4.4.1 Giới thiệu hệ thống IEEE9 -BUS
A.Hệ thống IEEE 9-bus :
Mô hình IEEE 9 bus còn được gọi là mô hình PM Anderson 9 bus. Đã được mô hình hóa trong ETAP. Nhà máy năng lượng mặt trời đã được tích hợp vào đây. Sơ đồ một dòng của hệ thống IEEE 9 BUS được thể hiện ở hình bên dưới. Các mức điện áp và đường truyền trở kháng cũng được cho theo sơ đồ mô phỏng. Hệ thống kiểm tra này cũng bao gồm 3 Máy biến áp 100 MVA mỗi máy.6 dòng và 3 tải (135.532 MVA, 94.45MVA, 102.64MVA). Các mức KV cơ bản là 13,8 kV, 16,5 kV, 18 kV và 230 kV.
58
Các bước khởi động mô hình : +Từ cửa sổ khởi động chọn Open
59
+Chọn đường link dẫn theo như trong hình để tìm đến thư viện IEEE-9 BUS +Mô Hình thực nghiệm được thể hiện ở hình dưới
B.Phát triển hệ thống điện IEEE 9-BUS với việc áp dụng năng lượng tái tạo
Hệ thống thử nghiệm hoàn chỉnh đã được xây dựng đầu tiên trong ETAP. Sau đó, một mô hình của một nhà máy điện mặt trời điển hình được phát triển với sự giúp đỡ của khối mảng PV. Nhiều tấm PV nhỏ 200 watt mỗi cái đã được kết hợp thành chuỗi và song song kết hợp để đến một mảng PV với công suất tối đa công suất 24,5 MW (công suất MPP) và điện áp bus DC xung quanh 1OOOV (Vac). Mỗi mảng PV có một biến tần đơn vị có xếp hạng AC là l1kV và 26,2 MVA. Một số mảng PV như vậy đã được tạo và gộp thành IEEE 9-BUS ll kV phổ biến được gọi là bus năng lượng mặt trời. Sản lượng của năng lượng mặt trời của bus sau đó được đưa cho một máy biến áp trạm bước để nâng điện áp từ l1kV đến 230kV, sẽ phù hợp cho thâm nhập vào hệ thống. Ban đầu nhà máy năng lượng mặt trời này thiết lập đã được tích hợp vào Bus số 5 của IEEE 9-bus
60
Các bước xây dựng hệ thống Solar PV : +Mô Hình hệ thống IEEE 9-Bus
+Chọn biểu tượng thiết kế từ thanh công cụ chức năng
Hình 4.4 Thanh công cụ chức năng
61
+Chọn PV array từ thanh công cụ thành phần
Hình 4.5 Thanh công cụ và biểu tượng PV array
+Thiết lập thông số PV array như bảng sau
62
Hình 4.7 Thẻ PV array của tấm pin
63
+ Chọn máy biến áp và cài đặt thông số máy biến áp như hình
Hình 4.9 Thẻ Rating của máy biến áp
64
+Mô Hình sau khi hoàn tất
4.4.2 phân tích ổn định
Mô hình hệ thống IEEE 9-BUS không tích hợp năng lượng mặt trời đã được coi là trường hợp cơ sở với 0% năng lượng mặt trời thâm nhập. Sau đó, nhà máy năng lượng mặt trời đã được tích hợp vào bus-5 đầu tiên vì nó có tải lớn nhất.
Trường hợp năng lượng tại bus (Máy phát điện G1) đã được lấy làm tham chiếu để tính tỷ lệ phần trăm thâm nhập của pin mặt trời. Các điện được bơm bởi nhà máy điện mặt trời vào lưới điện thông qua bus-5 đang dần tăng từ 0% cho đến khoảng 100% trong các bước 10% xấp xỉ. Tính toán tải đã được thực hiện trong mỗi bước và các thông số khác nhau được ghi nhận. Trạng thái ổn định được ghi nhận theo đường dây truyền tải điện áp tại bus. Chi tiết máy phát, và tổn thất hệ thống đã được quan sát. Quá trình được lặp lại với bus-8 và bus-6
65
A. Ảnh hưởng của thâm nhập PV mặt trời đến điện áp trạng thái ổn định
Hình 4.12 Mô hình Solar được thêm tại Bus 6
66
Trong mục chọn để bắt đầu mô phỏng tính toán phân bố công suất trên các bus. Sau khi tính toán ta được biểu đồ như hình sau
Hình 4.14 Biểu đồ điện áp tại Bus 5
Hình 4.15 Biểu đồ điện áp tại Bus 6
94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 0 22 44 66 88 110 132 154 176 199 221 243 TẠI BUS 5
BUS 4 BUS 5 BUS 6 BUS 7 BUS 8 BUS 9 SOLAR BUS
92 94 96 98 100 102 104 0 22 44 66 88 110 132 154 176 199 221 243 265 TẠI BUS 6
67
Ảnh hưởng của thâm nhập PV mặt trời đến điện áp trạng thái ổn định
Ba trường hợp khác nhau của tích hợp PV mặt trời là thâm nhập tại bus-5, bus-6 và bus-8 đã được xem xét để phân tích. Các điện áp bus trên tất cả các bus trong hệ thống đã được quan sát. Dữ liệu bus hoàn chỉnh cho tất cả các mức thâm nhập PV mặt trời từ 0 MW đến 243 MW được xem xét cho cả ba trường hợp. Các điện áp bus được vẽ theo mức độ thâm nhập. Điện áp bus của bus năng lượng mặt trời 11kV cũng được chỉ định. Bus 1, 2 và 3 được loại trừ khỏi tính toán vì chúng không đổi trong suốt quá trình thâm nhập. Điều này là do Bus 1 được mô hình hóa ở chế độ xoay chiều và bus 2 & 3 được mô hình hóa ở chế độ điều khiển điện áp.
Như đã thấy trong các điện áp của bus, cấu hình điện áp ban đầu dường như được cải thiện khi sự thâm nhập của mặt trời đang tăng lên nhưng nó bắt đầu giảm xuống ngoài một tỷ lệ nhất định. Xu hướng tương tự của sự thay đổi điện áp được quan sát thấy trong cả ba trường hợp. Điện áp bắt đầu sụp đổ khi sự xâm nhập của mặt trời vượt quá một điểm nhất định khiến cho đường dây giảm xuống. Nhưng cường độ biến đổi của điện áp thay đổi theo vị trí thâm nhập.
Điểm cực đại của đường cong cũng thay đổi theo vị trí thâm nhập. Do đó, thâm nhập PV mặt trời vào hệ thống chỉ có thể được phép cho đến khi cấu hình điện áp
84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106 0 22 44 66 88 110 132 154 176 199 221 243 265 TẠI BUS 8
BUS 4 BUS 5 BUS 6 BUS 7 BUS 8 BUS 9 SOLAR BUS
68
được cải thiện. Trong trường hợp 1, điện áp trong hầu hết các bus dường như được cải thiện cho đến khoảng 30% và sau đó nó bị sập. Trong trường hợp 2, sự thay đổi điện áp hơi nghiêm trọng so với trường hợp 1, trong một vài bus, điện áp bắt đầu bị hỏng ngay từ đầu. Trường hợp 3 thậm chí còn nghiêm trọng với hầu hết tất cả các điện áp trên bus đã bắt đầu sụp đổ ngay từ đầu và nhiều điện áp gần với giới hạn điện áp trạng thái ổn định. Các trường hợp khác cũng nghiêm trọng so với trường hợp 1. Do đó, nghiên cứu cho thấy trong số ba trường hợp, bơm PV ở bus 5 tốt hơn vì nó cho phép thâm nhập nhiều hơn với sự thay đổi điện áp ít nghiêm trọng hơn.
B. Ảnh hưởng đến tổn thất hệ thống
Hình 4.17 Tổn thất công suất theo MW tại bus 5, 6, 8
Hình 4.18 Tổn thất công suất theo MVAR tại bus 5, 6, 8
0 10 20 30 40 50 0 22 44 66 88 110 132 154 176 199 221 243 265 LOSSES SYSTEMS(MW)
BUS 5 BUS 6 BUS 8
-150 -100 -50 0 50 100 150 200 0 22 44 66 88 110 132 154 176 199 221 243 265 LOSSES SYSTEMS(MVAR)
69
Tổn thất hệ thống ở cả MW (công suất thực) và MVAR (công suất phản kháng) đã được quan sát cho tất cả các mức thâm nhập với các mức điện áp như trên. Ban đầu, các khoản thiệt hại giảm dần cho đến một thời điểm và bắt đầu gia tăng cho sự thâm nhập vượt xa điều đó. Trong trường hợp 1, tổn thất đã giảm cho đến khoảng 20% và trong khi đối với trường hợp 2, nó chỉ còn khoảng 10%. Trong trường hợp 3, tổn thất hệ thống đã tăng ngay từ đầu
C.Ảnh hưởng đến dòng điện truyền tải
Hình 4.19 Biểu đồ công suất thực MW tại bus 1 đến 6
-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 0 22 44 66 88 110 132 154 176 199 221 243 REAL POWER MV
Bus 1 Bus 2 Bus 3 Bus 4 Bus 5 Bus 6
-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 0 22 44 66 88 110 132 154 176 199 221 243
REACTIVE POWER MVAR
Bus 1 Bus 2 Bus 3 Bus 4 Bus 5 Bus 6
70
Tải công suất thực và phản kháng của tất cả các đường truyền hiện có trong mạng được quan sát và vẽ cho tất cả các mức độ thâm nhập như trong Hình. Điều này được quan sát cho trường hợp 1. Sự thay đổi trong tải của các đường truyền được trộn lẫn với một vài đường có công suất tăng và một vài đường bị giảm. Vài đường thậm chí thay đổi trong dòng điện gây ra sự đảo ngược năng lượng vượt quá một điểm. Những thay đổi trong việc tải dòng tại bus 5 là nghiêm trọng. Vì vậy, rất quan trọng để xem xét tác động của sự thâm nhập mặt trời đến các thông số tải đường truyền trong khi lập kế hoạch mạng.
Ổn định tức thời được định nghĩa là khả năng của hệ thống điện để duy trì tính đồng bộ trong các nhiễu loạn lớn. Những nhiễu loạn này có thể là lỗi trong bus hoặc lỗi trong đường truyền hoặc mất kết nối, mất thiết bị, mất phát sinh hoặc mất tải lớn. Mục đích của phân tích thoáng qua, được thảo luận trong phần này, là để kiểm tra xem các nhiễu loạn hệ thống lớn như vậy có ảnh hưởng đến hệ thống theo một cách khác với mức độ thâm nhập PV cao hay không. Mô phỏng đã được thực hiện khi xem xét các trường hợp nhiễu khác nhau như lỗi bus, mất tải lớn và mất đường truyền, dưới các mức độ thâm nhập PV mặt trời khác nhau. Tác động của thâm nhập PV mặt trời đối với thời gian bù trừ quan trọng cũng được nghiên cứu. Nhà máy năng lượng mặt trời PV đã được tích hợp vào bus 5 của hệ thống bus IEEE 9, như được mô tả trong phần trước.
D.Xét ảnh hưởng do lỗi Bus
Tiếp theo, ảnh hưởng đến lỗi tức thời của hệ thống do lỗi bus xảy ra trong đó ở các mức độ thâm nhập PV mặt trời khác nhau đã được nghiên cứu. Lỗi này xảy ra tại bus 7 tại lúc 3.00 giây và đã được xóa tại lúc 3.12 giây. Góc rôto tương đối và điện áp trên bus đã được quan sát và vẽ trong khoảng thời gian 20 giây
71
Trong mục chọn để tiến hành cài đặt mô phỏng lỗi tại bus
72
Sau khi đã cài đặt lỗi tại bus xong ta chọn mục để tiến hành chạy mô phỏng
Trên thanh Transient Stability Time-Slider giúp ta hiệu chỉnh thời gian mô phỏng lỗi
Hình 4.23 Biểu đồ điện áp góc roto tại máy phát G2
0 50 100 150 0.1 0.64 1.18 1.72 2.26 2.8 3.321 3.861 4.401 4.941 5.481 6.021 6.561 7.101 7.641 8.181 8.721 9.261 9.801 10.341 10.881 11.421 11.961 12.501 13.041 13.581 14.121 14.661 15.201 15.741 16.281 16.821 17.361 17.901 18.441 18.981 19.521 Tại máy phát G2
0% SOLAR 10% SOLAR 30% SOLAR
73
Biểu đồ góc rôto tương đối của máy phát G2. Các dao động sau nhiễu loạn cho trường hợp cơ sở với độ xuyên PV mặt trời 0% là ổn định và đang hội tụ về một giá trị ổn định. Đối với trường hợp với sự xâm nhập của mặt trời 10%, biên độ dao động nhiều hơn một chút và có chút không đều. Tuy nhiên, nó đã được hội tụ và hệ thống ổn định. Xu hướng tương tự đã được quan sát cho trường hợp với độ thâm nhập 20%, nhưng với biên độ cao hơn một chút. Vượt quá 20%, hệ thống trở nên không ổn định. Như được hiển thị trong Hình, để thâm nhập 30%, các dao động đã hoàn toàn không đều và không hội tụ đến một giá trị ổn định. Xu hướng tương tự đã được quan sát trong đồ thị góc rôto tương đối của máy phát điện G2. Các điện áp ở bus 7 và bus 4 được vẽ như trong hình. Cả hai điện áp đã được kiểm tra vì bus 7 là
0 20 40 60 80 100 120 0.1 0.64 1.18 1.72 2.26 2.8 3.321 3.861 4.401 4.941 5.481 6.021 6.561 7.101 7.64 1 8.18 1 8.721 9.261 9.801 10.341 10.881 11.421 11.961 12.501 13.041 13.581 14.121 14.661 15.201 15.741 16.281 16.821 17.361 17.901 18.441 18.981 19.521 Bus 4
0% SOLAR 10% SOLAR 30% SOLAR
0 20 40 60 80 100 120 0.11 0.65 1.19 1.73 2.27 2.81 3.331 3.871 4.411 4.951 5.491 6.031 6.571 7.111 7.651 8.191 8.731 9.271 9.811 10.351 10.891 11.431 11.971 12.511 13.051 13.591 14.131 14.671 15.211 15.751 16.291 16.831 17.371 17.911 18.451 18.991 19.531 Bus 7
0% SOLAR 10% SOLAR 30% SOLAR
Hình 4.24 Biểu đồ điện áp tại Bus 7 với các mức NLTT
74
bus bị lỗi và bus 4 cách xa lỗi. Các thay đổi sau lỗi cho trường hợp cơ sở hội tụ đến một giá trị ổn định. Các dao động cho trường hợp thâm nhập 10% là với biên độ cao hơn và không đều. Các điện áp thấp khá cao. Nhưng nó đã ổn định sau một thời gian. Trong trường hợp đối với trường hợp thâm nhập 30%, các dao động và sụt áp đã rất nghiêm trọng và không ổn định. Do đó như là mức độ thâm nhập làm tăng hệ thống trở nên không ổn định và mất đi tính đồng bộ sau một số phần trăm thâm nhập
75
4.5 TỔNG KẾT
Chương này đã giới thiệu sơ lược các khái niệm về ổn định trong hệ thống điện như ổn định góc rotor và ổn định điện áp dưới tác động của nhiễu nhỏ và nhiễu lớn. Chương này giới thiệu các phân tích ổn định động góc rotor cho một mạng điện IEEE 9 bus thông qua kich bản sự cố tại thanh cái số 7 và đồng thời đưa nguồn năng lượng tái tạo vào mạng lưới. Từ đó có cái nhìn khách quan về nguồn năng lượng mới này (NLTT) khi hoà nhập vào lưới điện
76
CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DÂY DẪN 5.1 GIỚI THIỆU :
Dây dẫn và cáp là một trong các thành phần chính của mạng cung cấp điện. Vì vậy, việc lựa chọn dây dẫn và cáp đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và thoả mãn chỉ tiêu kinh tế sẽ góp phần đảm bảo chất lượng điện, cung cấp điện an toàn và liên tục, đồng thời góp phần không nhỏ vào việc hạ thấp giá thành truyền tải và phân phối điện năng, mang lại lợi ích lớn không chỉ cho ngành điện mà còn cho cả các ngành kinh tế quốc dân.
Tuỳ theo loại mạng điện và cấp điện áp mà điều kiện kinh tế đóng vai trò quyết định và điều kiện kỹ thuật đóng vai trò ngược lại. Do đó, cần phải nắm vững bản chất của mỗi phương pháp lựa chọn dây dẫn và cáp để sử dụng đúng chỗ và có hiệu quả.
Tính toán lựa chọn dây dẫn là việc rất quan trọng trongviệc tính toán thiết kế hệ thống điện nhằm đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế trong vận hành. Chương này sẽ trình bày chi tiết cơ sở tính toán chọn dây và cách sử dụng ETAP để thực hiện tính toán và lụa chọn dây dẫn cho phù hợp
5.2 KHÁI NIỆM :
Dây dẫn trên không trong mạng phân phối chủ yếu là dây dẫn đồng, dây nhôm và dây nhôm lõi thép. Ngoài ra, còn sử dụng các dây bằng hợp kim của nhôm. Trong các loại dây trên, dây nhôm được sử dụng rộng rãi nhất
Chủng loại dây bao gồm: + Dây vặn xoắn
+ Dây hợp kim nhôm lõi thép xoắn