Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lưới trung áp

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI * NGUYỄN THỊ NHUNG ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ðIỆN PHÂN TÁN TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA LƯỚI TRUNG ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : ðiện khí hoá SXNN và Nông thôn Mã số : 60.52.54 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN BÁCH HÀ NỘI, NĂM 2013 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan những vấn ñề ñược trình bày trong bản luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước ñã ñược xuất bản. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác. Tác giả Nguyễn Thị Nhung Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ii LỜI CẢM ƠN ðể có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, còn phải kể ñến sự giúp ñỡ tận tình của các thầy cô, bạn bè và gia ñình. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS – TS Trần Bách, người ñã giúp ñỡ tôi rất nhiều trong quá trình tôi thực hiện luận văn của mình. Xin cảm ơn các thầy cô ñã có những góp ý quý báu về nội dung của ñề tài. ðồng thời tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các bạn bè, ñồng nghiệp ñã cùng tôi trao ñổi và giúp ñỡ tôi tháo gỡ nhiều vướng mắc trong quá trình thực hiện. Cuối cùng tôi xin gửi tới gia ñình và người thân, những người luôn bên canh tôi, là chỗ dựa tinh thần cho tôi vượt qua những khó khăn trong thời gian qua. Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật iii MỤC LỤC Lời cam ñoan…………………………………………………………………… i Lời cảm ơn…………………………………………………………………… ii Mục lục…………………………………………………………………… iii Danh mục bảng………………………………………………………………… vi Danh mục hình……………………………………………………………… vii Danh mục viết tắt……………………………………………………………… ix MỞ ðẦU 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI TRUNG ÁP 4 1.1. Phân loại lưới ñiện 4 1.1.1. Theo tính chất dòng ñiện 4 1.1.2. Theo chức năng 4 1.1.3. Theo ñiện áp 5 1.1.4. Theo phạm vi hoạt ñộng 5 1.1.5. Theo công nghệ 6 1.1.6. Theo sự phát triển 6 1.2. ðặc ñiểm công nghệ lưới phân phối ñiện trung áp 6 1.2.1. Lưới phân phối ñiện 3 pha 3 dây (3p3) 6 1.2.2. Lưới phân phối ñiện 3 pha 4 dây (3p4) 8 1.3. Sơ ñồ lưới phân phối ñiện trung áp 8 1.3.1. Sơ ñồ lưới phân phối trung áp trên không 11 1.3.2. Sơ ñồ lưới phân phối cáp trung áp 12 1.3.3. Sơ ñồ hệ thống phân phối ñiện 12 1.4. Các chế ñộ làm việc và yêu cầu của lưới ñiện phân phối 13 1.4.1. ðịnh nghĩa chế ñộ làm việc 13 1.4.2. Các yêu cầu của lưới ñiện phân phối 14 1.4. Phụ tải của lưới ñiện phân phối 14 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ðIỆN PHÂN TÁN 17 2.1. Khái quát chung và ñặc ñiểm công nghệ 17 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật iv 2.1.1. Khái quát chung 17 2.1.2. ðặc ñiểm công nghệ nguồn phát ñiện phân tán 17 2.2. Một số dạng nguồn phát ñiện phân tán 19 2.2.1. Nguồn ñiện gió 19 2.2.2. Nguồn ñiện mặt trời 27 2.2.3. Thủy ñiện nhỏ 29 2.2.4. Một số nguồn phân tán khác 31 2.2.5. Hiện trạng và xu hướng phát triển của nguồn phân tán ở Việt Nam 32 CHƯƠNG 3 ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ðIỆN PHÂN TÁN TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA LƯỚI TRUNG ÁP 39 3.1. Khái quát chung 39 3.2. Tổn thất công suất trên lưới 40 3.3. Các vấn ñề về ñiện áp 43 3.3.1. Sự gia tăng ñiện áp 44 3.3.2. Sự suy giảm nhanh ñiện áp 46 3.3.3. Sự dao ñộng ñiện áp 47 3.3.4. ðộ không sin sóng ñiện áp (hài bậc cao xuất hiện) 48 3.4. Vấn ñề về dòng ñiện sự cố và bảo vệ rơle 50 3.4.1. Dòng ñiện tăng cao trong các trường hợp sự cố 51 3.4.2. Thay ñổi sự phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ 51 3.4.3. Máy cắt cắt không mong muốn 53 3.4.4. Tác ñộng ñến sự làm việc của tự ñộng ñóng lại 53 3.4.5. Thay ñổi vùng tác ñộng của rơle bảo vệ 56 3.4.6. Các biện pháp hạn chế ảnh hưởng của DG trong chế ñộ sự cố lưới ñiện 56 3.5. ðộ tin cậy cung cấp ñiện 57 3.5.1. ðộ tin cậy cung cấp ñiện 57 3.5.2. Tính toán ñộ tin cậy cung cấp ñiện 59 3.6. Vấn ñề về kinh tế và môi trường 62 3.6.1. Những vấn ñề về môi trường 62 3.6.2. Những vấn ñề về kinh tế 63 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật v 3.7. ðánh giá ảnh hưởng của DG bằng hệ số ña mục tiêu 64 3.7.1. Các hệ số ảnh hưởng của DG tới lưới phân phối 64 3.7.2. Hệ số ña mục tiêu 67 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG, PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA DG ðẾN CHẤT LƯỢNG ðIỆN ÁP VÀ TỔN THẤT ðIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI ðIỆN 69 4.1. Phương pháp tính toán lưới ñiện 69 4.1.1. Hệ phương trình cân bằng công suất nút 69 4.1.2. Phương pháp Newton-Raphson (NR) 73 4.1.3. Phần mềm tính toán lưới ñiện có DG 75 4.2. Hiệu quả của DG trong việc cải thiện chất lượng ñiện áp và giảm tổn thất ñiện năng trên ñường dây 77 4.2.1. Chỉ tiêu ñánh giá hiệu quả cải thiện ñiện áp 77 4.2.2. Chỉ tiêu ñánh giá hiệu quả giảm tổn thất công suất 77 4. 3. Tính toán áp dụng cho lưới ñiện thực tế 78 4.3.1. Lưới ñiện nghiên cứu 78 4.3.2. Tính toán ñiện áp các nút và tổn thất công suất khi chưa có DG 82 4.3.3. Tính toán ñiện áp và tổn thất công suất khi có DG 82 KẾT LUẬN 90 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật vi DANH MỤC BẢNG STT TÊN BẢNG TRANG Bảng 1.1: Hệ số thống kê cho một số phụ tải thông dụng 16 Bảng 2.1: Dãy công suất tương ứng của các công nghệ DG 18 Bảng 2.2: Kế hoạch phát triển nguồn ñiện sử dụng năng lượng tái tạo giai ñoạn 2011 – 2020 có xét ñến năm 2030 37 Bảng 4.1: Số liệu lưới thử nghiệm 80 Bảng 4.2: ðộ cải thiện ñiện áp sau khi kết nối DG 86 Bảng 4.3. Mức giảm tổn thất công suất sau khi kết nối DG 87 Bảng 4.4. Hệ số ñánh giá phương án (IMO) Lấy pVP = 0.6 và pLL = 0.4 .89 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật vii DANH MỤC HÌNH STT TÊN HÌNH TRANG Hình 1.1: Lưới ñiện 3 pha 3 dây 6 Hình 1.2: Lưới ñiện 3 pha 4 dây 8 Hình 2.1: ðiểm kết nối (CP) và ñiểm kết nối chung (PCC) 19 Hình 2.2: Hình ảnh một nhà máy ñiện gió 20 Hình 2.3: Nguyên lý cấu tạo của tổ hợp tua-bin – máy phát ñiện gió 20 Hình 2.4: Sơ ñồ nguyên lý của loại tuabin gió tốc ñộ không ñổi 23 Hình 2.5: Sơ ñồ nguyên lý của loại tuabin gió DFIG 25 Hình 2.6: Sơ ñồ nguyên lý của loại tuabin gió kết nối trực tiếp 26 Hình 2.7: Sơ ñồ nguyên lý hệ thống ñiện mặt trời 27 Hình 2.8: Hệ thống ñiện mặt trời lớn nhất Việt Nam (tại TP Hồ Chí Minh) 28 Hình 2.9: Mô hình nhà máy thủy ñiện nhỏ 30 Hình 2.10: Mô hình cung cấp ñiện sử dụng khí biogass 31 Hình 2.11: Nhà máy ñiện ñịa nhiệt 32 Hình 2.12: Dự báo công suất các nguồn phân tán tại Việt Nam ñến năm 2030 37 Hình 3.1: DG làm giảm công suất trên ñoạn lưới từ hệ thống tới 40 Hình 3.2: Phân bố hợp lý các DG trên lưới sẽ giảm ñược tổn thất so với ñặt tập trung 42 Hình 3.3: ðiện áp nút tăng lên tại nút có ñấu nối DG 45 Hình 3.4: Ảnh hưởng của DG tới sự phối hợp giữa các bảo vệ 52 Hình 3.5: Sự phối hợp giữa TðL và CC trên lưới ñiện hình tia 54 Hình 3.6: DG làm việc song song với lưới 58 Hình 3.7: Chế ñộ vận hành cô lập của DG làm tăng ñộ tin cậy CCð 58 Hình 3.8: Cách thức ñặt TðL có thể làm tăng ñộ tin cậy của lưới ñiện bằng cách giảm số lượng khách hàng bị mất ñiện khi có sự cố trên lưới 59 Hình 4.1: Mô hình lưới ñiện phân phối 69 Hình 4.2: Sơ ñồ tính toán lưới ñiện phân phối………………… …………… 79 Hình 4.3: Biểu ñồ ñiện áp nút trên lưới ñiện khi chưa có DG 82 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật viii Hình 4.4: TH1: Mức ñộ thâm nhập PDG = 30%PL ñấu vào nút 35 83 Hình 4.5: TH2: Mức ñộ thâm nhập PDG = 50%PL ñấu vào nút 35 83 Hình 4.6: TH3: Mức ñộ thâm nhập P DG = 100%P L ñấu vào nút 35 83 Hình 4.7:TH4: Mức ñộ thâm nhập P DG = 30%P L phân ñều cho 2 nút 35, 52 84 Hình 4.8: TH5: Mức ñộ thâm nhập PDG = 30%PL phân ñều cho 3 nút 35, 52, 27 84 Hình 4.9: TH6: Mức ñộ thâm nhập PDG = 50%PL phân ñều cho 2 nút 35, 52 84 Hình 4.10:TH7: Mức ñộ thâm nhập PDG = 50%PL phân ñều cho 3 nút 35, 52, 27 85 Hình 4.11: TH8: Mức ñộ thâm nhập PDG = 100%PL phân ñều cho 2 nút 35, 52 85 Hình 4.13: Biểu ñồ mô tả mức ñộ cải thiện ñiện áp khi lưới có kết nối DG 86 Hình 4.14: Biểu ñồ mô tả mức giảm tổn thất công suất khi lưới có kết nối DG 88 Hình 4.15 : Áp dụng hệ số ña mục tiêu ñể lựa chọn phương án 89 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Nghĩa tiếng việt CC Cầu chì CHP ðồng phát nhiệt ñiện DG Nguồn ñiện phân tán ðSK ðiện sinh khối FCL Thiết bị hạn chế dòng sự cố GA Thuật toán di truyền LPP Lưới ñiện phân phối MBA Máy biến áp MPð Máy phát ñiện MPðB Máy phát ñiện ñồng bộ MPKðB Máy phát ñiện không ñồng bộ TBA Trạm biến áp TðL Tự ñóng lặp lại TðN Thuỷ ñiện nhỏ WF Trang trại gió WT Tuabin gió [...]... n) cho các ph t i Lư i phân ph i trung áp có ñi n áp 6, 10, 15, 22, 35kV phân ph i ñi n cho các tr m phân ph i trung áp/ h áp và các ph t i trung áp Trư ng ð i H c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t 4 + Lư i h áp c p ñi n cho các ph t i h áp 380/220V Các ñ ng cơ công su t l n và lò ñi n dùng tr c ti p ñi n áp 6 ÷ 10kV, còn tuy t ñ i các b ph n ph t i dùng ñi n áp 0,4kV Lư i phân ph... cáp ng m, có c p ñi n áp 6, 10, 15, 22, 35kV, ñư c thi t k phù h p v i ñ a hình t ng khu v c và c p ñi n cho các tr m bi n áp phân ph i h áp - Tr m bi n áp phân ph i h áp, v i m t ñ dày ñ c trên LPP, bi n ñ i ñi n năng t c p ñi n áp trung áp xu ng c p ñi n áp 0,4kV c p ñi n tr c ti p cho ph t i 1.1.3 Theo ñi n áp - Lư i ñi n cao và siêu cao áp; - Lư i ñi n trung áp; - Lư i ñi n h áp 1.1.4 Theo ph m vi... ra quá ñi n áp khá l n (ñ n 3,5 l n Uñm pha) có th làm h ng cách ñi n c a ñư ng dây ho c máy bi n áp ð kh c ph c ngư i ta ph i n i ñ t trung tính c a các cu n dây trung áp, ñây là n i ñ t k thu t (cùng v i n i ñ t lư i cao áp, g i chung là n i ñ t làm vi c) Trung tính c a phía trung áp ñư c n i ñ t theo m t trong các cách sau: Trung tính n i ñ t tr c ti p (Z=0), trung tính cách ñ t (Z=∞), trung tính... ñi n này có ñi n áp 35, 110 ho c 220kV - Lư i phân ph i: ðưa ñi n năng t các ngu n ñi n hay các tr m trung gian (ñ a phương hay khu v c) ñ n các tr m phân ph i ph t i (g i t t là tr m phân ph i hay tr m ph t i) Lư i phân ph i g m hai ph n: + Lư i phân ph i trung áp (ph m vi nghiên c u c a ñ tài - sau ñây g i t t là Lư i ñi n phân ph i - LPP) làm nhi n v phân ph i ñi n năng t các tr m trung gian (ho c... dây trung áp hay h áp Ph t i c a lư i phân ph i có ñ ñ ng th i th p Các kh i cơ b n c a LPP là: - Tr m bi n áp trung gian, bi n ñ i ñi n năng sơ c p máy bi n áp (MBA) các c p ñi n áp cao (110kV, 220kV) c p cho các LPP ñ a phương và thư ng là nâng cao kh năng ñi u ch nh ñi n áp cho lư i cao áp phía sơ c p MBA - Lư i phân ph i trung áp thư ng ñư c thi t k dư i d ng ñư ng dây trên không ho c cáp ng m,... 6-10kV không ph i n i ñ t, lư i cáp thì ph i tính toán c th , lư i ñi n 22kV tr lên nh t ñ nh ph i n i ñ t theo m t trong các cách trên 1.2.2 Lư i phân ph i ñi n 3 pha 4 dây (3p4) Lư i này ngoài 3 dây pha còn có dây trung tính, các máy bi n áp ñư c phân ph i ñư c c p ñi n b ng ñi n áp dây (máy bi n áp 3 pha) và ñi n áp pha (máy bi n áp 1 pha) Trung tính c a các cu n dây trung áp ñư c n i ñ t tr c ti p ð... DG t i ch t lư ng ñi n áp và t n th t công su t trên l 495 tr m 110kV huy n Vĩnh Tư ng t nh Vĩnh Phúc Phương pháp nghiên c u: - Phương pháp sưu t m tài li u ñ tìm hi u t ng quan v ngu n ñi n phân tán t ñó nghiên c u nh hư ng c a ngu n ñi n phân tán t i các ch tiêu kinh t k thu t c a lư i trung áp - Phương pháp chuyên gia: Tham kh o ý ki n ñóng góp, xây d ng c a các cán b có kinh nghi m trong lĩnh v... t i 1 pha + trung tính + trung tính N iñ tl pl i Hình 1.2: Lư i ñi n 3 pha 4 dây 1.3 Sơ ñ lư i phân ph i ñi n trung áp Lư i ñi n phân ph i v i m t ñ khá dày ñ c, là lư i trung gian k t n i gi a các tr m bi n áp trung gian (ngu n) và các khách hàng tiêu th ñi n năng (ph t i) a) Lư i phân ph i hình tia: lư i này có ưu ñi m là r ti n nhưng ñ tin c y thì r t th p b) Lư i phân ph i hình tia phân ño n: ñ... i phân ph i cáp trung áp Lư i phân ph i cáp trung áp ñư c dùng do ñó lư i ng n thành ph có m t ñ ph t i cao, ñ u ñư ng dây cáp có th ph i ñ t thêm kháng ñi n ñ gi m dòng ñi n ng n m ch Lư i cáp có c u t o ph c t p hơn lư i trên không Do vi c phát hi n ñi m s c và s a ch a cáp khó hơn ñư ng dây trên không nên lư i cáp có sơ ñ cơ b n là kín v n hành h Cáp ñư c chôn trong ñ t ho c trong các mương cáp... toán Áp d ng v i lư i trung áp t nh Vĩnh Phúc ð i tư ng và ph m vi nghiên c u: - Lu n văn nghiên c u ñ c ñi m công ngh c a các ngu n DG t ñó nghiên c u nh hư ng c a ngu n DG t i các ch tiêu kinh t - k thu t c a lư i trung áp khi chúng ñư c k t n i vào lư i - Trong ñi u ki n th i gian có h n lu n văn ch ñi sâu vào nghiên c u hai ch tiêu v ch t lư ng ñi n áp và t n th t công su t trên lư i ñi n trung áp . số nguồn phân tán khác 31 2.2.5. Hiện trạng và xu hướng phát triển của nguồn phân tán ở Việt Nam 32 CHƯƠNG 3 ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ðIỆN PHÂN TÁN TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA LƯỚI TRUNG. khoa học kỹ thuật 2 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn: - Phân tích ảnh hưởng của DG tới các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của lưới ñiện trung áp. ði sâu tính toán và phân tích ảnh hưởng của DG. Chương 1: Giới thiệu về lưới trung áp Chương 2: Tổng quan về nguồn ñiện phân tán Chương 3: Ảnh hưởng của nguồn ñiện phân tán tới các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của lưới trung áp Trường ðại Học