MẠNG ĐIỆN CỤC BỘ THUỶ ĐIỆN NHỎ
2.1. Giới thiệu chung
Mạng điện cục bộ là một hệ thống điện riêng rẽ, ví dụ nhƣ: hệ thống điện tự dùng của các xí nghiệp công nghiệp, một tòa nhà cao tầng, một khách sạn hay các hệ thống điện nhỏ của một địa phƣơng ở các vùng sâu vùng xa hẻo lánh V.V. Trong đó, mạng điện cục bộ công suất nhỏ là một dạng đơn giản nhất, chỉ có một nguồn cung cấp (công suất từ một vài trăm đến một vài ngàn kW), hoạt động có tính chất độc lập không kết nối vào hệ thống điện quốc gia. Đại diện cho loại này là các mạng điện của nguồn phát thủy điện nhỏ, sơ đồ có dạng cơ bản nhƣ hình 2.1 PC1 Máy phát Tm Q Vf Turbine n S1=P1+jQ1 PC2 PC3 L12 L23 S2=P2+jQ2 S3=P3+jQ3
Nguồn phát Lưới điện và tải tiêu thụ
Hình 2. 1 Mô tả mạng điện cục bộ thủy điện nhỏ
Để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng gia tăng đòi hỏi phải xây dựng thêm các nhà máy điện mới. Trong đó, khuyến khích phát triển các nguồn điện công suất nhỏ đƣợc sản xuất theo công nghệ sạch nhƣ: thủy điện, điện sức gió, điện mặt trời, điện thủy triều V.V. Đặc biệt, đối với các khu vực miền núi xa xôi hẻo lánh mà việc đƣa điện lƣới quốc gia đến không thực hiện đƣợc bởi lý do về tính kinh tế hoặc về điều kiện địa hình địa lý không cho phép, mạng điện cục bộ trên cơ sở khai thác tiềm năng sẵn có trong điều kiện tự nhiên để cấp điện tại chỗ cho những cụm kinh tế địa phƣơng, những công
trƣờng khai thác khoáng sản, phục vụ dân sinh V.V... sẽ mạng lại ý nghĩa to lớn cả về kinh tế và chính trị xã hội và hơn nữa là vấn đề bảo vệ môi trƣờng. Từ sơ đồ hình 2.1 là cũng nhƣ các sơ đồ khác tƣơng tự đều có thể biến đổi về cùng một dạng sơ đồ thay thế nhƣ hình 2.2 để thuận tiện cho việc nghiên cứu và áp đặt một cách tính toán chung. Pti+jQti ĐC Li (km) PCCi Turbine MF 50Hz Q n S1=P1+jQ1 PCC1
Hình 2. 2 Sơ đồ thay thế của mạng điện cục bộ thủy điện nhỏ
Trong đó:
Một hộ phụ tải bất kỳ thứ i nào đó tại điểm kết nối PCCi cách nguồn bằng chiều dài đƣờng dây là Li đƣợc phân tích thành hai thành phần, gồm:
+ một động cơ không đồng bộ
+ và một phụ tải tính toán Sti=Pti+jQti
Các phụ tải còn lại của mạng đƣợc quy đổi về đầu cực máy phát tại điểm PCC1, đặc trƣng bằng một phụ tải tính toán tổng S1=P1+jQ1
2.1.1. Phân tích hoạt động của MĐCBTĐN 2.1.1.1. Ƣu điểm của thủy điện nhỏ 2.1.1.1. Ƣu điểm của thủy điện nhỏ
-Tận dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên là các dòng chảy nhỏ sẵn có ở các vùng núi. Đặc biệt, thủy điện nhỏ càng có ý nghĩa hơn đối với những khu vực xa trung tâm phát triển, không có điện lƣới quốc gia.
-Bán kính truyền tải ngắn (không quá 10 km), tổn thất năng lƣợng trên mạng nhỏ nên hệ thống có tính kinh tế cao.
-Sản xuất điện theo công nghệ sạch, không phải di dân, xây dựng lòng hồ nên không xâm hại nhiều đến môi trƣờng tự nhiên, không làm thay đổi tập
quán sản xuất và bản sắc văn hóa địa phƣơng trong khu vực.
-Phát triển thủy điện nhỏ đang đƣợc khuyến khích trên phạm vi toàn cầu.
2.1.1.2. Những vấn đề còn tồn tại
Xuất phát từ các điều kiện địa hình trên các địa bàn khu vực miền núi và đặc điểm của các dòng chảy đầu nguồn có lƣu lƣợng nhỏ, các trạm thủy điện thƣờng đƣợc xây dựng kiểu kênh dẫn, hình 2.3
Kênh dẫn nước (chiều dài L1) Ốn g dẫn áp lực (ch iều dà i L2 ) Trạm thủy điện nhỏ Bể kỹ thuật h ZHL Tiết diện ống áp lực q2 lưu tốc trong ống áp lực
Tiết diện kênh dẫn
q1 lưu tốc trong kênh dẫn
1 2
dq dq
dt dt
ZTL
Hình 2. 3 Cấu trúc cơ bản của trạm thủy điện nhỏ
Công suất của một máy phát thủy điện đƣợc tính qua biểu thức:
3.10 .10 dm m P T với Tm qh Trong đó: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Pđm là công suất định mức của máy phát điện [kW],
- là hiệu suất tổng cộng của các khâu biến đổi năng lƣợng: turbine, máy phát,
-q là lƣu tốc của dòng nƣớc qua turbine [m3/s], -h là cột nƣớc làm vệc của turbine [m],
-là tốc độ quay của turbine [rad/s] - = g = 9810.
Vấn đề điều chỉnh tăng hay giảm công suất vận hành đƣợc thực hiện thông qua điều chỉnh đại lƣợng q. Trong khi đó, đại lƣợng h đƣợc xem nhƣ có giá trị hằng (ít thay đổi theo từng giờ). Đối với các thủy điện vừa và lớn, vấn đề điều chỉnh lƣu lƣợng q để đáp ứng nhanh công suất chỉ phụ thuộc vào chất lƣợng của bộ điều khiển, nhƣng với thủy điện nhỏ lại còn phụ thuộc cả vào điều kiện tự nhiên có cho phép hay không? Đặc biệt với thủy điện công suất nhỏ không có bể dự trữ áp lực, kênh dẫn dài, trong quá trình điều chỉnh lƣu tốc q có nẩy sinh một số hạn chế:
Giới hạn trên của phạm vi điều chỉnh hẹp ( max dm q
q 1,1)
Đặc tính điều chỉnh q để cân bằng công suất và ổn định tần số có thời gian trễ lớn. Xem hình 2.4, tại thời điểm 4s tăng công suất tiêu thụ, tốc độ máy phát giảm đột ngột tƣơng ứng tần số lƣới suy giảm nghiêm trọng và thời gian trễ kéo dài đến thời điểm 6s (sau 100 chu kỳ lƣới) mới khôi phục đƣợc tần số định mức. (Vấn đề điều chỉnh điện áp máy phát không cần thiết đề cập ở đây. Bởi vì, cho đến nay thì các nghiên cứu cho điều chỉnh điện áp máy phát đồng bộ có thể coi nhƣ đã hoàn hảo, xem hình 2.5).
2 3 4 5 6 7 8 10 20 30 40 50 Time (s) T a n s o l u o i f (H z ) Hình 2. 4 Đặc tính ổn định tần số theo tải 2 3 4 5 6 7 8 0 100 200 300 400 Time (s) D ie n a p l u o i ( V )
Hình 2. 5 Đặc tính ổn định điện áp theo tải Điều này dẫn đến hạn chế khả năng điều chỉnh công suất của máy phát cả về hai yếu tố là:
-Khả năng quá tải.
-Tốc độ huy động công suất đỉnh.
Trong khi đó, phụ tải luôn có những đòi hỏi về vấn đề này: Giả thiết, một xí nghiệp khai thác đá hay khai thác chế biến khoáng sản có động cơ không đồng bộ công suất lớn hoạt động, chế độ khởi động của động cơ đòi hỏi công suất lớn từ 5 đến 7 lần công suất định mức. Khi đó, mạng điện cục bộ thủy điện nhỏ bộc lộ một số vấn đề nhƣợc điểm:
1) Nhƣợc điểm thứ nhất: Máy phát không thể huy động kịp thời công
suất cho động cơ khởi động và nhất là khi hệ số mang tải của máy phát đang vận hành ở mức cao (Kpt0,7).