Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu bù tối ưu cho lưới điện phân phối trung áp xét đến xác suất của phụ tải

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu và phát triển phương pháp tính toán vị trí và dụng lượng bù tối ưu trong LĐPPTA. Trên cơ sở đó, xây dựng các chương trình tính toán vị trí và dụng lượng bù tối ưu trong LĐPPTA. Ứng dụng vào thực tế, xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu cho LĐPPTA Tiên Du. Từ đó, đánh giá hiệu quả của phương pháp bù hiện nay đồng thời đề xuất giải pháp bù cho LĐPPTA Tiên Du.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu bù tối ưu cho lưới điện phân phối trung áp xét đến xác suất của phụ tải

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN SỸ TÙNG NGHIÊN CỨU BÙ TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP XÉT ĐẾN XÁC SUẤT CỦA PHỤ TẢI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện THÁI NGUYÊN – 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN SỸ TÙNG NGHIÊN CỨU BÙ TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP XÉT ĐẾN XÁC SUẤT CỦA PHỤ TẢI Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 852 02 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TRƯỞNG KHOA TS. VŨ VĂN THẮNG PHÒNG ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN – 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các nghiên cứu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào trước đây. Tác giả luận văn Nguyễn Sỹ Tùng
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS. Vũ Văn Thắng cùng các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện, Khoa điện, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, sự giúp đỡ chân tình của các bạn đồng nghiệp, gia đình đã tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành luận văn này. Trong quá trình thực hiện, do thời gian hạn hẹp nên luận văn có thể có những thiếu sót. Tôi mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp để luận văn được hoàn thiện thêm và kết quả nghiên cứu thực sự có ý nghĩa góp phần nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống điện Việt Nam. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Sỹ Tùng
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... ii MỤC LỤC ......................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .............................................. vii DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................... viii MỞ ĐẦU ............................................................................................................. x I. Lý do chọn đề tài ........................................................................................ x II. Mục đích nghiên cứu ................................................................................ x III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .........................................................xi VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...............................................................xi CHƢƠNG 1. LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LĐPPTA ............................................................................................... 1 1.1 Lƣới điện phân phối trung áp ................................................................ 1 1.1.1 Giới thiệu lƣới điện phân phối trung áp ............................................ 1 1.1.2 Đặc điểm của lƣới điện phân phối trung áp ....................................... 1 1.1.2.1 Phân loại lưới điện trung áp .......................................................... 1 1.1.2.2 Vai trò của lưới điện trung áp ........................................................ 2 1.1.2.3 Các phần tử chính của lưới điện trung áp ...................................... 2 1.1.2.4 Cấu trúc của lưới điện trung áp ..................................................... 3 1.1.3 Hiện trạng lƣới điện trung áp tại Việt Nam ....................................... 7 1.1.3.1 Tình hình phát triển lưới điện trung áp của nước ta ....................... 7 1.1.3.2 Tình hình phát triển phụ tải điện .................................................... 8 1.2 Đặc tính tải của LĐPP ............................................................................ 9 1.2.1 Đồ thị phụ tải ngày ........................................................................... 9 1.2.2 Tính ngẫu nhiên của phụ tải điện .................................................... 11 1.3 Chất lƣợng điện năng của LĐPPTA .................................................... 11 1.3.1 Điện áp ........................................................................................... 11 1.3.2 Hệ số công suất .............................................................................. 12 1.3.3 Tần số............................................................................................. 13 1.3.4 Sóng hài ......................................................................................... 13
iv 1.3.5 Sự nhấp nháy điện áp ..................................................................... 13 1.3.6 Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố .................................... 14 1.4 Tổn thất và vấn đề giảm tổn thất trong LĐPPTA ............................... 14 1.4.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong LĐPP ................................. 14 1.4.1.1 Tổn thất kỹ thuật .......................................................................... 15 1.4.1.2 Tổn thất phi kỹ thuật .................................................................... 15 1.4.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến tổn thất và khả năng giảm thiểu tổn thất 16 1.4.2.1 Điện áp làm việc của trang thiết bị............................................... 16 1.4.2.2 Truyền tải CSPK .......................................................................... 16 1.4.2.3 Các biện pháp giảm thiểu tổn thất trong LĐPPTA ....................... 18 1.5 Hiệu quả của biện pháp bù CSPK trong giảm tổn thất của LĐPPTA18 1.5.1 Khái niệm về CSPK ....................................................................... 18 1.5.2 Bù CSPK trong hệ thống điện ......................................................... 19 1.5.3 Hệ số công suất và quan hệ với bù CSPK ....................................... 20 1.6 Kết luận chƣơng 1 ................................................................................. 22 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BÙ TRONG LĐPPTA ............... 23 2.1 Đặt vấn đề.............................................................................................. 23 2.2 Thiết bị bù CSPK .................................................................................. 23 2.2.1 Máy phát và máy bù đồng bộ .......................................................... 23 2.2.2 Tụ bù tĩnh ....................................................................................... 24 2.2.2.1 Tụ bù tĩnh cố định ........................................................................ 24 2.2.2.2 Tụ bù tĩnh điều chỉnh có cấp ........................................................ 24 2.2.3 Thiết bị bù điều chỉnh vô cấp SVC (Static Var Compensater) ......... 25 2.2.4 Động cơ điện .................................................................................. 25 2.2.5 Nhận xét ......................................................................................... 26 2.3 Phƣơng thức bù trong LĐPP................................................................ 26 2.4 Các phƣơng pháp tính toán bù trong LĐPP........................................ 27 2.4.1 Bù CSPK nâng cao hệ số cos ....................................................... 27 2.4.2 Cực tiểu tổn thất công suất ............................................................. 29 2.4.3 Theo điều kiện chỉnh điện áp .......................................................... 30 2.4.4 Phƣơng pháp bù kinh tế .................................................................. 31 2.4.4.1 Cực đại hóa lợi nhuận.................................................................. 32 2.4.4.2 Cực tiểu chi phí tính toán Zmin. ..................................................... 33
v 2.4.4.3 Cực đại lợi nhuận ........................................................................ 34 2.4.5 Nhận xét ......................................................................................... 34 2.5 Kết luận chƣơng 2 ................................................................................. 34 CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN BÙ TRONG LĐPPTA XÉT ĐẾN XÁC SUẤT CỦA PHỤ TẢI .............................. 35 3.1 Đặt vấn đề.............................................................................................. 35 3.2 Mô hình toán ......................................................................................... 35 3.2.1 Hàm mục tiêu ................................................................................. 35 3.2.2 Các ràng buộc ................................................................................. 36 3.3 Công cụ tính toán .................................................................................. 37 3.3.1 Đặt vấn đề ...................................................................................... 37 3.3.2 Giới thiệu phần mềm PSS/Adept .................................................... 37 3.3.2.1 Chức năng của PSS/Adept. ........................................................... 38 3.3.2.2 Các bước thực hiện ...................................................................... 38 3.3.3 Lập chƣơng trình tính toán vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu bằng GAMS 42 3.3.3.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình GAMS............................................ 42 3.3.3.2 Cấu trúc chương trình .................................................................. 44 3.3.3.3 Thuật toán và solver BONMIN trong chương trình GAMS ........... 45 3.4 Ví dụ ...................................................................................................... 45 3.5 Kết luận chƣơng 3 ................................................................................. 47 CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG BÙ TỐI ƢU CHO LĐPPTA HUYỆN TIÊN DU ........................................................................................................... 55 4.1 Giới thiệu LĐPPTA huyện Tiên Du ..................................................... 55 4.1.1 Hiện trạng nguồn cung cấp điện ..................................................... 55 4.1.2 Hiện trạng LĐPPTA và các trạm biến áp của lộ 478-E27.1 ............ 55 4.1.3 Hiện trạng bù của LĐPPTA ............................................................ 58 4.1.4 Đồ thị phụ tải.................................................................................. 58 4.2 Hiện trạng tổn thất và thông số chế độ của lộ 478-E27.1 Tiên Du ...... 59 4.2.1 Sơ đồ và thông số của lộ 478-E27.1 Tiên Du .................................. 59 4.2.2 6 Kết quả tính toán ......................................................................... 65 4.2.3 Nhận xét ......................................................................................... 66
vi 4.3 Tính toán vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu của lộ 478-E27.1 xét đến xác xuất phụ tải. .......................................................................................... 67 4.3.1 Sơ đồ và thông số của LĐPPTA lộ 478-E27.1 ................................ 67 4.3.2 Kết quả tính toán vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu .............................. 67 4.3.3 Đánh giá tổn thất điện năng và chất lƣợng điện áp .......................... 68 4.3.4 Nhận xét ......................................................................................... 73 4.4 Kết luận chƣơng 4 ................................................................................. 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 80 PHỤ LỤC .......................................................................................................... 82
vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT CSTD Công suất tác dụng CSPK Công suất phản kháng ĐD Đƣờng dây. HTĐ Hệ thống điện. GAMS Ngôn ngữ lập trình (The General Algebraic Modeling System) MC Máy cắt. MBA Máy biến áp LĐPP Lƣới điện phân phối. LĐPPTA Lƣới điện phân phối trung áp. SCADA Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory Control And Data Acquisition) PSS/Adept Phần mềm (Power System Simulator/Avancer Distribution Enginering Productivity tool). TBPĐ Thiết bị phân đoạn.
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Độ biến dạng sóng hài điện áp ...................................................... 13 Bảng 1.2: Giới hạn độ nhấp nháy điện áp ...................................................... 14 Bảng 1.3: Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian loại trừ sự cố ...... 14 Bảng 2.1: Giá trị của kkt theo phƣơng thức cấp điện. ..................................... 28 Bảng 3.1: Modul các thuật toán giải trong GAMS ......................................... 44 Bảng 4.1: Hiện trạng nguồn cấp .................................................................... 55 Bảng 4.2: Bảng thông số hiện trạng tải của MBA phân phối ......................... 56 Bảng 4.3: Bảng thống kê dung lƣợng bù của tụ điện ..................................... 58 Bảng 4.4: Thông số phụ tải ........................................................................... 59 Bảng 4.5: Thông số đƣờng dây lộ 478-E27.1 ................................................ 63 Bảng 4.6: Xác suất của tải ............................................................................. 67 Bảng 4.7: Thông số của tụ bù ........................................................................ 67 Bảng 4.8: Vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu ....................................................... 68 Bảng 4.9: Tổn thất điện năng trong thời gian tính toán .................................. 68 Bảng 4.10: Công suất cực đại trên các đƣờng dây trong thời gian tính toán ... 72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia. .......................................................... 5 Hình 1.2: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia có phân đoạn. .................................... 5 Hình 1.3: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp......................... 5 Hình 1.4: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập. ............... 6 Hình 1.5: Sơ đồ lƣới điện kiểu đƣờng trục....................................................... 6 Hình 1.6: Sơ đồ lƣới điện có đƣờng dây dự phòng chung. ............................... 7 Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện......................................................... 7 Hình 1.8: Đồ thị phụ tải ngày ........................................................................ 10 Hình 1.9: Đồ thị phụ tải ngày điển hình theo mùa ......................................... 10 Hình 1.10: Biến thiên của điện áp trong lƣới điện ......................................... 12 Hình 1.11: Sơ đồ và tham số của mạch điện .................................................. 18
ix Hình 1.12: Tam giác công suất ...................................................................... 19 Hình 1.13: Giản đồ vecto dòng điện .............................................................. 21 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của SVC .............................................................. 25 Hình 2.2: Sơ đồ LĐPP .................................................................................. 26 Hình 3.1: Sơ đồ các bƣớc thực hiện tính toán bằng PSS/Adept ...................... 38 Hình 3.2: Giao diện xác định thƣ viện dây dẫn .............................................. 39 Hình 3.3: Giao diện xác định các thuộc tính của lƣới điện ............................. 39 Hình 3.4: Giao diện thiết lập thông số từng phần tử của lƣới điện ................. 40 Hình 3.5: Giao diện hộp tùy chọn chƣơng trình tính toán .............................. 40 Hình 3.6: Hiển thị kết quả tính toán trên sơ đồ .............................................. 41 Hình 3.7: Hiển thị kết quả tính toán trên của số progress view ...................... 41 Hình 3.8: Hiển thị kết quả tính toán trên cửa sổ report .................................. 41 Hình 3.9: Sơ đồ LĐPP 33 nút ........................................................................ 45 Hình 3.10: Đồ thị phụ tải ngày ...................................................................... 46 Hình 3.11: Điện áp nút .................................................................................. 47 Hình 4.1: Đồ thị phụ tải ngày của lộ 478-E27.1............................................. 59 Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý lộ 478-E27.1 ....................................................... 63 Hình 4.3: Hiện trạng điện áp các nút của lộ 478-E27.1 .................................. 66 Hình 4.4: Vị trí bù tối ƣu của lộ 478-E27.1 ................................................... 70 Hình 4.5: Điện áp lớn nhất và nhỏ nhất tại các nút của lộ 478-E27.1 trong giai đoạn tính toán ........................................................................................................ 71
x MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Bù là giải pháp cơ bản và đã đƣợc thực hiện để nâng cao chất lƣợng điện, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lƣới điện phân phối (LĐPP) nói chung và lƣới điện phân phối trung áp (LĐPPTA) nói riêng do lƣới điện này đƣợc xây dựng và phát triển từng bƣớc qua các nhiều giai đoạn nên tồn tại nhiều bất cập nhƣ: nhiều cấp điện áp, nhiều chủng loại dây với tiết diện không đảm bảo, chiều dài truyền tải quá lớn đặc biệt tại khu vực miền núi... Dẫn đến, tổn thất điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năng lớn. Chất lƣợng điện không đảm bảo và hiệu quả truyền tải của lƣới điện thấp. Nhiều giải pháp đã đƣợc thực hiện nhằm nâng cao chất lƣợng điện và hiệu quả truyền tải của LĐPPTA. Trong đó, giải pháp bù công suất phản kháng đã đƣợc quan tâm từ rất sớm và thực hiện phổ biến trên LĐPP. Tuy nhiên, phƣơng pháp phổ biến sử dụng để tính toán vị trí và dung lƣợng bù hiện nay dựa trên công suất cực đại và hệ số công suất cos nhằm giảm tổn thất trong lƣới điện. Phƣơng pháp này gặp sai số lớn và có thể không đảm bảo độ lệch điện áp các nút khi phụ tải thay đổi lớn ở giá trị cực đại hay cực tiểu (trong giờ cao điểm hoặc thấp điểm). Hơn nữa, nhiều phƣơng pháp tính toán mới đã đƣợc giới thiệu cùng với các ngôn ngữ lập trình và các chƣơng trình tính toán cho phép xét đến đồng thời nhiều thông số của LĐPP. Vì vậy, độ chính xác của kết quả tính toán đƣợc nâng lên đồng thời đảm bảo đƣợc thông số chế độ của lƣới điện trong mọi trạng thái vận hành. Từ phân tích trên, đề tài đƣợc lựa chọn cho nghiên cứu này nhằm mục đích nghiên cứu lựa chọn các thiết bị và phƣơng pháp bù hợp lý cho LĐPPTA, sử dụng các phƣơng pháp tối ƣu hóa nhằm tính toán vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu. Thay đổi của phụ tải đƣợc xét đến khi tính toán thông số chế độ cũng nhƣ lựa chọn vị trí và dung lƣợng bù theo đồ thị phụ tải ngày điển hình của các mùa trong năm nhằm tăng độ tin cậy, chính xác của kết quả tính toán, đáp ứng gần hơn yêu cầu của thực tiễn. Chƣơng trính tính toán đƣợc nghiên cứu lập trình bằng ngôn ngữ lập trình GAMS, tính toán áp dụng cho LĐPPTA trên địa bàn huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh. Từ đó, giúp cho cơ quan quản lý xây dựng đƣợc kế hoạch đầu tƣ thiết bị bù và vận hành lƣới điện đảm bảo chất lƣợng điện năng, an toàn, tin cậy và có hiệu quả cao. II. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu và phát triển phƣơng pháp tính toán vị trí và dụng lƣợng bù tối ƣu trong LĐPPTA. Trên cơ sở đó, xây dựng các chƣơng trình tính toán vị trí và dụng lƣợng bù tối ƣu trong LĐPPTA.
xi - Ứng dụng vào thực tế, xác định vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu cho LĐPPTA Tiên Du. Từ đó, đánh giá hiệu quả của phƣơng pháp bù hiện nay đồng thời đề xuất giải pháp bù cho LĐPPTA Tiên Du. III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: LĐPPTA Tiên Du. - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các phƣơng pháp bù trong LĐPPTA, các phƣơng pháp bù, mô hình toán và chƣơng trình tính toán vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu trong LĐPPTA. Đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bù cho LĐPPTA Tiên Du. VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu này đã xây dựng đƣợc mô hình toán và chƣơng trình tính toán vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu cho LĐPPTA khi xét đến thay đổi của phụ tải theo mô hình xác suất. - Ý nghĩa thực tiễn: Nhu cầu của tải trong thực tế thay đổi rất lớn nên việc tính toán bù xét đến thay đổi của phụ tải đảm bảo cực tiểu tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong suốt thời gian tính toán đồng thời đảm bảo yêu cầu về độ lệch điện áp cho phép. Vì vậy, tăng độ tin cậy và hiệu quả trong thiết kế và vận hành thiết bị bù trong LĐPPTA.
1 CHƢƠNG 1. LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LĐPPTA 1 Chương 1, Equation Chapter 1 Section 1 1.1 Lƣới điện phân phối trung áp 1.1.1 Giới thiệu lưới điện phân phối trung áp Lƣới điện phân phối trung áp (LĐPPTA) là một phần của hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải. LĐPPTA là khâu cuối cùng của hệ thống điện đƣa điện năng trực tiếp đến ngƣời tiêu dùng [1][5]. Tính đến nay lƣới điện trung áp đã trải khắp các xã trên đất nƣớc, tuy nhiên còn một số thôn, bản vẫn chƣa đƣợc dùng điện lƣới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel. 1.1.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối trung áp LĐPPTA đƣợc phân bố trên diện rộng, thƣờng vận hành không đối xứng và có tổn thất lớn. Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp nhất trên LĐPPTA vào khoảng 4% [5][10]. Vấn đề tổn thất trên LĐPPTA liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lƣới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Do đó, trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lƣợng vận hành của LĐPPTA. Trong những năm gần đây, LĐPPTA của nƣớc ta phát triển mạnh, các Công ty Điện lực cũng đƣợc phân cấp mạnh mẽ về quản lý. Vì vậy, chất lƣợng vận hành của LĐPPTA đƣợc câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm mạnh song vẫn còn rất khiêm tốn. 1.1.2.1 Phân loại lưới điện trung áp Lƣới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV phân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp trung áp [1][5]. Phân loại LĐPPTA trung áp theo 3 dạng: - Theo đối tƣợng và địa bàn phục vụ, có 3 loại: + Lƣới phân phối thành phố; + Lƣới phân phối nông thôn; + Lƣới phân phối xí nghiệp. - Theo thiết bị dẫn điện: + Lƣới phân phối trên không;
2 + Lƣới phân phối cáp ngầm. - Theo cấu trúc hình dáng: + Lƣới hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn. + Lƣới kín vận hành hở; + Sơ đồ hình lƣới; 1.1.2.2 Vai trò của lưới điện trung áp LĐPPTA làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện. LĐPPTA đƣợc xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện. Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, đảm bảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải. Đảm bảo chất lƣợng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép. LĐPPTA trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện: - Trực tiếp đảm bảo chất lƣợng điện áp cho phụ tải. - Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải. Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch lƣới phân phối. Mỗi sự cố trên LĐPPTA trung áp đều có ảnh hƣởng rất lớn đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội. - Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lƣới hệ thống và lƣới truyền tải). - Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năng xảy ra trên LĐPPTA. Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra này. - LĐPPTA gần với ngƣời dùng điện, do đó vấn đề an toàn điện cũng là rất quan trọng. 1.1.2.3 Các phần tử chính của lưới điện trung áp Các phần tử chủ yếu trong LĐPPTA bao gồm [5][10]: - MBA trung gian và MBA phân phối. - Thiết bị dẫn điện: Đƣờng dây tải điện. - Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch.
3 - Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dƣới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài bậc cao. - Thiết bị đo lƣờng: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lƣờng... - Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù. - Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đƣờng dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch, ... - Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện, ... Mỗi phần tử trên lƣới điện đều có các thông số đặc trƣng (công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt ...) đƣợc chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật. Những phần tử có dòng công suất đi qua (MBA, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù ...) thì thông số của chúng ảnh hƣởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên đƣợc dùng để tính toán chế độ làm việc của LĐPPTA. Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc. Một số ít phần tử có nhiều trạng thái nhƣ: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc. Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dƣới tải) nhƣ: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dƣới tải. Một số khác có thể thay đổi khi cắt điện nhƣ: Dao cách ly, đầu phân áp cố định. MBA và đƣờng dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dƣới tải. Nhờ các thiết bị phân đoạn, đƣờng dây tải điện đƣợc chia thành nhiều phần tử của hệ thống điện. Không phải lúc nào các phần tử của lƣới phân phối cũng tham gia vận hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác. Ví dụ tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử của lƣới không làm việc để LĐPPTA vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất. 1.1.2.4 Cấu trúc của lưới điện trung áp Cấu trúc của LĐPPTA bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành [5][10].
4 - Cấu trúc tổng thể: Là cấu trúc bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lƣới đầy đủ. Muốn lƣới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa. Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử, thừa về khả năng lập sơ đồ. Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa. Trong một chế độ vận hành nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, đa phần đó là cấu trúc vận hành. - Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là một hay một vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái của lƣới điện. Cấu trúc vận hành bình thƣờng gồm các phần tử và các sơ đồ vận hành do ngƣời vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, ngƣời ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ƣu theo điều kiện kinh tế nhất (tổn thất nhỏ nhất). Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, ngƣời ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết. Cấu trúc vận hành sự cố có chất lƣợng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thƣờng. Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải. Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi. Ngoài ra, cấu trúc LĐPPTA còn có thể có các dạng nhƣ: - Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này LĐPPTA không thể thay đổi sơ đồ vận hành. Khi cần bảo dƣỡng hay sự cố thì toàn bộ hoặc một phần LĐPPTA phải ngừng cung cấp điện. Cấu trúc dạng này chính là LĐPPTA hình tia không phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt. - Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này, LĐPPTA có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là khi đó LĐPPTA đƣợc cắt điện để thao tác. Đó là lƣới điện trung áp có cấu trúc kín vận hành hở. - Cấu trúc động hoàn toàn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐPPTA có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi lƣới đang trong trạng thái làm việc. Cấu trúc động đƣợc áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế LĐPPTA, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lƣới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể. Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lƣới điện trong thời gian thực. LĐPPTA trong cấu trúc này phải đƣợc thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn để thao tác sơ đồ.
5 Một số dạng sơ đồ cấu trúc LĐPPTA: - Lưới hình tia: Lƣới này có ƣu điểm là rẻ tiền nhƣng độ tin cậy rất thấp nhƣ Hình 1.1. - Lưới hình tia phân đoạn: Độ tin cậy cao hơn. Phân đoạn lƣới phía nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn lƣới phía sau, vì nó ảnh hƣởng ít đến các phân đoạn trƣớc (Hình 1.2). MC ĐD Nguồn P1 P2 P3 P4 P… Pn Hình 1.1: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia. MC ĐD TBPĐ Nguồn P1 P2 P3 P4 P… Pn Hình 1.2: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia có phân đoạn. - Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp (Hình 1.3): Có độ tin cậy cao hơn nữa do mỗi phân đoạn đƣợc cấp điện từ hai phía. Lƣới điện này có thể vận hành kín cho độ tin cậy cao hơn nhƣng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo vệ có hƣớng nên đắt tiền. Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn một chút do phải thao tác khi sự cố nhƣng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự động hay điều khiển từ xa. MC ĐD TBPĐ ĐD Nguồn MC TBPĐ MC ĐD TBPĐ ĐD Hình 1.3: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp. - Lưới kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập (Hình 1.4): Lƣới điện này phải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song song lƣới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn mạch.
6 MC ĐD TBPĐ ĐD Nguồn 1 TBPĐ MC ĐD TBPĐ ĐD Nguồn 2 Hình 1.4: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập. - Lưới điện kiểu đường trục (Hình 1.5): Cấp điện cho một trạm cắt hay một trạm biến áp, từ đó có các đƣờng dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ tải. Trên các đƣờng dây cấp điện không có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy cao. Thƣờng dùng để cấp điện cho các xí nghiệp hay các nhóm phụ tải xa trạm nguồn và có yêu cầu công suất lớn. MC ĐD1 MC Nguồn MC MC MC ĐD2 MC Hình 1.5: Sơ đồ lƣới điện kiểu đƣờng trục. - Lưới điện có đường dây dự phòng chung (Hình 1.6): Có nhiều đƣờng dây phân phối đƣợc dự phòng chung bởi một đƣờng dây dự phòng. Lƣới điện này có độ tin cậy cao và rẻ hơn kiểu một đƣờng dây dự phòng cho một đƣờng dây nhƣ ở trên (Hình 1.5). Loại này đƣợc dùng tiện lợi cho lƣới điện cáp ngầm. Lƣới điện trong thực tế là tổ hợp của 6 loại lƣới điện trên. Áp dụng cụ thể cho lƣới điện trên không hay lƣới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ thống điện có kiểu sơ đồ riêng.
7 Nguồn Đƣờng dây dự phòng Hình 1.6: Sơ đồ lƣới điện có đƣờng dây dự phòng chung. Lƣới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể đƣợc điều khiển bằng tay. Các thiết bị phân đoạn phải là loại không đòi hỏi bảo dƣỡng định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi nhƣ tin cậy tuyệt đối và đƣợc gọi là Sơ đồ hình lƣới nhƣ Hình 1.7. Đây là dạng cao cấp nhất và hoàn hảo nhất của lƣới phân phối trung áp. Lƣới điện có nhiều nguồn, nhiều đƣờng dây tạo thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn. Lƣới điện bắt buộc phải điều khiển từ xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống SCADA. Hiện đang nghiên cứu loại điều khiển hoàn toàn tự động. Nguồn 2 Nguồn 1 Nguồn 3 TBPĐ Nguồn 4 Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện. Trong sơ đồ, các vị trí cắt đƣợc chọn theo điều kiện tổn thất điện năng nhỏ nhất cho chế độ bình thƣờng, chọn loại theo mùa trong năm và chọn theo điều kiện an toàn cao nhất khi sự cố. 1.1.3 Hiện trạng lưới điện trung áp tại Việt Nam 1.1.3.1 Tình hình phát triển lưới điện trung áp của nước ta Do điều kiện lịch sử để lại, hiện nay hệ thống LĐPPTA của Việt Nam bao gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, cả ở thành thị và nông thôn. Nhằm nâng cao độ