration Index (CAIDI): Chỉ tiêu này được định nghĩa là thời gian gián đoạn trung bình cho KH bị gián đoạn trong một năm Nó được tính bằng tỷ số giữa tổng thời gian ngừng cung cấp điện cho KH trên tổng số KH bị mất điện.
- Chỉ số tần suất trung bình mất điện thoáng qua – Momentary Average Interruption Frequency Index (MAIFI): Chỉ số này tương tự như SAIFI, nhưng nó là tần suất trung bình của mất điện thoáng qua.
- Chỉ số năng lượng thiếu hụt– Expected Energy Not Supplied Index (EENS): Chỉ tiêu tổn thất năng lượng của khách hàng khi công suất hệ thống không đủ cung cấp (thiếu nguồn).
Tổng quan về tái cấu trúc lưới phân phối
Trong mạng phân phối điện, tải trên mạng phân phối điện ngày càng tăng nhưng sự gia tăng tải phải nằm trong giới hạn cho phép, trong khi đó cấu trúc của mạng lại không thay đổi Từ đó sẽ làm cho tổn thất của mạng phân phối điện tăng lên nếu cấu trúc mạng vẫn giữ nguyên Muốn giảm tổn thất người ta sẽ dùng các phương pháp như: đặt tụ bù tại các vị trí thích hợp, cải tạo lại lưới điện… nhưng nếu làm như thế sẽ đòi hỏi phải cần đầu tư rất nhiều mà hiệu quả giảm tổn thất điện năng lại không đáng kể Vì vậy, khi tải tăng trong giới hạn cho phép của mạng phân phối, ta có thể dùng phương pháp tái cấu trúc để làm giảm tổn thất trên đường dây
Tái cấu trúc lưới điện phân phối là quá trình thay đổi cấu trúc hình học của lưới điện phân phối bằng việc thay đổi trạng thái của các khóa điện thường đóng và thường mở trong khi vẫn đảm bảo thỏa mãn các ràng buộc kỹ thuật như:
- Tất cả các nút tải phải luôn được cung cấp điện.
- Cấu trúc hình tia của lưới điện phân phối luôn luôn được đảm bảo trong mọi điều kiện.
- Điện áp các nút phải nằm trong giới hạn cho phép.
- Dòng điện trên các nhánh nằm trong giới hạn định mức cho phép.
2.3.1 Các mục tiêu của tái cấu trúc lưới phân phối:
Quá trình tái cấu hình không chỉ ảnh hưởng đến tổn thất công suất mà còn ảnh hưởng đến nhiều yếu tố khác của lưới điện phân phối Khi xét đến bài toán tái c ấu trúc lưới điện, có rất nhiều các mục tiêu tái cấu trúc khác nhau, cụthểnhư tái cấ u trúc đểgiảm tổn thất, tái cấu trúc đểđảm bảo chất lượng điện áp, tái cấu trúc để giảm dòng ngắn mạch, Các hàm mục tiêu này đều hướng đến các phương thức vậ n hành tốt nhất cho lưới phân phối Trong đó tái cấu hình lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất được xem như là mục tiêu chính.
2.3.1.1 Mục tiêu giảm tổn thất công suất tác dụngΔP:
Lưới phân phối trung áp có đặc điểm là sốlượng phụtải nhiều, công suất sử dụng khá lớn đặc biệt là tại các khu vực đông dân cư, khu vực nội thành, do đó dòng công suất truyền tải trên đường dây lớn, điện áp sử dụng lại không cao nên dòng điện trên các dây dẫn có giá trịlớn gây ra hiệuứng toảnhiệt cao, nhiệt độcủa dây dẫn trong những lúc cao điểm có thể tăng cao làm tăng tổng trở của dây dẫn, làm tăng tổn thất và giảm khảnăng tải của đường dây.
Tổn thất công suất do quá tải cục bộ, trào lưu công suất trên đường dây không hợp lý, có đường dây chưa đầy tải, có đường dây lại quá tải Lượng tổn thất công suất do phân phối trào lưu công suất không hợp lý hàng năm gây ra một lượng tổn thất điện năng đáng kể, làm giảm khảnăng tải và chất lượng điện năng của lướ i điện phân phối trung áp Vì thếbài toán lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý trong thi ết kếvà vận hành đểgiảm tổn thất công suất luôn là bài toán quan trọng được quan tâm.
2.3.1.2 Mục tiêu giảm tổn thất điện ápΔU:
Trong lưới phân phối trung áp, tổn thất điện áp là một trong những tiêu chí r ất quan trọng mà khi thiết kếvà vận hành chúng ta phải quan tâm Điện áp không n ằm trong giới hạn cho phép có thểgây ra hỏng hóc cho các thiết bị điện, thiếu công suất hoặc làm tăng tổn thất Khi điện áp tăng quá giới hạn cho phép gây lão hoá cách điện của các thiết bịnhanh chóng hơn và có thểgây hỏng cách điện, chạm chậ p Điện áp thấp làm cho các thiết bị làm việc bị quá nhiệt, các động cơ không khởi động được Đặc biệt ở các phụ tải ngoại thành khoảng cách giữa các phụ tải xa nhau nên tổn thất điện áp trên đường dây là rất lớn do đó tổn thất điện áp là một tiêu chí rất được quan tâm.
Bài toán chọn điểm mở mạch vòng theo tiêu chí ΔU nhằm đảm bảo tổn thất điện áp trên lưới bé nhấtở chếđộ bình thường vàở chếđộ sựcốkhông được vượt quá giá trịcho phép Sau đó mới xét đến các tiêu chí khác như giảm tổn thất ΔP, gi ảm tổn thất điện năng ΔA Đây cũng là một mục tiêu đểnghiên cứu trong bài toán tái cấu trúc lưới điện.
2.3.1.3 Mục tiêu giảm dòng ngắn mạch IN :
Ngắn mạch xảy ra trong lưới điện phân phối là dạng ngắn mạch xa nguồn, khi xảy ra ngắn mạch tại một vị trí bất kì trong mạng điện, mạng điện vận hành kín có dòng ngắn mạch lớn hơn mạch điện kín vận hành hở do dòng ngắn mạch trong mạng điện kín đi từ hai phía đến, vì thế khi vận hành mạng điện kín, các thiết bị làm việc phải có khảnăng chịu được dòng cao hơn so với mạng điện hình tia Cùng một cấp điện áp, nhưng trong mạch vòng giá trị đầu tư vào các thiết bị chịu được dòng ngắn mạch lớn như yêu cầu khi vận hành mạch vòng kín cao hơn so với đầu tư vào các thiết bị tương đương trong lưới phân phối hở Vì thế đây cũng là một lý do mà lưới phân phối thường được vận hành hở để giảm chi phí đầu tư xây dựng, nâng cao hiệu quảkinh tế Dòng ngắn mạch nhỏthì dẫn đến chọn thiết bị có dòng c ắt nhỏhơn, tiết kiệm hơn.
2.3.1.4 Mục tiêu thay đổi sơ đồ bảo vệ lưới điện:
Ngoài các mục tiêu trên, việc tái cấu trúc lưới điện phân phối còn giúp cho người vận hành tìm ra phương thức vận hành tối ưu và cũng giúp cho việc lắp đặt các thiết bị bảo vệ, phối hợp bảo vệ một cách hiệu quả, tận dụng tối đa các chức năng trong các thiết bịbảo vệtrên lưới phân phối.
Hiện nay vấn đềgiảm tổn thất trên lưới phân phối đang là vấn đề mà được nhiều người nghiên cứu và cũng là quan tâm hàng đầu của các Công ty Điện lực phân phối điện ở các địa phương trong đó có tỉnh Hậu Giang Việc giảm tổn thất điện năng không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả phân phối điện năng mà còn góp phần giảm áp lực về đầu tư nguồn điện.
Vì vậy, nhiều biện pháp để giảm tổn thất trên lưới điện phân phối đã được các Công ty điện lực đưa ra đểnghiên cứu, tuy nhiên trong các biện pháp giảm tổn thất thì bài toán lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý tái cấu hình lưới phân phối theo các hàm mục tiêu khác nhau được đánh giá cao và ít tốn kém kinh phí Trong các hàm mục tiêu của bài toán tái cấu trúc thì bài toán tái cấu trúc thì mục tiêu giảm tổn thất điện năng được đềcập và nghiên cứu nhiều.
Trong luận văn này, tác giả tập trung tìm hiểu và đềxuất phương pháp tái c ấu trúc nhằm mục tiêu giảm tổn thất công suất trên lưới phân phối bằng cách sửdụ ng phần mềm ETAP để mô phỏng lưới điện, chạy phân bố công suất và xác định tổn thất công suất ΔP theo từng cấu hình được lựa chọn để tái cấu trúc trong đó có cấu hình thực tế đang vận hành Từ đó so sánh và đề xuất cấu trúc vận hành hợp lý nhất nhằm mục tiêu giảm tổn thất công suất trên lưới điện khảo sát.
2.3.2 Tái cấu trúc lưới phân phối giảm tổn thất công suất:
Trên lưới điện phân phối được trang bị hai loại khóa điện thường đóng và thường mở Khi điều kiện vận hành được yêu cầu thay đổi, tái cấu hình lưới được thực hiện thông qua việc thay đổi trạng thái đóng, mở của hai loại khóa điện trên để đáp ứng các mục tiêu cụ thể Thông thường, các biến điều khiển của bài toán tái cấu hình là trạng thái đóng, mở của hai loại khóa trên Tuy nhiên, có thể coi vị trí của các khóa mở như là các biến điều khiển bởi vì số lượng khóa mở để giữ cho cấu hình lưới hình tia luôn luôn là hằng số Hơn nữa, để tìm cấu hình lưới điện tốt nhất, bài toán phân bố công suất cần được giải để tìm dòng điện trên các nhánh, điện áp tại các nút,…Vì vậy, các thông số như điện trở và điện kháng của đường dây, khả năng mang tải của đường dây, công suất tác dụng và phản kháng tại mỗi nút tải được xem như là dữ liệu đầu vào của bài toán tái cấu hình.
Lưới điện phân phối thường được vận hành ở cấp điện áp thấp so với lưới truyền tải nên tổn thất công suất trên lưới lớn Vì vậy giảm tổn thất công suất trên lưới điện phân phối là một vấn đề quan trọng trong quá trình vận hành Một trong những ưu điểm lớn nhất của biện pháp tái cấu hình LĐPP là giảm tổn thất công suất.
Tổn thất công suất (ΔP) của cấu hình lưới được xác định bằng tổng tổn thất công suất trên các nhánh:
Hàm mục tiêu của bài toán tái cấu trúc cho mạng phân phối 3 pha đặc trưng:
Trong đó, Nbr là tổng số nhánh trên lưới phân phối Ri là tổng trở của nhánh thứ i; Pi và Qi lần lượt là công suất tác dụng và phản kháng trên nhánh thứ i Vi là điện áp cuối nhánh thứ i. Điều kiện ràng buộc:
GIỚI THIỆU VÀ TÌM HIỂU PHẦN MỀM ETAP
Giới thiệu về phần mềm ETAP
Etap là sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc – OTI Đây là một phần mềm thiết kế, mô phỏng dựa vào những khối có sẵn để mô tả sự vận hành của hệ thống, phần mềm có khả năng phân tích và tính toán các thông số của hệ thống điện như dòng điện, dòng công suất tối ưu, đánh giá ổn định của hệ thống, …
Hình 3.1 Cửa sổ thiết kế trên phần mềm ETAP
Etap là một phần mềm có khả năng mô phỏng, phân tích và tính toán các hệ thống điện công nghiệp, phân phối và truyền tải Phần mềm đã xây dựng được thư viện các phần tử lưới điện là các khối có sẵn rất tiện dụng Người sử dụng chỉ cần thiết kế sơ đồ mô phỏng và thiết lập thông số của hệ thống điện, nhờ đó có thể dễ dàng mô phỏng lưới điện thực tế để từ đó có thể kiểm soát, điều chỉnh hay sửa chữa hệ thống kịp thời nhằm phục vụ tốt cho công tác vận hành [9].
Một số ứng dụng của phần mềm:
+ Phân bố tối ưu công suất + Phân tích ngắn mạch + Phân tích ổn định động + Phân tích sóng hài + Phân tích tia hồ quang + Phân tích đánh giá độ tin cậy + Phối hợp bảo vệ,
Một số ứng dụng trên không chỉ áp dụng cho hệ thống điện AC mà còn cho hệ thống DC.
Tìm hiểu về phần mềm ETAP
3.2.1 Giao diện cửa sổ thiết kế:
Phần mềm ETAP [9] có cửa sổ giao diện thiết kế đơn giản và tiện dụng Các phần tử hệ thống điện được xây dựng thành các khối đơn giản theo tiêu chuẩn quốc tế.
Cửa sổ khởi động phần mềm ETAP:
Sau khi khởi động phần mềm ETAP, cửa sổ khởi động hiện ra như sau:
Hình 3.2Giao diện cửa sổ khởi động phần mềm ETAP Sau khi mở và tạo một file thiết kế mới, cửa sổ thiết kế hiện ra như sau:
Hình 3.3 Giao diện cửa sổ thiết kế Chi tiết thanh công cụ và các phần tử trên phần mềm ETAP:
Hình 3.4 Chi tiết các nút chức năng phân tích
Các trường hợp phân tích
Phần tử DC Các chức năng phân tích
Vào cửa sổ vẽ sơ đồ Tính ngắn mạch
Phân tích ổn định động Đánh giá độ tin cậy Phân tích gia tốc động cơ Phân tích sóng hài
Các chức phân tích năng DC
Bù kinh tế Phân bố công suất tối ưu Phân tích dòng công không cân bằng
Chi tiết các khối phần tử lưới điện AC
Hình 3.5 Chi tiết khối phần tử lưới điện ACCác khối phần tử đo lường và bảo vệ:
Hình 3.6Chi tiết các khối phần tử đo lường bảo vệ
3.2.2 Giới thiệu các phần tử lưới điện chính:
Phần tử nguồn hay hệ thống được xem là thay thế cho một hệ thống phức tạp bằng điện áp định mức, tổng trở Thevenin và công suất ngắn mạch.
Hình 3.7Trang info của nguồn
ID:Tên của nguồn (hệ thống)
Bus:Kết nối với bus nào (kèm điện áp định mức)
Mode:Chọn chức năng của nguồn
Voltage Control:Cố định điện áp và công suất tác dụng
Mvar Control:Cố định công suất tác dụng và công suất kháng
PF control:Cố định công suất tác dụng và hệ số công suất
Hình 3.8Trang Rating của nguồn
Rated:Điện áp định mức.
Balanced/Unbalanced:Ba pha cân bằng/ không cân bằng
Generation Categories: Thiết lập các thông số hoạt động của nguồn, tùy từng chế độ Mode mà ta thiết lập các thông số.
Voltage Control Mode: %V and MW
Mvar Control: MW and Mvar
Power Factor Control: MW and PF
Operating:Các giá trị của trạng thái hoạt động gần nhất
Hình 3.9 Trang Rating của nguồn
SC Rating:Thông số tính ngắn mạch
MVAsc:Công suất ngắn mạch
X/R:Tỉ số trở kháng của tổng trở thay thế kAsc:Dòng ngắn mạch
SC Impendance (100MVAb):Các thông tin để tính ở đơn vị tương đối ở công suất cơ bản là 100MVA các giá trị thứ tự thuận, nghịch và thứ tự không Nếu phần này được nhập giá trị, Etap sẽ tính lại phần SC Rating.
Hình 3.10Trang Hamnic của nguồn Cung cấp các thông tin về dạng điện áp đầu ra và sóng hài của hệ thống Nếu là hệ thống cho điện áp đầu ra hình sin thì ta chọn None.
Ngoài ra hệ thống này có thể đại diện cho các bộ nghịch lưu năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời khi đó điện áp đầu ra không phải hình sin mà theo một tiêu chuẩn hoặc của một nhà sản xuất nào đó Ta truy cập vào thư viện để chọn dạng điện áp đầu ra thích hợp.
Hình 3.11Trang Reliability của nguồn λ A : số lần sự cố/ năm μ: Tỷ lệ sửa chữa trung bình/ năm( μ60/MTTR)
MTTF: Khoảng thời gian giữa 2 lần hư hỏng
MTTR: Thời gian sửa chữa (giờ)/ năm r p : Thời gian thay thiết bị
Switching Time: Thời gian chuyển sang nguồn cung cấp mới
Giá cung cấp điện của hệ thống Ta có thể xây dựng hàm chi phí của hệ thống để tính toán khi sử dụng chức năng vận hành tối ưu nguồn phát.
Hình 3.12 Trang Energy Price của nguồn
Máy phát điện AC 3 pha, các thiết lập thông số máy phát cũng tương tự như nguồn chỉ khác một vài điểm sau:
MW: Công suất P định mức kV: Điện áp định mức
%PF: Hệ số công suấtMVA: Công suất S định mức
Hình 3.13Trang Energy Price của máy phát
%Eff: Hiệu suất làm việc.
FLA: Dòng pha ở công suất định mức.
RPM: Tốc độ đồng bộ.
PrimeMover Rating: Công suất liên tục và cao điểm dùng để tính các cảnh báo lúc khởi động các phụ tải động cơ.
Mvar Limits: Giới hạn công suất kháng lúc cao điểm Có thể cài đặt hoặc
Etap tự tính theo PrimeMover Rating.
Impedance: Thông tin về trở kháng siêu quá độ, thứ tự thuận, nghịch, không dùng trong tính toán ngắn mạch.
Dynamic Model: Mô hình máy phát và các thông số (bộ thông số chuẩn) để phân tích ổn định hệ thống.
Type: Kiểu máy phát (hơi, khí, thủy điện) và loại rotor (cực ẩn, cực lồi). IEC 60909 S.C: Giới hạn chịu được khi ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEEE
Hình 3.14 Trang Imp/Mode của máy phát
Hình 3.15Trang capalibity của máy phát Thông tin về giới hạn hoạt động an toàn của máy phát.
Hình 3.16Trang Exciter của máy phát Thông tin về hệ thống kích từ và bộ tự điều chỉnh điện áp AVR.
Hình 3.17Trang Govemor của máy phát
Hình 3.18Trang info của Bus
Nominal kV: Điện áp định mức.
% V: Giá trị phần trăm so với điện áp định mức, giá trị ban đầu kV: Giá trị kV so với điện áp định mức lúc ban đầu, giá trị ban đầu. Angle: Góc pha, giá trị ban đầu.
Load Diversity Factor: Giới hạn tải.
Thông tin chi tiết điện áp, góc pha của từng pha
Hình 3.19 Trang Phase V của Bus
Thông tin chi tiết về các loại tải kết nối với Bus như công suất, loại tải, từng pha
Hình 3.20Trang Load của Bus
Hình 3.21Trang Rating của Bus
Standard:Theo tiêu chuẩn ANSI hay IEC.
Type:Các loại Bus khác nhau để phân tích hồ quang và ngắn mạch.
Continuous:Giá trị dòng tải liên tục mà Bus chịu được.
Hình 3.22Trang info của đường dây
From/To:Dây nối từ Bus /đến Bus.
Length:Chiều dài dây, chọn đơn vị thích hợp.
Conductor Type:Loại dây đồng hay nhôm.
Outside Diameter: Đường kính dây.
GMR: Bán kính trung bình nhân giữa các nhóm dây cùng pha (Dm).
X a : Trở kháng trên 1 đơn vị chiều dài.
X a’ : Dung dẫn trên 1 đơn vị chiều dài.
Ground Wire: Thông số dây nối đất.
Hình 3.23 Trang parameter của đường dây
Configuration: Cách bố trí dây.
GMD: Khoảng cách trung bình nhân giữa các dây dẫn (Dm).
Transposed:Dây dẫn có hoán vị đầy đủ.
Hình 3.24 Trang configuration của đường dây
Các thông tin về nối đất đường dây (nối dất chống sét, nối đất lặp lại…).
Hình 3.25 Trang Grouping của đường dây
Trang Earth: Các thông tin về lớp đất bên dưới dây dẫn.
Hình 3.26Trang Earth của đường dây
Hình 3.27Trang impedance của đường dây
Calculated: Nhận kết quả tính từ Etap (R, X, B).
User Defined: Nhập kết quả có sẵn (R, X, B).
Impedance (per phase): Các thông số R, X, B của mỗi pha cho thứ tự thuận, nghịch và thứ tự không.
Trang Sag & Tension: Các thông tin về cơ khí đường dây.
Hình 3.28Trang Sag & Tension của đường dây
3.2.2.5 Máy biến áp 2 cuộn dây:
Hình 3.29Trang Info của máy biến áp
Prim: Tên bus kết nối phía cao áp, điện áp phía cao áp. Sec: Tên bus kết nối phía hạ áp, điện áp phía hạ áp.
Standard: Theo tiêu chuẩn ANSI hay IEC.
Trang Rating: kV: Điện áp định mức.
MVA: Công suất định mức.
Max MVA: Khả năng quá tải của MBA.
Hình 3.30Trang Rating của máy biến áp
Z tolerance: Sai số để tính trường hợp xấu nhất.
Type/class: Tùy từng loại tiêu chuẩn MBA phân ra làm nhiều loại và nhiều lớp khác nhau (giải nhiệt, làm mát, vật liệu…….).
Hình 3.31Trang Impedance của máy biến áp
% Z: Giá trị phần trăm của tổng trở MBA so với Zcbđược tính dựa trên điện áp định mức MBA và công suất định mức MBA.
X/R: Tỉ số trở kháng / điện trở MBA.
Z variation: Tính toán lại tổng trở Z khi sử dụng đầu phân áp MBA.
Hình 3.32Trang Tap của máy biến áp
Fixed Tap: Chọn đầu phân áp MBA Ta có thể chuyển đổi tùy chọn theo các nấc đầu phân áp hay theo kV bằng cách nhấn vào nút %Tap.
LTC / Voltage Regulator: thiết lập các giá trị điện áp của mỗi nấc đầu phân áp, cũng như chọn MBA có đầu phân áp hay không Nhấn vào LCT để nhập các giá trị đầu phân áp.
Hình 3.33Chỉnh đầu phân áp máy biến áp
Upper Band: điện áp giới hạn trên.
Lower Band: điện áp giới hạn dưới.
Tap: Min: % giới hạn điện áp thấp nhất.
Max: % giới hạn điện áp cao nhất.
Step: Giá trị mỗi nấc phân áp.
Of Taps: Số đầu phân áp.
Trang Grounding: Tổ đấu dây và kiểu nối đất MBA
Hình 3.34Trang Grounding của máy biến áp
Trang Sizing:Hỗ trợ chọn MBA dựa vào phụ tải và dự báo tải tăng trong 1 năm kế tiếp.
Hình 3.35Trang Sizing của máy biến áp
Trang protection: Các thông tin về đường cong hư hại của MBA.
Hình 3.36Trang protection của máy biến áp
Short Circuit contribution: Các giá trị trở kháng để tính toán ngắn mạch và dòng sự cố.
Magnetizing Inrush: Xác định đường cong hư hỏng.
Trang Reliability:Các thông tin về độ tin cậy của MBA
Hình 3.37Trang Reliability của máy biến áp
3.2.2.6 Máy biến áp 3 cuộn dây:
Các thông số thiết lập tương tự như máy biến ấp 2 cuộn dây nhưng có thêm cuộn thứ 3.
Hình 3.38Các trang thông số máy biến áp 3 cuộn dây
Hình 3.39Trang Info của tải
Connection:3 pha hay 1 pha, nếu 1 pha thì pha A, B hay C
Demand Factor:Hệ số mức tải
Hình 3.40 Trang Nameplate của tải
Unbalanced:Tải không cân bằng
Ratings: Công suất tải, hệ số công suất….
Load Type:Tỉ lệ tải tĩnh và tải động cơ
Loading: Trạng thái tải trong các trường hợp khác nhau
Trang Short Circuit: Thông tin để tính ngắn mạch
Hình 3.41Trang Short Circuit của tải
% LRC: Dòng sự cố khi ngắn mạch do động cơ trả về
% Total Load: % tải động cơ
X/R: Tỉ số trở kháng / điện trở của động cơ
Tìm hiểu về chức năng phân bố công suất trong phần mềm ETAP
Thanh công cụ tính toán phân bố công suất:
Hình 3.42Các tùy chỉnh trường hợp phân tích phân bố công suất
- Cửa sổ Edit Study Case:
Study Case ID: Tên trường hợp đang tùy chỉnh (trong cùng 1 sơ đồ ta có thể thử chạy nhiều trường hợp khác nhau)
Method: Phương pháp phân tích, Etap hỗ trợ 4 phương pháp chính như đã nêu ở phần 2.1
Max Iteration: Số lần lặp tối đa
Accel Factor: Hệ số tăng tốc.
Apply XFMR Phasles –Shift: trong quá trình phân tích có xét đến đầu phân áp
Update: Cập nhật điều kiện ban đầu của các phần tử
Report: Các tùy chỉnh báo cáo
Initial Voltage Condition: Điều kiện ban đầu của Bus là tùy từng Bus (Bus Initial
Voltages) hay thống nhất (User Defined Fixed Value)
Loading Category: trạng thái phụ tải
Generation Category: Trạng thái Nguồn (máy phát, hệ thống)
Load Driversity Factor: Hệ số nhân với tải để khảo sát các giới hạn của hệ thống
Hình 3.45Trang Alert Các tùy chỉnh cảnh báo Khi vượt quá giới hạn này Etap sẽ hiện thị thông báo cảnh báo quá tải và đổi màu thiết bị
Critical: Cảnh báo quá tải (quan trọng)
Marginal: Cảnh báo non tải (có thể được chọn hoặc không)
Trang Adjustment:Các tùy chỉnh sai số
Hiển thị kết quả tổn thất công suất và điện áp:
- Ở trang Load Flow Report Manager, chọn tab Summary, mục Losses
Trang kết quả tính toán tổn thất công suất và điện áp:
Hình 3.48 Trang kết quả tính toán tổn thất
Trong luận văn này, tác giả tập trung ứng dụng chức năng phân bố công suất trên phần mềm ETAP để mô phỏng lưới điện, tính toán phân bố công suất và xác định tổn thất công suất ΔP tương ứng theo từng cấu hình được lựa chọn để tái cấu trúc trong đó có cấu hình thực tế đang vận hành lưới điện Từ đó so sánh và đề xuất cấu trúc vận hành hợp lý nhất nhằm mục tiêu giảm tổn thất công suất trên lưới điện khảo sát.
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH HẬU GIANG90 4.1 Đặc điểm lưới điện được chon khảo sát và tái cấu trúc
Xác định hàm mục tiêu tái cấu trúc
Mạng điện phân phối trên có đặc trưng là mạng vòng nhưng vận hành hở có nghĩa là mạng vận hành phải là mạng hình tia Vấn đề là phải đóng mở các khóa trong mỗi vòng sao cho tổn thất trên mạng phân phối đặc trưng là nhỏ nhất Để làm được điều này ta cần phải có hàm mục tiêu để có thể tìm kiếm cấu trúc cho tổn thất nhỏ nhất.
Hàm mục tiêu tái cấu trúc cho mạng phân phối 3 pha:
Trong đó, Nbr là tổng số nhánh trên lưới phân phối Ri là tổng trở của nhánh thứ i; Pi và Qi lần lượt là công suất tác dụng và phản kháng trên nhánh thứ i Vi là điện áp cuối nhánh thứ i.
- Các điều kiện tiên quyết để xét đến khi tái cấu trúc, thay đổi phương thức trạng thái của các khóa là phải thỏa mãn các ràng buộc kỹ thuật như:
+ Tất cả các nút tải phải luôn được cung cấp điện.
+ Cấu trúc hình tia của lưới điện phân phối luôn luôn được đảm bảo trong mọi điều kiện.
+ Điện áp các nút phải nằm trong giới hạn cho phép.
+ Dòng điện trên các nhánh nằm trong giới hạn định mức cho phép.
Nhiệm vụ của luận văn là sử dụng phần mềm ETAP xây dựng sơ đồ lưới điện các phát tuyến trên Xác định các cấu trúc đã được tạo ra sau khi thay đổi trạng thái của khoá Tiến hành chạy phần mềm ở các phương thức vận hành các khoá khác nhau để tìm phương thức vận hành theo hàm mục tiêu tổn thất công suất nhỏ nhất.
Xác định các phương án vận hành các khoá cần khảo sát tái cấu trúc
Tổng số khoá trong phạm vi khảo sát tái cấu trúc là 8 khoá Mỗi khóa có hai trạng thái để chọn là đóng (close) ký hiệu là1hoặc mở (open) ký hiệu là0.
Như vậy, với 8 khoá và từ cấu hình đang vận hành, thực hiện thay đổi trạng thái khoá ta có tổng số 2 8 cấu hình được tạo ra (256 cấu hình) Sau khi loại trừ các tổ hợp không đáp ứng các điều kiện tiện quyết theo mục tiêu tái cấu trúc, các cấu trúc còn lại sẽ được đưa ra khảo sát trên phần mềm ETAP để so sánh và đánh giá.
Tổng số phương án tái cấu trúc thoả điều kiện được đưa vào khảo sát là 12, ngoài ra khảo sát thêm trường hợp lưới điện vận hành vòng kín Chi tiết cụ thể như sau:
Bảng 4.1Các phương án tái cấu trúc được khảo sát
STT Ký hiệu K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8Trạng thái khoá Ghi chú
1 PAĐVH 0 1 1 0 1 1 1 0 Phương án đang vận hành hiện tại
+ Ký hiệu khoá đóng (CLOSE):1
+ Ký hiệu khoá mở (OPEN):0
Hình 4.3 Vị trí các khoá và trạng thái vận hành hiện tại
4.4 Xây dựng sơ đồ đơn tuyến lưới điện trên phần mềm ETAP:
Dữ liệu gồm số liệu quản lý kỹ thuật của các tuyến đường dây dây và toàn bộ các nhánh phụ phải kết nối vào đường dây trong phạm vi khảo sát, cụthểlà:
- Thông số quản lý kỹ thuật của đường dây và thiết bị như: Tiết diện dây, khoảng cách chiều dài, thông sốdây dẫn, thiết bịbảo vệđóng cắt, tụbù,…
- Thông sốvận hành, đo đạc định kỳcủa đơn vị: Các thông sốvận hành dòng, áp, cosφ, công suất,
- Một số dữ liệu được sử dụng để thiết lập sơ đồ lưới điện:
+ Dây dẫn: sử dụng dây nhôm AC185mm2 30 sợi cho dây pha và dây AC120mm2 cho dây trung hoà;
+ Bố trí dây dẫn: nằm ngang trên đà sắt với khoảng cách pha AB – BC -
CA là 1,65m - 0,65m – 2,3m, chiều cao dây dẫn trung bình 12m.
+ Điện trở suất của đất khu vực là 100Ωm.
+ Phụ tải tĩnh, bỏ qua tổn hao trạm biến áp phân phối 22/0,4kV, khảo sát ở chế độ vận hành Pmax, hệ số công suất vận hành khảo sát theo thực tế Các thông số về cường độ hỏng hóc, cường độ sửa chữa áp dụng theo thông số mặc định là λ=0,02lần/năm và à = 175,2 để khảo sỏt so sỏnh độ tin cậy cung cấp điện.
+ Hệ thống là đầu nguồn phát tuyến 22kV xuất phát từ các trạm biến áp 110kV với dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép là 31,5kA.
Dữ liệu về phụ tải khu vực lưới điện khảo sát được thu thập thực tế tại đơn vị quản l ý vận hành Chi tiết về dữ liệu lưới điện và phụ tải theoPhụ lục 1.
4.4.2 Xây dựng sơ đồ và nhập dữ liệu:
Sử dụng các khối được xây dựng sẵn trên phần mềm ETAP để vẽ lần lượt các phần tử lưới điện trong phạm vi khảo sát lên sơ đồ Sau đó, cấu hình và nhập các thông số theo số liệu kỹ thuật thu thập được.
Hình 4.4Vẽ sơ đồ đơn tuyến lưới điện trên phần mềm ETAP
Hình 4.5 Sơ đồ đơn tuyến lưới điện khảo sát trên phần mềm ETAP
4.5 Kết quả khảo sát, tính toán mô phỏng các phương án tái cấu trúc:
Lần lượt thay đổi trạng thái các khoá để khảo sát lần lượt từng phương án tái cấu trúc lưới điện đã được xác định tại mục 4.2 Chạy phần mềm ETAP phân bố công suất, tính ngắn mạch, tính độ tin cậy cung cấp điện lần lượt từng phương án.
Dưới đây là kết quả khảo sát cụ thể cho các phương án:
Bảng 4.2Kết quả khảo sát
STT Phương án mô phỏng
Ghi chú tổn thấtTổng suất táccông (kW)dụng
Tổng tổn thất công phảnsuất kháng (kVar)
Các chỉ số độ tin cậy SAIFI SAIDI CAIDI
Phương án đang vận hành hiện
- Qua bảng 4.2 cho thấy, phương án vận hành mạch vòng kín (tất cả các khoá đều đóng) có tổn thất công suất và tổn thất điện áp thấp nhất Tuy nhiên, ở phương án vận hành mạch vòng kín, dòng ngắn mạch 3 pha chạm đất lớn (34,905 kA)
- Trong 12 phương án vận hành mạch vòng hở thì phương án tái cấu trúc thứ
7 (PATCT07) là có kết quả tổng tổn thất công suất thấp nhất, trong đó tổng tổn thất công suất tác dụng giảm 4,3% so với phương án vận hành hiện tại.
Ngoài ra với phương án tái cấu trúc PATCT07, tổn thất điện áp nút lớn nhất cũng giảm so với phương án vận hành hiện tại (giảm 12,3%) Tuy nhiên, tổn thất điện áp nút lớn nhất lên đến 10,6% tại các nút cuối nguồn tuyến 475CH mặc dù đã được lắp tụ bù công suất phản kháng lớn Nguyên nhân là do phụ tải tại khu công nghiệp Tân Phú Thạnh tập trung tại vị trí cuối nguồn, xa trạm 110kV Châu Thành.
Vì vậy, để cải thiện điện áp và giảm tổn thất công suất, cần thiết phải xây dựng trạm biến áp 110/22kV tại khu công nghiệp Tân Phú Thạnh.
Chỉ số độ tin cậy cung cấp điện SAIFI được cải thiện tốt hơn (giảm 0,1575 lần), chỉ số SAIDI và CAIDI tăng không đáng kể.
Dòng ngắn mạch 3 pha iplớn nhất tại thanh cái trụ đầu tuyến là 31,552kA.
Qua kết quả trên, tác giả đề xuất vận hành lưới điện theo phương tái cấu trúc PATCT07 trong thời gian chưa có trạm biến áp 110/22kV khu công nghiệp Tân Phú Thạnh với trạng thái các khoá cụ thể như sau:
+ Máy cắt Kinh Cùng (ký hiệu làK1): đóng (CLOSE)
+ Máy cắt Rạch Gòi (ký hiệu làK2): mở (OPEN)
+ Máy cắt Thạnh Hoà (ký hiệu làK3): đóng (CLOSE)
+ Máy cắt Long Thạnh (ký hiệu làK4): mở (OPEN)
+ Máy cắt Trường Khánh (ký hiệu làK5): đóng (CLOSE)
+ Máy cắt Kinh Tây (ký hiệu làK6): đóng (CLOSE)
+ Máy cắt Cây Dương (ký hiệu làK7): mở (OPEN)
+ Máy Bà Bái (ký hiệu làK8): đóng (CLOSE)
Hình 4.6 Sơ đồ tái cấu trúc đề xuất vận hành trong thời gian chưa có trạm
110/22kV khu công nghiệp Tân Phú Thạnh
4.6 Khảo sát, tái cấu trúc vận hành lưới điện khi trạm biến áp 110/22kV khu công nghiệp Tân Phú Thạnh vào vận hành:
Cập nhật trạm biến áp 110/22kV (hệ thống) vào sơ đồ khảo sát Để thoả mãn lưới điện vận hành mạch vòng hở, khoá K3 luôn mở.
Ta có các trường hợp khảo sát sau:
Bảng 4.3 Các phương án tái cấu trúc được khảo sát khi có trạm 110kV khu công nghiệp Tân Phú Thạnh
STT Ký hiệu K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8Trạng thái khoá Ghi chú
1 PAĐVH 0 1 0 0 1 1 1 0 Phương án gần phương án đang vận hành hiện tại
STT Ký hiệu K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8Trạng thái khoá Ghi chú
Lần lượt thay đổi trạng thái các khoá để khảo sát lần lượt từng phương án tái cấu trúc lưới điện đã được xác định tại mục 4.2 Chạy phần mềm ETAP phân bố công suất, tính ngắn mạch, tính độ tin cậy cung cấp điện lần lượt từng phương án.
Dưới đây là kết quả khảo sát cụ thể cho các phương án:
Bảng 4.4 Kết quả khảo sát khi có trạm 110kV khu công nghiệp Tân Phú Thạnh
STT Phương án mô phỏng
Ghi chú tổn thấtTổng côngsuất (kW)
Tổng tổn thất công suất phản kháng (kVar)
Các chỉ số độ tin cậy SAIFI SAIDI CAIDI
Phương án đang vận hành hiện tại
STT Phương án mô phỏng
Ghi chú tổn thấtTổng côngsuất (kW)
Tổng tổn thất công suất phản kháng (kVar)
Các chỉ số độ tin cậy SAIFI SAIDI CAIDI
- Qua bảng 4.4 cho thấy, phương án vận hành mạch vòng kín (tất cả các khoá đều đóng) có tổn thất công suất và tổn thất điện áp thấp nhất Tuy nhiên, ở phương án vận hành mạch vòng kín, dòng ngắn mạch 3 pha chạm đất lớn (38,88 kA)
- Trong 12 phương án vận hành mạch vòng hở thì phương án tái cấu trúc thứ
4 (PATCT04) là có kết quả tổng tổn thất công suất thấp nhất (P=1,4186MW), thấp hơn 1,34 lần so với phương án hiện tại đang vận hành chưa có trạm 110kV khu công nghiệp Tân Phú Thạnh.
Khảo sát, tái cấu trúc vận hành lưới điện khi trạm biến áp 110/22kV khu công nghiệp Tân Phú Thạnh vào vận hành
Lưới điện phân phối nói chung và lưới điện phân phối trên địa bàn tỉnh Hậu Giang nói riêng có đặc điểm là phân bố trên diện rộng với rất nhiều nút và nhánh rẽ.
Do phạm vi và bán kính cấp điện rộng nên lưới điện phân phối thường có tổn thất điện năng và độ sụt áp lớn Do đó, đã có rất nhiều biện pháp đã được sử dụng để giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối như nâng cao tiết diện dây dẫn, bù công suất phản kháng, vận hành ở cấp điện áp cao hơn và tái cấu hình lưới điện. Trong đó, tái cấu trúc lưới điện thông qua việc thay đổi trạng thái các khóa điện (máy cắt, dao cách ly) hiện có là biện pháp ít tốn kém nhất Tuy nhiên, bài toán tái cấu hình lưới điện là bài toán phi tuyến với nhiều cực trị địa phương, kích thước bài toán lớn do có nhiều khóa điện trên lưới điện phân phối Vì vậy, việc tính toán bằng thủ công rất phức tạp và mất nhiều thời gian Vì vậy, cần phải ứng dụng các công cụ phần mềm chuyên tính toán lưới điện phân phối.
Luận văn này tác giả đã tìm hiểu và ứng dụng phần mềm ETAP để tính toán mô phỏng lưới điện phân phối trên địa bàn tỉnh Hậu Giang, cụ thể là lưới điện trung thế trục chính mạch vòng thuộc các phát tuyến 479VT, 475CH, 472PH và 476PH. Đây là các phát tuyến xương sống cấp điện trên địa bàn tỉnh Hậu Giang.
Qua kết quả nghiên cứu, tác giả đã tìm được và đề xuất phương án tái cấu trúc vận hành lưới điện của các phát tuyến trên với kết quả cấp điện hiệu quả hơn, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện áp trên đường dây, cải thiện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện so với phương án đang vận hành.
Kết quả nghiên cứu đạt được cụ thể như sau:
- Đề xuất được phương án tái cấu trúc vận hành lưới điện các phát tuyến 479VT, 475CH, 472PH và 476PH trong trường hợp chưa có trạm biến áp 110/22kV khu Công nghiệp Tân Phú Thạnh với tổn thất công suất giảm 4,3% so với phương án vận hành hiện tại.