D4H3 - Nguyễn Quỳnh Dương

TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lớp: D4H3 NGUYỄN QUỲNH DƢƠNG Ngành: Hệ thống điện Cán hƣớng dẫn: ThS Nguyễn Đức Thuận PHẦN I THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC 1) Dữ liệu nguồn điện a Nhà máy nhiệt điện: Số tổ máy công suất tổ máy: 4x55 MW Hệ số công suất: 0,8 Điện áp định mức: 10,5 kV b Hệ thống: Công suất vô lớn Hệ số công suất: 0,85 2) Dữ liệu phụ tải điện: Phụ tải Các số liệu Công suất cực đại (MW) 10 27 29 31 33 28 30 32 34 36 36 Bằng 70% công suất cực đại Công suất cực tiểu (MW) Hệ số công suất 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 Thời gian sử dụng công 4800 suất lớn (h) Mức yêu cầu cấp điện Yêu cầu điều chỉnh điện áp Điện áp định mức phía hạ áp (kV) I I KT KT III T I I I KT KT KT 22 III T I I I KT KT KT Sơ đồ bố trí nguồn điện phụ tải HT 10 NM Một ô vuông có kích thƣớc 10x10 km PHẦN II ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/E ĐỂ MÔ PHỎNG LƯỚI ĐIỆN THIẾT KẾ Ngày giao: Ngày nộp: Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2013 TRƢỞNG KHOA Cán hƣớng dẫn thiết kế TS TRẦN THANH SƠN Th.S NGUYỄN ĐỨC THUẬN LỜI NÓI ĐẦU: Điện nguồn lƣợng quan trọng hệ thống lƣợng quốc gia, đƣợc sử dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực nhƣ: sản xuất kinh tế, đời sống xã hội, nghiên cứu khoa học… Đối với đất nƣớc, phát triển ngành điện tiền đề cho lĩnh vực khác phát triển Hiện nƣớc ta phát triển theo hƣớng công nghiệp hóa, đại hóa, nên nhu cầu điện đòi hỏi ngày cao số lƣợng nhƣ chất lƣợng Để đáp ứng đƣợc số lƣợng ngành điện nói chung phải có kế hoạch tìm khai thác tốt nguồn lƣợng biến đổi chúng thành điện Mặt khác để đảm bảo chất lƣợng có điện cần phải xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối điện đại, có phƣơng thức vận hành tối ƣu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nhƣ kinh tế Xuất phát từ yêu cầu thực tế, em đƣợc nhà trƣờng khoa Hệ Thống Điện giao cho thực đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế lƣới điện khu vực ứng dụng phần mềm PSS/E để mô lƣới điện thiết kế” Đồ án tốt nghiệp gồm phần:  Phần I: từ chƣơng đến chƣơng với nội dung: “Thiết kế lƣới điện khu vực”  Phần II: gồm chƣơng với nội dung: “Ứng dụng phần mềm PSS/E để mô lƣới điện thiết kế” Em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc đến thầy cô giáo trƣờng Đại học Điện lực nói chung thầy cô giáo khoa hệ thống điện môn mạng hệ thống điện nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Th.s Nguyễn Đức Thuận, thầy tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hƣớng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Mặc dù cố gắng, song hạn chế kiến thức nên chắn đồ án tốt nghiệp em nhiều khiếm khuyết Em mong nhận đƣợc nhận xét góp ý thầy cô để thiết kế em thêm hoàn thiện giúp em rút đƣợc kinh nghiệm cho thân Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Sinh viên Nguyễn Quỳnh Dƣơng NHẬN XÉT (Của giảng viên hƣớng dẫn) NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) MỤC LỤC CHƢƠNG I: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 1.1 Nguồn điện: 1.2 Phụ tải: CHƢƠNG II: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN NỐI DÂY 2.1 Cân công suất tác dụng: 2.2 Cân công suất phản kháng: 2.3 Xác định sơ chế độ làm việc nguồn: 2.3.1 Chế độ phụ tải cực đại: 2.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu: 2.3.3 Chế độ cố CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƢƠNG ÁN 13 3.1 Cơ sở lý thuyết: 13 3.1.1 Điện áp định mức 13 3.1.2 Chọn tiết diện dây dẫn 13 3.1.3 Tính toán tổn thất điện áp 14 3.2 Tính toán kỹ thuật cho phƣơng án: 15 3.2.1 Phƣơng án I 15 3.2.2 Phƣơng án II: 21 3.2.3 Phƣơng án III: 24 3.2.4 Phƣơng án IV 27 3.2.5 Phƣơng án V: 31 CHƢƠNG IV: TÍNH TOÁN KINH TẾ, LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU 35 4.1 Các sở lý thuyết tính toán kinh tế: 35 4.1.1 Tổn thất công suất: 35 4.1.2 Tổn thất điện năng: 35 4.1.3 Vốn đầu tƣ xây dựng mạng điện 35 4.1.4 Hàm chi phí tính toán Z 36 4.2 Tính toán cho phƣơng án 36 4.2.1 Phƣơng án I: 36 4.2.2 Phƣơng án II: 38 4.2.3 Phƣơng án III 38 4.2.4 Phƣơng án IV 39 4.2.5 Phƣơng án V 40 CHƢƠNG V: CHỌN SỐ LƢỢNG, CÔNG SUẤT MBA TRONG CÁC TRẠM, SƠ ĐỒ CÁC TRẠM VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN 42 5.1 Chọn số lƣợng, công suất máy biến áp trạm tăng áp nhà máy điện 42 5.2 Chọn số lƣợng công suất máy biến áp trạm hạ áp 42 5.3 Chọn sơ đồ nối dây cho trạm: 44 5.3.1 Trạm trung gian 44 5.3.2 Trạm hạ áp: 45 5.3.3 Sơ đồ trạm tăng áp: 45 CHƢƠNG VI: TÍNH TOÁN, CÂN BẰNG CHÍNH XÁC CÔNG SUẤT CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MẠNG ĐIỆN 47 6.1 Chế độ phụ tải cực đại: 47 6.1.1 Đƣờng dây N – 47 6.1.2 Đƣờng dây NĐ – 10 – HT 48 6.1.3 Cân xác công suất hệ thống: 57 6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 57 6.3 Chế độ sau cố 58 CHƢƠNG VI: TÍNH ĐIỆN ÁP CÁC NÚT VÀ ĐIỀU CHÍNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN 61 7.1 Tính điện áp nút 61 7.1.1 Chế độ phụ tải cực đại 61 7.1.2 Chế độ phụ đại cực tiểu: 62 7.1.3 Chế độ sau cố: 62 7.2 Chọn phƣơng thức điều áp cho trạm 62 7.2.1 Các tiêu chuẩn điều chỉnh điện áp với máy biến áp 62 7.2.2 Chọn đầu điều chỉnh máy biến áp 65 CHƢƠNG VIII: TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 68 8.1 Vốn đầu tƣ xây dựng mạng điện 68 8.2 Tổn thất công suất tác dụng mạng điện 68 8.3 Tổn thất điện mạng điện 69 8.4 Tính chi phí giá thành 69 8.4.1 Chi phí vận hành hàng năm 70 8.4.2 Chi phí tính toán hàng năm 70 8.4.3 Giá thành truyền tải điện 70 8.4.4 Giá thành xây dựng MW công suất phụ tải chế độ cực đại 70 CHƢƠNG IX: MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA LƢỚI ĐIỆN THIẾT KẾ BẰNG PHẦN MỀM PSS/E 73 9.1 Giới thiệu chƣơng trình PSS/E 73 9.2 Nhập liệu đầu vào 73 9.2.1 Nhập liệu nút 74 9.2.2 Nhập liệu đƣờng dây 75 9.2.3 Nhập liệu máy biến áp 76 9.2.4 Nhập liệu nguồn 78 9.2.5 9.3 Nhập liệu phụ tải 78 Chạy chƣơng trình xuất kết 81 9.3.1 Chế độ phụ tải cực đại 84 9.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 87 9.3.3 Chế độ cố 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Số liệu phụ tải Bảng 1.2: Bảng tính toán số liệu phụ tải chế độ cực đại cực tiểu Bảng 2.1: Tổng kết phương thức vận hành hệ thống điện Bảng 3.1: Điện áp tính toán điện áp định mức mạng điện phương án I 17 Bảng 3.2: Thông số đường dây phương án I 20 Bảng 3.3: Kết tổn thất điện áp đường dây phương án I 21 Bảng 3.4: Điện áp tính toán điện áp định mức mạng điện phương án II 22 Bảng 3.5: Kết chọn tiết diện dây phương án II 23 Bảng 3.6: Thông số đường dây phương án II 24 Bảng 3.7: Điện áp tính toán điện áp định mức mạng điện phương án III 25 Bảng 3.8: Kết chọn tiết diện dây phương án III 26 Bảng 3.9: Thông số đường dây phương án III 26 Bảng 3.10: Điện áp tính toán điện áp định mức mạng điện phương án IV 28 Bảng 3.11: Kết chọn tiết diện dây phương án IV 30 Bảng 3.12: Thông số đường dây phương án IV 31 Bảng 3.13: Điện áp tính toán điện áp định mức mạng điện phương án V 32 Bảng 3.14: Kết chọn tiết diện dây phương án V 33 Bảng 3.15: Thông số đường dây phương án V 33 Bảng 3.16: Chỉ tiêu kỹ thuật phương án so sánh 34 Bảng 4.1: Tổn thất điện tổng chi phí đầu tư phương án I 37 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp - Hội tụ nhanh (thƣờng nhỏ bƣớc lặp); - Có thể đạt đƣợc sai số tính toán nhỏ; - Có thể gặp khó khăn điều kiện lƣới điện liên kết có vấn đề công suất phản kháng; - Đây phƣơng pháp thƣờng đƣợc dùng , đặc biệt hệ thống vừa chuyển dịch NSOL - Sử dụng phƣơng pháp lặp Newton- Raphson; - Gặp trở ngại tỉ số X/R nhỏ, vấn đề xảy hệ thống điện Việt Nam; - Không đƣợc khuyến cáo để sử dụng chung FDNS - Sử dụng phƣơng pháp lặp Newton- Raphson; - Hội tụ nhanh; - Sai số tính toán nhỏ; - Có thể gặp khó khăn với lƣới có điện áp tồi có vấn đề công suất phản kháng Chọn lệnh qua hệ thống menu: Power Flow/ Solution/Solve/Newton/Full Newton-Raphson Sau chọn Solve để bắt đầu tính toán SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 82 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Hình 9.2: Hộp thoại tính toán trào lưu công suất SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 83 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp 9.3.1 Chế độ phụ tải cực đại Bảng 9.9: Bảng tính toán trào lưu công suất chế độ cực đại SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 84 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Từ ta có bảng tổng kết so sánh dòng công suất truyền tải điện áp hai phƣơng pháp tính toán tay tính toán phần mềm nhƣ sau: SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 85 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Bảng 9.10: Bảng tổng kết so sánh dòng công suất truyền tải Đƣờng dây SNi, MVA (Tính tay) N-1 27,949+13,526j SNi, MVA (Tính phần mềm) 27,8 + 13,8j N-2 30,217+14,664j 30,2 + 15,2j N-3 31,997+19,123j 31,9 + 19,1j HT-4 33,966+17,265j 33,8 + 17,8j N-5 28,859+14,614j 28,8 + 14,6j N-6 30,682+16,585j 30,6 + 16,2j HT-7 32,747+19,775j 32,7 + 19,3j HT-8 34,832+18,331j 34,8 + 17,8j HT-9 37,170+19,340j 37,0 + 19,2j NM-10 25,563-16,097j 26,0 – 19,2j HT-10 12,053+34,023j 11,8 + 37,6j Bảng 9.11: Bảng tổng kết so sánh điện áp nút Nút Ui, kV (Tính tay) 10 NM 114,930 113,911 114,051 117,730 115,520 116,540 117,760 118,410 117,940 117,870 118,588 SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương Ui, kV (Tính phần mềm) 114,520 113,650 113,680 117,770 115,120 116,140 117,860 118,470 117,370 117,700 118,170 86 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp 9.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu Trong chế độ phụ tải cực tiểu công suất phụ tải 70% công suất chế độ phụ tải cực đại, nhà máy phát 80% công suất định mức nút hệ thống cần giữ điện áp không đổi 115 kV Khi liệu cần nhập thay đổi nhƣ bảng sau: Bảng 9.12: Nhập liệu nguồn chế độ phụ tải cực tiểu Bảng 9.13: Nhập liệu phụ tải chế độ phụ tải cực tiểu SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 87 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Bảng 9.14: Nhập liệu máy biến áp chế độ phụ tải cực tiểu Bảng 9.15: Nhập liệu nút chế độ phụ tải cực tiểu Sau cho chạy chƣơng trình xuất kết quả: SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 88 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Bảng 9.16: Bảng kết tính toán trào lưu công suất chế độ phụ tải cực tiểu Sau chạy chƣơng trình ta có kết tính toán trào lƣu công suất đƣờng dây nhƣ sau: SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 89 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Xét nhánh HT – Đƣờng dây SNi, MVA (Tính tay) HT-8 24,236 + 11,641j SNi, MVA (Tính phần mềm) 24,2 + 11,6j Khi tính toán tay ta có điện áp nút 8, U8 = 113,24 kV, sau tính toán phần mềm ta có U8 = 113,7 kV 9.3.3 Chế độ cố Xét cố tạm ngừng đƣờng dây HT – Khi liệu cần nhập thay đổi nhƣ bảng sau: SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 90 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Bảng 9.17: Nhập liệu nguồn chế độ cố Bảng 9.18: Nhập liệu máy biến áp chế độ cố SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 91 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Bảng 9.19: Nhập liệu đường dây chế độ cố Bảng 9.20: Nhập liệu phụ tải chế độ cố Chạy chƣơng trình xuất kết ta có: SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 92 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Bảng 9.19: Bảng kết tính toán trào lưu công suất chế độ phụ tải cố SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 93 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Xét nhánh HT – Đƣờng dây SNi, MVA (Tính tay) HT-8 35,499 + 20,720j SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương SNi, MVA (Tính phần mềm) 35,3 + 19,4j 94 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Khi tính toán tay ta có điện áp nút 8, U8 = 115,87 kV; sau tính toán lại phần mềm ta có U8 = 115,77 kV Nhận xét: Sau cho chạy chƣơng trình, kết ba chế độ cho thấy: - Công suất tác dụng điện áp nút tính tay tính phần mềm sai khác - Công suất phản kháng sai khác nhiều hơn, đặc biệt sau dòng công suất phản kháng qua máy biến áp - Giá trị dòng công suất hệ thống tính tay là: S HT  150,768  108,734MVA - Giá trị dòng công suất hệ thống tính phần mềm là: S HT  150  111,7 j MVA Nguyên nhân: - Khi tính tay sử dụng phƣơng pháp gần – coi điện áp tất nút điện áp định mức để tính dòng công suất Còn giải PSS/E ta sử dụng phƣơng pháp Newton – Ralphson đầy đủ để giải nên kết xác - Khi tính toán tay ta bỏ qua phần ảo tổn thất điện áp nên gây sai số hai cách tính - Sự sai khác phụ tải nối bên nhà máy nhiều tổng hợp lần sai số: Sai số tính từ góp HT sang phụ tải trung gian, sai số từ phụ tải trung gian tới góp cao áp nhà máy sau số từ góp nhà máy tới phụ tải nối với nhà máy SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 95 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Đạm: Mạng lƣới điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2005 Nguyễn Văn Đạm: Thiết kế mạng hệ thống điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2008 PGS TS Phạm Văn Hòa, Ths Phạm Ngọc Hùng: Thiết kế phần điện nhà máy điện trạm biến áp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 Trần Bách: Lƣới điện hệ thống điện tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 96 ... bảng 3.2 SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương 19 GVHD: Th.s Nguyễn Đức Thuận Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.2: Thông số đường dây phương án Đƣờng dây N-1 N-2 N-3 HT-4 N-5 N-6 HT-7 HT-8 HT-9 N-10 HT-10 S, MVA 30,000... thất điện tổng chi phí đầu tư phương án III Đƣờng dây N-1 1-2 N-3 8-4 N-5 Ký hiệu dây dẫn AC-150 AC-70 AC-150 AC-95 AC-70 SVTH: Nguyễn Quỳnh Dương L; km 44,721 31,623 36,055 22,361 36,055 ∆P, K0.106... tốt nghiệp Bảng 3.11: Kết chọn tiết diện đường dây phương án Đƣờng dây N-1 N-2 N-3 HT-4 N-5 N-6 HT-7 HT-8 HT-9 8-9 N-10 HT-10 S, MVA 30,000 32,222 34,444 36,667 31,111 33,333 35,555 43,12 34,658