Phân tích ngắn mạch và nghiên cứu bảo vệ rơle khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối

Phân tích ngắn mạch và nghiên cứu bảo vệ rơle khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối Phân tích ngắn mạch và nghiên cứu bảo vệ rơle khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC PHÂN TÍCH NGẮN MẠCH VÀ NGHIÊN CỨU BẢO VỆ RƠLE KHI ĐẤU NỐI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN VÀO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ: NGƠ CHÍ TRUNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS TRẦN BÁCH HÀ NỘI – 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố Tác giả Ngơ Chí Trung Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Trong lưới điện phân phối giới ngày nay, xuất ngày nhiều nguồn điện phân tán kết nối vào (nguồn điện có công suất nhỏ) Tỷ trọng điện phát từ nguồn điện phân tán ngày lớn, tốc đọ tăng tăng đặc biệt nhanh năm gần Vì vậy, đầu tư cho nghiên cứu, chế tạo nguồn điện phân tán nghiên cứu việc kết nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối tăng theo hàm mũ năm trở lại Việt Nam khơng nằm ngồi xu đó, với đặc điểm nhiều sơng ngịi trả theo chiều dài đất nước, nên ngày có nhiều thủy điện nhỏ kết nối vào lưới điện phân phối ba miền: Bắc, Trung Nam Ngoài ra, nước ta tiến hành khảo sát để tiến đến xây dựng nhà máy điện sử dụng lượng tái tạo Tuy nhiên, xuất nguồn điện phân tán lưới điện phân phối không tạo vấn đề lưới điện phân phối Nguyên nhân vấn đề việc lưới điện phân phối thiết kế lưới điện thụ động, nghĩa lưới điện thiết kế giả thiết bao gồm phụ tải điện, khơng có nguồn điện kết nối vào Nếu có nhiều nguồn điện phân tán kết nối vào lưới điện dẫn đến chế độ vận hành không cho phép gây hư hỏng cho thiết bị điện lưới điện phân phối Các tác động lớn nguồn điện phân tán đến lưới điện phân phối tác động đến dòng điện cố ngắn mạch lưới điện phân phối hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối Vì ta cần phải nghiên cứu tìm hiểu để nhận biết đề giải pháp nhằm giải vấn đề để kết nối cách tốt nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối (gây tác động không đáng lưới điện phân phối) Luận văn nhằm vào hai mục đích Trước có nguồn điện phân tán kết nối vào lưới điện phân phối, cố ngắn mạch lưới điện phân phối tính tốn theo tiêu chuẩn IEC 60 909 Sau có nguồn điện phân tán, ta cần có điều chỉnh định để tiếp tục tính tốn cố ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60 909 Do đó, mục đích thứ luận văn đưa cách thức tính Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học toán ngắn mạch lưới điện phân phối có nguồn điện phân tán kết nối vào theo tiêu chuẩn IEC 60 909, sau tiến hành lập trình phần mềm tính tốn ngắn mạch dựa lý thuyết trình bày Mục đích thứ hai luận văn, tác động nguồn điện phân tán đến hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối nguồn điện phân tán kết nối vào lưới điện phân phối Ý nghĩa khoa học luận văn: Ngày có nhiều nguồn điện phân tán (phần lớn thủy điện nhỏ) kết nối vào lưới điện phân phối hệ thống điện Việt Nam Việc phân tích ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến lưới điện phân phối làm sáng tỏ tác động nguồn điện phân tán đến lưới điện phân phối Các nghiên cứu luận văn giúp hạn chế tác động tiêu cực nguồn điện phân tán đến lưới điện phân phối kết nối vào lưới điện phân phối tính tốn thiết kế vận hành Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN Hiện nguồn điện phân tán hiểu cách sơ lược để nguồn điện có quy mô nhỏ, rõ ràng khái niệm hệ thống điện nay, ý tưởng đằng sau khái niệm nguồn điện phân tán lại không chút Trong ngày đầu trình phát hệ thống điện, nguồn hệ thống điện chủ yếu nguồn điện nhỏ Những nhà máy điện phát điện cho khách hàng vùng lân cận nhà máy Những lưới điện lưới điện chiều điện áp lưới điện bị giới hạn với điện áp phát máy phát chưa có máy biến áp nâng áp dòng điện xoay chiều Ngoài khoảng cách truyền tải bị giới hạn tổn thất điện áp đường dây, nhà máy điện cung cấp điện cho vùng phụ tải xung quang nhà máy mà truyền tải xa Để đáp ứng cho nhu cầu phụ tải thay đổi ngày người ta sử dụng thiết bị lưu trữ điện chỗ để hỗ trợ acquy… Sau đó, tiến kỹ thuật, đời lưới điện xoay chiều, cho phép điện chuyền với khoảng cách xa, chi phí sản xuất truyền tải điện giảm dẫn đến nhu cầu xây dựng nhà máy điện lớn để cung cấp cho nhiều phụ tải với khoảng cách xa Dần dần dẫn đến hình thành hệ thống điện phức tạp ngày nay, bao gồm hệ thống lưới điện truyền tải phân phối chằng chịt nhà máy điện có cơng suất lớn Sự cân giữ cung cầu hệ thống điện đạt nhờ phối hợp tác động nhà máy điện hệ thống để đáp ứng cho thay đổi phụ tải hệ thống Sự đảm bảo nguồn điện cung cấp tăng lên, có cố nguồn bù đắp nguồn khác hệ thống Sự xuất dòng điện xoay chiều với lưới điện truyền tải điện áp cao nối liền hệ thống điện vùng với giúp tiết kiệm chi phí sản xuất Vào cuối thập niên trước, tiến khoa học kỹ thuật, thay đổi kinh tế điều tiết thị trường dẫn đến nguồn điện phân tán Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học nguồn điện có cơng suất nhỏ - lại quan tâm trở lại Người ta liệt kê lý kết hợp lại tạo bước đột phá này, là: phát triển công nghệ phát điện nguồn điện phân tán, nhu cầu xây dựng lưới điện truyền tải để đáp ứng phụ tải ngày tăng lưới điện truyền tải lớn phức tạp, nhu cầu khách hàng dịch vụ cung cấp điện có độ tin cậy cao tăng lên, thành lập thị trường điện tự vấn đề thay đổi khí hậu tồn cầu Nhằm tìm hiểu tác động nguồn điện phân tán lưới điện, chương giới thiệu sơ lược nguồn điện phân tán để làm sở cho việc tìm hiểu nguồn điện phân tán chương 1.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán Để tìm hiều nguồn điện phân tán, trước hết ta cần tìm hiểu xem định nghĩa nguồn điện phân tán? Tuy nhiên chưa có định nghĩa thống dành cho nguồn điện phân tán, quốc gia, tổ chức lại đưa định nghĩa khác dựa đặc điểm định nguồn điện phân tán Ví dụ CIGRE (the International Council on Large Electricity System) định nghĩa nguồn điện phân tán nguồn điện có cơng suất khoảng 50100MW thường kết nối vào lưới điện phân phối Còn IEEE lại định nghĩa nguồn điện phân tán nguồn điện nhỏ nguồn điện tập trung kết nối vào điểm lưới điện… Tuy nhiên tựu chung lại nguồn điện phân tán nguồn điện có đặc điểm sau: + Cấp điện áp kết nối: có nhiều định nghĩa cho nguồn điện phân tán kết nối vào điểm lưới điện, nhìn chung hầu hết định nghĩa cho nguồn điện phân tán kết nối vào lưới điện phân phối Do nguồn điện phân tán nằm gần phụ tải điện Nhưng danh giới lưới điện truyền tải lưới điện phân phối mang tính tương đối nên ta khó sử dụng đặc điểm để định nghĩa cho nguồn điện phân tán + Công suất: Hầu hết định nghĩa sử dụng công suất nguồn điện tiêu chuẩn để định nghĩa nguồn điện phân tán Tuy nhiên ta thấy Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học sử dụng tiêu chuẩn để định nghĩa nguồn điện phân tán khơng thích hợp Công suất nguồn điện phân tán kết nối vào lưới điện lớn nhỏ ta phải so sánh với công suất lưới điện khu vực, đồng thời công suất tối đa nguồn điện phân tán kết nối phụ thuộc vào cơng suất lưới điện khu vực Trong công suất lưới điện khu vực lại khác nhiều Vì ta khơng nên sử dụng đặc điểm công suất để định nghĩa cho nguồn điện phân tán, khó đưa định nghĩa trường hợp, nhiên công suất nguồn điện phân tán đặc điểm quan trọng để phân biệt nguồn điện phân tán với nguồn điện tập trung khác + Công nghệ phát điện: Trong số trường hợp ta sử dụng công nghệ phát điện để phân biệt nguồn điện phân tán với nguồn điện khác Nhưng để xây dựng định nghĩa cho nguồn điện phân tán khó khăn, tính đa dạng công nghệ sử dụng để phát điện dải cơng suất nó, đặc biệt lĩnh vực lượng tái tạo Nhiều trường hợp ta thấy nguồn điện phân tán sử dụng lượng tái tạo làm lượng sơ cấp, nhiều trường hợp lại không sử dụng lượng tái tạo Ta cần đưa định nghĩa khái quát nguồn điện phân tán, định nghĩa không đưa giới hạn công suất phát, điện áp kết nối công nghệ phát điện sử dụng nguồn điện phân tán Tài liệu “ distributed generation: definition, benefit and issues” đưa định nghĩa thích hợp cho nguồn điện phân tán sau: “ Nguồn điện phân tán nguồn điện kết nối trực tiếp vào lưới điện phân phối hay kết nối vào khu vực phụ tải điện” Đây định nghĩa phù hợp cho nguồn điện phân tán nay, định nghĩa không đưa giới hạn điện áp kết nối, công nghệ phát điện công suất nguồn điện phân tán; đồng thời định nghĩa nêu bật nên đặc điểm quan trọng nguồn điện phân tán khoảng cách đến phụ tải gần so với nguồn điện tập trung khác Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 1.2 Các nguyên nhân thúc đẩy phát triển nguồn điện phân tán Như giới thiệu phần trước, International Energy Agency (IEA) đưa nguyên nhân dẫn đến quan tâm trở lại nguồn điện phân tán Năm nguyên nhân là: + Sự phát triển công nghệ phát điện sử dụng nguồn điện phân tán + Nhu cầu cấp thiết cần xây dựng đường dây truyền tải điện + Sự tăng trưởng nhu cầu cấp điện với chất lượng độ tin cậy cao + Sự hình thành thị trường điện tự + Những vấn đề đặt biến đổi khí hậu Tuy nhiên phân tích kỹ có ba ngun nhân dẫn đến quan tâm trở lại nguồn điện phân tán, nguyên nhân thứ ba, thứ tư thứ năm Còn nguyên nhân thứ ta thấy cơng nghệ phát điện sử dụng nguồn điện phân tán phát triển nhiều so với trước nhiên phân tích kinh tế tài nguồn điện phân tán không đem lại nhiều lợi nhuận nguồn điện tập trung khác Đồng thời ta thấy ảnh hưởng nguyên nhân thứ hai không rõ rệt việc xây dựng nguồn điện phân tán giúp ta trì hỗn việc xây dựng đường dây truyền tải không giúp ta tránh việc xây dựng đường dây truyền tải Sau trình bày phân tích nguyên nhân thúc đẩy nguồn điện phân tán phát triển: 1.2.1 Thị trường điện tự Khi thị trường điện tự hình thành, nguồn điện phân tán công cụ giúp cho nhà cung cấp điện cung cấp dịch vụ cách linh hoạt để đáp ứng nhu cầu đa dạng phụ tải Bởi khách hàng khác tìm kiếm dịch vụ cung cấp điện phù hợp nhu cầu Nhiều khu vực nhu cầu dịch vụ cung cấp điện khách hàng lại khác nhau, lúc nguồn điện phân tán công cụ giúp nhà cung cấp đáp ứng nhu cầu đa dạng với chi phí cạnh tranh Nhìn rộng hơn, nguồn điện phân tán giúp nhà cung cấp phản ứng cách linh hoạt với Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học thay đổi thị trường điện Bởi thị trường điện điều quan trọng phải phản ứng cách linh hoạt với thay đổi kinh tế Và nguồn điện phân tán giúp cung cấp điều nhờ lợi quy mô nhỏ thời gian xây dựng ngắn Đối với vận hành hệ thống điện, nguồn điện phân tán công cụ hữu hiệu để dự phịng nóng phủ đỉnh Đồng thời điều giúp giảm giá thành sử dụng điện thời điểm phụ tải đỉnh, ta tiết kiệm chi phí khơng phải xây dựng nhà máy điện tập trung có cơng suất lớn mà thay vào nguồn điện phân tán có quy mơ nhỏ hơn, kết nối gần phụ tải Ngồi nguồn điện phân tán cịn giúp nhà cung cấp tiết kiệm chi phí việc trì hỗn việc bảo dưỡng xây lưới điện truyền tải, ta lựa chọn vị trí đặt nguồn điện phân tán cách hợp lý giúp giảm tổn thất lưới điện, giúp nhà cung cấp cung cấp dịch vụ phụ trợ khác cho khách hàng (như hỗ trợ điện áp, rung động tần số nhỏ hay cung cấp điện liên tục …) 1.2.2 Độ tin cậy cung cấp điện chất lượng điện Độ tin cậy cung cấp điện thấp giúp nguồn điện phân tán nhận nhiều quan tâm Tuy nhiên tiền đề không xuất nước công nghiệp phát triển tương lai gần, nơi mà độ tin cậy cung cấp điện cao người tiêu dùng quan tâm đến vấn đề Nhưng thị trường điện tự hình thành đầy đủ điều thay đổi, người tiêu dùng phải ý đến vấn đề độ tin cậy cung cấp điện Bởi cung cấp điện với độ tin cậy cao đồng nghĩa với vốn cần cho đầu tư bảo dưỡng lớn, yêu cầu thị trường điện cạnh tranh giá phải cạnh tranh Chính mà nhà cung cấp điện làm giảm độ tin cậy cung cấp điện để làm giảm chi phí sản xuất Nhưng độ tin cậy cung cấp điện lại quan trọng phụ tải công nghiệp Các nhà máy công nghiệp sớm nhận thấy độ tin cậy cung cấp điện thấp so với nhu cầu họ họ tiến hành đầu tư vào nguồn điên phân tán giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện tổng Ngồi nguồn điện Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học phân tán lại giải pháp khác cho vần đề nước phát triển, nơi mà độ tin cậy lưới điện giá trị mong muốn phụ tải Còn mối liên hệ nguồn điện phân tán chất lượng điện hiên nhiều ý kiến trái chiều Một luồng ý kiến nhấn mạnh vào tác dụng tích cực nguồn điện phân tán chất lượng điện năng, ví dụ như: giúp hỗ trợ điều chỉnh điện áp lưới điện, hay giúp làm giảm bớt cân công suất chế độ cân công suất… Tuy nhiên luồng ý kiến khác cho số lượng lớn nguồn điên phân tán dẫn đến khơng ổn định điện áp lưới điện, thay đổi dịng cơng suất lưới, gây phức tạp cho hệ thống tự động hóa … Nhưng sử dụng nguồn điện phân tán cách hợp lý nhằm mục đích phát huy mặt tích cực hạn chế mặt tiêu cực, qua giúp nâng cao chất lượng điện lưới điện 1.2.3 Các vấn đề biến đổi khí hậu Tại thời điểm vấn đề biến đổi khí hậu động lực dẫn đến quan tâm nguồn điện phân tán Các sách mơi trường khiến cho cá nhân tổ chức thị trường tìm kiếm giải pháp lượng đồng thời phải mang lại lợi nhuận Thêm vào hầu hết phủ đẩy mạnh sử dụng nguồn lượng tái tạo (một nguồn lượng sơ cấp quan trọng nguồn điện phân tán), dẫn đến tăng trưởng nguồn điện phân tán Đặc biệt nơi có nhu cầu nhiệt họ thay đổi hình thức cung cấp nhiệt ống điện lưới điện hình thức kết hợp phát nhiệt điện (Cogeneration Combined Heat and Power - CHP) So với việc cung cấp cách riêng rẽ phương pháp CHP giúp tiết kiệm từ 10% đến 30% năm lượng sơ cấp, tùy thuộc vào quy mô hiệu suất (số liệu trích tài liệu: “ distributed generation: definition, benefit and issues”) Ngoài ra, sử dụng nguồn điện phân tán giúp ta khai thác nguồn nhiên liệu giá rẻ Ví dụ nguồn điện phân tán sử dụng khí sinh học từ rác thải để phát điện… Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Next End If Next If c Then GoTo laploai End If End Sub Public Sub phancapTTN() Dim cap As Integer Dim c As Boolean ReDim CapTTN(1 To ttnut) As Integer For i = To ttnut CapTTN(i) = Next CapTTN(diemNM) = cap = lap: cap = cap + For i = To ttnut If CapTTN(i) = cap Then For j = To ttnut If CapTTN(j) = And modul(Znghich(i, j)) Then CapTTN(j) = cap + End If Next End If Next c = False For i = To ttnut If CapTTN(i) = Then c = True Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học End If Next If c Then GoTo lap End If Dim mm As Integer laploai: c = False For i = To ttnut mm = For j = To ttnut If modul(Znghich(i, j)) Then mm = mm + End If Next If mm = And modul(Znghich(i, i)) = And i diemNM Then For j = To ttnut Znghich(i, j).ao = Znghich(i, j).thuc = Znghich(j, i) = Znghich(i, j) CapTTN(i) = c = True Next End If Next If c Then GoTo laploai End If End Sub Public Sub phancapTTK() Dim cap As Integer Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Dim c As Boolean ReDim CapTTK(1 To ttnut) As Integer For i = To ttnut CapTTK(i) = Next CapTTK(diemNM) = cap = lap: cap = cap + c = False For i = To ttnut If CapTTK(i) = cap Then For j = To ttnut If CapTTK(j) = And modul(Zkhong(i, j)) Then CapTTK(j) = cap + c = True End If Next End If Next If c Then GoTo lap End If For i = To ttnut If CapTTK(i) = Then For j = To ttnut Zkhong(i, j).ao = Zkhong(i, j).thuc = Zkhong(j, i) = Zkhong(i, j) Next End If Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Next Dim mm As Integer laploai: c = False For i = To ttnut mm = For j = To ttnut If modul(Zkhong(i, j)) Then mm = mm + End If Next If mm = And modul(Zkhong(i, i)) = And i diemNM Then For j = To ttnut Zkhong(i, j).ao = Zkhong(i, j).thuc = Zkhong(j, i) = Zkhong(i, j) CapTTK(i) = c = True Next End If Next If c Then GoTo laploai End If End Sub * Thủ tục xác định thứ tự đóng nút: Public Sub XepthutudongTN() Dim Capmax As Integer Dim cap As Integer Capmax = ReDim ThutudongTN(1 To ttnut) As Integer Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học For i = To ttnut If Capmax < CapTTT(i) Then Capmax = CapTTT(i) End If Next j=0 cap = lap: cap = cap + For i = To ttnut If cap = CapTTT(i) Then j=j+1 ThutudongTN(i) = j End If Next If cap < Capmax Then GoTo lap End If KtZTN = For i = To ttnut If ThutudongTN(i) > KtZTN Then KtZTN = ThutudongTN(i) End If Next End Sub Public Sub XepthutudongK() Dim Capmax As Integer Dim cap As Integer Capmax = ReDim ThutudongK(1 To ttnut) As Integer For i = To ttnut Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học If Capmax < CapTTK(i) Then Capmax = CapTTK(i) End If Next j=0 cap = lap1: cap = cap + For i = To ttnut If cap = CapTTK(i) Then j=j+1 ThutudongK(i) = j End If Next If cap < Capmax Then GoTo lap1 End If KtZ0 = For i = To ttnut If ThutudongK(i) > KtZ0 Then KtZ0 = ThutudongK(i) End If Next End Sub Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Phụ lục 2: CÁC SỐ LIỆU CỦA LƯỚI ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỂ TÍNH TỐN TRONG TRƯỜNG HỢP CỦA CHƯƠNG Máy biến áp STT Máy biến áp trạm Văn Bàn Sdm MVA) U cao (kV) U (kV) Un % Tổ đấu dây máy biến áp 63 115 38,5 10,5 Yo / Yo − 12 Máy biến áp TĐ Nậm Khắt 5,6 35, 6,3 7, Yo / ∆ − 11 Máy biến áp TĐ Lán Bò 3,2 35, 6,3 7, Yo / ∆ − 11 Máy biến áp TĐ Hỏm Dưới 5,6 35, 6,3 7, Yo / ∆ − 11 Máy biến áp TĐ Suối Chút 3,2 35, 6,3 7, Yo / ∆ − 11 Máy biến áp TĐ Suối Chút 1,6 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 Máy biến áp TĐ Yên Hà 7,5 35, 6,3 7,5 Yo / ∆ − 11 Máy biến áp TĐ Yên Hà 1,8 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 Máy biến áp TĐ Yên Hà 1,6 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 10 Máy biến áp TĐ Nậm Tha 3,2 35, 6,3 7, Yo / ∆ − 11 11 Máy biến áp TĐ Nậm Tha 2,5 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 12 Máy biến áp TĐ Nậm Tha 2,5 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 13 Máy biến áp TĐ Nậm Mồng 1,8 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 14 Máy biến áp TĐ Nậm Mu 5,6 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 15 Máy biến áp TĐ Tu 1,8 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 16 Máy biến áp TĐ Phú Mậu 2, 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 17 Máy biến áp TĐ Phú Mậu 2,5 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 18 Máy biến áp TĐ Phú Mậu 1,6 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 19 Máy biến áp TĐ Nậm Mả 2,5 35, 6,3 6,5 Yo / ∆ − 11 110kV Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học TÓM TẮT NỘI DUNG Chương 1: Giới thiệu chung nguồn điện phân tán: Nguồn điện phân tán nguồn điện kết nối trực tiếp vào lưới điện phân phối hay kết nối vào khu vực phụ tải điện Các động lực thúc đẩy phát triển nguồn điện phân tán thời gian gần là: hình thành thị trường điện tự do, nhu cầu cung cấp điện với chất lượng độ tin cậy cao vấn đề biến đổi khí hậu tồn cầu Nguồn điện phân tán tác động đến lưới điện phân phối theo hai chiều, có tác động tích cực (nâng cao độ tin cậy, giảm nhu cầu công suất đỉnh, cung cấp dịch vụ phụ trợ…) có tác động tiêu cực (tác động đến hệ thống bảo vệ hệ thống điều khiển …) Các phân tích chương sở để tìm hiểu sâu tác động nguồn điện phân tán chương Chương 2: Tính tốn ngắn mạch lưới điện phân phối có nguồn điện phân tán: Khi lưới điện phân phối có nguồn điện phân tán kết nối vào, để áp dụng phương pháp tính tốn ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60 909 ta cần có số hiệu chỉnh Dựa lý thuyết đó, tiến hành xây dựng phần mềm tính tốn ngắn mạch lưới điện phân phối, có bổ xung số thay đổi giúp hình thành ma trận tổng trở thuận lợi Chương 3: Ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối: Các tác động nguồn điện phân tán đến hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối đa dạng (tác động đến độ nhậy, thông số chỉnh định, khả tác động sai thiết bị bảo vệ…) tác động ảnh hưởng đến nhiều thiết bị bảo vệ lưới điện (bảo vệ dòng, bảo vệ q dịng thứ tự khơng, tự động đóng lại, rơle sa thải phụ tải tần số thấp…) Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tác động nguồn điện phân tán đến hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối, có: kết cấu thân lưới điện phân phối, công suất nguồn điện phân tán, vị trí kết nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối, loại máy biến áp sử dụng để kết nối nguồn điện phân tán với lưới điện phân phối Key Word: distributed generation (DG), distribution relay protection, issues, impact Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 1.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán 1.2 Các nguyên nhân thúc đẩy phát triển nguồn điện phân tán 1.2.1 Thị trường điện tự 1.2.2 Độ tin cậy cung cấp điện chất lượng điện 1.2.3 Các vấn đề biến đổi khí hậu 1.3 Các lợi ích nguồn điện phân tán mang lại 10 1.3.1 Nâng cao độ tin cậy lưới điện 10 1.3.2 Làm giảm yêu cầu công suất đỉnh 11 1.3.3 Lợi ích nguồn điện phân tán cung cấp dịch vụ phụ trợ 12 1.3.4 Nâng cao chất lượng điện 14 1.4 Các ảnh hưởng nguồn điện phân tán hệ thống điện 15 1.4.1 Điều chỉnh điện áp lưới điện 16 1.4.2 Dòng điện chế độ cố 16 1.4.3 Chất lượng điện lưới điện 17 1.4.4 Hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối 17 1.4.5 Tổn thất công suất lưới điện 18 1.4.6 Sự ổn định lưới điện phân phối 19 Chương 2: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 20 2.1 Giới thiệu 20 2.2 Các phương pháp tính tốn ngắn mạch lưới điện phân phối 21 2.2.1 Phương pháp tính tốn theo phương pháp điện áp tương đương 21 2.2.2 Tính tốn ngắn mạch theo phương pháp xếp chồng 22 2.3 Mơ hình tính tốn ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60 909 23 2.3.1 Các giả thiết gần sử dụng phương pháp điện áp tương đương 24 2.3.2 Mơ hình tổng trở hệ phương trình tính tốn lưới điện 24 2.3.3 Mơ hình thay cho phần tử lưới điện 28 2.3.4 Các hệ số hiệu chỉnh trở kháng 36 2.3.5 Phương pháp thành phần đối xứng 39 2.4 Tính tốn dịng điện ngắn mạch lưới điện phân phối 46 2.4.1 Ngắn mạch pha đối xứng 47 2.4.2 Ngắn mạch pha 48 Học viên: Ngô Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 2.4.3 Ngắn mạch hai pha 49 2.4.4 Sự biến đổi điện áp dòng điện thành phần đối xứng qua máy biến áp 50 2.5 Thành lập ma trận tổng trở lưới điện 52 2.5.1 Quy tắc phân cấp nút 53 2.5.2 Sự thay đổi ma trận tổng trở đóng cắt nhánh 54 2.5.3 Xây dựng graph cho ma trận tổng trở thứ tự không 55 2.6 Sơ đồ thuật toán 62 2.6.1 Sơ đồ thuật toán thành lập ma trận tổng trở 62 2.6.2 Sơ đồ thuật tính tốn ngắn mạch theo phương pháp điện áp tương đương có nguồn điện phân tán đấu nối vào 64 2.7 Tính tốn ví dụ cụ thể 65 2.8 Giới thiệu chương trình tính tốn dịng điện ngắn mạch lưới điện phân phối theo tiêu chuẩn IEC 60 909 67 Chương 3: ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN HỆ THỐNG BẢO VỆ CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 71 3.1 Hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối 72 3.2 Tác động nguồn điện phân tán đến hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối 73 3.2.1 Máy biến áp kết nối đầu nguồn điện phân tán 74 3.2.2 Các tác động lưới điện có điểm trung tính cách đất 76 3.2.3 Dòng điện cố từ nguồn điện phân tán 78 3.2.4 Tác động đến việc cài đặt chỉnh định rơle 83 3.2.5 Các vấn đề điện áp lưới điện 88 3.2.6 Các vấn đề sa thải phụ tải tần số thấp 90 3.2.7 Vấn đề với hòa đồng 91 3.3 Đánh giá ảnh hưởng nguồn điện phân tán lưới điện phân phối cụ thể 92 3.3.1 Trường hợp 92 3.3.2 Trường hợp 98 3.3.3 Trường hợp 103 3.4 Kết luận 108 KẾT LUẬN 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC PHỤ LỤC Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Sơ đồ mơ tả tính tốn ngắn mạch theo phương pháp điện áp tương đương 21 Hình 2.2 Sơ đồ mơ ta tính tốn ngắn mạch theo phương pháp xếp chồng 22 Hình 2.3: Sơ đồ thay đường dây không cáp ngầm 28 Hình 2.4: Sơ đồ thay máy biến áp cuộn dây 29 Hình 2.5: Sơ đồ thay đơn giản máy biến áp hai cuộn dây 30 Hình 2.6: Sơ đồ thay máy biến áp cuộn dây 30 Hình 2.7: Sơ đồ thay đơn giản máy biến áp cuộn dây 31 Hình 2.8: Sơ đồ thay kháng điện phân đoạn 32 Hình 2.9: Sơ đồ thay nút hệ thống 33 Hình 2.10: Sơ đồ thay máy phát điện đồng 33 Hình 2.11:Sơ đồ thay máy phát điện đồng 35 Hình 2.12: Sơ đồ thay máy phát điện có hệ số hiêu chỉnh tổng trở 37 Hình 2.13: Sơ đồ mô tả phương pháp thành phần đối xứng 39 Hình 2.14: Sơ đồ thay tính tốn ngắn mạch ba pha 47 Hình 2.15: Sơ đồ thay tính tốn ngắn mạch pha chạm đất 48 Hình 2.16: Sơ đồ thay tính tốn ngắn mạch pha 49 Hình 2.17: Sơ đồ nút chưa phân cấp 53 Hình 2.18: Sơ đồ nút sau phân cấp lần 53 Hình 2.19: Sơ đồ nút sau phân cấp lần 54 Hình 2.20: Sơ đồ nút sau phân cấp lần 54 Hình 2.21: Sơ đồ lưới điện sử dụng cho ví dụ xây dựng graph mô tả ma trận thứ tự không 56 Hình 2.22: Sơ đồ thay thứ tự khơng ví dụ 58 Hình 2.23: Ma trận mơ tả sơ đồ thứ tự không lưới điện 58 Hình 2.24: Ma trận mơ tả sơ đồ thứ tự khơng ví dụ sau loại bỏ nút cấp không 59 Hình 2.25: Ma trận mơ tả sơ đồ thứ tự khơng ví dụ sau loại bỏ nhánh cụt 60 Hình 2.26: Ma trận mơ tả sơ đồ thứ tự khơng ví dụ sau xắp xếp theo thứ tự đóng 61 Hình 2.27: Sơ đồ thuật tốn thành lập ma trận tổng trở 63 Hình 2.28: Sơ đồ thuật tốn tính tốn ngắn mạch theo phương pháp điện áp tương đương 64 Hình 2.29: Sơ đồ lưới điện phân phối ví dụ nghiên cứu 65 Hình 2.30: Giao diện khởi động chương trình 67 Hình 2.31: Các phím phím File 68 Hình 2.32: Cửa sổ nhập số liệu chương trình 68 Hình 2.33: Các phím phím Run 69 Hình 2.34: Các cửa sổ nhập số liệu tính toán ngắn mạch 69 Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 2.35: Các phím phím Report 70 Hình 2.36: Cửa sổ hiển thị kết tính tốn ngắn mạch 70 Hình 3.1: Sơ đồ mơ tả hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối 72 Hình 3.2: Sơ đồ nguồn điện phân tán kết nối với lưới điện thông qua máy biến áp Yo / ∆ 75 Hình 3.3: Sơ đồ mơt tả trường hợp tự động đóng lại cầu chì phối hợp bảo vệ khơng tốt 80 Hình 3.4: Sơ đồ mơ tả trường hợp tự động đóng lại tác động vùng bảo vệ 81 Hình 3.5: Sơ đồ mơ tả tác động nguồn điện phân tán đến cố đường dây lân cận 83 Hình 3.6: Sơ đồ lưới điện tính tốn trường hợp 92 Hình 3.7: Sơ đồ lưới điện tính tốn trường hợp 98 Hình 3.8: Sơ đồ lưới điện trung áp sau trạm 110kV Văn Bàn 104 Học viên: Ngô Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Hệ số điện áp c 26 Bảng 2.2: Bảng điện kháng máy phát điện đồng 34 Bảng 2.3: Hệ số hiêu chỉnh tổng trở 39 Bảng 2.4: Sơ đồ thay thứ tự không máy biến áp cuộn dây 42 Bảng 2.5: Bảng sơ đồ thay thứ tự không máy biến áp cuộn dây 43 Bảng 2.6: Tỉ số điện kháng thứ tự không thứ tự thuận đường dây 44 Bảng 2.7: Tổng hợp cơng thức tính tốn ngắn mạch khơng đối xứng 45 Bảng 2.8: Các thông số phần tử lưới điện phân phối ví dụ 66 Bảng 2.9: Bảng kết tính tốn ví dụ 67 Bảng 3.1: Kết tính tốn trường hợp 94 Bảng 3.2: Kết tính tốn trường hợp 99 Bảng 3.3: Kết tính tốn trường hợp (điểm cố F1) 105 Bảng 3.4: Kết tính tốn trường hợp (điểm cố F2) 107 Học viên: Ngơ Chí Trung – Ngành: Mạng Hệ thống điện - 2007-2009 TÓM TẮT NỘI DUNG Chương 1: Giới thiệu chung nguồn điện phân tán: Nguồn điện phân tán nguồn điện kết nối trực tiếp vào lưới điện phân phối hay kết nối vào khu vực phụ tải điện Các động lực thúc đẩy phát triển nguồn điện phân tán thời gian gần là: hình thành thị trường điện tự do, nhu cầu cung cấp điện với chất lượng độ tin cậy cao vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu Nguồn điện phân tán tác động đến lưới điện phân phối theo hai chiều, có tác động tích cực (nâng cao độ tin cậy, giảm nhu cầu công suất đỉnh, cung cấp dịch vụ phụ trợ…) có tác động tiêu cực (tác động đến hệ thống bảo vệ hệ thống điều khiển …) Các phân tích chương sở để tìm hiểu sâu tác động nguồn điện phân tán chương Chương 2: Tính tốn ngắn mạch lưới điện phân phối có nguồn điện phân tán: Khi lưới điện phân phối có nguồn điện phân tán kết nối vào, để áp dụng phương pháp tính tốn ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60 909 ta cần có số hiệu chỉnh Dựa lý thuyết đó, tiến hành xây dựng phần mềm tính tốn ngắn mạch lưới điện phân phối, có bổ xung số thay đổi giúp hình thành ma trận tổng trở thuận lợi Chương 3: Ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối: Các tác động nguồn điện phân tán đến hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối đa dạng (tác động đến độ nhậy, thông số chỉnh định, khả tác động sai thiết bị bảo vệ…) tác động ảnh hưởng đến nhiều thiết bị bảo vệ lưới điện (bảo vệ dòng, bảo vệ dịng thứ tự khơng, tự động đóng lại, rơle sa thải phụ tải tần số thấp…) Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tác động nguồn điện phân tán đến hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối, có: kết cấu thân lưới điện phân phối, công suất nguồn điện phân tán, vị trí kết nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối, loại máy biến áp sử dụng để kết nối nguồn điện phân tán với lưới điện phân phối Key Word: distributed generation (DG), distribution relay protection, issues, impact ABSTRACT Chapter provides an overall introduction to distributed generation Distributed generation connects directly to the distribution network or to the load centre Momentums for the development of the distributed generation over the time include the establishment of the electricity pool, the demand for high-quality and reliable electricity and global climate change The distributed generation has both positive affects (increase reliability, reduce peak use capacity and provide grid support services) and negative impacts (on protection and control) on the distribution network Further analysis on the impacts of the distributed generation is available in the next chapters Chapter deals with the calculation of short circuit in the distribution network connected with distributed generation Once the distributed generation is connected to distribution network, the short circuit calculation is made according to IEC 60 909 standards thanks to appropriate inputs Accordingly, a software has been developed to calculate short circuit in the distribution network Based on this software, impedance matrix is easily set up Chapter covers the impacts of distributed generation on the protection of the distribution network The impacts of distributed generation on the protection of the distribution network diverse (including the impacts on sensitivity, relay application and setting, and unexpected operation of protection devices, etc) Those impacts may differ on different types of protection of the distribution network (overcurrent protection, zero overcurrent protection, recloser, and under-frequency load shedding, etc) The impacts of the distributed generation on the protection of the distribution network depend on many factors, including the structure of the distribution network, distributed generation capacity, connecting points and distributed generation transformers Key Word: distributed generation (DG), distribution relay protection, issues, impact ... nối cách tốt nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối (gây tác động không đáng lưới điện phân phối) Luận văn nhằm vào hai mục đích Trước có nguồn điện phân tán kết nối vào lưới điện phân phối, ... kết nối vào lưới điện phân phối hệ thống điện Việt Nam Việc phân tích ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến lưới điện phân phối làm sáng tỏ tác động nguồn điện phân tán đến lưới điện phân phối Các nghiên. .. bị bảo vệ lưới điện để thiết bị tác động không bỏ qua cố lưới điện lưới điện có nguồn điện phân tán kết nối vào 1.4.3 Chất lượng điện lưới điện Khi kết nối nguồn điện phân tán phát điện chiều vào