Luận văn: Nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện Mộc Châu tích hợp turbine gió

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích hay nghiên cứu cải thiện kết quả vận hành lưới điện lộ 472 476 mộc châu có tích hợp nguồn phát điện, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Nguyễn Đình Tú
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Đức Minh
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện lộ 472, 476 Mộc Châu có tích hợp nguồn phát điện turbine gió
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ 22 kV HUYỆN MỘC CHÂU
• 1.1. Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia
• 1.2. Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối [6]
• 1.3. Giới thiệu lưới điện 22 kV huyện Mộc Châu – Sơn La, [7]
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÔNG CỤ TOÁN HỌC VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG
• 2.1. Công cụ toán học và phần mềm ứng dụng, [4] [5]
• 2.1.1. Các biến số và phân loại bus (nút)
• 2.1.2. Giải tích lưới điện và thuật toán áp dụng
• 2.1.3. Giải tích lưới bằng phần mềm ETAP, [8] [9]
• 2.2. Áp dụng ETAP mô hình hóa mô phỏng lộ 472, 476 lưới điện 22 kV Mộc Châu
• 2.2.1. Giới thiệu chung về Etap, [9]
• 2.2.2. Mô hình hoá lộ 472, 476 lưới điện 22 kV Mộc Châu
• 2.2.3. Hướng dẫn khai báo thông số các phần tử trong sơ đồ mô phỏng
• 2.3. Máy phát điện turbine gió, [11] [12]
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG GIẢI TÍCH LƯỚI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VẬN HÀNH HIỆU QUẢ LỘ 472, 476 LƯỚI ĐIỆN 22 KV MỘC CHÂU
• 3.1. Nghiên cứu hiện trạng và giải pháp điều chỉnh điện áp nguồn
• 3.1.1. Chế độ vận hành 1: phụ tải cực đại Smax với điện áp nguồn 105%Uđm
• 3.1.2. Chế độ vận hành 2: phụ tải cực đại Smax có điều chỉnh điện áp nguồn 110%Uđm
• 3.2. Giải pháp nâng cao chất lượng điện áp bằng tụ bù tĩnh
• 3.2.1. Chế độ vận hành 3: phụ tải cực đại Smax có áp dụng tụ bù CSPK
• 3.2.2. Chế độ vận hành 4: Bổ sung số lượng và dung lượng tụ bù
• 3.2.3. Chế độ vận hành 5: phụ tải cực tiểu Smin (10 ÷ 25%)Sđm
• 3.3. Giải pháp nâng cao chất lượng điện áp bằng nguồn phát điện turbine gió WTG
• 3.3.1. Chế độ vận hành 6a: WTG vận hành trong điều kiện tốc độ gió 90% định mức
• 3.3.2. Chế độ vận hành 6b: WTG vận hành trong điều kiện tốc độ gió 55% định mức
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan luận văn nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện Mộc Châu

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện của tác giả Nguyễn Đình Tú (2020) tập trung vào việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện lộ 472, 476 Mộc Châu khi có sự tham gia của nguồn phát điện turbine gió. Đây là một báo cáo nghiên cứu khoa học điện điển hình, giải quyết các vấn đề thực tiễn tại các lưới điện miền núi Việt Nam. Hệ thống điện tại đây thường có đặc điểm là đường dây kéo dài, phụ tải phân tán và không ổn định, dẫn đến chất lượng điện năng thấp và tổn thất lớn. Nghiên cứu này không chỉ phân tích hiện trạng mà còn đề xuất các giải pháp cụ thể, có tính ứng dụng cao. Đối tượng chính của luận văn là lưới điện phân phối trung thế 22kV do Điện lực Sơn La quản lý, cụ thể là hai lộ đường dây 472 và 476 tại huyện Mộc Châu. Mục tiêu của đề tài là sử dụng công cụ mô phỏng hiện đại để đánh giá và tìm ra phương thức vận hành tối ưu, đặc biệt là khi tích hợp năng lượng tái tạo từ các nhà máy điện gió Mộc Châu trong tương lai. Luận văn cung cấp một cơ sở dữ liệu quan trọng cho công tác quy hoạch, phát triển và điều độ hệ thống điện tại khu vực, hướng tới một hệ thống vận hành an toàn, ổn định và kinh tế hơn. Việc áp dụng các giải pháp như bù công suất phản kháng và tích hợp nguồn phân tán là xu hướng tất yếu để cải thiện hiệu suất, giảm tổn thất điện năng và đảm bảo ổn định hệ thống điện.

1.1. Bối cảnh và sự cần thiết của việc tối ưu hóa vận hành lưới điện

Hệ thống điện tại các khu vực miền núi như Mộc Châu, Sơn La đối mặt với nhiều thách thức. Các đường dây 22kV có chiều dài lớn, đi qua địa hình phức tạp, cung cấp cho các phụ tải phân tán và có tính biến động cao. Cấu trúc lưới điện hiện hữu được xây dựng qua nhiều giai đoạn nên tồn tại bất cập về tiết diện dây dẫn và thiết bị bảo vệ. Điều này dẫn đến tình trạng chất lượng điện năng không đảm bảo, điện áp cuối nguồn thường xuyên sụt giảm dưới mức cho phép, đặc biệt vào giờ cao điểm. Hơn nữa, tổn thất điện năng trên lưới còn ở mức cao, gây lãng phí tài nguyên và ảnh hưởng đến hiệu quả kinh doanh của ngành điện. Do đó, việc nghiên cứu để tối ưu hóa vận hành lưới điện là một nhiệm vụ cấp thiết, nhằm đảm bảo cung cấp điện ổn định và tin cậy cho phát triển kinh tế - xã hội địa phương.

1.2. Mục tiêu chính của luận văn kỹ thuật điện này

Luận văn đặt ra hai mục tiêu chính. Về mặt lý thuyết, nghiên cứu nhằm ứng dụng thành thạo phần mềm chuyên dụng ETAP để mô hình hóa và mô phỏng chính xác đối tượng là lưới điện phân phối lộ 472, 476 Mộc Châu. Việc xây dựng thành công mô hình này tạo cơ sở khoa học vững chắc cho các phân tích chuyên sâu. Về mặt thực tiễn, mục tiêu quan trọng nhất là đề xuất các giải pháp cụ thể để nâng cao chất lượng điện áp và hiệu quả vận hành. Các giải pháp này bao gồm việc tối ưu hóa vị trí và dung lượng tụ bù, và đặc biệt là đánh giá tác động của việc tích hợp nguồn phát điện turbine gió. Kết quả của luận văn kỹ thuật điện này sẽ cung cấp dữ liệu giá trị cho Điện lực Sơn La trong việc lập kế hoạch vận hành và quy hoạch phát triển lưới điện trong tương lai, đón đầu xu hướng tích hợp năng lượng tái tạo.

1.3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu của báo cáo khoa học

Đối tượng nghiên cứu chính là hai lộ đường dây trung thế 472 và 476 thuộc lưới điện 22kV Mộc Châu. Đây là những tuyến đường dây đặc trưng cho lưới điện khu vực, có đầy đủ các yếu tố thách thức như chiều dài lớn và phụ tải đa dạng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát các phương án vận hành khác nhau, từ hiện trạng đến khi áp dụng các giải pháp cải thiện. Các kịch bản được xem xét bao gồm chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu, có và không có tụ bù, và cuối cùng là có sự tham gia của nguồn điện gió. Nghiên cứu sử dụng số liệu thực tế do Công ty Điện lực Sơn La và Điện lực Mộc Châu cung cấp để đảm bảo tính chính xác và tin cậy của mô hình mô phỏng. Kết quả nghiên cứu được kỳ vọng có thể áp dụng tương tự cho các lộ đường dây khác trong khu vực.

II. Thách thức ổn định hệ thống điện lộ 472 476 Mộc Châu hiện tại

Hiện trạng vận hành của lưới điện lộ 472 và 476 Mộc Châu đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định hệ thống điện và sự hài lòng của khách hàng. Vấn đề nổi cộm nhất là sụt áp nghiêm trọng tại các nút cuối nguồn. Theo kết quả mô phỏng chế độ vận hành cơ sở (phụ tải cực đại), điện áp tại nhiều điểm đã giảm xuống dưới 95% điện áp định mức, vi phạm quy định của ngành điện. Nguyên nhân chính là do đường dây quá dài, tiết diện nhỏ và phụ tải tập trung nhiều ở cuối tuyến. Tình trạng này không chỉ ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị điện mà còn gây ra tổn thất điện năng kỹ thuật rất lớn. Các số liệu phân tích cho thấy tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trên đường dây là đáng kể, làm giảm hiệu quả truyền tải. Thêm vào đó, việc chưa có một chiến lược điều khiển công suất phản kháng hiệu quả khiến cho hệ số công suất của lưới chưa được tối ưu. Những bất cập này nếu không được giải quyết sẽ trở thành rào cản cho việc phát triển phụ tải mới và đặc biệt là khi tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo có tính bất định của nguồn điện gió vào lưới điện phân phối. Do đó, việc phân tích kỹ lưỡng các thách thức này là bước đầu tiên và quan trọng nhất để tìm ra giải pháp khắc phục triệt để.

2.1. Phân tích hiện trạng sụt áp và tổn thất điện năng trên lưới

Kết quả phân tích trào lưu công suất trong chế độ vận hành 1 (phụ tải cực đại, điện áp nguồn 105%Uđm) cho thấy một bức tranh đáng lo ngại. Dữ liệu từ Bảng 3.1 và 3.2 của luận văn chỉ ra rằng điện áp tại nhiều bus-tải cuối nguồn giảm sâu, có nơi chỉ còn khoảng 92-93% điện áp định mức. Tình trạng sụt áp này vượt ngoài giới hạn vận hành cho phép (±5%). Đồng thời, tổn thất công suất toàn lưới ở chế độ này là rất lớn, bao gồm cả tổn thất công suất tác dụng (kW) và công suất phản kháng (kVAr). Những con số này chứng tỏ hiệu quả vận hành của lưới điện hiện tại chưa cao, gây lãng phí tài nguyên và chi phí vận hành, đòi hỏi phải có giải pháp can thiệp để giảm tổn thất điện năng.

2.2. Ảnh hưởng từ cấu trúc và đặc tính phụ tải lưới điện miền núi

Cấu trúc của lưới điện phân phối Mộc Châu chủ yếu là dạng hình tia, có chiều dài hàng chục km. Đặc điểm này khiến cho độ tin cậy cung cấp điện không cao và vấn đề sụt áp trở nên trầm trọng hơn. Phụ tải tại đây chủ yếu là sinh hoạt và các cơ sở chế biến nông sản nhỏ, có hệ số công suất thấp và mang tính thời vụ, không ổn định. Sự phân bố không đồng đều của phụ tải dọc theo tuyến dây cũng là một nguyên nhân gây ra mất cân bằng và tăng tổn thất. Những đặc thù của lưới điện miền núi đòi hỏi các giải pháp không chỉ hiệu quả về mặt kỹ thuật mà còn phải phù hợp với điều kiện kinh tế và khả năng triển khai thực tế tại địa phương.

2.3. Các chỉ tiêu chất lượng điện năng theo quy định của EVN

Theo quy định tại Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương, chất lượng điện năng được đánh giá qua nhiều chỉ tiêu nghiêm ngặt. Các chỉ tiêu quan trọng bao gồm: độ lệch điện áp cho phép (±5% tại điểm đấu nối khách hàng), tần số, sóng hài (THD), và độ nhấp nháy điện áp (Pst, Plt). Đối với lưới điện Mộc Châu, chỉ tiêu về điện áp hiện đang không được đảm bảo ở nhiều khu vực. Mặc dù luận văn không đi sâu phân tích sóng hài, nhưng việc tích hợp các nguồn điện tử công suất như turbine gió trong tương lai sẽ đặt ra yêu cầu phải kiểm soát chặt chẽ vấn đề này. Việc đảm bảo tất cả các chỉ tiêu này là bắt buộc để nâng cao chất lượng dịch vụ và đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của phụ tải.

III. Phương pháp mô phỏng lưới điện Mộc Châu bằng phần mềm ETAP

Để phân tích và đánh giá chính xác hiện trạng lưới điện, luận văn đã sử dụng phương pháp mô phỏng số thông qua phần mềm chuyên dụng ETAP (Electrical Transient Analyzer Program). Đây là một công cụ mạnh mẽ, được công nhận rộng rãi trong ngành hệ thống điện toàn cầu. Việc mô phỏng lưới điện bằng MATLAB/Simulink cũng là một lựa chọn, nhưng ETAP cung cấp thư viện phần tử và các module phân tích chuyên sâu hơn cho các bài toán vận hành lưới điện thực tế. Quá trình mô phỏng bắt đầu bằng việc thu thập số liệu chi tiết từ Điện lực Mộc Châu, bao gồm sơ đồ một sợi, thông số đường dây (loại dây, chiều dài), thông số các trạm biến áp phân phối và số liệu phụ tải tại từng trạm. Tất cả các phần tử này được mô hình hóa trong môi trường ETAP. Nguồn điện được biểu diễn bằng một nút cân bằng (Swing Bus) với các thông số ngắn mạch tương đương của hệ thống. Các đường dây và phụ tải được khai báo chính xác theo thông số thực tế. Sau khi xây dựng mô hình, công cụ phân tích trào lưu công suất (Load Flow Analysis) được sử dụng để tính toán các thông số vận hành của lưới như điện áp tại các nút, dòng công suất trên các nhánh và tổng tổn thất toàn hệ thống. Phương pháp này cho phép khảo sát nhiều kịch bản vận hành khác nhau một cách nhanh chóng và chính xác, làm cơ sở để đề xuất giải pháp.

3.1. Giới thiệu công cụ ETAP và các thuật toán giải tích lưới điện

ETAP là một bộ phần mềm toàn diện cho việc thiết kế, phân tích, mô phỏng, vận hành và tự động hóa hệ thống điện. Luận văn đã tận dụng module Phân tích Trào lưu Công suất, vốn sử dụng các thuật toán lặp tiên tiến như Newton-Raphson và Gauss-Seidel. Các thuật toán này giải hệ phương trình phi tuyến mô tả trạng thái của lưới điện để tìm ra điện áp và góc pha tại mọi nút. Ưu điểm của ETAP là giao diện đồ họa trực quan, thư viện thiết bị phong phú và khả năng xuất báo cáo chi tiết, giúp người nghiên cứu dễ dàng xây dựng mô hình và diễn giải kết quả. Mặc dù có các công cụ khác như phần mềm mô phỏng PSS/E, ETAP đặc biệt mạnh cho cấp lưới điện phân phối.

3.2. Quy trình mô hình hóa lộ 472 476 Khai báo thông số chi tiết

Quá trình mô hình hóa được thực hiện một cách tỉ mỉ. Sơ đồ lưới điện 22kV lộ 472 và 476 được số hóa trên giao diện của ETAP. Hơn 120 phụ tải (tương ứng các trạm biến áp phân phối) được khai báo với công suất định mức (kVA) và hệ số công suất (cosφ) theo Bảng 2.1. Tương tự, gần 200 đoạn đường dây được nhập thông số chi tiết về loại dây dẫn (ví dụ: AC-95, AC-70), chiều dài (mét), và cấu hình lắp đặt theo Bảng 2.2. Nguồn cung cấp từ trạm biến áp trung gian 110/22kV Mộc Châu được mô hình hóa bằng một phần tử Power Grid, với công suất ngắn mạch và tỷ số X/R đặc trưng cho độ cứng của lưới. Sự chính xác trong khâu nhập liệu này quyết định độ tin cậy của kết quả mô phỏng.

3.3. Các kịch bản vận hành được thiết lập để phân tích hệ thống

Luận văn đã xây dựng nhiều kịch bản (chế độ vận hành) để phân tích toàn diện. Kịch bản cơ sở (Chế độ 1) mô phỏng tình trạng lưới ở phụ tải cực đại để xác định các điểm yếu. Các kịch bản tiếp theo thử nghiệm các giải pháp: điều chỉnh điện áp nguồn (Chế độ 2), lắp đặt tụ bù tĩnh hiện hữu (Chế độ 3), nâng cấp và lắp mới tụ bù (Chế độ 4). Đặc biệt, các kịch bản quan trọng nhất (Chế độ 6a, 6b) khảo sát ảnh hưởng của việc tích hợp một nhà máy điện gió Mộc Châu với các mức công suất phát khác nhau. Việc so sánh kết quả giữa các kịch bản này giúp lượng hóa hiệu quả của từng giải pháp, từ đó đưa ra lựa chọn tối ưu.

IV. Giải pháp tích hợp năng lượng tái tạo và điều khiển công suất

Từ kết quả phân tích hiện trạng, luận văn đề xuất một bộ giải pháp toàn diện nhằm tối ưu hóa vận hành lưới điện Mộc Châu. Giải pháp nền tảng là cải thiện hệ số công suất và nâng cao điện áp bằng phương pháp bù công suất phản kháng. Cụ thể, nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả của việc lắp đặt và nâng cấp các trạm tụ bù tĩnh dọc theo tuyến đường dây. Tuy nhiên, giải pháp mang tính đột phá và bền vững hơn là tích hợp năng lượng tái tạo thông qua việc đấu nối một nguồn phát điện turbine gió. Việc tích hợp này không chỉ cung cấp thêm công suất tác dụng, giảm tải cho nguồn chính, mà còn mang lại một lợi ích to lớn khác: khả năng điều khiển công suất phản kháng một cách linh hoạt. Các turbine gió hiện đại, đặc biệt là loại máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG), có thể hoạt động như một thiết bị bù đồng bộ, vừa phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng theo yêu cầu của lưới. Khả năng này giúp ổn định điện áp một cách chủ động và hiệu quả hơn nhiều so với các bộ tụ bù tĩnh. Luận văn đã mô phỏng chi tiết một turbine gió DFIG, phân tích khả năng đáp ứng của nó trong việc cải thiện chất lượng điện năng và giảm tổn thất điện năng cho toàn bộ lưới điện lộ 472 và 476. Đây là một bước tiến quan trọng hướng tới Lưới điện thông minh (Smart Grid).

4.1. Cải thiện điện áp bằng phương pháp bù công suất phản kháng

Giải pháp đầu tiên được xem xét là sử dụng tụ bù tĩnh. Bằng cách lắp đặt các bộ tụ tại các vị trí phù hợp trên lưới, công suất phản kháng được bù tại chỗ, làm giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải từ nguồn. Điều này trực tiếp làm giảm dòng điện trên đường dây, từ đó giảm tổn thất điện năng và cải thiện điện áp. Luận văn đã mô phỏng Chế độ 4, trong đó nâng cấp và thiết lập mới 12 trạm bù. Kết quả (Bảng 3.9) cho thấy tổn thất công suất tác dụng giảm đáng kể so với chế độ vận hành ban đầu, và điện áp tại các nút cuối nguồn được cải thiện rõ rệt, tiệm cận giới hạn cho phép. Đây là một giải pháp hiệu quả và có chi phí đầu tư hợp lý.

4.2. Vai trò của turbine gió DFIG trong việc ổn định hệ thống điện

Giải pháp trọng tâm của luận văn là tích hợp nguồn điện gió. Mô hình turbine gió được sử dụng là loại máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG), một công nghệ tiên tiến cho phép điều khiển độc lập công suất tác dụng và phản kháng. Khi được kết nối vào lưới, turbine gió đóng vai trò như một nguồn phát phân tán. Nó cung cấp công suất tác dụng tại chỗ, làm giảm lượng công suất truyền từ trạm 110kV, qua đó giảm đáng kể tổn thất trên đường dây. Quan trọng hơn, khả năng điều khiển linh hoạt của bộ biến tần phía rotor cho phép DFIG cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng, giúp ổn định điện áp lưới một cách năng động. Điều này đặc biệt hữu ích để đối phó với tính bất định của nguồn điện gió và sự biến thiên của phụ tải.

4.3. Nguyên lý điều khiển công suất phản kháng từ nguồn điện gió

Khác với tụ bù tĩnh có giá trị dung lượng cố định hoặc thay đổi theo cấp, turbine gió DFIG có thể điều chỉnh công suất phản kháng một cách liên tục và nhanh chóng. Hệ thống điều khiển của DFIG (Hình 2.13, 2.14) cho phép nó hoạt động ở các chế độ khác nhau: chế độ điều khiển hệ số công suất, chế độ điều khiển điện áp tại điểm nối, hoặc chế độ điều khiển công suất phản kháng. Trong khuôn khổ luận văn, turbine gió được vận hành để tối ưu hóa điện áp lưới. Khi điện áp lưới thấp, hệ thống điều khiển sẽ tự động tăng phát công suất phản kháng. Ngược lại, khi điện áp cao (ví dụ lúc phụ tải thấp), nó có thể tiêu thụ bớt công suất phản kháng. Khả năng này giúp duy trì chất lượng điện năng ổn định trong mọi điều kiện vận hành.

V. Kết quả Tối ưu hóa vận hành lưới điện giảm tổn thất điện năng

Kết quả mô phỏng từ luận văn đã chứng minh hiệu quả vượt trội của các giải pháp đề xuất, đặc biệt là khi tích hợp nguồn phát điện turbine gió. Việc tối ưu hóa vận hành lưới điện đã mang lại những cải thiện rõ rệt trên hai phương diện chính: chất lượng điện áp và tổn thất công suất. So với kịch bản ban đầu, kịch bản có sự tham gia của turbine gió (Chế độ 6a, 6b) đã khắc phục hoàn toàn tình trạng sụt áp sâu. Điện áp tại tất cả các nút trên lưới đều được duy trì trong giới hạn cho phép (95% - 105% Uđm), đảm bảo ổn định hệ thống điện. Đáng chú ý hơn là hiệu quả trong việc giảm tổn thất điện năng. Bảng 3.13 của nghiên cứu cho thấy, khi turbine gió vận hành, tổng tổn thất công suất tác dụng trên toàn lưới giảm một cách ấn tượng. Điều này có ý nghĩa kinh tế rất lớn đối với Điện lực Sơn La, giúp tiết kiệm chi phí mua điện và nâng cao hiệu quả kinh doanh. Các kết quả phân tích trào lưu công suất chi tiết cũng chỉ ra rằng dòng công suất trên các nhánh chính đã giảm, làm tăng khả năng mang tải của lưới và tạo dự phòng cho việc phát triển phụ tải trong tương lai. Những con số cụ thể này khẳng định tính khả thi và lợi ích to lớn của việc tích hợp năng lượng tái tạo vào lưới điện phân phối miền núi.

5.1. So sánh hiệu quả trước và sau khi tích hợp nhà máy điện gió

Bảng so sánh giữa Chế độ 4 (chỉ có tụ bù) và Chế độ 6a (có turbine gió) cho thấy sự khác biệt rõ rệt. Trong Chế độ 4, tổn thất công suất tác dụng là 558.1 kW. Khi tích hợp turbine gió phát ở 90% công suất định mức (Chế độ 6a), tổn thất này giảm xuống chỉ còn 282.8 kW, tức giảm gần 50%. Tương tự, tổn thất công suất phản kháng cũng giảm mạnh. Về điện áp, Chế độ 6a duy trì mặt bằng điện áp cao và ổn định hơn hẳn. Điện áp tại nút yếu nhất được nâng lên đáng kể, đảm bảo chất lượng điện năng cho các hộ tiêu thụ ở xa nguồn. Những kết quả này là minh chứng thuyết phục cho vai trò của nguồn phát phân tán trong việc cải thiện hiệu suất lưới điện.

5.2. Đánh giá khả năng ổn định điện áp trong các chế độ vận hành

Một trong những thành công lớn nhất của giải pháp là khả năng ổn định điện áp. Luận văn đã khảo sát hai trường hợp vận hành của turbine gió: tốc độ gió cao (90% định mức, Chế độ 6a) và tốc độ gió trung bình (55% định mức, Chế độ 6b). Kết quả cho thấy ngay cả khi turbine chỉ phát ở mức công suất thấp hơn, nó vẫn đóng góp tích cực vào việc điều chỉnh điện áp và giảm tổn thất. Khả năng điều áp linh hoạt của DFIG giúp hệ thống thích ứng tốt hơn với sự thay đổi của cả phụ tải và nguồn phát. Điều này vượt trội hơn hẳn giải pháp dùng tụ bù tĩnh, vốn kém linh hoạt và có thể gây ra hiện tượng quá áp vào giờ thấp điểm nếu không được điều khiển hợp lý.

5.3. Đánh giá tính khả thi và lợi ích kinh tế cho Điện lực Sơn La

Về mặt kỹ thuật, việc tích hợp nguồn điện gió vào lưới 22kV Mộc Châu là hoàn toàn khả thi. Các kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống vận hành ổn định, các thông số nằm trong giới hạn cho phép. Về mặt kinh tế, lợi ích là rất lớn. Việc giảm tổn thất điện năng hàng năm có thể quy đổi thành một khoản tiền tiết kiệm đáng kể. Thêm vào đó, việc có thêm nguồn phát tại chỗ giúp tăng cường an ninh năng lượng cho khu vực, giảm sự phụ thuộc vào lưới điện truyền tải và có thể hoãn việc đầu tư nâng cấp đường dây, trạm biến áp. Đây là một cơ sở quan trọng để Điện lực Sơn La và các nhà đầu tư xem xét triển khai dự án nhà máy điện gió Mộc Châu trong thực tế.

VI. Hướng phát triển lưới điện Mộc Châu thành Lưới điện thông minh

Kết quả của luận văn thạc sĩ này không chỉ đưa ra giải pháp cho vấn đề hiện tại mà còn mở ra một hướng phát triển tương lai cho lưới điện Mộc Châu: tiến tới mô hình Lưới điện thông minh (Smart Grid). Việc tích hợp thành công các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió là một trong những viên gạch nền tảng đầu tiên. Để tối ưu hóa hơn nữa, các bước tiếp theo cần được xem xét. Hệ thống bảo vệ rơ le và tự động hóa cần được nâng cấp để phối hợp nhịp nhàng giữa nguồn điện truyền thống và các nguồn phân tán, đảm bảo vận hành an toàn và tin cậy. Một yếu tố quan trọng khác là triển khai các hệ thống lưu trữ năng lượng BESS (Battery Energy Storage System). BESS có thể giải quyết tính bất định của nguồn điện gió bằng cách tích trữ năng lượng khi gió tốt và phát ra khi gió yếu hoặc nhu cầu phụ tải cao. Sự kết hợp giữa điện gió và BESS sẽ tạo ra một nguồn điện ổn định, có khả năng điều độ cao. Cuối cùng, việc xây dựng một trung tâm điều khiển từ xa với hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) sẽ hoàn thiện mô hình Smart Grid, cho phép điều độ hệ thống điện một cách thông minh, linh hoạt và hiệu quả nhất. Đây là tầm nhìn phát triển bền vững cho hệ thống điện miền núi Việt Nam.

6.1. Tổng kết những đóng góp chính của báo cáo nghiên cứu khoa học

Luận văn đã đóng góp trên nhiều phương diện. Về khoa học, nghiên cứu đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng chi tiết và chính xác cho một lưới điện phân phối phức tạp, có thể được sử dụng cho các nghiên cứu sâu hơn. Về thực tiễn, luận văn đã chỉ ra các điểm yếu của lưới điện hiện hữu và lượng hóa hiệu quả của các giải pháp cải thiện. Đặc biệt, nghiên cứu đã chứng minh lợi ích to lớn của việc tích hợp năng lượng tái tạo trong việc giảm tổn thất điện năng và ổn định điện áp. Đây là một tài liệu tham khảo giá trị, một báo cáo nghiên cứu khoa học điện chất lượng cho các kỹ sư và nhà quản lý tại Điện lực Sơn La.

6.2. Tiềm năng ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng BESS

Để khắc phục nhược điểm về tính không ổn định của điện gió, giải pháp kết hợp với hệ thống lưu trữ năng lượng BESS là hướng đi tối ưu. BESS có thể làm phẳng đường cong phát của turbine gió, đảm bảo cung cấp công suất ổn định hơn cho lưới. Ngoài ra, BESS còn cung cấp nhiều dịch vụ phụ trợ khác như điều tần, điều áp, và cung cấp nguồn dự phòng. Việc nghiên cứu quy mô và vị trí lắp đặt BESS tối ưu sẽ là một đề tài hấp dẫn tiếp theo, giúp nâng cao hơn nữa hiệu quả và độ tin cậy của lưới điện phân phối Mộc Châu.

6.3. Khuyến nghị cho quy hoạch và điều độ hệ thống điện tương lai

Dựa trên các kết quả đạt được, một số khuyến nghị được đưa ra. Thứ nhất, cần sớm triển khai các dự án bù công suất phản kháng một cách đồng bộ trên toàn lưới. Thứ hai, cần có chính sách khuyến khích và tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà đầu tư phát triển các dự án năng lượng tái tạo như điện gió tại Mộc Châu, nơi có tiềm năng lớn. Cuối cùng, công tác quy hoạch phát triển lưới điện cần tính đến sự tham gia của các nguồn phân tán và hệ thống lưu trữ năng lượng, chuyển đổi dần từ cấu trúc hình tia sang các cấu trúc linh hoạt hơn như mạch vòng để tăng độ tin cậy. Đây là những bước đi cần thiết cho công tác điều độ hệ thống điện hiện đại.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối trung thế khu vực miền núi luôn đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật đặc thù do địa hình phức tạp và khoảng cách truyền tải lớn. Tại huyện Mộc Châu, tỉnh Sơn La, hệ thống lưới điện 22 kV nhận nguồn từ trạm biến áp trung gian 110 kV E17.1 có tổng chiều dài lên tới 122,896 km. Trong đó, tuyến lộ 472 sở hữu chiều dài 42,758 km đường dây trên không và tuyến lộ 476 dài 15,088 km đóng vai trò xương sống cung cấp điện cho đời sống dân sinh cùng các cơ sở sản xuất chế biến chè trọng điểm. Do bán kính cấp điện quá xa cùng đặc tính phụ tải biến động mạnh theo mùa vụ, lưới điện thường xuyên rơi vào tình trạng quá tải cục bộ, sụt giảm điện áp cuối đường dây sâu hơn mức tiêu chuẩn cho phép và gia tăng tổn thất công suất kỹ thuật.

Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán nâng cao chất lượng điện áp và hiệu quả vận hành kỹ thuật cho hai tuyến lộ 472 và 476. Mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình giải tích toàn diện lưới điện trung thế trên phần mềm ETAP, khảo sát chính xác các chế độ vận hành ở các mức phụ tải khác nhau và đề xuất cấu hình tối ưu hệ thống tụ bù tĩnh kết hợp tích hợp nguồn phát điện turbine gió. Nghiên cứu được thực hiện với dữ liệu thực tế thu thập từ lưới điện Mộc Châu trong giai đoạn năm 2018 đến 2020. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp đưa độ lệch điện áp nút tải về giới hạn an toàn ±5% theo quy định tại Thông tư 39/2015/TT-BCT, giảm tổn thất công suất tác dụng trên 30% và cải thiện đáng kể các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện như SAIDI và SAIFI cho toàn bộ khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết phân tích dòng trào lưu công suất trong hệ thống điện phân phối và lý thuyết điều khiển hiện đại cho nguồn phát phân tán. Mô hình giải tích mạng điện phân loại các nút thành ba nhóm chức năng gồm nút cân bằng công suất, nút điều khiển điện áp và nút phụ tải tiêu thụ nhằm thiết lập hệ phương trình phi tuyến mô tả trạng thái xác lập của hệ thống. Bên cạnh đó, lý thuyết điều khiển véc-tơ trực tiếp kết hợp điều chế véc-tơ không gian phi tuyến được ứng dụng để mô hình hóa máy phát điện không đồng bộ nguồn kép thuộc tổ hợp turbine gió.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được áp dụng xuyên suốt bao gồm nguồn điện phân tán, bù công suất phản kháng tối ưu, tổn thất điện năng kỹ thuật và chất lượng điện năng theo chuẩn IEC. Theo Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương, các chỉ tiêu vận hành bắt buộc phải thỏa mãn gồm: tần số danh định 50 Hz dao động không quá ±0,2 Hz, tổng độ biến dạng sóng hài điện áp trung áp không vượt quá 6,5%, độ nhấp nháy điện áp dài hạn dưới 0,8 và khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch lên tới 25 kA trong thời gian loại trừ sự cố dưới 500 ms.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu được thu thập đồng bộ từ Công ty Điện lực Sơn La và Điện lực Mộc Châu, bao gồm toàn bộ thông số kỹ thuật của 122 trạm biến áp phân phối phụ tải và 198 phân đoạn đường dây thuộc lộ 472 và 476. Phương pháp chọn mẫu áp dụng nguyên tắc bao phủ toàn bộ hiện trạng lưới điện thực tế nhằm đảm bảo tính chuẩn xác tuyệt đối trong khâu mô hình hóa hình học và thông số dây dẫn nhôm lõi thép.

Phương pháp phân tích trọng tâm là giải tích trào lưu công suất trên phần mềm chuyên dụng ETAP 12.6. Thuật toán Newton-Raphson cải tiến và Adaptive Newton-Raphson được lựa chọn nhờ tốc độ hội tụ nhanh, độ chính xác cao và khả năng xử lý hoàn hảo các mạng điện có cấu trúc phân nhánh phức tạp. Quá trình tính toán mô phỏng được triển khai qua 6 kịch bản vận hành chi tiết: khảo sát điện áp nguồn ở mức 105% và 110% điện áp danh định tại phụ tải cực đại, vận hành cùng các trạm bù tĩnh hiện có, nâng cấp 12 trạm bù phân tán, vận hành phụ tải cực tiểu từ 10% đến 25% công suất định mức và tích hợp máy phát turbine gió ở tốc độ gió 55% cùng 90% định mức trong khung thời gian nghiên cứu hoàn chỉnh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng và tính toán trên phần mềm ETAP đã chỉ ra những phát hiện kỹ thuật mang tính quyết định:

• Ở chế độ vận hành cơ sở với phụ tải cực đại và điện áp nguồn thanh cái 105% định mức, điện áp tại các nút cuối tuyến lộ 472 sụt giảm nghiêm trọng xuống dưới 90% điện áp danh định, gây tổn thất công suất tác dụng trên đường dây vượt ngưỡng tiêu chuẩn kỹ thuật cho phép.
• Khi điều chỉnh điện áp thanh cái nguồn lên mức 110% định mức, mặc dù các nút cuối đường dây có cải thiện nhẹ nhưng lại gây ra tình trạng quá áp cục bộ tại các nút đầu nguồn, không thể giải quyết triệt để bài toán chất lượng điện áp toàn tuyến.
• Giải pháp nâng cấp và thiết lập mới 12 trạm tụ bù tĩnh phân tán đã nâng cao hệ số công suất trung bình từ 0,85 lên trên 0,95, giúp điện áp hầu hết các nút tải hồi phục về dải quy chuẩn và cắt giảm tổn thất công suất kỹ thuật hơn 30% so với chế độ vận hành ban đầu.
• Tích hợp máy phát điện turbine gió công nghệ máy phát không đồng bộ nguồn kép tạo ra sự đột phá vượt bậc. Ở chế độ vận hành với tốc độ gió 90% định mức, nguồn phát phân tán cung cấp đồng thời công suất tác dụng và công suất phản kháng tại chỗ, đưa 100% điện áp các nút tải dao động ổn định trong biên độ từ 98% đến 103% điện áp định mức và giảm dòng công suất truyền tải từ trạm nguồn 110 kV về mức tối ưu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng sụt áp và tổn thất lớn trên lộ 472 và 476 xuất phát từ chiều dài đường dây trên không quá lớn cùng mật độ phụ tải phân tán không đồng đều dọc tuyến. Khi chỉ sử dụng phương thức điều chỉnh điện áp nguồn truyền thống, độ sụt áp tích lũy do tổng trở đường dây tăng cao khiến điện áp phân bố dốc đứng từ nguồn đến cuối tuyến. Dữ liệu mô phỏng phân bố điện áp và cân bằng công suất qua các bảng biểu và đồ thị trào lưu công suất trên ETAP chứng minh rằng việc lắp đặt tụ bù tĩnh phân tán đã triệt tiêu phần lớn dòng công suất phản kháng chạy trên đường dây.

So với các công trình nghiên cứu sử dụng máy phát không đồng bộ thông thường, việc áp dụng turbine gió máy phát không đồng bộ nguồn kép tích hợp bộ điều khiển véc-tơ không gian mang lại khả năng đáp ứng thời gian thực dưới 0,5 giây. Ngay cả khi tốc độ gió giảm xuống 55% định mức, thiết bị vẫn duy trì khả năng điều tiết công suất phản kháng linh hoạt như một máy bù quay độc lập. Kết quả này khẳng định tính ưu việt của việc kết hợp nguồn phân tán năng lượng tái tạo vào việc tái cấu trúc và ổn định lưới điện phân phối nông thôn miền núi.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả phân tích giải tích mạng điện, các giải pháp kỹ thuật và lộ trình triển khai cụ thể được đề xuất như sau:

• Nâng cấp và lắp đặt hệ thống 12 trạm tụ bù tĩnh: Tiến hành bổ sung dung lượng và vị trí các cụm tụ bù phân tán trên lộ 472 và 476 theo đúng cấu hình tính toán tối ưu nhằm duy trì hệ số công suất toàn tuyến đạt trên 0,95; mục tiêu hoàn thành trong vòng 6 đến 12 tháng do Điện lực Mộc Châu trực tiếp triển khai.
• Tích hợp nguồn điện turbine gió công nghệ nguồn kép: Đầu tư xây dựng trạm phát điện turbine gió công suất từ 1,5 MW đến 3,0 MW kết nối trực tiếp vào điểm nút phụ tải trọng điểm trên lộ 472; thực hiện trong lộ trình 18 đến 24 tháng dưới sự điều phối của Công ty Điện lực Sơn La và các đơn vị phát triển năng lượng tái tạo.
• Thiết lập quy trình vận hành đóng cắt tụ bù tự động: Ứng dụng hệ thống giám sát SCADA và bộ điều khiển thông minh để tự động ngắt kết nối các cụm tụ bù khi hệ thống chuyển sang chế độ phụ tải cực tiểu từ 10% đến 25% công suất định mức nhằm ngăn ngừa hiện tượng quá điện áp ngược; giao Trung tâm Điều khiển xa Sơn La làm chủ thể thực hiện trong vòng 6 tháng.
• Cải tạo và nâng cấp tiết diện dây dẫn trục chính: Thay thế các đoạn dây dẫn có tiết diện nhỏ bằng dây dẫn nhôm lõi thép quy chuẩn AC-95 và AC-120 trên các phân đoạn chịu tải cao nhằm giảm thêm 15% tổn thất điện năng kỹ thuật trên đường dây truyền tải; thực hiện phân kỳ đầu tư trong giai đoạn 12 đến 18 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung nghiên cứu mang giá trị chuyên môn cao và là tài liệu tham khảo thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư quản lý và vận hành hệ thống điện phân phối: Nắm vững phương pháp mô hình hóa lưới điện thực tế trên phần mềm ETAP, từ đó xây dựng các phương thức vận hành an toàn, tối ưu hóa biểu đồ điện áp và giảm tổn thất điện năng cho các tuyến lộ trung thế kéo dài.
• Chuyên gia quy hoạch và phát triển năng lượng tái tạo: Tiếp cận mô hình tính toán tích hợp turbine gió máy phát không đồng bộ nguồn kép, đánh giá chuẩn xác tác động của nguồn phân tán đến chất lượng điện năng theo Thông tư 39/2015/TT-BCT để xây dựng dự án khả thi.
• Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật điện: Sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm phong phú về 122 trạm biến áp phụ tải và thuật toán trào lưu công suất Newton-Raphson phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu chuyên sâu về ổn định lưới điện.
• Cán bộ kỹ thuật và quản lý tại các Công ty Điện lực địa phương: Tham khảo giải pháp kết hợp giữa nâng cấp tụ bù tĩnh và điều khiển nguồn điện phân tán nhằm nâng cao hiệu quả kinh doanh điện lực và cải thiện vượt bậc các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện.

Câu hỏi thường gặp

Phần mềm ETAP đóng vai trò then chốt như thế nào trong nghiên cứu lưới điện Mộc Châu? Phần mềm ETAP 12.6 cung cấp môi trường tính toán số hóa mạnh mẽ với các thuật toán Newton-Raphson hiện đại, cho phép mô phỏng chính xác trào lưu công suất, phân bố điện áp và tổn thất trên toàn bộ 198 phân đoạn đường dây cùng 122 trạm biến áp phụ tải của lộ 472 và 476.

Tại sao công nghệ turbine gió máy phát không đồng bộ nguồn kép lại được ưu tiên lựa chọn? Công nghệ này cho phép điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng với thời gian đáp ứng nhanh dưới 0,5 giây. Máy phát có khả năng phát hoặc thu công suất phản kháng linh hoạt ngay cả khi tốc độ gió thay đổi từ 55% đến 90% định mức để ổn định điện áp lưới.

Vì sao phải ngắt kết nối các trạm tụ bù trong chế độ phụ tải cực tiểu? Khi phụ tải giảm sâu xuống mức từ 10% đến 25% công suất định mức, lượng công suất phản kháng tiêu thụ giảm mạnh. Nếu giữ nguyên các trạm tụ bù, hiện tượng bù thừa sẽ xảy ra dẫn đến quá điện áp trên các thanh cái trung thế, gây nguy hiểm cho cách điện của thiết bị.

Nghiên cứu áp dụng những tiêu chuẩn chất lượng điện áp nào theo quy định hiện hành? Luận văn tuân thủ nghiêm ngặt các quy định tại Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương, yêu cầu dao động điện áp tại điểm đấu nối khách hàng trong điều kiện bình thường không vượt quá biên độ ±5% và tổng độ méo biến dạng sóng hài điện áp không vượt quá 6,5%.

Giải pháp kết hợp tụ bù tĩnh và turbine gió mang lại lợi ích kinh tế kỹ thuật ra sao? Sự kết hợp này giúp cắt giảm hơn 30% tổn thất công suất tác dụng trên đường dây, đưa 100% điện áp các nút tải về giới hạn an toàn, hạn chế tối đa chi phí đầu tư nâng cấp đường dây mới và giảm đáng kể thời gian mất điện cho khách hàng khu vực Mộc Châu.

Kết luận

• Đã mô hình hóa và mô phỏng thành công toàn bộ lưới điện 22 kV lộ 472 và 476 Mộc Châu với 122 trạm biến áp và 198 phân đoạn đường dây trên phần mềm ETAP.
• Đánh giá toàn diện 6 kịch bản vận hành, chỉ rõ các điểm nghẽn về sụt áp và tổn thất công suất tại các phân đoạn cuối tuyến lộ trung thế.
• Khẳng định hiệu quả vượt trội của giải pháp phân cấp 12 trạm tụ bù tĩnh giúp nâng hệ số công suất trên 0,95 và giảm hơn 30% tổn thất công suất.
• Đột phá trong việc tích hợp turbine gió máy phát không đồng bộ nguồn kép, kiểm soát điện áp nút ổn định trong dải an toàn 98% đến 103% định mức.
• Cung cấp cơ sở khoa học và lộ trình triển khai kỹ thuật 12 đến 24 tháng cho ngành điện lực địa phương trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Đề tài là công trình nghiên cứu hoàn chỉnh, kết hợp nhuần nhuyễn giữa cơ sở lý thuyết hàn lâm và giải pháp kỹ thuật ứng dụng thực tế. Quý độc giả, kỹ sư và các nhà nghiên cứu quan tâm hãy khai thác chi tiết các mô hình giải tích và bảng số liệu mô phỏng trong luận văn để ứng dụng hiệu quả vào công tác quy hoạch và vận hành lưới điện phân phối.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ 22 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 của bất kể quốc gia nào trên thế giới cũng đề được thực hiện bởi một hệ thống điện. 1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh được áp dụng tại nhiều nước phát triển trên thế giới [1].

1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh, [1] [nguồn: http://www.com/utility-smart-grid.html ] 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trong đó bao gồm các hạng mục chính : sản xuất, truyển tải đến phân phối và tiêu thụ điện. Hoạt động của hệ thống điện có một số đặc điểm chính sau đây, [2] [3] [4] [5]. - 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 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.

5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 2 Sơ đồ một sợi hệ thống điện, [3] Cấu trúc của một hệ thống điện thường được chia thành 03 khối chính như mô tả trên Hình 1. 3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện Trong đó, các khối được giới thiệu cụ thể như sau: 1.1 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). 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 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.

- 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.3 Khối 3 - Hệ thống điện phân phối (Electric distribution system) 1.1 Cấu trúc hệ thống 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 1.2, cấu trúc một hệ thống phân phối điện có thể được bóc tách dưới dạng sơ đồ một sợi như trên hình 1.4 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

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. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - Hệ thống phân phối điện trung thế (Middle Voltage): bao gồm hệ thống các đường dây trung thế (22 kV, 22 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.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 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, 22 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 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.

9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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.2 Phân loại thiết bị dùng điện trong hệ thống phân phối điện Điện năng là động lực chính của các hoạt động sản xuất và đời sống sinh hoạt 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. 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail]  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.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 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.