Nghiên cứu khắc phục những tồn tại trong vận hành 2 trạm thủy điện nhỏ Tà Làng, Nặm Cắt và lưới phân phối 35 KV lộ 371, 372 tỉnh Bắc Kạn (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu khắc phục những tồn tại trong vận hành 2 trạm thủy điện nhỏ Tà Làng, Nặm Cắt và lưới phân phối 35 KV lộ 371, 372 tỉnh Bắc Kạn (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khắc phục những tồn tại trong vận hành 2 trạm thủy điện nhỏ Tà Làng, Nặm Cắt và lưới phân phối 35 KV lộ 371, 372 tỉnh Bắc Kạn (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khắc phục những tồn tại trong vận hành 2 trạm thủy điện nhỏ Tà Làng, Nặm Cắt và lưới phân phối 35 KV lộ 371, 372 tỉnh Bắc Kạn (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khắc phục những tồn tại trong vận hành 2 trạm thủy điện nhỏ Tà Làng, Nặm Cắt và lưới phân phối 35 KV lộ 371, 372 tỉnh Bắc Kạn (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khắc phục những tồn tại trong vận hành 2 trạm thủy điện nhỏ Tà Làng, Nặm Cắt và lưới phân phối 35 KV lộ 371, 372 tỉnh Bắc Kạn (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khắc phục những tồn tại trong vận hành 2 trạm thủy điện nhỏ Tà Làng, Nặm Cắt và lưới phân phối 35 KV lộ 371, 372 tỉnh Bắc Kạn (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khắc phục những tồn tại trong vận hành 2 trạm thủy điện nhỏ Tà Làng, Nặm Cắt và lưới phân phối 35 KV lộ 371, 372 tỉnh Bắc Kạn (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khắc phục những tồn tại trong vận hành 2 trạm thủy điện nhỏ Tà Làng, Nặm Cắt và lưới phân phối 35 KV lộ 371, 372 tỉnh Bắc Kạn (Luận văn thạc sĩ)

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN VĂN HƯNG

NGHIÊN CỨU KHẮC PHỤC NHỮNG TỒN TẠI

TRONG VẬN HÀNH 2 TRẠM THỦY ĐIỆN NHỎ TÀ LÀNG, NẶM CẮT VÀ LƯỚI PHÂN PHỐI 35 KV LỘ 371, 372

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Văn Hưng, học viên lớp cao học K20 chuyên 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 tốt nghiệp PGS.TS Ngô Đức Minh, tôi đã hoàn thành chương trình học tập và đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu khắc phục những tồn tại trong vận hành 2 trạm thủy điện nhỏ Tà Làng, Nặm Cắt và lưới phân phối 35 KV

lộ 371, 372 tỉnh Bắc Kạn”

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 2 tháng 04 năm 2019

Học viên

Nguyễn Văn Hưng

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo Phòng Đào tạo, Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả có thể hoàn thành bản luận văn của mình

Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong khoa Điện của trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp thuộc ĐH Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp Đặc biệt là dưới sự hướng dẫn và góp ý của thầy PGS.TS Ngô Đức Minh đã giúp cho đề tài hoàn thành mang tính khoa học cao Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của các thầy, cô

Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để tôi tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hơn nữa trong quá trình công tác sau này

Thái Nguyên, ngày 2 tháng 04 năm 2019

Học viên

Nguyễn Văn Hưng

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH BẮC KẠN 4

1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia 4

1.1.1 Khối 1 - Các nhà máy điện 6

1.1.2 Khối 2 - Hệ thống truyền tải 12

1.1.3 Khối 3 - Hệ thống phân phối điện (Electric distribution system) 12

1.2 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống phân phối điện 19

1.3 Đặc điểm lưới điện trung thế bắc kạn và hướng nghiên cứu của đề tài 27

1.3.1 Đặc điểm địa giới hành chính tỉnh Bắc Kạn 27

1.3.2 Đặc điểm lưới điện trung thế tỉnh Bắc Kạn 29

1.4 Kết luận chương 1 33

CHƯƠNG 2: CÔNG CỤ TOÁN HỌC VÀ PHẦN MỀM ETAP ÁP DỤNG GIẢI TÍCH LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ MIỀN NÚI 34

2.1 Giới thiệu chung 34

2.2 Giải tích lưới điện và các công cụ toán học 35

2.2.1 Các biến số và phân loại bus (nút) 35

2.2.2 Thuật toán áp dụng giải tích lưới điện 35

2.2.3 Giải tích lưới bằng phần mềm ETAP 38

2.2.4 Phương pháp Newton-Rapshson 38

2.2.5 Phương pháp Adaptive Newton-Rapshson 38

Trang 5

2.2.6 Phương pháp Fast-Decoupled 39

2.2.7 Phương pháp Accelerated Gauss-Seidel 39

2.3 Áp dụng ETAP nghiên cứu tính đặc thù của lưới điện miền núi 40

2.3.1 Giới thiệu chung về Etap 40

2.3.2 Mô hình hóa mô phỏng lưới điện 35 kV có đặc thù miền núi 42

2.4 Thiết bị bù công suất sử dụng năng lượng tái tạo 46

2.4.1 Máy phát thủy điện nhỏ 47

2.4.2 Máy phát điện turbine gió 50

2.4.3 Mô phỏng tác dụng của thiết bị bù sử dụng năng lượng tái tạo 55

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ 35 KV LỘ 371, 372 CÓ KẾT NỐI CÁC THỦY ĐIỆN VÀ MÁY PHÁT ĐIỆN TURBINE GIÓ 73

3.1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng lưới điện 73

3.2 Nghiên cứu chế độ vận hành phụ tải cực đại Kptmax 74

3.2.1 Chế độ phụ tải cực đại Kptmax – chưa có SHP 75

3.2.2 Chế độ phụ tải cực đại – khi có SHP 81

3.2.3 Chế độ phụ tải cực đại – khi có kết nối SHP và WTG vận hành phát tối đa công suất thiết kế 85

3.2.4 Chế độ phụ tải cực đại – khi có kết nối SHP và WTG vận hành với trạng thái năng lượng sơ cấp không đầy đủ 88

3.3 Nghiên cứu chế độ vận hành phụ tải cực tiểu (Kptmin) 91

3.3.1 Trạng thái Kptmin khi không có các nguồn SHP và WTG 92

3.3.2 Trạng thái Kptmin khi các nguồn SHP và WTG phát công suất tối đa 95

3.3.3 Trạng thái các SHP và WTG phát công suất hạn chế 99

KỂT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

Trang 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT

EHV & HV Extra High Voltage/ High

Voltage

Siêu cao áp/cao áp

FACTS Flexible AC Transmission Truyền tải điện xoay chiều

Renerator

Máy phát điện nguồn kép

Trang 7

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Độ biến dạng sóng hài điện áp 21

Bảng 1.2 Mức nhấp nháy điện áp 22

Bảng 1.3 Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố 23

Bảng 1.4 Chế độ nối đất 23

Bảng 1.5 Công suất các SHP hiện có tỉnh Bắc Kạn 29

Bảng 1.6 Mang tải các tuyến đường dây trung áp 30

Bảng 2.1 Kết quả dữ liệu mô phỏng trên đường dây (Line) _ chế độ Kptmax 43

Bảng 2.2 Kết quả dữ liệu mô phỏng tại các bus_ chế độ Kptmax 44

Bảng 2.3 Kết quả dữ liệu mô phỏng đường dây (Line) _ chế độ Kptmin 45

Bảng 2.4 Kết quả dữ liệu mô phỏng tại cá bus _ chế độ Kptmin 45

Bảng 2.5 Kết quả dữ liệu kết quả mô phỏng trên đường dây _ chế độ Kptmax _ chưa có WTG 57

Bảng 2.6 Bảng dữ liệu kết quả mô phỏng tại các bus _ chế độ Kptmax _ chưa có WTG 58

Bảng 2.7 Dữ liệu kết quả mô phỏng tổng tổn thất trong toàn mạng: 58

Bảng 2.8 Dữ liệu kết quả mô phỏng tổn thất khi vận hành các máy phát thủy điện trong mùa mưa 61

Bảng 2.9 Dữ liệu kết quả mô phỏng tổn thất trong mùa khô 64

Bảng 2.10 Dữ liệu kết quả mô phỏng tổn thất trên đường dây khi tốc gió khác nhau WTG2(6m/s), WTG3(9m/s) 67

Bảng 2.11 Dữ liệu kết quả mô phỏng tổn thất lưới khi Kptmax_ gió yếu WTG2 (4m/s), WTG3 (4,5m/s) 69

Bảng 3.1 Dữ liệu kết quả mô phỏng nguồn Grid110 _ SHP 0% _ WTG 0% 77

Bảng 3.2 Dữ liệu kết quả mô phỏng mô phỏng lưới Grid110 _ SHP 0% _ WTG 0% 77

Bảng 3.3 Dữ liệu kết quả mô phỏng trên tải (Load) _ SHP 0% _ WTG 0% 78

Bảng 3.4 Dữ liệu kết quả mô phỏng trên đường dây (Line) _ kptmax _ SHP 0% _ WTG 0% 79

Trang 8

Bảng 3.5 Dữ liệu kết quả mô phỏng trên cá bus _ kptmax _ SHP 0% _ WTG 0% 80 Bảng 3.6 Dữ liệu kết quả mô phỏng cài đặt nguồn _ kptmax _ SHP100% _ WTG

0% 81 Bảng 3.7 Dữ liệu kết quả mô phỏng các hạng mục chính _ kptmax _ SHP 100%

_ WTG 0% 81 Bảng 3.8 Dữ liệu kết quả mô phỏng trên tải (Load) _ kptmax _ SHP 100% _

WTG 0% 82 Bảng 3.9 Dữ liệu kết quả mô phỏng cài đặt nguồn _ Kptmax _ SHP 100% _

WTG 100% 86 Bảng 3.10 Dữ liệu kết quả mô phỏng các hạng mục chính _ Kptmax _ SHP 0%

_ WTG 0% 86 Bảng 3.11 Dữ liệu kết quả mô phỏng trên tải (Load) _ Kptmax _ SHP 100% _

WTG 100% 87 Bảng 3.12 Dữ liệu kết quả mô phỏng cài đặt nguồn _ Kptmax _ SHP 40% _

WTG 40% 89 Bảng 3.13 Dữ liệu kết quả mô phỏng các hạng mục chính _ Kptmax _ SHP 40%

_ WTG 40% 89 Bảng 3.14 Dữ liệu kết quả mô phỏng trên tải _ Kptmax _ SHP 40% _ WTG 40% 90 Bảng 3.15 Dữ liệu kết quả mô phỏng cài đặt nguồn _ Kptmin _ SHP 0% _ WTG

0% 92 Bảng 3.16 Dữ liệu kết quả mô phỏng các phần tử chính _ Kptmin _ SHP 0% _

WTG 0% 93 Bảng 3.17 Dữ liệu kết quả mô phỏng trên tải (Load) _ Kptmin _ SHP 0% _ WTG

0% 94 Bảng 3.18 Dữ liệu kết quả mô phỏng cài đặt nguồn _ Kptmin _ SHP 100% _

WTG 100% 95 Bảng 3.19 Dữ liệu kết quả mô phỏng các phần tử chính _ Kptmin _ SHP 100%

_ WTG 100% 97

Trang 9

Bảng 3.20 Dữ liệu kết quả mô phỏng trên tải (Load) _ Kptmin _ SHP 100% _

WTG 100% 98 Bảng 3.21 Dữ liệu kết quả mô phỏng cài đặt nguồn _ Kptmin _ SHP 40% _

WTG 40% 99 Bảng 3.22 Dữ liệu kết quả mô phỏng các hạng mục chính _ Kptmin _ SHP 40%

_ WTG 40% 99 Bảng 3.23 Dữ liệu kết quả mô phỏng trên tải (Load) _ Kptmin _ SHP 40% _

WTG 40% 100

Trang 10

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh 4

Hình 1.2 Sơ đồ một sợi hệ thống điện 5

Hình 1.3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện 5

Hình 1.4 Mô hình cấu trúc cơ bản của một nhà máy điện ngưng hơi 6

Hình 1.5 Mô hình cơ bản của một nhà máy điện nguyên tử 7

Hình 1.6 Mô hình cơ bản của một nhà máy điện mặt trời 8

Hình 1.7 Mô hình cơ bản của một trạm thủy điện nhỏ kiểu đập 9

Hình 1.8 Mô hình khai thác thủy điện nhỏ 10

Hình 1.9 Mô hình nhà máy điện pin mặt trời 10

Hình 1.10 Mô hình nguồn phát điện turbine gió 11

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối 13

Hình 1.12 Mô hình hệ thống phân phối điện và các dạng phụ tải điển hình 19

Hình 1.13 Bản đồ hành chính tỉnh Bắc Kạn 28

Hình 2.1 Các cửa sổ chính 40

Hình 2.2 Các chức năng tính toán 41

Hình 2.3 Các phần tử AC 41

Hình 2.4 Các thiết bị đo lường, bảo vệ 41

Hình 2.5 Mô hình nghiên cứu tương tự đặc trưng lưới điện 35 kV miền núi 42

Hình 2.6 Kết quả mô phỏng chế độ Kptmax 43

Hình 2.7 Kết quả mô phỏng chế độ Kptmin 44

Hình 2.8 Mô hình các giải pháp bù công nghệ mới 46

Hình 2.9 Nguyên lý chung điều chỉnh công suất máy phát thủy điện 48

Hình 2.10 Đồ thị hướng dẫn chọn điểm vận hành máy phát điện trong Etap 49

Hình 2.11 Cửa sổ cài đặt máy phát thủy điện 49

Hình 2 12a,b Cấu trúc điển hình của tổ hợp turbine sức gió 50

Hình 2.13 a,b Mô hình cấu trúc WTG kiểu DFIG (Type4) 51

Hình 2.14 Mô hình cấu trúc DFIG và hệ điều khiển DVC - NSVM 52

Trang 11

Hình 2.15 Mô hình điều khiển véc tơ DVC phương pháp NSVM 52

Hình 2.16 khả năng đáp ứng công suất nhanh của DFIG – DVC-NSVM 53

Hình 2.17 Đặc tính phát công suất tác dụng của DFIG 53

Hình 2.18 a,b,c Các mô hình khai thác tổ hợp DFIG 54

Hình 2.19 Chọn chế độ máy phát turbine gió 54

Hình 2.20 Mô hình nghiên cứu tương tự có bổ sung trạm bù WTG 56

Hình 2.21 Mô phỏng hoạt động lưới điện giờ cao điểm Kptmax 57

Hình 2.22 Trạng thái vận hành thủy điện trong mùa mưa 59

Hình 2.23 Cài đặt chế độ máy phát thủy điện vận hành trong mùa mưa 60

Hình 2.24 Trạng thái vận hành thủy điện trong mùa khô hạn 62

Hình 2.25 Điều chỉnh thông số vận hành các máy phát thủy điện trong mùa khô 63

Hình 2.26 Bảng các thông số điều chỉnh máy phát WTG2 (6m/s) và WTG3 (9m/s) 65

Hình 2 27 Kết quả mô phỏng khi trạng thái gió khác nhau WTG2(6m/s), WTG3(9m/s) 66

Hình 2.28 Cài đặt các thông số điều chỉnh máy phát WTG2(4m/s), WTG3(4,5m/s) 68

Hình 2.29 Mô phỏng trạng thái lưới khi Kptmax _ gió yếu WTG2 (4m/s), WTG3 (4,5m/s) 69

Hình 2.30 Trạng thái lưới điện khi Kptmin = 30% _ không có WTG 70

Hình 2.31 Mô phỏng quá áp khi Kptmin _ gió mạnh WTG2 (9m/s), WTG3 (9m/s) 71

Hình 2.32 Mô phỏng trạng thái lưới Kptmin_ WTG hấp thu công suất Q để điều chỉnh giảm điện áp 71

Hình 3.1 Sơ đồ một sợi lưới điện trung thế Bắc Kạn lộ 371 và lộ 372 73

Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng bằng ETAP lưới điện chế độ Kptmax 75

Hình 3.3 a,b,c Mô phỏng lưới chế độ Kptmax – chưa có SHP và WTG 76

Hình 3.4 Cài đặt thông số turbine gió 84

Hình 3.5 Đặc tính WTG 84

Trang 12

Hình 3.6 Mô tả vị trí các trạm WTG 85 Hình 3.7 Mô hình lưới điện trạng thái Kptmin 92 Hình 3.8 Hình ảnh đại diện các SHP phát điện 96 Hình 3.9 Hình ảnh đại diện các WTG phát điệnHình ảnh đại diện các WTG phát

điện 96

Trang 13

MỞ ĐẦU

Hệ thống điện Việt Nam nói chung và lưới điện tại các tỉnh miền núi nói riêng được xây dựng và phát triển từng bước qua các nhiều giai đoạn nên tồn tại nhiều bất cập Trong đó hệ thống đường dây trung thế 35 kV và các trạm biến biến áp phân phối trải rộng trên một phạm vi lớn hàng ngàn ha, tổng chiều dài đường dây 35 trên

1 nghìn km, trong đó nhiều đường trục chính kể từ trạm biến áp nguồn 110kV đến điểm cuối xa nhất có chiều dài từ 100m đến 500km, nhiều nhánh rẽ trên 10 km Đặc điểm phụ tải có tính chất không ổn định, điều này dẫn đến một số bất cập sau:

- Ban ngày, vào những giờ cao điểm, hệ số phụ tải cao kptmax = (80÷90)% dẫn đến điện cuối đường dây suy giảm mạnh, ∆U ≈ -(6 ÷10)%

- Ban đêm, vào giờ thấp điểm phụ tải giảm nhiều, hệ số phụ tải thấp kptmin = (30÷40)% dẫn đến điện cuối đường dây tăng cao, ∆U ≈ +(6 ÷10)%

Mặt khác, trong những lưới điện trung thế miền núi thường có một số thủy điện nhỏ được kết nối tại phần cuối của đường dây Đối với thủy điện nhỏ cuối đường dây trung thế xét về ưu nhược điểm đều có tính chất hai mặt trái ngược:

- Ưu điểm: đóng vai trò nguồn phân tán có tác dụng cấp điện cho các phụ tải

xa nguồn chính, thu ngắn được bán kính cấp điện góp phần giảm tổn thất và nâng cao chất lượng điện áp,

- Nhược điểm: thủy điện nhỏ thường không có hồ hoặc hồ chứa không đủ lớn, phụ thuộc nhiều yếu tố (mùa nước, thủy lợi kết hợp, ) nên công suất phát cũng bị phụ thuộc, thậm trí phải tạm ngừng hoạt động một vài tháng trong thời gian mùa khô cạn hay khi thủy lợi huy động nguồn nước cho mùa vụ, Ngoài ra, về mặt kỹ thuật cũng bộc lộ một số nhược điểm Ví dụ: trường hợp khi thủy điện nhỏ cuối đường dây phát đủ công suất định mức xảy ra hiện tượng tăng áp đường dây 35 kV Thực tế, tại nhiều tỉnh miền núi (Hòa Bình, Lào Cai, Sơn La, Lai Châu, ) đã xảy ra hiện tượng tăng áp ∆U ≈ (10 ÷25)%, gây tác động xấu thiết bị và tăng tổn thất công suất Trong khi đó, Công ty Điện lực Bắc Kạn cũng quản lý vận hành lưới điện phân phối và hệ thống đường dây trung thế 35 kV có tính chất tương tự

Cho đến nay đã có một số giải pháp khắc phục nhưng không phụ hợp, hiệu quả đầu tư thấp, thậm trí phải tạm dừng không khai thác Điển hình trong số đó là:

- Giải pháp bù tụ điện tĩnh, lắp đặt cố định trên trên các đường dây trung thế 35

kV, 22kV và lắp đặt trên lưới hạ áp 0,4 kV có nhược điểm là bù không chính xác nhu cầu, gây quá áp khi phụ tải thấp về đêm

Trang 14

- Giải pháp bù có tự động điều chỉnh dung lượng bù kiểu SVC có nhược điểm

là phát sinh sóng hài lớn không thỏa mãn điều kiện IEEE 519-2014 standard, tổn thất lớn, giá thành cao

- Sử dụng máy biến áp phân phối có tự động điều chỉnh điện áp có hạn chế là chỉ có thể ổn định điện áp cục bộ cho phía hạ thế máy biến áp đó Trong khi đó lại gây sụt áp phần mạng điện phía sơ cấp máy biến áp Xét về bản chất của quá trình năng lượng là lấy tăng dòng điện phía trước để nâng điện áp phía sau của máy biến

áp, giả pháp này cần phải được phân tích đánh giá cho nhiều trạng thái lưới điện khác nhau để có được kết luận chính xác về hiệu quả áp dụng

Qua đây, Đề tài luận văn lựa chọn một nghiên cứu có tính khoa học và thực tiễn trên cơ sở hợp tác giữa Công ty Điện lực Bắc Kạn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên

Đề tài có tên gọi là:

“Nghiên cứu khắc phục những tồn tại trong vận hành 2 trạm thủy điện nhỏ Tà Làng, Nặm Cắt và lưới phân phối 35 KV lộ 371, 372 tỉnh Bắc Kạn”

Học viên thực hiện: Nguyễn Văn Hưng

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Ngô Đức Minh

Do đề tài có khối lượng lớn nên Giảng viên hướng dẫn chỉ định phần mô hình hóa lưới điện lộ 371 và lộ 372 trong phần mềm ETAP được thực hiện bởi 02 thành viên trong nhóm, cụ thể là:

- Nguyễn Văn Hưng: đặc trách mô hình hóa lộ 372

- Trần Thành Phương: đặc trách mô hình hóa lộ 371

Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã nhận được sự quan tâm

và hỗ trợ đặc biệt của Giám đốc Công ty điện lực Bắc Kạn và các phòng chức năng,

cụ thể trên các phương diện sau:

- Đề xuất hướng nghiên cứu, tính cấp thiết và mục tiêu đạt được

- Cung cấp số liệu, hồ sơ dữ liệu công trình

- Trao đổi và tư vấn trong quá trình thực hiện

Công cụ chính được áp dụng trong nghiên cứu đề tài này là phần mềm ETAP được cung cấp bởi Operation Technology, Inc(OTI) được thành lập từ năm 1986, chuyên cung cấp các giải pháp để phân tích hệ thống điện, mô phỏng, thiết kế, vận hành, kiểm soát, tối ưu hóa, và tự động hóa Hiện OTI đã cung cấp hơn 50.000 giấy phép ETAP được sử dụng trongcác dự án hệ thống điện trên khắp thế giới; Được áp

Trang 15

dụng tin cậy của hơn 100.000 công ty ở hơn 75 quốc gia tại các nhà máy điện, truyền tải, phân phối, công nghiệp, các lĩnh vực quy hoạch, thương mại, VV; Thực tế đã chứng minh được 100% các công ty thiết kế điện hàng đầu dựa trên ETAP; Sáng tạo độc quyền bằng sáng chế và danh mục đầu tư IP với nhiều đối tác Điểm nổi bật nhất của Etap là Real-Time, kiểm soát và điều khiển hệ thống trực tiếp theo thời gian thực nhằm tăng cường độ tin cậy, và vận hành hệ thống một cách tối ưu và tiết kiệm OTI

sở hữu một đội ngũ kỹ sư, chuyên gia giàu kinh nghiệm hàng đầu thế giới luôn tiếp cận những tiến bộ công nghệ mới nhất, hình 2

Giải pháp đề xuất của đề tài là:

- Điều khiển chế độ vận hành các thủy điện nhỏ thích ứng trong điều kiện trạng thái nguồn nước thay đổi theo mùa và phụ tải thay đổi theo giờ trong ngày;

- Bổ sung thiết bị bù máy phát điện turbine gió như những nguồn phân tán trong lưới

- Xác định được cơ sở cho các thủy điện nhỏ và máy phát turbine gió vận hành hợp lý, khai thác hiệu quả nguồn năng lượng tái tạo tại chỗ (thủy năng và phong năng)

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do điều kiện thời gian và giới hạn phạm vi nghiên cứu của một luận văn cao học, nên những kết quả đạt được và sự trình bày còn hạn chế, chưa thể đáp ứng đầy đủ những kỳ vọng Kính mong nhận được đóng góp của mọi người, đặc biệt là của Hội đồng bảo vệ luận văn tốt nghiệp thạc sỹ Để hoàn thành được bản luận văn này, Học viên và người hướng dẫn xin cám ơn sự giúp

đỡ đặc biệt của Công ty điện lực Bắc Kạn, cám ơn Nhà trường, cám ơn các tác giả của tài liệu tham khảo và cám ơn OTI đã cung cấp một công cụ đắc hiệu cho áp dụng trong trong luận văn

Trang 16

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN

VÀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH BẮC KẠN

1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia

Điện năng là một dạng năng lượng đặc biệt và rất phổ biến hiện nay, điện năng

có rất nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các dạng năng lượng khác như: dễ dàng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác với hiệu suất cao (cơ năng, nhiệt năng, hoá năng, quang năng ) Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện hay các trạm phát điện theo nhiều công nghệ khác nhau Quá trình sản xuất và sử dụng điện năng được thực hiện bởi một hệ thống điện như mô tả trên Hình 1.1Hình 1.1 Mô hình cấu trúc

hệ thống điện hoàn chỉnh [1] [2], bao gồm các hạng mục chính : sản xuất, truyển tải đến phân phối và tiêu thụ điện

Hình 1.1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh

Hoạt động của hệ thống điện có một số đặc điểm chính sau đây:

- Điện năng sản xuất ra nói chung, tại mọi thời điểm luôn phải bảo đảm cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất ra với lượng điện năng tiêu thụ, tích trữ và điện năng tổn thất trên các thiết bị truyền tải và phân phối điện

Trang 17

- Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh Ví dụ: sóng điện từ hay sóng sét lan truyền trên đường dây với tốc độ rất lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300.000 km /s), thời gian đóng cắt mạch điện, thời gian tác động của các bảo vệ thường xẩy ra dưới 0,5s

- Hoạt động điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều kĩnh vực xã hội và kinh tế quốc dân khác như: Luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, cơ khí, công nghiệp nhẹ, đô thị và dân dụng,

Một hệ thống điện quốc gia bao gồm rất nhiều các phần tử được kết nối với nhau theo nguyên lý của một mạch điện dựa trên cơ sở đảm bảo tính kỹ thuật và kinh

tế Tương ứng sơ đồ cấu trúc khối trên hình 1.1 [1] [3], có thể biểu diễn một hệ thống điện quốc gia dưới dạng sơ đồ một sợi (One Diagram), Hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ một sợi hệ thống điện

Để tiện lợi cho việc quản trị các hoạt động điện lực, cấu trúc của một hệ thống điện thường được chia thành 03 khối chính như mô tả trên Hình 1.3

Hình 1.3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện

Trang 18

1.1.1 Khối 1 - Các nhà máy điện

Khối các nhà máy điện được phân biệt thành hai loại Thứ nhất đó là các nhà máy điện công suất lớn bao gồm các trung tâm sản xuất điện lớn, các nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân, trạm thủy điện nhỏ công suất lớn (Pđm ≥ 30 MW) Thứ hai đó là các nguồn điện phân tán công suất nhỏ (Pđm  30 MW) Đặc điểm chính của mỗi dạng nhà nhà máy điện được mô tả khái quát như sau:

1.1.1.1 Nhà máy nhiệt điện

Đó là một dạng nhà máy điện kinh điển làm việc dựa trên nguyên lý hoạt động của một chu trình Rankine nhằm tạo ra cơ năng trên trục turbine truyền động cho máy phát điện Nguồn năng lượng sơ cấp có nhiều dạng khác nhau và do đó hình thành nhiều công nghệ phát điện khác nhau kèm theo tên gọi của nhà máy điện Điển hình là: Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, nhà máy nhiệt điện nguyên tử, nhà máy nhiệt điện

mặt trời, VV [1], [2]

 Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi:

Đó là một dạng nhà máy điện được ra đời sớm nhất và vẫn giữa vai trò rất quan

trọng trong hệ thống điện cho đến ngày nay Hình 1.4 mô tả cấu trúc cơ bản của một

nhà máy điện ngưng hơi

Hình 1.4 Mô hình cấu trúc cơ bản của một nhà máy điện ngưng hơi

Đặc điểm chính:

- Công suất: vừa và lớn, 100MW ≤ Pđm ≤ 1000MW

- Điểm kết nối trong hệ thống điện: Lưới siêu cao áp (Extra High Voltage)

- Năng lượng sơ cấp đầu vào: các dạng nhiên liệu hóa thạch: than đá, dầu FO, khí đốt (đang cạn kiệt dần)

- Đánh giá tác động môi trường: ảnh hưởng xấu

- Chế độ vận hành: ổn định, vận hành phần đáy của biều đồ năng lượng quốc gia

Trang 19

- Hiệu suất năng lượng vào/ra: thấp (≤50%)

 Nhà máy nhiệt điện nguyên tử:

Đó là một dạng nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng nguyên tử (hạt nhân)

Hình 1.5 mô tả cấu trúc cơ bản của một nhà máy điện nguyên tử

Hình 1.5 Mô hình cơ bản của một nhà máy điện nguyên tử

- Công suất: rất lớn, Pđm ≥ 1000MW

- Điểm kết nối trong hệ thống điện: Lưới siêu cao áp (Extra High Voltage)

- Năng lượng sơ cấp đầu vào: kim loại nặng cung cấp nhiệt năng cho boiler thông qua lò phản ứng hạt nhân

- Nhà máy có hoạt tính phóng xạ, đòi hỏi trình độ khoa học và công nghệ cao

- Đánh giá tác động môi trường: ảnh hưởng xấu, tiềm ẩn thảm họa cho con người

và môi trường

- Chế độ vận hành: ổn định, vận hành phần đáy của đồ thị năng lượng quốc gia

- Hiệu suất năng lượng vào/ra thấp (≤50%)

 Nhà máy nhiệt điện mặt trời:

đó là một dạng nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng tái tạo Hình 1.6 mô tả

cấu trúc cơ bản của một nhà máy điện mặt trời

Trang 20

Hình 1.6 Mô hình cơ bản của một nhà máy điện mặt trời

- Công suất: vừa, 10MW ≤ Pđm ≤ 500MW

- Điểm kết nối trong hệ thống điện: lưới cao áp (High Voltage)

- Năng lượng sơ cấp đầu vào: ánh sáng mặt trời được tập hợp bởi hệ thống các gương hội tụ cung cấp nhiệt năng cho boiler

- Đánh giá tác động môi trường: không gây ô nhiễm môi trường

- Chế độ vận hành: phụ thuộc cường độ bức xạ mặt trời trong ngày, thời tiết, khí hậu

 Một số dạng nhà máy nhiệt điện khác:

Dựa trên nguyên lý chung của nhà máy nhiệt điện, ngoài ba dạng nhà nhiệt điện chính kể trên còn phải kể đến một số dạng nhà máy nhiệt điện khác cũng khá phổ biến trong hệ thống điện, nhất là trong một vài năm gần đây Đó là:

- Nhà máy điện địa nhiệt

- Nhà máy nhiệt điện logo chạy bằng nhiên liệu phế thải hay khí ga Biomax

1.1.1.2 Trạm thủy điện nhỏ:

Đó là một dạng nhà máy điện rất phổ biến và đóng vai trò quan trong trong hệ thống điện, làm việc dựa trên nguyên lý biến đổi thủy năng thành cơ năng trên trục turbine truyền động cho máy phát điện Nguồn thủy năng được tạo ra theo nhiều phương thức khác nhau và do đó hình thành nhiều tên gọi khác nhau cho trạm thủy điện nhỏ

Trang 21

 Trạm thủy điện nhỏ kiểu đập:

Đó là những trạm thủy điện nhỏ có công suất lớn được xây dựng trên lưu vực của những con sông lớn, mô hình cấu trúc như trên hình 1.7

Hình 1.7 Mô hình cơ bản của một trạm thủy điện nhỏ kiểu đập

Đặc điểm chính của trạm thủy điện nhỏ kiểu đập:

- Công suất: lớn và rất lớn, có thể được phân loại như sau:

+ Thủy điện lớn và rất lớn, Pđm ≥ 100MW thuộc loại nguồn tập trung, kết nối với hệ thống điện tại cấp điện áp Uđm ≥ 220 kV (Extra High Voltage) + Thủy điện vừa, 30 MW ≤ Pđm ≤ 100MW được kết nối hệ thống điện tại cấp điện áp 22kV ≤ Uđm ≤ 110 kV (Midle Voltage & High Voltage)

- Năng lượng sơ cấp đầu vào: nguồn thủy năng được tạo ra bởi công trình đập ngăn giữa hồ thượng lưu và hồ hạ lưu hình thành cột áp công tác cho turbine

- Đánh giá tác động môi trường: chiếm dụng một vùng lãnh thổ rộng lớn dọc theo lưu vực con sông, tàn phá môi môi trường nghiêm trọng

- Chế độ vận hành: ổn định nhưng có phụ thuộc lượng mưa trong năm, thời tiết, khí hậu; vận hành phần giữa của đồ thị năng lượng quốc gia

- Hiệu suất năng lượng cao

 Thủy điện nhỏ:

Đó là những công trình thủy điện có quy mô nhỏ và rất nhỏ được xây dựng dựa trên tận dụng nguồn nước của những dòng chảy nhỏ Hình 1.8 mô tả cấu trúc của một công trình thủy điện nhỏ

Trang 22

Hình 1.8 Mô hình khai thác thủy điện nhỏ

Đặc điểm chính của thủy điện nhỏ:

- Công suất: nhỏ và siêu nhỏ, có thể được phân loại như sau:

+ Thủy điện nhỏ: có dải công suất 1 MW ≤ Pđm ≤ 30MW, kết nối với lưới phân phối điện điện áp 22kV ≤ Uđm ≤ 35kV (Midle Voltage)

+ Thủy điện siêu nhỏ: có dải công suất 0,01MW ≤ Pđm ≤ 1MW, kết nối với lưới phân phối điện điện áp Uđm ≤ 1kV (Low Voltage)

- Đánh giá tác động môi trường: có ảnh hưởng tốt đến bảo vệ môi môi trường

- Chế độ vận hành: không ổn định, phụ thuộc đặc điểm riêng từng khu vực Ngoài ra còn có nhiều dạng trạm thủy điện nhỏ khác có công suất nhỏ từ một vài chục kW đến vài chục MW Đó là: thủy điện nhỏ kiểu kênh dẫn hở hay đường ống dẫn kín, thủy điện đại dương, VV Thủy điện nhỏ đóng vai trò nguồn phân tán, được kết nối trong mạng điện phân phối

1.1.1.3 Nguồn điện pin mặt trời

Hình 1.9 giới thiệu một mô hình nhà máy phát điện pin mặt trời

Hình 1.9 Mô hình nhà máy điện pin mặt trời

Đó là một dạng nguồn điện được phát triển mạnh trong thời gian gần đây, đầu thế kỷ 21 Tại những nơi có tiềm năng bức xạ mặt trời cao, tổ hợp các tấm pin mặt trời được thiết lập nhằm biến đổi quang năng của bức xạ mặt trời thành điện năng

Trang 23

- Hoạt động phụ thuộc cường độ bức xạ mặt trời trong ngày, thời tiết, khí hậu

1.1.1.4 Nguồn điện turbine gió

Đây là một dạng nguồn phát điện được phát triển mạnh trong thời gian gần đây, cuối thế kỷ 20 Tại những nơi có tiềm năng gió cao, những cánh đồng máy phát điện turbine gió được thiết lập nhằm biến đổi năng lượng gió thành điện năng Hình 1.7a,b giới thiệu một máy phát điện turbine gió và một cánh đồng máy phát điện turbine gió

Hình 1.10 Mô hình nguồn phát điện turbine gió

- Công suất của một nguồn phát điện turbine gió rất đa dạng, từ nhỏ đến lớn, có thể được phân loại như sau:

- được phân loại như sau:

+ Công suất lớn, Pđm >100MW thuộc loại nguồn tập trung, kết nối với hệ thống điện tại lưới siêu cao áp (Extra High Voltage & High Voltage)

Trang 24

+ Công suất vừa, 1 MW ≤ Pđm ≤ 100MW, kết nối với hệ thống điện tại lưới cao áp (Low Voltage & Midle Voltage)

+ Công suất nhỏ và siêu nhỏ Pđm ≤ 1MW, kết nối với hệ thống điện tại lưới hạ áp Uđm ≤ 0,4 kV (Low Voltage)

- Năng lượng sơ cấp đầu vào là ánh sáng mặt trời được biến đổi thành điện năng một chiều bởi các dàn pin mặt trời, sau đó biến đổi thành điện xoay chiều nhờ các bộ Invertor (DC/AC) thích hợp

- Hoạt động phụ thuộc cường độ bức xạ mặt trời trong ngày, thời tiết, khí hậu

1.1.2 Khối 2 - Hệ thống truyền tải

Hệ thống truyền tải (Transmission, Subtransmisstion), đó là hệ thống các trạm biến áp và các đường dây tải điện có nhiệm vụ chính là truyền tải công suất giữa các trạm biến áp, không trực tiếp kết nối với phụ tải tiêu thụ điện Trong khối này lại được chia thành hai khối con, đó là [4], [5]:

- Khối truyền tải siêu cao áp (EHV transmission): bao gồm hệ thống các trạm biến áp và đường dây có điện áp xoay chiều định mức Uđm ≥ 220 kV Một số nước tân tiến có sử dụng đường dây truyền tải siêu cao áp một chiều HVDC

- Khối truyền tải cao áp (HV transmission): bao gồm hệ thống các trạm biến áp

và đường dây có điện áp xoay chiều định mức 22 kV ≤ Uđm ≤ 110 kV

1.1.3 Khối 3 - Hệ thống phân phối điện (Electric distribution system)

1.1.3.1 Cấu trúc hệ thống

Trước đây ở Việt Nam, phạm vi của hệ thống phân phối điện chỉ bao gồm các trạm biến áp và đường dây được tính từ phía thứ cấp trạm biến áp 110 kV trở về đến các phụ tải tiêu thụ điện Ngày nay, kể từ 01/11/2018, EVN đã có quy định mới: hệ thống phân phối điện được mở rộng thêm về phía cao áp đến thứ cấp của trạm biến

áp 220 kV Đây là một hướng hội nhập quốc tế Trên cơ sở mô hình tổng quát của hệ thống điện quốc gia hình 1.1 và hình 1.2, cấu trúc một hệ thống phân phối điện có thể được bóc tách dưới dạng sơ đồ một sợi như trên hình 1.11

Trang 25

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối

Theo cấu trúc này, hệ thống phân phối điện lại có thể được phân chia thành các

hệ thống phân phối con dựa trên điện áp định mức làm căn cứ:

- Hệ thống phân phối điện cao thế 110 kV (High Voltage): bao gồm toàn bộ đường dây và các trạm biến áp 110 kV đóng vai trò trung gian (Sup transmision line) hay (Transmision line) để cung cấp điện cho các trạm biến

áp khu vực (Zone Suptation) Đối với các phụ tải lớn như các nhà máy lớn hay các khu công nghiệp có sức tiêu thụ điện cao, có thể được kết nối trực tiếp với hệ thống truyền tải con 110 kV

- Hệ thống phân phối điện trung thế (Middle Voltage): bao gồm hệ thống các đường dây trung thế (22 kV, 35 kV) và các trạm biến áp phân phối hạ áp cung cấp điện cho lưới phân phối hạ thế (Low voltage)

Trang 26

- Hệ thống phân phối điện hạ thế thế (Low Voltage): bao gồm hệ thống các trạm biến áp phân phối và đường dây hạ thế (0,4 kV) cung cấp cho các phụ tải là điểm cuối cùng của hệ thống điện

1.2.3.2 Các dạng nguồn điện công suất nhỏ trong hệ thống phân phối điện

Hiện nay, trong lưới phân phối điện không chỉ có một loại nguồn cung cấp từ phía lưới điện quốc gia mà còn có thêm các nguồn phân tán Chính vì vậy cấu trúc lưới được thay đổi căn bản, phân bố công suất không chỉ theo một hướng (one way) như trước đây mà là nhiều hướng, thậm chí luôn thay đổi cả về độ lớn và hướng công suất

 Nguồn chính: nguồn chính cung cấp điện cho lưới cho lưới phân phối được chỉ định từ lưới điện quốc gia được quy đổi về cấp điện áp trung thế cao nhất của lưới phân phối Trên sơ đồ nguyên lý một sợi (one line diagram) nguồn có thể được biểu diễn bởi một thanh cái (Bus)

Các thông số cơ bản của nguồn bao gồm:

 Nguồn phân tán (DG): trong lưới phân phối còn có các nguồn phân tán khác, điển hình là:

1- Nguồn pin mặt trời: đó là các tổ hợp pin mặt trời kết hợp với biến tần DC/AC

và máy biến áp tạo ra một nguồn cung cấp điện kết nối với lưới phân phối 2- Nguồn thủy điện nhỏ: đó là thủy điện nhỏ địa phương kết nối trực tiếp với lưới điện phân phối

3- Nguồn máy phát điện sức gió: đó là turbine gió công suất nhỏ, có thể là đơn chiếc hay tổ hợp nhiều chiếc (Wind Farm) kết nối với lưới phân phối

4- Nguồn máy phát diesel: loại nguồn này chủ yếu đóng vai trò dự phòng và không thể thiếu được đối với các hộ dùng điện đòi hỏi cao về chất lượng điện năng cung cấp như: những nhà máy hay phân xưởng sản xuất áp dụng công nghệ hiện đại, khách sạn, bệnh viện , nhà cao tầng,VV

Trang 27

5- Kho điện (battery) kết hợp với biến tần DC/AC/DC: Loại nguồn này cũng đang được khuyến khích phát triển với vai trò nguồn dự phòng hoặc ứng dụng cho các giải pháp điều phối năng lượng hữu ích

1.1.3.2 Phân loại thiết bị dùng điện trong hệ thống phân phối điện:

Điện năng là động lực chính của các hoạt động sản xuất và đời sống sinh hoạt của con người nên các thiết bị dùng điện là rất đa dạng, phong phú, chúng có thể phân loại theo nhiều cách như sau:

 Phân loại theo điện áp định mức của thiết bị:

- Các thiết bị hạ áp là các thiết bị điện có điện áp định mức Uđm < 1000V

- Các thiết bị điện cao áp là các thiết bị điện có điện áp định mức Uđm > 1000V Các thiết bị có công suất lớn, Pđm > 100kW thường được chế tạo với cấp điện áp cao Uđm > 1000V

 Phân loại theo theo tần số:

- Thiết bị điện có tần số công nghiệp (50Hz)

- Thiết bị điện có tần số khác tần số công nghiệp

Hiện nay ở ta các nguồn điện 3 pha đều sử dụng tần số công nghiệp 50Hz Đối với các thiết bị có tần số khác tần số công nghiệp thì phải có thiết bị biến đổi

Vì vậy, đối với cung cấp điện thì ta coi bộ biến đổi như một thiết bị dùng điện xoay chiều tần số công nghiệp bình thường và việc tính toán cung cấp điện cho thiết bị tần số khác tần số công nghiệp được quy về việc tính toán cung cấp điện cho thiết bị biến đổi

 Phân loại theo nguồn cung cấp:

- Thiết bị điện xoay chiều ba pha và một pha

- Thiết bị điện một chiều

 Phân loại theo chế độ làm việc:

- Thiết bị điện làm việc theo chế độ dài hạn

- Thiết bị điện làm việc theo chế độ ngắn hạn

- Thiết bị điện làm việc theo chế độ ngắn hạn lặp lại

 Phân loại theo vị trí lắp đặt:

- Thiết bị điện lắp đặt cố định, di động

- Thiết bị điện lắp đặt trong nhà, ngoài trời

- Thiết bị điện lắp đặt ở những điều kiện đặc biệt như nóng, ẩm, bụi, có hơi và khí ăn mòn, có khí và bụi nổ

Trang 28

1.2.3.4 Những hộ phụ tải điện điển hình và yêu cầu cung cấp điện

Tùy theo công nghệ hay mục đích sử dụng, mỗi loại thiết bị dùng điện phải có những tính năng đảm bảo đáp ứng được những yêu cầu đặt ra Vì thế chúng đòi hỏi phải được cung cấp điện một cách phù hợp, thỏa mãn các tiêu chuẩn quy định chung

và quy định riêng cho những trường hợp đặc biệt Sơ bộ, các thiết bị dùng điện được phân loại như sau:

Các thiết bị dùng điện đều có thể gọi chung là phụ tải điện hay hộ phụ tải Khái niệm về hộ phụ tải có tính chất tương đối, một hộ phụ tải có thể là một nhóm máy hay một phân xưởng, nhà máy xí nghiệp, các căn hộ, dẫy phố hay nhà cao tầng,VV Đôi khi, một thiết bị cũng có thể được coi như một hộ phụ tải Trong thực tế, hộ phụ tải thường được nhóm (grouping) theo đặc điểm của thiết bị dùng điện hay nhóm theo

vị trí, khu vực,VV

 Hộ phụ tải dạng nhà máy xí nghiệp công nghiệp:

Đối với nhà máy, xí nghiệp công nghiệp có quy mô nhỏ có thể chỉ có một trạm biến áp phân phối Trong khi đó một xí nghiệp công nghiệp lớn, có nhiều phân xưởng sản xuất, mỗi phân xưởng có thể được cung cấp điện bởi một hay nhiều trạm biến áp phân phối

Trong một phân xưởng bao gồm nhiều máy sản xuất thường được chia thành nhiều nhóm máy Mỗi nhóm máy được cung cấp điện bởi một tủ điện (tủ động lực), các tủ động lực được cung cấp điện bởi một tủ điện tổng (tủ phân phối trung gian) Các máy sản xuất (thiết bị điện) trong phân xưởng gồm những loại chính sau:

 Máy sản xuất cơ khí dùng động cơ điện :

Động cơ điện là thiết bị chiếm hơn 70% tổng các thiết bị sử dụng điện trong công nghiệp, chúng có nhiều kiểu loại khác nhau :

- Động cơ công suất lớn : là các động cơ xoay chiều 3 pha làm việc dài hạn

- Động cơ công suất vừa và nhỏ : bao gồm cả các động cơ xoay chiều 3 pha và động cơ một chiều

 Lò điện và các loại thiết bị gia công nhiệt khác :

Trong công nghiệp thường dùng các loại lò sau đây: Lò điện trở, lò cảm ứng, lò

hồ quang, lò hỗn hợp (hồ quang - điện trở)

Trang 29

- Lò điện trở: Lò điện trở có hai loại: đốt nóng trực tiếp và gián tiếp Công suất của lò có thể từ hàng trăm đến hàng ngàn kW, điện áp định mức thường nhỏ hơn 1000V, tần số 50 Hz dùng điện 1 pha hoặc 3 pha Hệ số công suất của loại lò đốt nóng gián tiếp phần lớn bằng 1

- Lò cảm ứng: Lò cảm ứng có 2 loại: Loại lò có lõi thép thường dùng dòng điện xoay chiều tần số 50Hz, điện áp (220380) V Công suất có thể đạt tới 2000kVA,

hệ số công suất khoảng (0,20,8), thường được dùng để luyện kim loại màu Loại lò không có lõi thép cũng dùng nguồn điện như trên hoặc dùng nguồn điện có tần số cao hơn khoảng (5001000) Hz Công suất có thể đạt tới 4500kVA, hệ số công suất rất thấp khoảng (0,050,25), thường dùng để luyện thép đặc biệt hoặc kim loại màu

- Lò hồ quang: Lò hồ quang có hai loại: Đốt nóng trực tiếp và gián tiếp Được cung cấp từ nguồn điện cao áp qua máy biến áp hạ áp Lò hồ quang ba pha công suất

có thể đạt tới 4500kVA, hệ số công suất khoảng (0,80,9) Trong quá trình vận hành thường xẩy ra tình trạng ngắn mạch làm việc khi nguyên liệu chạm vào điện cực Dòng điện ngắn mạch làm việc có thể lên tới (2,53,5) lần dòng điện định mức của lò Đây là đặc điểm hết sức lưu ý cho thiết kế trạm biến áp phân xưởng và trạm biến áp trung gian

- Máy hàn điện: Có nhiều cách phân loại máy hàn điện Theo nguồn cung cấp thường chia ra loại máy hàn dùng dòng điện xoay chiều và loại máy hàn dùng dòng điện một chiều Theo nguyên lý hàn chia ra loại hàn hồ quang và loại hàn tiếp xúc Theo cách làm việc chia ra loại máy hàn tay và máy hàn tự động Máy hàn điện một chiều thường là một tổ máy gồm động cơ ba pha xoay chiều quay máy phát điện một chiều Hệ số công suất lúc làm việc định mức là (0,70,8), lúc không tải khoảng 0,4 Máy hàn điện xoay chiều thường là các máy biến áp hàn một pha, tần số 50 Hz, làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại Hệ số công suất của máy hàn hồ quang là (0,330,45), của máy hàn tiếp xúc là (0,40,7) Điện áp cung cấp cho chúng thường

là 380/220V Đặc biệt, có máy hàn cao tần trong các dây truyền sản xuất ống thép có công suất lớn và rất lớn hàng trăm kW đến hàng nghìn kW là một tổ hớp các thiết bị gồm máy biến áp chỉnh lưu, bộ biến đổi AC/DC, bộ tạo dao động tần số cao (150 – 600)MHz và máy biến áp xung

Trang 30

- Thiết bị chiếu sáng: Thiết bị chiếu sáng thường là loại thiết bị một pha, công suất của mỗi thiết bị chiếu sáng không lớn, thường từ (101000) W Điện áp cung cấp thường là (220, 127) V, tần số 50Hz Đặc điểm đồ thị phụ tải của loại thiết bị này là bằng phẳng, phụ thuộc vào chế độ làm việc của xí nghiệp (một ca, hai ca hoặc ba ca) Hệ số công suất của đèn dây tóc là 1, của đèn huỳnh quang là khoảng 0,6

 Phụ tải đô thị, dân sinh:

Phụ tải đô thị được kể đến là các thiết bị dùng điện trong văn phòng công sở, trong căn hộ dân sinh như các máy điều hòa không khí, tủ lạnh, bình gia nhiệt, bếp điện, máy tính, máy in, đèn chiếu sáng,VV Các thiết bị này có công suất nhỏ từ vài chục W đến và KW Cá biệt cũng có thiết bị công suất lớn hơn đến vài chục kW Mặc

dù vậy, đối với các nhà cao tầng thì tổng phụ tải của cả tòa nhà cũng rất lớn, đến hàng

MW, hay những dãy phố cũng vậy Việc thiết kế cung cấp điện cho phụ tải dạng này phải được nghiên cứu kỹ lưỡng, đáp ứng được những yêu cầu theo từng trường hợp

cụ thể

 Kho lưu trữ điện :

Ngày nay, trong su hướng thông minh hóa đô thị và lưới điện phân phối, các kho lưu trữ điện được phát triển mạnh Đó là các trạm biến đổi AV/DC phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau như: Nạp điện cho các kho Batteries nhằm cải thiện đồ thị phụ tải ngày, nạp điện cho các tụ điện thương mại phân phối cho các hộ dân cư dùng điện pin mặt trời, trạm cấp năng lượng các phương tiện giao thông dùng điện một chiều Các phụ tải dạng này có công suất từ một vài kW đến hành MW Năm 2018, hãng Tesla đã xây dựng trạm nạp điện cho Ôtô công suất đến hàng 3MW tại Califonia

và Trung Quốc

Tóm lại, các phụ tải trong hệ thống phân phối điện có thể được mô tả thông qua

mô hình trên hình 1.12 [1] [6]

Trang 31

Hình 1.12 Mô hình hệ thống phân phối điện và các dạng phụ tải điển hình 1.2 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống phân phối điện

Để đánh giá chất lượng điện năng trong cung cấp cho các hộ tiêu thụ, các cấp quản lý ngành điện áp dụng các chỉ tiêu cơ bản dựa trên tiêu chuẩn IEC và TCVN quy định [6] Cụ thể, trong phạm vi đề tài này quan tâm đến đến một số chỉ tiêu cơ bản sau đây:

 Một số quy định hành chính :

 Đơn vị truyền tải điện: là đơn vị điện lực được cấp phép hoạt động điện lực trong lĩnh vực truyền tải điện, có trách nhiệm quản lý vận hành lưới điện truyền tải quốc gia

 Hệ thống điện phân phối: là hệ thống điện bao gồm lưới điện phân phối và các nhà máy điện đấu nối vào lưới điện phân phối

 Lưới điện phân phối: là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm điện

có cấp điện áp đến 110 kV

 Lưới điện truyền tải: là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm điện

có cấp điện áp trên 110 kV

Trang 32

 Ngày điển hình: là ngày được chọn có chế độ tiêu thụ điện điển hình của phụ tải điện theo Quy định nội dung, phương pháp, trình tự và thủ tục nghiên cứu phụ tải điện do Bộ Công Thương ban hành Ngày điển hình bao gồm ngày điển hình của ngày làm việc, ngày cuối tuần, ngày lễ (nếu có) cho năm, tháng và tuần

 Sóng hài: là sóng điện áp và dòng điện hình sin có tần số là bội số của tần số

cơ bản

 Tiêu chuẩn IEC: là tiêu chuẩn về kỹ thuật điện do Ủy ban Kỹ thuật điện quốc

tế ban hành

 Trạm điện: là trạm biến áp, trạm cắt hoặc trạm bù

 Trung tâm điều khiển: là trung tâm được trang bị hệ thống cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin, viễn thông để có thể giám sát, điều khiển từ xa một nhóm nhà máy điện, nhóm trạm điện hoặc các thiết bị đóng cắt trên lưới điện

 Một số quy định về kỹ thuật :

 Tần số :

Tần số danh định trong hệ thống điện quốc gia là 50 Hz Trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ± 0,2 Hz so với tần số danh định Trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ± 0,5 Hz so với tần số danh định

a) Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là ± 05 %;

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

- Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn định sau sự cố, cho phép mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện bị ảnh hưởng trực tiếp do sự cố trong khoảng + 05 % và - 10 % so với điện áp danh định

- Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự

cố, cho phép mức dao động điện áp trong khoảng ± 10 % so với điện áp danh định

- Trường hợp khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có yêu cầu chất lượng điện áp cao hơn so với quy định tại Khoản 2 Điều này, khách hàng sử dụng lưới điện

Trang 33

phân phối có thể thỏa thuận với Đơn vị phân phối điện hoặc Đơn vị phân phối và bán

Trong đó:

a) THD: Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp;

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

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

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong Bảng 1 như sau:

Bảng 1.1 Độ biến dạng sóng hài điện áp

Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ

Cho phép đỉnh nhọn điện áp bất thường trên lưới điện phân phối trong thời gian ngắn vượt quá tổng mức biến dạng sóng hài quy định tại Khoản 2 Điều này nhưng không được gây hư hỏng thiết bị của lưới điện phân phối

 Nhấp nháy điện áp:

- Trong điều kiện vận hành bình thường, mức nhấp nháy điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong Bảng 2 như sau:

Trang 34

- Mức nhấp nháy điện áp ngắn hạn (Pst) là giá trị đo được trong khoảng thời gian 10 phút bằng thiết bị đo tiêu chuẩn theo IEC868 Pst95% là ngưỡng giá trị của Pst sao cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất một tuần) và 95 % số vị trí đo Pst không vượt quá giá trị này;

- Mức nhấp nháy điện áp dài hạn (Plt) được tính từ 12 kết quả đo Pst liên tiếp (trong khoảng thời gian 02 giờ), theo công thức:

- Plt 95% là ngưỡng giá trị của Plt sao cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất 01 tuần) và 95 % số vị trí đo Plt không vượt quá giá trị này

- Tại điểm đấu nối trung và hạ áp, mức nhấp nháy ngắn hạn (Pst) không được vượt quá 0,9 và mức nhấp nháy dài hạn (Plt) không được vượt quá 0,7 theo tiêu chuẩn IEC1000-3-7

 Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố:

- Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố của bảo

vệ chính được quy định trong bảng 1.3 như sau:

Trang 35

Bảng 1.3 Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố

Điện áp

Dòng ngắn mạch lớn nhất (kA)

Thời gian tối đa loại trừ sự cố của bảo vệ chính (ms)

Thời gian chịu đựng tối thiểu của

thiết bị (s)

Áp dụng tới ngày 31/12/2017

Áp dụng từ ngày 01/01/2018

- Đối với lưới điện trung áp cấp cho khu đô thị có mật độ dân cư đông và đường dây có nhiều phân đoạn, khó phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị đóng cắt trên lưới điện, cho phép thời gian loại trừ sự cố của bảo vệ chính tại một số vị trí đóng cắt lớn hơn giá trị quy định tại Khoản 1 Điều này nhưng phải nhỏ hơn 0,1 giây (s) và phải đảm bảo an toàn cho thiết bị và lưới điện

- Đơn vị phân phối điện phải thông báo giá trị dòng ngắn mạch cực đại cho phép tại điểm đấu nối để Khách hàng lớn sử dụng lưới điện phân phối phối hợp trong quá trình đầu tư, lắp đặt thiết bị

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)

0,6 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)

Trang 36

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

 Hệ số sự cố chạm đất:

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

 Các chỉ số về độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối:

Các chỉ số về độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối bao gồm: a) Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối (System Average Interruption Duration Index - SAIDI);

b) Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối (System Average Interruption Frequency Index - SAIFI);

c) Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối (Momentary Average Interruption Frequency Index - MAIFI)

Các chỉ số về độ tin cậy của lưới điện phân phối được tính toán như sau:

a) SAIDI được tính bằng tổng số thời gian mất điện kéo dài trên 05 phút của Khách hàng sử dụng điện và Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện chia cho tổng số Khách hàng sử dụng điện và Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện, xác định theo công thức sau:

- n: Tổng số lần mất điện kéo dài trên 05 phút trong tháng t thuộc phạm vi cung cấp điện của Đơn vị phân phối điện;

Trang 37

- Kt: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện trong tháng t;

- SAIDIt (phút): Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối trong tháng t;

- SAIDIy (phút): Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối trong năm y

b) SAIFI được tính bằng tổng số lượt Khách hàng sử dụng điện và Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện bị mất điện kéo dài trên 05 phút chia cho tổng số Khách hàng sử dụng điện và Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện, xác định theo công thức sau:

- Kt: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện trong tháng t;

- SAIFIt: Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối trong tháng t;

- SAIFIy: Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối trong năm

c) MAIFI được tính bằng tổng số lượt Khách hàng sử dụng điện và Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện bị mất điện thoáng qua (thời gian mất điện kéo dài từ 05 phút trở xuống) chia cho tổng số Khách hàng sử dụng điện và Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện, xác định theo công thức sau:

Trang 38

Trong đó:

- n: Tổng số lần mất điện thoáng qua trong tháng t thuộc phạm vi cung cấp điện

của Đơn vị phân phối điện;

- Ki: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện bị ảnh hưởng bởi lần mất điện thoáng qua thứ i trong tháng t;

- Kt: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện trong tháng t;

- MAIFIt: Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối trong tháng t;

- MAIFIy: Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối trong năm y

 Các bộ chỉ số độ tin cậy cung cấp điện:

- Độ tin cậy cung cấp điện được thống kê và đánh giá qua hai bộ chỉ số bao gồm

“Độ tin cậy cung cấp điện toàn phần” và “Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối” Mỗi bộ chỉ số độ tin cậy cung cấp điện bao gồm 03 chỉ số SAIDI, SAIFI

và MAIFI được xác định theo quy định tại Điều 12 Thông tư Số 39_TT_BCT_2015

- Bộ chỉ số “Độ tin cậy cung cấp điện toàn phần” được sử dụng để đánh giá chất

lượng cung cấp điện cho khách hàng mua điện của Đơn vị phân phối điện và được tính toán theo quy định tại Điều 12 Thông tư Số 39_TT_BCT_2015 khi không xét các trường hợp ngừng cung cấp điện do các nguyên nhân sau:

a) Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối đề nghị cắt điện;

b) Thiết bị của Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối không đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, an toàn điện để được khôi phục cung cấp điện;

c) Do sự cố thiết bị của Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối;

d) Do các sự kiện bất khả kháng, ngoài khả năng kiểm soát của Đơn vị phân phối điện hoặc do Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối điện vi phạm quy

Trang 39

định của pháp luật theo Quy định điều kiện, trình tự ngừng, giảm mức cung cấp điện do Bộ Công Thương ban hành

- Bộ chỉ số “Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối” là một trong các

chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá hiệu quả hoạt động của Đơn vị phân phối điện được tính toán theo quy định tại Điều 12 Thông tư Số 39_TT_BCT_2015 khi không xét các trường hợp ngừng cung cấp điện do các nguyên nhân sau:

a) Các trường hợp được quy định tại Khoản 2 Điều này;

b) Do mất điện từ hệ thống điện truyền tải;

c) Sa thải phụ tải theo lệnh điều độ của Cấp điều độ có quyền điều khiển; d) Cắt điện khi xét thấy có khả năng gây mất an toàn nghiêm trọng đối với con người và thiết bị trong quá trình vận hành hệ

thống điện

 Tổn thất điện năng của lưới điện phân phối:

Tổn thất điện năng của lưới điện phân phối bao gồm:

- Tổn thất điện năng kỹ thuật là tổn thất điện năng gây ra do bản chất vật lý của

đường dây dẫn điện, trang thiết bị điện trên lưới điện phân phối

- Tổn thất điện năng phi kỹ thuật là tổn thất điện năng do ảnh hưởng của các

yếu tố trong quá trình quản lý kinh doanh điện mà không phải do bản chất vật lý của đường dây dẫn điện, trang thiết bị điện trên lưới điện phân phối gây ra

1.3 Đặc điểm lưới điện trung thế bắc kạn và hướng nghiên cứu của đề tài

1.3.1 Đặc điểm địa giới hành chính tỉnh Bắc Kạn

Bắc Kạn là một tỉnh thuộc vùng Đông Bắc Bộ, Việt Nam, có tỉnh lỵ là thành phố Bắc Kạn, cách thủ đô Hà Nội 160 km Bắc Kạn được có 8 đơn vị hành chính, bao gồm: thành phố bắc kạn và các huyện Pác Nặm, Na Rì, Ngân Sơn, Ba Bể, Bạch Thông, Chợ Mới, Chợ Đồn Bắc Kạn là một tỉnh miền núi cao, địa hình bị chi phối bởi những dãy núi vòng cung quay lưng về phía đông xen lẫn với những thung lũng Bắc Kạn có thể phân thành 3 vùng như sau:

 Vùng phía Tây và Tây Bắc: bao gồm các mạch núi thuộc khu vực huyện Chợ Đồn, Pác Nặm, Ba Bể chạy theo hướng vòng cung Tây Bắc – Đông Nam, định ra hướng của hệ thống dòng chảy lưu vực sông Cầu Dãy núi cao nhất là Phia Bóoc – 1578m

 Vùng phía Đông và Đông Bắc: hệ thống núi thuộc cánh cung Ngân Sơn chạy theo hướng Bắc – Nam, mở rộng thung lũng về phía Đông Bắc

Trang 40

 Vùng trung tâm: vùng địa hình thấp, kẹp giữa một bên là dãy núi cao thuộc cánh cung sông Gâm ở phía Tây, với một bên là cánh cung Ngân Sơn ở phía Đông

Địa giới hành chính tỉnh Bắc Kạn được thể hiện rõ trên bản đồ hình 2.7, [7]

Hình 1.13 Bản đồ hành chính tỉnh Bắc Kạn

 Phía bắc giáp tỉnh Cao Bằng

 Phía đông giáp tỉnh Lạng Sơn

 Phía nam giáp tỉnh Thái Nguyên

Định dạng
Số trang	117
Dung lượng	6,76 MB