Luận văn thạc sĩ thiết bị mạng và nhà máy điện lập trình tính toán chế độ xác lập của hệ thống phân phối swer

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu thiết bị mạng và nhà máy điện lập trình tính toán chế độ xác lập của hệ thống phân phối swer, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề

• Tác giả: Nguyễn Anh Huy
• Người hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Văn Liêm
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
• Đề tài: Lập trình tính toán chế độ xác lập của hệ thống phân phối SWER
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Bị Mạng Nhà Máy Điện Tính Toán Chế Độ Xác Lập Hệ Thống Phân Phối SWER

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển hệ thống phân phối điện SWER (Single Wire Earth Return) nhằm đáp ứng nhu cầu cung cấp điện cho các khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa với chi phí đầu tư thấp. Thiết bị mạng và nhà máy điện được phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo tính hiệu quả và an toàn. Tính toán chế độ xác lập là trọng tâm của nghiên cứu, giúp xác định các thông số điện áp, góc pha, công suất thực và công suất phản kháng trong hệ thống.

1.1. Giới thiệu về hệ thống SWER

Hệ thống SWER là một giải pháp phân phối điện hiệu quả cho các khu vực có mật độ dân cư thấp. Hệ thống phân phối này sử dụng một dây dẫn duy nhất và đất làm đường dẫn dòng điện trở về, giúp giảm chi phí đầu tư và vật tư thiết bị. Kỹ thuật mạng và điện năng được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống. Nghiên cứu này cũng đề cập đến các thách thức liên quan đến hệ thống nối đất và an toàn điện.

1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn thạc sĩ là xây dựng mô hình toán học để tính toán các thông số xác lập của hệ thống SWER. Nghiên cứu khoa học này tập trung vào việc mô phỏng các thành phần như đường dây, máy biến áp, và hệ thống nối đất. Đồ án tốt nghiệp cũng đánh giá khả năng ứng dụng của hệ thống SWER trong thực tế tại các khu vực nông thôn miền Nam Việt Nam.

II. Phương pháp và kỹ thuật nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các kỹ thuật điện và công nghệ thông tin để xây dựng mô hình toán học cho hệ thống SWER. Quản lý mạng và phân phối điện được tối ưu hóa thông qua các thuật toán tính toán chính xác. Phần mềm Matlab được sử dụng để mô phỏng và phân tích các kết quả tính toán.

2.1. Mô hình toán học và thuật toán

Mô hình toán học của hệ thống SWER bao gồm các thành phần như đường dây, máy biến áp, và hệ thống nối đất. Thuật toán phân bố công suất được phát triển để tính toán các giá trị điện áp, góc pha, công suất thực và công suất phản kháng. Kỹ thuật mạng được áp dụng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của các thuật toán.

2.2. Ứng dụng thực tế và so sánh

Nghiên cứu áp dụng mô hình SWER vào một khu vực thực tế tại miền Nam Việt Nam. Hệ thống điện được so sánh với các phương án phân phối điện truyền thống để đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Kết quả cho thấy SWER là một giải pháp khả thi cho các khu vực nông thôn có mật độ dân cư thấp.

III. Kết quả và đánh giá

Nghiên cứu đã đạt được các kết quả quan trọng trong việc tính toán và mô phỏng hệ thống SWER. Hệ thống phân phối này được chứng minh là có hiệu quả cao trong việc cung cấp điện cho các khu vực nông thôn với chi phí thấp. Nghiên cứu khoa học này cũng đề xuất các cải tiến để nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

3.1. Kết quả tính toán

Các giá trị điện áp, góc pha, công suất thực và công suất phản kháng được tính toán chính xác thông qua mô hình SWER. Kỹ thuật điện và công nghệ thông tin đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của các kết quả. Nghiên cứu cũng chỉ ra các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống.

3.2. Đánh giá hiệu quả

Hệ thống SWER được đánh giá là một giải pháp hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật cho các khu vực nông thôn. Quản lý mạng và phân phối điện được tối ưu hóa, giúp giảm chi phí đầu tư và vận hành. Nghiên cứu cũng đề xuất các hướng phát triển trong tương lai để cải thiện hiệu suất của hệ thống.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việc cung cấp điện đến các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa và vùng cao với mật độ dân cư thưa thớt và tải nhỏ phân bố rải rác luôn là một thách thức lớn đối với các đơn vị cung ứng điện. Chi phí đầu tư và vận hành lưới điện truyền thống thường rất cao, đặc biệt khi mở rộng lưới điện đến các khu vực này. Theo ước tính, chi phí lắp đặt hệ thống phân phối điện dạng Single Wire Earth Return (SWER) chỉ bằng khoảng một phần ba đến một nửa so với các hệ thống ba pha và một pha thông thường, nhờ vào việc sử dụng một dây dẫn duy nhất và đất làm đường dẫn dòng trở về.

Mục tiêu chính của luận văn là xây dựng và mô phỏng một mô hình phân phối điện SWER, tính toán các giá trị điện áp, góc pha, công suất thực và công suất phản kháng ở chế độ xác lập, từ đó đề xuất tiêu chuẩn thiết kế và áp dụng cho một khu vực thực tế tại miền Nam Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các phụ tải một pha, phù hợp với đặc điểm tải tiêu thụ tại các vùng nông thôn. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm chi phí đầu tư, nâng cao hiệu quả vận hành và mở rộng khả năng điện khí hóa các khu vực khó khăn về địa hình và dân cư.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình nghiên cứu chính:

1. Mô hình đường dây Carson: Đây là mô hình toán học quy đổi trở kháng đường dây trên không và trở kháng đất thành một hệ thống tương đương, cho phép tính toán chính xác các giá trị trở kháng và dòng điện trong hệ thống SWER. Mô hình này tính đến các đặc tính điện trở suất đất và chiều cao dây dẫn, từ đó xác định tổng trở tương đương của đường dây.

2. Giải thuật quét thuận/quét nghịch cho mạng điện hình tia: Phương pháp này được sử dụng để giải bài toán phân bố công suất trong hệ thống SWER. Giải thuật dựa trên định luật Kirchhoff về dòng điện và điện áp, cho phép tính toán tuần tự các giá trị điện áp và dòng điện tại các nút trong mạng điện hình cây với độ chính xác cao và tốc độ hội tụ nhanh.

Các khái niệm chính bao gồm: điện áp (V), góc pha (θ), công suất thực (P), công suất phản kháng (Q), trở kháng đường dây, điện trở suất đất, hiệu ứng Ferranti, và các thiết bị bảo vệ trong hệ thống SWER như máy biến áp cách ly, máy biến áp phân phối, thiết bị nối đất, máy cắt tự đóng lại (Reclosers), và thiết bị chống sóng quá điện áp lan truyền.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các khu vực nông thôn miền Nam Việt Nam, đặc biệt là vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long, với khảo sát 14 phụ tải phân bố rải rác. Các thông số kỹ thuật như điện áp sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp cách ly, tần số, điện trở suất đất (khoảng 400 Ωm), và các đặc tính dây dẫn được sử dụng làm đầu vào cho mô hình.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Xây dựng mô hình toán học các thành phần trong hệ thống SWER (đường dây, máy biến áp, hệ thống nối đất, phụ tải).
• Lập trình thuật toán tính toán phân bố công suất theo giải thuật quét thuận/quét nghịch trên phần mềm Matlab Simulink.
• Thực hiện mô phỏng và tính toán các giá trị điện áp, góc pha, công suất thực và phản kháng ở chế độ xác lập.
• So sánh kết quả mô phỏng với các phương án lưới điện truyền thống để đánh giá hiệu quả.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 7/2014 đến tháng 5/2015, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, lập trình và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả chi phí đầu tư: Chi phí lắp đặt hệ thống SWER chỉ bằng khoảng 30-50% so với hệ thống lưới điện ba pha truyền thống, nhờ giảm số lượng dây dẫn, trụ điện và thiết bị cách điện. Ví dụ, khoảng cách giữa các trụ trong hệ thống SWER có thể lên đến 250m, giúp tiết kiệm vật tư và giảm chi phí bảo trì.

2. Chất lượng điện áp và hiệu ứng Ferranti: Mô hình tính toán cho thấy hiệu ứng tăng áp Ferranti xuất hiện rõ rệt ở cuối đường dây do dung dẫn dọc đường dây, đặc biệt khi phụ tải nhỏ và cách xa nhau. Điện áp tại cuối đường dây có thể vượt mức 280V, cao hơn mức điện áp chuẩn 230V, gây nguy cơ hư hỏng thiết bị.

3. Độ tin cậy và an toàn hệ thống nối đất: Hệ thống nối đất trong SWER rất quan trọng để đảm bảo an toàn và vận hành ổn định. Các sự cố nối đất thường do vật liệu không phù hợp, cọc nối đất bị ăn mòn hoặc đóng cọc không đủ sâu. Việc sử dụng cọc nối đất bằng đồng và đóng nhiều cọc sâu hơn giúp giảm điện trở nối đất, tăng khả năng tản dòng điện.

4. Khả năng ứng dụng thực tế: Mô hình SWER được áp dụng thành công cho khu vực nông thôn tại miền Nam Việt Nam với 14 phụ tải, đáp ứng nhu cầu điện cho các hộ dân với công suất nhỏ (khoảng 0,5 kVA/km). So sánh với lưới điện truyền thống, SWER cho thấy khả năng tiết kiệm chi phí và phù hợp với đặc điểm phân bố dân cư thưa thớt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả chi phí là do SWER sử dụng một dây dẫn duy nhất và đất làm đường dẫn dòng trở về, giảm đáng kể vật tư và thiết bị trên lưới. Tuy nhiên, hiệu ứng Ferranti và dao động dây do gió là những thách thức kỹ thuật cần được xử lý bằng các thiết bị điều chỉnh điện áp và bộ chống dao động.

So với các nghiên cứu quốc tế tại New Zealand, Australia và Nam Phi, kết quả nghiên cứu phù hợp với thực tế ứng dụng SWER trong các khu vực nông thôn có mật độ dân cư thấp và tải nhỏ. Việc áp dụng mô hình toán học và giải thuật quét thuận/quét nghịch giúp nâng cao độ chính xác trong tính toán phân bố công suất, hỗ trợ quy hoạch và vận hành hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ điện áp theo chiều dài đường dây, bảng so sánh chi phí đầu tư giữa SWER và lưới điện truyền thống, cũng như biểu đồ dòng điện và điện áp tại các nút trong mạng điện hình tia.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống SWER cho các vùng nông thôn có mật độ dân cư thấp: Khuyến khích các đơn vị cung cấp điện áp dụng SWER tại các khu vực có mật độ công suất sử dụng dưới 0,5 kVA/km để giảm chi phí đầu tư và vận hành. Thời gian thực hiện trong vòng 2-3 năm, chủ thể là các công ty điện lực địa phương.

2. Nâng cao chất lượng hệ thống nối đất: Áp dụng các giải pháp đóng cọc nối đất sâu, sử dụng vật liệu đồng và tăng số lượng cọc nối đất để giảm điện trở nối đất, đảm bảo an toàn vận hành. Chủ thể thực hiện là bộ phận kỹ thuật và bảo trì lưới điện, với kế hoạch cải tạo trong 1-2 năm.

3. Lắp đặt thiết bị điều chỉnh điện áp và chống dao động dây dẫn: Sử dụng bộ điều chỉnh điện áp tại các máy biến áp phân phối và hộ tiêu thụ, đồng thời lắp đặt giáp níu và bộ chống dao động để giảm thiểu hiện tượng tăng áp Ferranti và dao động dây do gió. Thời gian triển khai 1 năm, chủ thể là các đơn vị vận hành lưới điện.

4. Phát triển phần mềm mô phỏng và đào tạo nhân lực: Tiếp tục hoàn thiện phần mềm tính toán phân bố công suất SWER trên Matlab, đồng thời tổ chức đào tạo kỹ thuật viên vận hành và thiết kế lưới điện SWER. Chủ thể là các trường đại học, viện nghiên cứu và công ty điện lực, thực hiện liên tục trong 3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các công ty điện lực và đơn vị cung cấp điện: Hỗ trợ trong việc lựa chọn công nghệ phân phối điện phù hợp với đặc điểm vùng nông thôn, giảm chi phí đầu tư và nâng cao hiệu quả vận hành.

2. Các nhà quy hoạch và thiết kế lưới điện: Cung cấp cơ sở lý thuyết và mô hình toán học để thiết kế hệ thống SWER tối ưu, đảm bảo an toàn và chất lượng điện áp.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành điện: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về mô hình toán học, giải thuật phân bố công suất và ứng dụng phần mềm Matlab trong nghiên cứu hệ thống điện phân phối.

4. Các cơ quan quản lý nhà nước và chính sách: Hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và chính sách phát triển điện nông thôn, thúc đẩy điện khí hóa vùng sâu, vùng xa với chi phí hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống SWER là gì và có ưu điểm gì so với lưới điện truyền thống?
   SWER là hệ thống phân phối điện một dây dùng đất làm đường dẫn dòng trở về, giúp giảm chi phí vật tư, trụ điện và thiết bị cách điện. Ưu điểm chính là chi phí đầu tư thấp hơn khoảng 30-50% so với lưới điện ba pha truyền thống, phù hợp với vùng dân cư thưa thớt.

2. Hiệu ứng Ferranti ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống SWER?
   Hiệu ứng Ferranti gây tăng áp tại cuối đường dây do dung dẫn dọc đường dây, đặc biệt khi phụ tải nhỏ và cách xa nhau. Điều này có thể làm điện áp vượt mức cho phép, gây hư hỏng thiết bị. Giải pháp là sử dụng bộ điều chỉnh điện áp và thiết kế dây dẫn phù hợp.

3. Làm thế nào để đảm bảo an toàn trong hệ thống nối đất của SWER?
   Đảm bảo an toàn bằng cách sử dụng vật liệu cọc nối đất phù hợp (đồng), đóng cọc sâu và nhiều cọc để giảm điện trở nối đất, tránh ăn mòn và hỏng hóc. Việc này giúp tản dòng điện hiệu quả và giảm nguy cơ sự cố điện.

4. Phương pháp tính toán phân bố công suất trong SWER được thực hiện như thế nào?
   Sử dụng giải thuật quét thuận/quét nghịch trên mạng điện hình tia, dựa trên định luật Kirchhoff, tính toán tuần tự các giá trị điện áp và dòng điện tại các nút. Phương pháp này có độ chính xác cao và tốc độ hội tụ nhanh.

5. SWER phù hợp với những khu vực nào?
   Phù hợp với các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa có mật độ dân cư thấp, tải nhỏ phân bố rải rác, với công suất tiêu thụ dưới 0,5 kVA/km. Không thích hợp cho khu vực có phụ tải phát triển nhanh hoặc mật độ dân cư cao.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học và thuật toán tính toán phân bố công suất cho hệ thống phân phối điện SWER, áp dụng thực tế tại miền Nam Việt Nam.
• Hệ thống SWER giúp giảm chi phí đầu tư và vận hành so với lưới điện truyền thống, phù hợp với đặc điểm vùng nông thôn có mật độ dân cư thấp.
• Các thách thức kỹ thuật như hiệu ứng Ferranti và an toàn nối đất được phân tích và đề xuất giải pháp cụ thể.
• Phần mềm mô phỏng trên Matlab hỗ trợ hiệu quả trong việc thiết kế và vận hành hệ thống SWER.
• Đề xuất các giải pháp triển khai và nâng cao chất lượng hệ thống SWER trong thời gian tới nhằm thúc đẩy điện khí hóa nông thôn.

Next steps: Triển khai thử nghiệm mô hình SWER tại các khu vực nông thôn, hoàn thiện phần mềm tính toán, đào tạo nhân lực và xây dựng tiêu chuẩn thiết kế phù hợp.

Call to action: Các đơn vị cung cấp điện và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển công nghệ SWER để mở rộng điện khí hóa vùng sâu, vùng xa với chi phí hợp lý và hiệu quả cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề: Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu cung cấp điện đến các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa và vùng cao có mật độ dân cư thưa thớt (tải nhỏ phân bố rãi) với chi phí đầu tư thấp nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu an toàn, độ tin cậy cao, đảm bảo tính kinh tế khi vận hành đang là một bài toán thách thức đối với các đơn vị cung ứng điện. Để giải quyết bài toán đó trong phạm vi đề tài này đề xuất một phương pháp phân phối điện 1 dây dùng đất dẫn dòng trở về (Single Wire Earth Return-SWER) để đáp ứng nhu cầu phân phối điện cho các khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa, vùng cao có mật độ dân cư thưa thớt với chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành thấp. Khái niệm về hệ thống SWER: Hệ thống phân phối điện 1 dây dùng đất dẫn dòng trở về (SWER) thường được sử dụng để cấp nguồn cho các khu vực nông thôn, các khu vực dân cư thưa thớt với chi phí đầu tư và vận hành thấp. Hệ thống SWER thường được cấp nguồn trung áp 1 pha thông qua 1 máy biến áp cách ly 1 pha.

Mục đích của việc sử dụng máy biến áp cách ly là để tạo điểm nối đất riêng cho nguồn của hệ SWER ở chế độ vận hành 1 dây dùng đất dẫn dòng trở về. Các phần tử trong hệ thống SWER đều được nối đất. Đất (Earth) đóng vay trò là dây dẫn dòng trở về nguồn trong hệ thống SWER.1 giới thiệu một sơ đồ mô phỏng hệ thống SWER điển hình. Các thành phần chính của mạng điện SWER trong hình 1.1 như sau: máy biến áp cách ly có đầu sơ cấp được đấu nối với điện áp dây của lưới điện trung áp 3 pha 22kV và đầu sơ cấp có điện áp 12,7kV, trong đó có một đầu được nối đất trực tiếp.

Nguồn trung áp 1 pha 12,7kV được truyền dẫn đến các máy biến áp phân phối 12,7/0,24kV trong mạng điện SWER để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, HVTH : Nguyễn Anh Huy Trang 1 Single wire earth return - SWER GVHD: TS.Nguyễn Văn Liêm dòng trở về nguồn tại các hộ tiêu thụ điện được dẫn về nguồn thông qua hệ thống nối đất tại các máy biến áp phân phối.1 Sơ đồ hệ thống SWER điển hình.3 giới thiệu về đường dây cấp nguồn cho một hệ thống SWER và máy biến áp cách ly.2 Nhánh rẽ cấp nguồn cho hệ thống SWER điển hình. HVTH : Nguyễn Anh Huy Trang 2 Single wire earth return - SWER GVHD: TS.Nguyễn Văn Liêm Hình 1.3 Máy biến áp cách ly trong hệ thống SWER đầu vào 2 pha và đầu ra 1 pha 3. Sự cần thiết của bài toán tính toán chế độ xác lập đối với việc quy hoạch, thiết kế và vận hành một hệ thống SWER: Bài toán phân bố công suất là nền tảng của mọi bài toán phân tích và điều khiển hệ thống điện. Bài toán phân bố công suất là cơ sở cho cho các nghiên cứu về:  Quy hoạch hệ thống điện (planning).

 Tính toán tối ưu hoá (optimization) chế độ làm việc.  Tính toán ổn định (stability).  Phân tích chế độ sự cố (fault). Đối với hệ thống SWER thì đó cũng không phải là ngoại lệ.

Để đáp ứng các yêu cầu về quy hoạch, thiết kế và vận hành một hệ thống SWER thì đòi hỏi ta phải tính toán được các giá trị xác lập của các thông số như: điện áp (V), góc pha (), công suất thực (P) và công suất phản kháng (Q),…của một hệ thống SWER. Qua đó ta mới có cái nhìn chính xác về một mô hình phân phối điện, lựa chọn được các phương án vận hành tối ưu cũng như là đánh giá được độ tin cậy của một hệ thống SWER. HVTH : Nguyễn Anh Huy Trang 3 Single wire earth return - SWER GVHD: TS.Nguyễn Văn Liêm Hiện nay, một số nước trên thế giới đã xây dựng các hệ thống mạng phân phối dạng SWER cho các khu vực nông thôn và đã đáp ứng được các nhu cầu điện khí hóa nông thôn với mức chi phí đầu tư và vận hành thấp. Để có thể áp dụng mô hình lưới điện dạng SWER phục vụ mục đích điện khí hóa các khu vực nông thôn Việt Nam đòi hỏi phải xây dựng hoàn chỉnh mô hình toán học cho mạng điện phân phối SWER với các thông số đầu vào lấy từ điều kiện thực tế tại Việt Nam qua đó mới phân tích chính xác được các lợi thế của hệ thống điện dạng SWER và làm căn cứ tính toán quy hoạch, thiết kế cũng như vận hành sau này cho hệ thống SWER – đó là tính cấp thiết của đề tài này.

Các hạn chế trước đây: Mặc dù việc xây dựng hệ thống phân phối điện dạng SWER đã được ứng dụng tại nhiều nước trên Thế Giới tuy nhiên công nghệ này vẫn chưa được áp dụng tại Việt Nam. Mục tiêu cơ bản của đề tài này là phân tích mô phỏng một hệ thống SWER theo các thông số đầu vào thu thập từ thực tế tại các khu vực nông thôn miền nam Việt Nam qua đó rút ra các nhận định và so sánh với các phương án cung ứng điện hiện hữu nhằm góp phần nâng cao khả năng điện khí hóa các khu vực nông thôn Việt Nam. Một số nước trên thế giới đã xây dựng và đưa vào vận hành các hệ thống mạng phân phối dạng SWER từ rất lâu nhằm thúc đẩy các khu vực nông thôn phát triển hơn. Tuy nhiên việc đầu tư hệ thống SWER phải được phân tích sâu hơn ở các khía cạnh sau:  Đối với một số khu vực nông thôn có tình hình phụ tải phát triển nhanh hơn quy hoạch dẫn đến phải đầu tư các dạng lưới điện khác để đáp ứng nhu cầu phụ tải nên gây ra tình trạng lãng phí khi đầu tư lưới điện dạng SWER.

 Hiện nay các hệ thống SWER tại New Zealand và Australia bị hạn chế về khả năng dẫn dòng điện của đất (tối đa 8A theo NZECP 41:1993). Ghi chú: “NZECP 41:1993”: NEW ZEALAND ELECTRICAL CODE OF PRACTICE PAGE 41, PUBLISH 1993. HVTH : Nguyễn Anh Huy Trang 4 Single wire earth return - SWER GVHD: TS.Nguyễn Văn Liêm  Người dân tại các khu vực nông thôn ngày càng có nhiều cơ hội hơn trong việc tiếp cận các nguồn điện thay thế khác chẳng hạn như: điện gió, điện mặt trời,…  Việc sử dụng các thiết bị điện tử cao cấp đòi hỏi đơn vị cung cấp điện phải nâng cao chất lượng điện cung ứng.  Đổi mới trong phương thức sản xuất tại các khu vực nông thôn đòi hỏi phải nâng cao tính tự động hóa.

Cụ thể nhu cầu về việc sử dụng các dạng motor công suất lớn trong tưới tiêu ngày càng tăng.  Giảm lợi nhuận cho đơn vị cung cấp điện.  Công nghệ này vẫn còn có giá trị đối với các khu vực vùng sâu vùng xa, tuy nhiên cũng có thể vì nó mà làm cho các nhà đầu tư trì hoãn tính cấp bách trong việc xây dựng mới lưới điện 3 pha cho các khu vực nông thôn xa xôi. Mục tiêu của đề tài: Mục tiêu của đề tài là mô phỏng một mô hình phân phối điện 1 dây dùng đất dẫn dòng trở về (SWER) để tính toán được các giá trị: điện áp (V), góc pha (), công suất thực (P) và công suất phản kháng (Q) ở chế độ xác lập.

Mô phỏng được các thành phần lưới điện SWER bằng các mô hình toán học như: mô hình đường dây, máy biến áp phân phối, phụ tải 1 pha và các hệ thống nối đất,… Tính toán các chi phí đầu tư và xây dựng thiết tiêu biểu lưới điện SWER cho một khu vực tại miền nam Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng được một mô hình mô phỏng hệ thống SWER bằng phần mềm Matlab. Tính toán phân bố công suất tại giá trị xác lập của hệ thống SWER. Đối với các phụ tải chỉ xét dạng phụ tải 1 pha vì mục đích của hệ thống SWER là cung cấp điện đến các khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa và vùng cao phần lớn tải tiêu thụ là 1 pha.

HVTH : Nguyễn Anh Huy Trang 5 Single wire earth return - SWER GVHD: TS. Nội dung nghiên cứu: Xây dựng được mô hình các phần tử trong lưới điện SWER bao gồm: đường dây, máy biến áp phân phối 1 pha, hệ thống nối đất, phụ tải 1 pha, các thiết bị đóng cắt (Recloser, FCO…) và các thiết bị bào vệ (LA, relay…) Xây dựng được thuật toán xác định các thông số đường dây. Xây dựng được thuật toán để tính toán tại chế độ xác lập cho bài toán phân bố công suất của môt hệ thống SWER. Tính toán được các giá trị điện áp (V), góc pha (), công suất thực (P) và công suất phản kháng (Q) ở chế độ xác lập.

HVTH : Nguyễn Anh Huy Trang 6 Single wire earth return - SWER GVHD: TS.Nguyễn Văn Liêm CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI ĐIỆN 1 DÂY DÙNG DẤT DẪN DÒNG TRUNG HÒA-SWER 1. Lịch sử hình thành của hệ thống SWER: Lloyd Mandeno (1888-1973) một kỹ sư điện New Zealand là người đã đề xuất phương pháp phân phối điện dưới dạng 1 dây dùng đất dẫn dòng trung hòa (SWER). Mandeno trình bày ý kiến của mình trong một bài báo có nội dung “Cấp điện cho các khu vực nông thôn New Zealand” vào năm 1947 tại Viện nghiên cứu và hội nghị các kỹ sư. Mandeno nêu bật được sự cần thiết cho việc cấp điện đến các cộng đồng nông thôn ở New Zealand nhằm thúc đẩy nền kinh tế New Zealand.

Trước đó đã có nhiều phương pháp cung cấp điện ba pha tần số 50Hz đến các vùng nông thôn tuy nhiên với chi phí lớn nên chưa mang lại được hiệu quả mong muốn.1 Kỹ sư điện Lloyd Mandeno mang quốc tịch New Zealand Trong công trình nghiên cứu, Mandeno đề xuất các khu vực nông thôn được điện khí hóa bằng việc xây dựng hệ thống SWER một pha nhận nguồn từ mạng ba pha bằng cách sử dụng các máy biến áp cách ly có sơ cấp nối vào điện áp dây của mạng 3 pha và thứ cấp 1 pha. Những ưu điểm của cấu hình dạng này như sau:  Đường dây truyền dẫn một sợi giảm thiểu khả năng sự cố giữa các dây dẫn lân cận, đồng thời tổn thất hổ cảm giữa các đường dây cũng được loại bỏ. HVTH : Nguyễn Anh Huy Trang 7 Single wire earth return - SWER GVHD: TS.Nguyễn Văn Liêm  Sự cố do chạm đất dây chuyền được giảm thiểu ở mức thấp nhất vì các rơle bảo vệ chống chạm đất chỉ hoạt động trên hệ thống ba pha.