MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu chung: Hệ thống điện Việt Nam nói chung và lƣới điện tại các tỉnh miền núi nói riêng đƣợc xây dựng và phát triển từng bƣớc qua các nhiều giai đoạn nên tồn tại nhiều bất cập. Trong đó, có nhiều đƣờng dây 22 kV cung cấp cho các trạm biến biến áp phân bố rải rác trải dài trên một phạm vi lớn hàng trăm km, đặc điểm phụ tải có tính chất không ổn định. Trong quá trình cải tạo phát triển, các nguồn phân tán sử dụng năng lƣợng tái tạo đƣợc bổ sung trong lƣới điện phân phối đã làm cho cấu trúc lƣới ban đầu trở nên lỗi thời, phát sinh nhiều bất cập, ví dụ: - Cấu trúc lƣới, và chủng loại, tiết diện dây dẫn một vài đoạn bất hợp lý.
- Hạn chế tính năng làm việc, bảo vệ của các thiết bị điện. - Khó khăn trong lựa chọn phƣơng thức vận hành lƣới điện. - Chất lƣợng điện năng thấp do điện áp thay đổi tăng, giảm phụ thuộc vào thuỷ điện nhỏ kết nối lƣới. - Tổn thất điện năng trên lƣới điện lớn.
Trong bối cảnh này, những lƣới điện trung thế thuộc địa bàn miền núi nói chung và cụ thể là lƣới điện 22 kV Lộ 472 thành phố Lạng Sơn cần thiết phải đƣợc kiểm soát bằng những phần mềm chuyên dụng, ví dụ nhƣ POWERWORLD, PSS-ADEPT,. Thông qua đó để có thể đề xuất đƣợc những giải pháp tốt nhất cho các phƣơng án vận hành, khảo sát nhiều ứng dụng khác nhau cho hoạt động chuyên môn cả về lý thuyết và thực tiễn. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thực trạng vận hành lƣới điện 22 kV Lộ 472 thành phố Lạng Sơn; khảo sát các phƣơng án vận hành khác nhau, trạng thái vận hành khác nhau về thông số nguồn (TBA trung gian), thông số phụ tải, cấu trúc mạch vòng, vận hành phân cấp tụ bù, các nguồn phân tán.Trên cơ sở đó phát hiện những ƣu nhƣợc điểm, những tồn tại, bất cập của lƣới điện hiện tại. Từ đó đề xuất giải pháp khắc phục.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Về lý thuyết: 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Học viên sử dụng đƣợc phần mềm chuyên dụng ETAP cho học tập, nghiên cứu và ứng dụng trong công tác chuyên môn, nghiệp vụ. - Mô hình hóa mô phỏng đƣợc đối tƣợng nghiên cứu là lƣới điện 22 kV Lộ 472 thành phố Lạng Sơn làm cơ sở cho các nghiên cứu chuyên môn chuyên ngành. Về thực tiễn: - Đề xuất đƣợc các giải pháp nâng cao chất lƣợng điện áp và độ tin cậy cho Lộ 472 lƣới điện 22 kV thành phố Lạng Sơn. Đặc biệt là đối với các nguồn phân tán (DG) kết nối lƣới.
- Cung cấp dữ liệu cho quy hoạch phát triển lƣới trong tƣơng lai, đồng thời có áp dụng nguồn phân tán khác. Phƣơng pháp nghiên cứu: - Khảo sát, thu thập số liệu thực tế. - Sử dụng phần mềm mô phỏng hiện đại (ETAP). - Phân tích cơ sở lý thuyết áp dụng cho đối tƣợng thực tế.
- Công cụ nghiên cứu, tính toán, mô phỏng có độ tin cậy cao. - Đánh giá nêu bật đƣợc những đóng góp của đề tài, giá trị khoa học và thực tiễn đạt đƣợc. Kết cấu luận văn: Tổng thể luận văn gồm các chƣơng sau: Chƣơng 1. Tổng quan về hệ thống điện và lƣới điện 22 kV Lạng Sơn Chƣơng 2.
Công cụ toán học và phần mềm ứng dụng. Mô phỏng giải tích lƣới và giải pháp nâng cao độ tin cậy và chất lƣợng điện áp Lộ 472. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhƣng do điều kiện thời gian và giới hạn phạm vi nghiên cứu của một luận văn cao học, nên những kết quả đạt đƣợc và sự trình bày còn hạn chế. Kính mong nhận đƣợc đóng góp của mọi ngƣời quan tâm, đặc biệt là của Hội đồng bảo vệ luận văn tốt nghiệp thạc sỹ.
Để hoàn thành đƣợc bản luận văn này, Học viên và ngƣời hƣớng dẫn xin cám ơn sự giúp đỡ đặc biệt của thầy cô khoa Điện, phòng Đào tạo trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Công ty điện lực Lạng Sơn và Điện lực Lạng Sơn, cám ơn các tác giả của tài liệu tham khảo và cám ơn OTI đã cung cấp một công cụ đắc hiệu là phần mềm ETAP cho áp dụng trong trong luận văn. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22 kV THÀNH PHỐ LẠNG SƠN 1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia Điện năng là một dạng năng lƣợng đặc biệt và rất phổ biến hiện nay, điện năng có rất nhiều ƣu điểm hơn hẳn so với các dạng năng lƣợng khác nhƣ: dễ dàng chuyển hóa thành các dạng năng lƣợng khác với hiệu suất cao (cơ năng, nhiệt năng, hoá năng, quang năng. Điện năng đƣợc 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 đƣợc thực hiện bởi một hệ thống điện.
Tham khảo trên Hình 1. 1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh đƣợc áp dụng tại nhiều nƣớc phát triển trên thế giới. 1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong đó bao gồm các hạng mục chính : sản xuất, truyển tải đến phân phối và tiêu thụ điện, [1] [2] [3]. Hoạt động của hệ thống điện có một số đặc điểm chính sau đây: - Điện năng sản xuất ra nói chung, tại mọi thời điểm luôn phải bảo đảm cân bằng giữa lƣợng điện năng sản xuất ra với lƣợng 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 đƣờng 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 thƣờng xẩy ra dƣới 0,5s. - Hoạt động điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều kĩnh vực xã hội và kinh tế quốc dân khác nhƣ: 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 đƣợc kết nối với nhau theo nguyên lý của một mạch điện dựa trên cơ sở đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế.
Tƣơng ứng sơ đồ cấu trúc khối trên hình 1.1 [4] [2], Để tiện lợi cho việc quản trị các hoạt động điện lực, cấu trúc của một hệ thống điện thƣờng đƣợc chia thành 03 khối chính nhƣ mô tả trên Hình 1. 2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện 1.1 Khối 1 - Các nhà máy điện Khối các nhà máy điện đƣợc 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).2 Khối 2 - Hệ thống truyền tải Hệ thống truyền tải (Transmission, Subtransmisstion), đó là hệ thống các trạm biến áp và các đƣờng 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 đƣợc chia thành hai khối con, đó là [5], [1]: 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Khối truyền tải siêu cao áp (EHV transmission): bao gồm hệ thống các trạm biến áp và đƣờng dây có điện áp xoay chiều định mức Uđm ≥ 220 kV. Một số nƣớc tân tiến có sử dụng đƣờng 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 đƣờng 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 điện phân phối: Trƣớc đây ở Việt Nam, phạm vi của hệ thống phân phối điện chỉ bao gồm các trạm biến áp và đƣờng dây đƣợc 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 đƣợc mở rộng thêm về phía cao áp đến thứ cấp của trạm biến áp 220 kV.
Đây là một bƣớc tiến bộ có tính 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 đƣợc biểu diễn dƣới dạng sơ đồ một sợi nhƣ trên hình 1.4 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 3 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối Theo cấu trúc này, hệ thống phân phối điện có thể đƣợc 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 đƣờng 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 nhƣ các nhà máy lớn hay các khu công nghiệp có sức tiêu thụ điện cao, có thể đƣợc kết nối trực tiếp với hệ thống truyền tải con 110 kV.
6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Hệ thống phân phối điện trung thế (Middle Voltage): bao gồm hệ thống các đƣờng dây trung thế (22 kV, 22 kV) và các trạm biến áp phân phối hạ áp cung cấp điện cho lƣới điện 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 đƣờng 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 điện phân phối: Hiện nay, trong lƣới điện phân phối không chỉ có một loại nguồn cung cấp từ phía lƣới điện quốc gia mà còn có thêm các nguồn phân tán. Chính vì vậy cấu trúc lƣới đƣợc thay đổi căn bản, phân bố công suất không chỉ theo một hƣớng (one way) nhƣ trƣớc đây mà là nhiều hƣớng, thậm chí luôn thay đổi cả về độ lớn và hƣớng công suất. Nguồn điện chính: nguồn điện chính cung cấp điện cho lƣới cho lƣới điện phân phối đƣợc chỉ định từ lƣới điện quốc gia đƣợc quy đổi về cấp điện áp trung thế cao nhất của lƣới điện đó.