Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35 kV Điện lực Mường La và thủy điện nhỏ Nậm Chiến 3

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu đề tài là đề xuất được các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành và nâng cao chất lượng điện áp cho lưới điện 35 kV lộ 371 huyện Mường La. Đặc biệt là đối với thủy điện nhỏ SHP Nậm Chiến 3. Cung cấp dữ liệu cho quy hoạch phát triển lưới trong tương lai, đồng thời có phát triển nguồn phân tán khác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35 kV Điện lực Mường La và thủy điện nhỏ Nậm Chiến 3

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Lường Anh Tuấn NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN 35 KV VÀ THỦY ĐIỆN NHỎ NẬM CHIẾN 3 HUYỆN MƯỜNG LA LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên - năm 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Lường Anh Tuấn NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN 35 KV VÀ THỦY ĐIỆN NHỎ NẬM CHIẾN 3 HUYỆN MƯỜNG LA LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Nguyễn Duy Cương Thái Nguyên – năm 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi là Lường Tuấn Anh, học viên lớp cao học K21 ngành Kỹ thuật điện, sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo khoa Điện trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp PGS.TS. Nguyễn Duy Cương, tôi đã hoàn thành chương trình học tập và đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35 kV Điện lực Mường La và thủy điện nhỏ Nậm Chiến 3”. Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Duy Cương. 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 18 tháng 10 năm 2020 Học viên Lường Anh Tuấn i
MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................................. ii DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................................ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................... vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT ........................................................................... vii MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... - 1 - CHƯƠNG 1 ....................................................................................................................... - 4 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN ............................................................................... - 4 - VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 35 KV HUYỆN MƯỜNG LA ............................................. - 4 - 1.1 Tổng quan về hệ thống điện ......................................................................................... - 4 - 1.1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia.................................................. - 4 - Khối 1 - Các nhà máy điện: .................................................................................... - 5 - Khối 2 - Hệ thống truyền tải: .................................................................................. - 5 - Khối 3 - Hệ thống điện phân phối (Electric distribution system): ............................ - 6 - 1.1.2 Các dạng nguồn điện công suất nhỏ trong hệ thống phân phối điện ......................... - 8 - 1.1.3 Những hộ phụ tải điện điển hình và yêu cầu cung cấp điện...................................... - 9 - 1.1.4 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối [3] ................................... - 11 - 1.2 Đặc điểm xã hội và điều kiện tự nhiên huyện Mường La, [5]...................................... - 18 - 1.2.1 Vị trí địa lý và dân số trong khu vực...................................................................... - 18 - 1.2.2 Đặc điểm hiện trạng lưới điện phân phối tỉnh Sơn La và huyện Mường La [5] ...... - 20 - 1.3 Xác định phạm vi nghiên cứu của luận văn................................................................. - 25 - Kết luận chương 1............................................................................................................ - 36 - CHƯƠNG 2 ..................................................................................................................... - 37 - CÔNG CỤ TOÁN HỌC VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG ................................................. - 37 - 2.1 Giới thiệu chung......................................................................................................... - 37 - 2.2 Công cụ toán học và phần mềm ứng dụng, [6] ............................................................ - 38 - 2.3 Áp dụng ETAP mô hình hóa mô phỏng lộ 371 lưới điện 35 kV Mường La................. - 38 - 2.3.1 Giới thiệu chung về Etap, [6] ................................................................................ - 38 - 2.3.2 Mô hình hóa mô phỏng lộ 371 lưới điện 35 kV Mường La .................................... - 41 - Kết luận chương 2............................................................................................................ - 50 - CHƯƠNG 3 ..................................................................................................................... - 51 - MÔ PHỎNG GIẢI TÍCH LƯỚI VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ....................................... - 51 - HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LỘ 371 LƯỚI ĐIỆN 35 KV MƯỜNG LA .............................. - 51 - 3.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................... - 51 - 3.2 Chế độ vận hành 1: Phụ tải Smax, chưa xét đến SHP Nậm Chiến 3 .................... - 53 - ii
3.2.1 Chế độ vận hành 1a: Smax, 105%Uđm, ngắt kết nối SHP Nậm Chiến 3 ............... - 53 - 3.2.2 Chế độ vận hành 1b: Smax, 102%Uđm, ngắt kết nối SHP Nậm Chiến 3 ............... - 59 - 3.3 Chế độ vận hành 2: Smax, 105%Uđm, có xét đến SHP Nậm Chiến 3 .................. - 64 - 3.3.1 Chế độ vận hành 2a: Smax, SHP chỉ phát CSTD................................................... - 64 - 3.3.2 Chế độ vận hành 2b: Smax, SHP phát đồng thời CSTD và CSPK ......................... - 69 - 3.4 Chế độ vận hành 3: Vận hành SHP khi sự cố trên đường dây lộ 371 .................... - 71 - 3.4.1 Chế độ vận hành 3a: Vận hành SHP khi ngắn mạch sau bus11 .............................. - 72 - 3.4.2 Chế độ vận hành 3b: Vận hành SHP khi sự cố mất nguồn lưới .............................. - 76 - Kết luận chương 3............................................................................................................ - 79 - KỂT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................... - 80 - TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ - 82 - iii
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh ............................................. - 4 - Hình 1. 2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện .................................................... - 5 - Hình 1. 3 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối ................................... - 7 - Hình 1. 4 Bản đồ vị trí địa lý huyện Mường La, [5] .............................................. - 19 - Hình 1. 5 Sơ đồ các TBA trung gian và kết nối dây lưới trung áp tỉnh Sơn La ...... - 20 - Hình 1. 6 Sơ đồ một sợi lưới điện 35 kV Điện lực Mường La [5] ......................... - 26 - Hình 2. 1 Các cửa sổ chính ................................................................................... - 39 - Hình 2. 2 Các chức năng tính toán ........................................................................ - 39 - Hình 2. 3 Các phần tử AC ..................................................................................... - 40 - Hình 2. 4 Một số chức năng tính toán thông dụng ................................................. - 40 - Hình 2. 5 Các thiết bị đo lường, bảo vệ ................................................................. - 41 - Hình 2. 6 Sơ đồ mô phỏng lộ 371 lưới điện 35 kV Mường La............................... - 41 - Hình 2. 7 Nguyên tắc điều chỉnh công suất phản kháng, [8] .................................. - 43 - Hình 2. 8 Nguyên tắc điều chỉnh công suất tác dụng, [8]....................................... - 44 - Hình 2. 9 Đồ thị hướng dẫn chọn điểm vận hành máy phát điện trong Etap, [8] .... - 44 - Hình 2. 10 Cửa sổ cài đặt máy phát thủy điện ....................................................... - 45 - Hình 3. 1 Hình ảnh nhà máy thủy điện Nậm Chiến 3, [5] ...................................... - 51 - Hình 3. 2 Lưu đồ giải tích lưới và các giải pháp đề xuất ....................................... - 52 - Hình 3. 3 Mô phỏng phân bố công suất và điện áp chế độ 1a ................................ - 53 - iv
Hình 3. 4 Điện áp các bus-tải phần đầu lộ 371, chế độ vận hành 1a ...................... - 54 - Hình 3. 5 Điện áp các bus-tải cuối lộ 371, chế độ vận hành 1a .............................. - 54 - Hình 3. 6 Điện áp các bus-tải phần đầu đường dây lộ 371, chế độ vận hành 1b ..... - 60 - Hình 3. 7 Điện áp các bus-tải cuối đường dây lộ 371, chế độ vận hành 1b ............ - 61 - Hình 3. 8 Mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus-tải, chế độ vận hành 2a..... - 67 - Hình 3. 9 Mô phỏng điện áp tăng khi bảo vệ tác động cắt lộ 377, 379................... - 68 - Hình 3. 10 Kết quả mô phỏng điện áp tăng cao phía đầu lộ 371, chế độ vận hành 2b ... - 69 - Hình 3. 11 Kết quả mô phỏng điện áp tăng phía cuối lộ 371, chế dộ vận hành 2b . - 70 - Hình 3. 12 Thiết lập 06 bảo vệ Reclose trên lộ 371 ............................................... - 71 - Hình 3. 13 Mô phỏng phân bố công suất tại Bus11, chế độ vận hành 3a ............... - 72 - Hình 3. 14 Mô tả ngắn mạch tại bus16 , bảo vệ GEC 13 tác động cắt mạch .......... - 73 - Hình 3. 15 Phân bố công suất tại bus11 khi REC 13 tác động ............................... - 73 - Hình 3. 16 Mô tả Mô tả ngắn tại bus112 , bảo vệ GEC 20 tác động cắt mạch ....... - 74 - Hình 3. 17 Phân bố công suất tại bus11 khi NM, REC 20 tác động ....................... - 75 - Hình 3. 18 Mô phỏng SHP quá tải khi mất nguồn lưới .......................................... - 77 - Hình 3. 19 Mô phỏng vận hành SHP khi sa thải phụ tải ........................................ - 78 - v
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1 Tổng độ méo biên độ sóng hài .............................................................. - 14 - Bảng 1. 2 Các thủy điện nhỏ trong lộ 371 và lộ 375 Mường La ............................ - 26 - Bảng 1. 3 Dữ liệu thông số đường dây lộ 371, 375 Mường La .............................. - 26 - Bảng 1. 4 Dữ liệu thông số phụ tải lộ 371, 375 lưới điện phân phối Mường La ..... - 32 - Bảng 1. 5 Dữ liệu thông số các MBA lộ 371, 375 lưới điện phân phối Mường la.. - 33 - Bảng 2. 1 Thông số cơ bản của SHP Nậm Chiến 3................................................ - 42 - Bảng 2. 2 Số lượng phụ tải và các thông số cơ bản lộ 371..................................... - 47 - Bảng 2. 3 Số lượng đường dây và thông số cơ bản lộ 371 ..................................... - 49 - Bảng 3. 1 Dữ liệu kết quả mô phỏng điện áp bus-tải, chế độ vận hành1a .............. - 55 - Bảng 3. 2 Dữ liệu kết quả mô phỏng phân bố công suất trên đường dây, chế độ vận hành 1a ......................................................................................................... - 56 - Bảng 3. 3 Dữ liệu cân bằng công suất và tổng tổn thất công suất .......................... - 58 - Bảng 3. 4 Dữ liệu kết quả giải tích điện áp bus-tải, chế độ vận hành 1b ................ - 62 - Bảng 3. 5 Cân bằng công suất và tổn thất công suất trong lộ 371, chế độ vận hành 1b . - 63 - Bảng 3. 6 Thông số cài đặt máy phát SHP Nậm Chiến 3, trạng thái vận hành 2a .. - 65 - Bảng 3. 7 Dữ liệu kết quả điện áp và công suất bus-tải chế độ vận hành 2a........... - 65 - Bảng 3. 8 Thông số cài đặt máy phát SHP Nậm Chiến 3, chế độ vận hành 2b ....... - 69 - vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt OTI Operation Technology, Inc EHV & HV Extra High Voltage/ High Voltage Siêu cao áp/cao áp CSTD (P) Active Power Công suất tác dụng CSPK (Q) Reaction Power Công suất phản kháng AC Alternating Current Điện xoay chiều DC Direct Current Điện một chiều CB Current Breck Máy cắt điện SW Switching Chuyển mạch (cầu dao) SHP Small Hydro Power station Nguồn thủy điện nhỏ WTG Wind Turbine Generators Nguồn phát điện turbine gió PVG Photovoltaic Generators Nguồn pin mặt trời vii
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hệ thống điện Việt Nam nói chung và lưới điện tại tỉnh miền núi nói riêng được xây dựng và phát triển từng bước qua các nhiều giai đoạn nên thiếu sự đồng bộ và còn bất cập. Trong đó, có nhiều đường dây 35kV cung cấp cho các trạm biến biến áp phân bố rải rác, trải dài trên một phạm vi lớn theo điều kiện tự nhiên và phân bố dân cư trong khu vực, đặc điểm phụ tải có tính chất không ổn định trong ngày (24h) do chủ yếu các phụ tải điện sinh hoạt, ít phụ tải điện công nghiệp công suất nhỏ. Trong quá trình cải tạo phát triển, các đường dây 110kV và các trạm biến trung gian được xây dựng thêm làm thay đổi phân bố công suất khác so với thiết kế ban đầu. Đặc biệt, chính sách phát triển nguồn năng lượng tái tạo kết nối lưới cũng có tác động mạnh đến cấu trúc lưới và thay đổi các phương thức vận hành. Trong số đó, phải kể đến các thủy điện nhỏ công suất từ một vài MW đến vài chục MW có đặc điểm vận hành thụ động, bám lưới và phụ thuộc theo mùa nước (nguồn nước thay đổi). Từ các lý do trên đây đã làm cho cấu trúc lưới ban đầu trở nên thiếu đồng bộ, phát sinh nhiều bất cập, ví dụ: - Cấu trúc lưới, và chủng loại, tiết diện dây dẫn một vài đoạn bất hợp lý. - Hạn chế tính năng làm việc, bảo vệ của các thiết bị điện. - Khó khăn trong lựa chọn phương thức vận hành các nguồn phân tán khai thác từ nguồn NLTT tại địa phương như PVG, SHP, WTG. - Chất lượng điện năng thấp do điện áp. - Tổn thất điện năng trên lưới điện lớn. Trong bối cảnh này, những lưới điện trung áp thuộc địa bàn miền núi nói chung và cụ thể là lưới điện 35kV lộ 371 huyện Mường La cần thiết được kiểm soát bằng những phần mềm chuyên dụng, ví dụ như ETAP. Thông qua đó có thể đề xuất được những giải pháp tốt nhất cho các phương án vận hành, khảo sát nhiều ứng dụng khác nhau cho hoạt động chuyên môn cả về lý thuyết và thực tiễn. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Lưới điện 35 kV lộ 371 có kết nối thủy điện nhỏ SHP Nậm Chiến 3 tại địa phương huyện Mường La. Nghiên cứu thực trạng vận hành lưới điện 35 kV lộ 371 huyện Mường La; khảo sát các phương án vận hành khác nhau, trạng thái vận hành khác nhau về thông -1-
số nguồn ( thanh cái C31 của TBA trung gian Mường La), thông số phụ tải, cấu trúc mạch vòng, vận hành các thủy điện theo mùa...Trên cơ sở đó phát hiện những ưu nhược điểm, những tồn tại, bất cập của lưới điện hiện tại đồng thời đề xuất giải pháp khắc phục 3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Về lý thuyết: - Học viên sử dụng được phần mềm chuyên dụng ETAP cho học tập, nghiên cứu và ứng dụng trong công tác chuyên môn, nghiệp vụ. - Mô hình hóa mô phỏng được đối tượng nghiên cứu là lưới điện 35 kV lộ 371 huyện Mường La làm cơ sở cho các nghiên cứu chuyên môn. Về thực tiễn: - Đề xuất được các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành và nâng cao chất lượng điện áp cho lưới điện 35 kV lộ 371 huyện Mường La. Đặc biệt là đối với thủy điện nhỏ SHP Nậm Chiến 3. - Cung cấp dữ liệu cho quy hoạch phát triển lưới trong tương lai, đồng thời có phát triển nguồn phân tán khác. 4. Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát, thu thập số liệu thực tế. - Sử dụng phần mềm mô phỏng hiện đại (ETAP). - Phân tích cơ sở lý thuyết áp dụng cho đối tượng thực tế . - Công cụ nghiên cứu, tính toán, mô phỏng có độ tin cậy cao. - Đánh giá nêu bật được những đóng góp của đề tài, giá trị khoa học và thực tiễn đạt được. 5. Kết cấu luận văn Tổng thể luận văn gồm các chương sau: Chương 1. Tổng quan về hệ thống điện và lưới điện 35 kV huyện Mường La . Chương 2. Công cụ toán học và phần mềm ứng dụng Chương 3. Mô phỏng giải tích lưới và giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lộ 371 lưới điện 35 kV Mường La 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 -2-
hạn chế. 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 Sơn La, Điện lực Mường La, cám ơn thầy cô khoa Điện và 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. -3-
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 35 KV HUYỆN MƯỜNG LA 1.1 Tổng quan về hệ thống điện 1.1.1 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 1.1, [1]. 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 -4-
thất trên các thiết bị truyền tải và phân phối điện. - 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. Cấu trúc của một hệ thống điện thường được chia thành 03 khối chính như mô tả trên Error! Reference source not found. Hình 1. 2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện 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 công suất lớn (Pđm ≥ 30 MW). Thứ hai đó là các nguồn điện phân tán công suất nhỏ (Pđm  30 MW). 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 [2], [3]: - 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. -5-
- 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. Khối 3 - Hệ thống điện phân phối (Electric distribution system): 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 thể hiện dưới dạng sơ đồ một sợi như trên hình 1.3 -6-
Hình 1. 3 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. -7-
- Hệ thống phân phối điện trung áp (Middle Voltage): bao gồm hệ thống các đường dây trung áp (22 kV, 35 kV) và các trạm biến áp phân phối hạ áp cung cấp điện cho lưới phân phối hạ thế (Low voltage). - 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. 1.1.2 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 áp 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: - Cấp điện áp định mức Uđm (kV): 110 kV, 35 kV, 22 kV - Công suất ngắn mạch SNM (MVA): 400 MVA - Tỷ số X/R Một hệ thống điện phân phối có thể bao gồm một hoặc hai nguồn chính tùy theo cấp độ tin cậy cần thiết. Trong thực tế đó là các trạm biến áp trung gian biến đổi từ cấp điện áp 110 kV hoặc 220 kV xuống cấp điện áp phân phối.  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 SHP: đó là SHP 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. -8-
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. 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 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 : -9-
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). - 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 - 10 -
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. - 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. 1.1.4 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối [4] Để đánh giá chất lượng điện năng trong cung cấp cho các hộ tiêu thụ, các cấp quản - 11 -