Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35 kV Mộc Châu có tích hợp các thủy điện nhỏ địa phương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

45
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của 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 374 huyện Mộc Châu. Đặc biệt là đối với các thủy điện nhỏ kết nối lưới. Cung cấp dữ liệu cho quy hoạch phát triển lưới trong tương lai, đồng thời có áp dụng 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 Mộc Châu có tích hợp các thủy điện nhỏ địa phương

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Phạm Văn Thái NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN 35 KV MỘC CHÂU CÓ TÍCH HỢP CÁC THỦY ĐIỆN NHỎ ĐỊA PHƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên - năm 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Phạm Văn Thái NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN 35 KV MỘC CHÂU CÓ TÍCH HỢP CÁC THỦY ĐIỆN NHỎ ĐỊA PHƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Ngô Đức Minh Thái Nguyên – năm 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi là Phạm Văn Thái, 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 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 nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35 kV Mộc Châu có tích hợp các thủy điện nhỏ địa phương”. 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 17 tháng 10 năm 2020 Học viên Phạm Văn Thái i
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... - 1 - CHƯƠNG 1 ....................................................................................................................... - 3 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN ............................................................................... - 3 - VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ 35 KV HUYỆN MỘC CHÂU .......................................... - 3 - 1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia ..................................................... - 3 - 1.1.1 Mô hình cấu trúc lưới điện phân phối ...................................................................... - 5 - 1.2.2 Các dạng nguồn điện công suất nhỏ trong hệ thống phân phối điện ......................... - 7 - 1.1.3 Phân loại thiết bị dùng điện trong hệ thống phân phối điện, [3] [4]. ......................... - 7 - 1.2.4 Những hộ phụ tải điện điển hình và yêu cầu cung cấp điện...................................... - 8 - 1.2 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối, [6]. ...................................... - 10 - 1.3 Đặc điểm lưới điện trung 35 kV Mộc Châu, [7]. .................................................. - 16 - 1.3.1 Vị trí địa lý và dân số trong khu vực...................................................................... - 16 - 1.3.2 Đặc điểm hiện trạng lưới điện 35kV Mộc Châu ..................................................... - 16 - 1.4 Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................... - 19 - Kết luận chương 1............................................................................................................ - 19 - CHƯƠNG 2 ..................................................................................................................... - 20 - CÔNG CỤ TOÁN HỌC VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG ................................................. - 20 - 2.1 Đặt vấn đề .................................................................................................................. - 20 - 2.2 Công cụ toán học và phần mềm ứng dụng .................................................................. - 21 - 2.2.1 Các biến số và phân loại bus (nút), [5]................................................................... - 21 - 2.2.2 Giải tích lưới điện và thuật toán áp dụng, [5]. ........................................................ - 21 - 2.2.3 Giải tích lưới bằng phần mềm ETAP, [8] .............................................................. - 24 - 2.3 Áp dụng ETAP mô hình hóa mô phỏng lộ 374 lưới điện 35 kV Mộc Châu ................. - 24 - 2.3.1 Giới thiệu chung về Etap [8] ................................................................................. - 24 - 2.3.2 Mô hình hóa mô phỏng lộ 374 lưới điện 35 kV Mộc Châu ..................................... - 27 - Kết luận chương 2............................................................................................................ - 34 - CHƯƠNG 3 ..................................................................................................................... - 35 - MÔ PHỎNG GIẢI TÍCH LƯỚI VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ....................................... - 35 - HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LỘ 374 LƯỚI ĐIỆN 35 KV MỘC CHÂU .............................. - 35 - 3.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................... - 35 - 3.2 Mô phỏng lộ 374 trong chế độ vận hành với phụ tải cực đại Smax....................... - 36 - 3.2.1 Chế độ phụ tải cực đại (100%Sđm) khi chưa xét đến thủy điện nhỏ SHP............... - 36 - ii
3.2.2 Chế độ phụ tải cực đại (100%Sđm) khi kể đến thủy điện nhỏ SHP ........................ - 43 - 3.2.2.1 Trạng thái 1: Chế độ phụ tải cực đại trong mùa mưa .......................................... - 44 - 3.2.2.2 Trạng thái 2: Chế độ phụ tải cực đại trong mùa khô ........................................... - 50 - 3.3 Mô phỏng lộ 374 trong chế độ vận hành với phụ tải cực tiểu Smin ...................... - 57 - 3.3.1 Trạng thái 3: Chế độ phụ tải cực tiểu khi SHP phát CSTD..................................... - 59 - 3.3.1 Trạng thái 4: Chế độ phụ tải cực tiểu khi SHP phát CSTD và thu CSPK................ - 67 - Kết luận chương 3............................................................................................................ - 70 - KỂT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................... - 72 - TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ - 74 - iii
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh ............................................. - 3 - Hình 1. 2 Sơ đồ một sợi hệ thống điện .................................................................... - 4 - Hình 1. 3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện .................................................... - 5 - Hình 1. 4 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối ................................... - 6 - Hình 1. 5 Sơ đồ một sợi lưới điện 35 kV Điện lực Mộc châu, [7].......................... - 18 - Hình 1. 6 Sơ đồ lưới điện 35kV lộ 374 Điện lực Mộc Châu, [7]............................ - 19 - Hình 2. 1 Các cửa sổ chính ................................................................................... - 25 - Hình 2. 2 Các chức năng tính toán ........................................................................ - 25 - Hình 2. 3 Các phần tử AC ..................................................................................... - 26 - Hình 2. 4 Một số chức năng tính toán thông dụng ................................................. - 26 - Hình 2. 5 Sơ đồ mô phỏng lộ 374 lưới điện 35 kV Mộc Châu ............................... - 27 - Hình 2. 6 Nguyên tắc điều chỉnh công suất tác dụng, [8]....................................... - 29 - Hình 2. 7 Nguyên tắc điều chỉnh công suất phản kháng, [8] .................................. - 29 - Hình 2. 8 Đồ thị hướng dẫn chọn điểm vận hành máy phát điện trong Etap, [8] .... - 30 - Hình 2. 9 Cửa sổ cài đặt máy phát thủy điện ......................................................... - 30 - Hình 3. 1 Lưu đồ giải tích lưới và các giải pháp đề xuất ....................................... - 36 - Hình 3. 2 Mô phỏng phân bố công suất và điện áp chế độ Smax chưa có SHP ...... - 37 - Hình 3. 3 Mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus-tải trạng thái 1a ................ - 45 - Hình 3. 4 Mô phỏng công suất lộ 374 nhận từ hệ thống qua thanh cái C32 ........... - 48 - Hình 3. 5 Mô phỏng trạng thái 1b ......................................................................... - 49 - Hình 3. 6 Mô phỏng trạng thái 2b ......................................................................... - 54 - Hình 3. 7 a,b Sơ đồ mô phỏng phân bố công suất lộ 374 chế độ Smin................... - 58 - Hình 3. 8a,b Mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus-tải trạng thái 3 ............. - 60 - iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1 Tổng độ méo biên độ sóng hài .............................................................. - 12 - Bảng 1. 2 Các thủy điện nhỏ, [7]........................................................................... - 18 - Bảng 2. 1 Thông số nguồn .................................................................................... - 28 - Bảng 2. 2 Số lượng phụ tải và các thông số cơ bản ............................................... - 32 - Bảng 2. 3 Số lượng đường dây và thông số cơ bản ................................................ - 33 - Bảng 3. 1 Dữ liệu kết quả mô phỏng chế độ Smax và chưa có SHP ...................... - 37 - Bảng 3. 2 Kết quả mô phỏng phân bố công suất trên đường dây ........................... - 40 - Bảng 3. 3 Thông số cài đặt SHP trạng thái 1a ...................................................... - 44 - Bảng 3. 4 Kết quả mô phỏng trạng thái 1a ............................................................ - 45 - Bảng 3. 5 Thông số cài đặt SHP trạng thái 1b ....................................................... - 49 - Bảng 3. 6 Kết quả mô phỏng điện áp bus-tải (tóm tắt) trạng thái 1b ...................... - 49 - Bảng 3. 7 Thông số cài đặt SHP trạng thái 2a ....................................................... - 50 - Bảng 3. 8 Dữ liệu kết quả mô phỏng trạng thái 2a................................................. - 51 - Bảng 3. 9 Thông sô cài đặt SHP trạng thái 2b ....................................................... - 54 - Bảng 3. 10 Dữ liệu kết quả mô phỏng trạng thái 2b .............................................. - 55 - Bảng 3. 11 Thông số cài đặt SHP trạng thái 3 ...................................................... - 59 - Bảng 3. 12 Dữ liệu kết quả điện áp bus-tải Trạng thái 3 ........................................ - 61 - Bảng 3. 13. Dữ liệu mô phỏng phân bố công suất Trạng thái 3 ............................. - 63 - Bảng 3. 14 Thông số cài đặt SHP trạng thái 4 ....................................................... - 67 - Bảng 3. 15 Dữ liệu kết quả điện áp bus-tải Trạng thái 4 ........................................ - 67 - v
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 SW Switching Chuyển mạch (cầu dao) SHP Small Hydro Power station Trạm thủy điện nhỏ vi
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 theo mùa (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 lưới điện. - Chất lượng điện năng thấp do điện áp thay đổi tăng, giảm phụ thuộc vào thuỷ điện nhỏ kết nối lưới. - Tổn thất điện năng trên lưới điện lớn. Trong bối cảnh này, những lưới điện trung thế thuộc địa bàn miền núi nói chung và cụ thể là lưới điện 35kV lộ 374 huyện Mộc Châu cần thiết phải 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 phức hợp 35 kV lộ 374 có kết nối thủy điện nhỏ địa phương huyện Mộc Châu. Nghiên cứu thực trạng vận hành lưới điện 35 kV lộ 374 huyện Mộc Châu; khảo sát các phương án vận hành khác nhau, trạng thái vận hành khác nhau về thông số nguồn (2 TBA trung gian), 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 -1-
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 374 huyện Mộc Châu làm cơ sở cho các nghiên cứu chuyên môn chuyên ngành. 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 374 huyện Mộc Châu. Đặc biệt là đối với các thủy điện nhỏ kết nối lưới. - Cung cấp dữ liệu cho quy hoạch phát triển lưới trong tương lai, đồng thời có áp dụng 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 Mộc Châu 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 374 lưới điện 35 kV Mộc Châu 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 Sơn La, Điện lực Mộc Châu, cám ơn thầy cô khoa Điện, Nhà trường đã nhiệt tình giúp đỡ, 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. -2-
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ 35 KV HUYỆN MỘC CHÂU 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] [2] bao gồm các hạng mục chính từ khâu sản xuất đến truyển tải đến phân phối và cuối cùng là 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 -3-
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, có thể biểu diễn một hệ thống điện quốc gia dưới dạng sơ đồ một sợi (One Diagram), Hình 1. 2 [3] [4] 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 -4-
Hình 1. 3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn chủ yếu chỉ quan tâm đế khối phân phối. Cấu trúc khối phân phân phối được giới thiệu cụ thể như sau. 1.1.1 Mô hình cấu trúc lưới điện phân phối Khối phân phối hay còn gọi là hệ thống điện phân phối bao gồm các trạm biến áp và đường dây được tính đến thứ cấp của trạm biến áp 220 kV. 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 1.4, [2]. -5-
Hình 1. 4 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). -6-
- 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. 1.2.2 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, [4] [5].  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: - 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. 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 Phân loại thiết bị dùng điện trong hệ thống phân phối điện, [3] [4]. Điện năng là động lực chính của các hoạt động sản xuất và đời sống sinh hoạt -7-
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. 1.2.4 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 -8-
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). - 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 -9-
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.  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. 1.2 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối, [6]. 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. 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. - 10 -
 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.  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.  Điện áp : - Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối bao gồm: 110 kV; 35 kV; 22 kV; 15 kV; 10 kV; 0,6 kV và 0,4 kV. - Trong chế độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định như sau: 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 %; - 11 -
- 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 phân phối có thể thỏa thuận với Đơn vị phân phối điện hoặc Đơn vị phân phối và bán lẻ điện.  Cân bằng pha: Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không vượt quá 03 % điện áp danh định đối với cấp điện áp 110 kV hoặc 05 % điện áp danh định đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp.  Sóng hài điện áp: Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp (THD) là tỷ lệ giữa giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp với giá trị hiệu dụng của điện áp bậc cơ bản (theo đơn vị %), được tính theo công thức sau: 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 1.1 như sau: Bảng 1. 1 Tổng độ méo biên độ sóng hài Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ - 12 -