Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35kV Điện lực Mường La và thủy điện nhỏ Nậm Bú

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hay nghiên cứu cải thiện kết quả vận hành lưới điện 35kv điện lực mường la và thủy điện nhỏ nặm bú, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Hoàng Văn Luyện
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Duy Cương
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35kV Điện lực Mường La và thủy điện nhỏ Nậm Bú
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 35kV HUYỆN MƯỜNG LA
• 1.1. Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia
• 1.1.1. Khối 1 - Các nhà máy điện
• 1.1.2. Khối 2 - Hệ thống truyền tải
• 1.1.3. Khối 3 - Hệ thống điện phân phối (Electric distribution system)
• 1.2. Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối
• 1.3. Đặc điểm xã hội, điều kiện tự nhiên và lưới điện 35kV huyện Mường La
• 1.3.1. Vị trí địa lý và dân số trong khu vực
• 1.3.2. Đặc điểm hiện trạng lưới điện phân phối tỉnh Sơn La và huyện Mường La
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÔNG CỤ TOÁN HỌC VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.2. Phần mềm ETAP ứng dụng cho mô hình hóa mô phỏng giải tích lưới
• 2.2.1. Giới thiệu chung về Etap
• 2.2.2. Ứng dụng ETA mô hình hóa mô phỏng lộ 375 lưới điện 35kV Mường La
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG GIẢI TÍCH LƯỚI VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LỘ 375 LƯỚI ĐIỆN 35KV MƯỜNG LA
• 3.1. Chế độ vận hành 1: Phụ tải Smax chưa xét đến SHP Nậm Bú
• 3.1.1. Chế độ vận hành 1a: Smax, 105%Uđm, chưa xét đến SHP Nậm Bú
• 3.1.2. Chế độ vận hành 1b: Smax, 100%Uđm, ngắt kết nối SHP Nậm Bú
• 3.2. Chế độ vận hành 2: Vận hành mạng điện kín 2 nguồn lưới
• 3.3. Chế độ vận hành 3: Vận hành lộ 375 có xét đến SHP Nậm Bú
• 3.3.1. Chế độ vận hành 3a: Smax, SHP phát đồng thời CSTD và CSPK
• 3.3.2. Chế độ vận hành 3b: Vận hành SHP khi xảy ra sự cố mất nguồn điện lưới
• 3.4. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hiệu quả vận hành lưới điện 35kV tại Mường La

Lưới điện 35kV tại Mường La đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng cho khu vực miền núi. Tuy nhiên, hiệu quả vận hành của lưới điện này vẫn còn nhiều vấn đề cần được cải thiện. Việc nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn đảm bảo chất lượng điện năng ổn định cho người tiêu dùng.

1.1. Đặc điểm lưới điện 35kV tại Mường La

Lưới điện 35kV tại Mường La có cấu trúc phức tạp với nhiều trạm biến áp và đường dây phân phối. Đặc điểm địa hình miền núi cũng ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành lưới điện, dẫn đến nhiều thách thức trong việc duy trì chất lượng điện năng.

1.2. Tình hình hiện tại của lưới điện 35kV

Hiện tại, lưới điện 35kV tại Mường La đang gặp phải nhiều vấn đề như tổn thất điện năng cao, chất lượng điện không ổn định và khó khăn trong việc quản lý vận hành. Những vấn đề này cần được phân tích và giải quyết để nâng cao hiệu quả vận hành.

II. Thách thức trong việc nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35kV

Việc nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35kV tại Mường La đối mặt với nhiều thách thức. Những thách thức này bao gồm sự không đồng bộ trong cấu trúc lưới, sự thay đổi trong nhu cầu tiêu thụ điện và ảnh hưởng của các nguồn năng lượng tái tạo.

2.1. Sự không đồng bộ trong cấu trúc lưới

Cấu trúc lưới điện hiện tại không còn phù hợp với nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng. Việc thiếu đồng bộ giữa các trạm biến áp và đường dây tải điện gây ra nhiều khó khăn trong việc quản lý và vận hành.

2.2. Ảnh hưởng của nguồn năng lượng tái tạo

Sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo như thủy điện nhỏ có thể gây ra sự biến động trong chất lượng điện năng. Điều này đòi hỏi các giải pháp quản lý hiệu quả hơn để đảm bảo sự ổn định cho lưới điện.

III. Phương pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35kV

Để nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35kV tại Mường La, cần áp dụng các phương pháp hiện đại và công nghệ tiên tiến. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như ETAP có thể giúp tối ưu hóa quá trình vận hành và quản lý lưới điện.

3.1. Ứng dụng phần mềm ETAP trong mô phỏng lưới điện

Phần mềm ETAP cho phép mô phỏng và phân tích các trạng thái vận hành của lưới điện. Việc sử dụng phần mềm này giúp phát hiện các vấn đề tiềm ẩn và đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu quả vận hành.

3.2. Giải pháp tối ưu hóa vận hành lưới điện

Các giải pháp tối ưu hóa bao gồm việc điều chỉnh chế độ vận hành, cải thiện cấu trúc lưới và nâng cấp thiết bị. Những giải pháp này sẽ giúp giảm tổn thất điện năng và nâng cao chất lượng điện năng cung cấp.

IV. Ứng dụng thực tiễn từ nghiên cứu lưới điện 35kV

Nghiên cứu về lưới điện 35kV tại Mường La đã chỉ ra nhiều ứng dụng thực tiễn có thể áp dụng để nâng cao hiệu quả vận hành. Những kết quả nghiên cứu này có thể được áp dụng cho các khu vực khác có điều kiện tương tự.

4.1. Kết quả mô phỏng và phân tích lưới điện

Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng việc điều chỉnh chế độ vận hành có thể giảm thiểu tổn thất điện năng đáng kể. Các số liệu thu thập được từ mô phỏng sẽ là cơ sở cho các quyết định quản lý lưới điện trong tương lai.

4.2. Đề xuất giải pháp cho lưới điện 35kV

Các giải pháp đề xuất bao gồm việc cải thiện hệ thống bảo vệ, nâng cấp thiết bị và áp dụng công nghệ mới. Những giải pháp này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả vận hành mà còn đảm bảo an toàn cho lưới điện.

V. Kết luận và triển vọng tương lai cho lưới điện 35kV

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy rằng việc nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35kV tại Mường La là cần thiết và khả thi. Triển vọng tương lai cho lưới điện này phụ thuộc vào việc áp dụng các công nghệ mới và cải tiến trong quản lý vận hành.

5.1. Tương lai của lưới điện 35kV tại Mường La

Với sự phát triển của công nghệ và chính sách năng lượng tái tạo, lưới điện 35kV tại Mường La có thể trở thành một mô hình mẫu cho các khu vực khác. Việc áp dụng các giải pháp hiện đại sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của lưới điện.

5.2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các công nghệ mới và phương pháp quản lý lưới điện thông minh. Điều này sẽ giúp tối ưu hóa hơn nữa hiệu quả vận hành và chất lượng điện năng cung cấp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối trung áp huyện Mường La thuộc Công ty Điện lực Sơn La giữ vai trò huyết mạch trong việc bảo đảm an ninh năng lượng cho khu vực Tây Bắc, với quy mô quản lý gồm hơn 264 km đường dây 35kV, gần 14 km đường dây 6kV và 179,5 km đường dây hạ thế 0,4kV. Hệ thống này hiện đang cấp điện trực tiếp cho 100% số xã với 17.159 hộ dân, đạt sản lượng điện thương phẩm hơn 29,7 triệu kWh và doanh thu trên 54 tỷ đồng vào năm 2019. Tuy nhiên, đặc thù địa hình đồi núi hiểm trở với độ cao trung bình từ 500 m đến 700 m khiến các tuyến đường dây 35kV, tiêu biểu là lộ 375, phải trải dài trên diện rộng với bán kính cấp điện lớn. Cấu trúc lưới điện hình tia truyền thống cùng đặc tính phụ tải sinh hoạt biến động mạnh trong 24 giờ đã dẫn đến tình trạng sụt áp sâu ở cuối nguồn và tổn thất kỹ thuật gia tăng.

Vấn đề kỹ thuật trở nên phức tạp hơn khi hệ thống tích hợp các nguồn điện phân tán, điển hình là Nhà máy Thủy điện nhỏ Nậm Bú có công suất lắp đặt 7,2 MW gồm 2 tổ máy 3,6 MW đấu nối vào thanh cái trung áp. Nguồn thủy điện này vận hành phụ thuộc hoàn toàn vào chế độ thủy văn theo mùa, gây ra sự thay đổi liên tục về chiều và độ lớn của dòng công suất truyền tải, tạo nên những thách thức lớn trong công tác điều độ điện áp và bảo vệ rơ-le.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng mô hình số hóa chi tiết lộ 375 lưới điện 35kV Mường La trên phần mềm chuyên dụng ETAP, tiến hành giải tích trào lưu công suất và đánh giá chất lượng điện áp trong các chế độ vận hành đặc trưng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưới điện phức hợp lộ 375 kết nối giữa Trạm biến áp 110kV Mường La (dung lượng 40 MVA) với nguồn dự phòng từ Trạm biến áp 110kV Sơn La (dung lượng 40 MVA) và Nhà máy Thủy điện Nậm Bú trong giai đoạn 2018 - 2020.

Kết quả của đề tài mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp giải pháp vận hành tối ưu nhằm kiểm soát độ lệch điện áp trong ngưỡng cho phép ±5% theo quy định tại Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương, đồng thời giảm tổn thất công suất tác dụng trên lưới xuống dưới 2,5%, góp phần cải thiện rõ rệt các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện như SAIFI và SAIDI cho địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết trào lưu công suất trong hệ thống điện hiện đại kết hợp với lý thuyết điều khiển điện áp và điều độ công suất phản kháng. Mô hình toán học của mạng điện được thiết lập thông qua hệ phương trình cân bằng công suất phi tuyến tại các nút tải, nút máy phát và nút cân bằng. Thuật toán lặp phi tuyến Newton-Raphson và Gauss-Seidel được áp dụng để giải hệ phương trình xác lập trạng thái tĩnh của lưới điện, cho phép xác định chính xác độ lớn điện áp, góc pha tại từng nút cũng như dòng công suất và tổn thất trên từng phân đoạn đường dây với độ hội tụ sai số công suất nhỏ hơn 0,001 MW.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được vận dụng xuyên suốt đề tài bao gồm: trào lưu công suất hai chiều phát sinh từ các nguồn điện phân tán, chỉ số tổng độ biến dạng sóng hài điện áp với giới hạn nghiêm ngặt không vượt quá 5,0% đối với lưới trung áp theo quy chuẩn IEC và Thông tư 30/2019/TT-BCT, cùng các đại lượng đánh giá độ tin cậy vận hành như thời gian mất điện trung bình SAIDI và tần suất mất điện trung bình SAIFI.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập trực tiếp từ hồ sơ kỹ thuật vận hành thực tế của Công ty Điện lực Sơn La và Điện lực Mường La. Phương pháp chọn mẫu được tiến hành theo nguyên tắc điều tra toàn bộ mạng lưới của lộ 375. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 207 phân đoạn đường dây 35kV với các loại dây dẫn AC có tiết diện từ 49,5 mm² đến 124 mm² (khả năng tải dòng cho phép từ 217,7 A đến 387,9 A), 122 trạm biến áp phân phối 35/0,4kV có dải công suất từ 15 kVA đến 1.000 kVA, và 116 nút phụ tải tập trung. Việc thu thập toàn bộ dữ liệu hiện trạng thay vì chọn mẫu ngẫu nhiên giúp loại bỏ sai số quy nạp, bảo đảm tính xác thực tuyệt đối khi mô hình hóa không gian mạng điện.

Phương pháp phân tích chủ đạo là mô phỏng giải tích hệ thống điện trên nền tảng phần mềm ETAP do hãng Operation Technology, Inc. phát triển. Phần mềm ETAP được lựa chọn nhờ sở hữu bộ công cụ tính toán trào lưu công suất mạnh mẽ, khả năng phân tích ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60909 và giao diện trực quan hỗ trợ thiết lập linh hoạt các chế độ làm việc của máy phát thủy điện từ chế độ điều khiển điện áp sang chế độ cân bằng hệ thống. Toàn bộ lộ trình khảo sát dữ liệu, lập trình mô hình và kiểm chuẩn kết quả mô phỏng được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian 24 tháng từ năm 2018 đến cuối năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng các chế độ vận hành của lộ 375 lưới điện 35kV Mường La trên phần mềm ETAP đã chỉ ra những phát hiện kỹ thuật quan trọng:

• Khi hệ thống vận hành ở chế độ phụ tải cực đại và chưa xét đến nguồn phát từ Thủy điện Nậm Bú, điện áp tại các thanh cái phía cuối đường dây bị suy giảm nghiêm trọng. Mức điện áp tại các nút cuối tụt xuống chỉ còn 0,91 đến 0,93 Uđm, tương đương mức sụt áp từ 7% đến 9%, vượt quá ngưỡng dao động cho phép ±5% theo quy định tại Thông tư 39/2015/TT-BCT. Tổn thất công suất tác dụng trên toàn tuyến chiếm tỷ trọng xấp xỉ 4,2% tổng công suất truyền tải.
• Khi chuyển sang chế độ vận hành mạng điện kín liên kết 2 nguồn giữa Trạm biến áp 110kV Mường La và Trạm biến áp 110kV Sơn La, điện áp toàn tuyến được nâng lên mức an toàn từ 0,96 đến 1,02 Uđm. Đồng thời, tổn thất công suất trên đường dây giảm khoảng 18% so với phương thức cấp điện hình tia đơn nguồn.
• Khi hòa lưới cả 2 tổ máy của Thủy điện Nậm Bú (công suất phát cực đại 7,2 MW) cùng phát công suất tác dụng và công suất phản kháng vào giờ cao điểm, điện áp tại các nút lân cận như Bus 515 và Bus 517 tăng lên mức 1,01 đến 1,04 Uđm. Nguồn điện phân tán này đã triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng sụt áp cuối nguồn, giảm tổn thất công suất tác dụng trên trục chính xuống dưới 2,5%.
• Trong kịch bản sự cố mất liên kết lưới điện quốc gia (máy cắt CB 375 tại đầu trạm mở), việc cấu hình tổ máy phát G1-NB (3,6 MW) sang chế độ nút cân bằng Swing bus và giữ tổ máy G2-NB ở chế độ phát điện áp ổn định đã giúp hệ thống duy trì vận hành độc lập thành công, bảo đảm cấp điện liên tục cho các phụ tải ưu tiên với tần số duy trì trong biên độ ổn định 50 Hz ± 0,2 Hz.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng suy giảm điện áp nghiêm trọng khi không có nguồn phân tán xuất phát từ cấu trúc địa lý của lộ 375. Tuyến đường dây kéo dài hơn 40 km đi qua nhiều vùng núi cao nhưng chủ yếu sử dụng dây dẫn AC-49,5 mm² có điện trở và điện cảm đường dây lớn, dẫn đến tổn thất điện áp tích lũy cao dọc theo tuyến truyền tải.

So sánh với các nghiên cứu tương tự về tích hợp nguồn phân tán vào lưới điện trung áp miền núi tại Việt Nam, kết quả của luận văn khẳng định quy luật: vị trí đấu nối và công suất phát của các nhà máy thủy điện nhỏ có tính chất quyết định đến biểu đồ điện áp của mạng phân phối. Việc điều tiết công suất phản kháng hợp lý từ máy phát điện đồng bộ của Thủy điện Nậm Bú hoạt động tương tự một trạm bù công suất phản kháng động, giúp nâng cao chất lượng điện áp mà không cần đầu tư thêm tụ bù tĩnh đắt tiền.

Các dữ liệu giải tích trào lưu công suất được trình bày trực quan thông qua đồ thị phân bố điện áp dọc tuyến đường dây (Bus Voltage Profile), biểu đồ so sánh mức sụt giảm tổn thất công suất qua các kịch bản vận hành, và bảng cân bằng công suất xuất tuyến được trích xuất trực tiếp từ phần mềm ETAP.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả mô phỏng và thực trạng vận hành, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể:

• Cải tạo và nâng cấp tiết diện dây dẫn trục chính: Thay thế toàn bộ dây dẫn AC-49,5 mm² tại các phân đoạn mang tải lớn từ trạm biến áp trung gian đến các nút phân nhánh chính bằng dây dẫn AC-120 mm² hoặc AC-150 mm² trên tổng chiều dài khoảng 15 km. Giải pháp này giúp tăng dòng điện tải định mức từ 217,7 A lên 387,9 A, giảm tổn thất kỹ thuật trên tuyến thêm khoảng 1,2%. Thời gian thực hiện: Quý 2/2021 đến Quý 4/2022. Chủ thể thực hiện: Công ty Điện lực Sơn La và Điện lực Mường La.
• Tối ưu hóa quy chế phối hợp vận hành nguồn phân tán: Ban hành quy trình phối hợp vận hành thời gian thực giữa đơn vị điều độ và Nhà máy Thủy điện Nậm Bú. Yêu cầu nhà máy duy trì hệ số công suất Cosφ trong khoảng 0,85 đến 0,95 và tham gia điều chỉnh điện áp phát trong mùa kiệt lẫn mùa lũ nhằm giữ điện áp tại các nút giao tiếp luôn ổn định trong biên độ ±3% Uđm. Thời gian thực hiện: Triển khai từ Quý 1/2021. Chủ thể thực hiện: Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Bắc phối hợp cùng Điện lực Mường La và Công ty Cổ phần Thủy điện Nậm Bú.
• Tự động hóa lưới điện và xây dựng mạch vòng phân đoạn linh hoạt: Lắp đặt 4 bộ máy cắt tự đóng lại Recloser thông minh tích hợp hệ thống SCADA tại các điểm ranh giới phân đoạn giữa lộ 375 Mường La và lộ 378 Sơn La. Giải pháp này hướng tới mục tiêu giảm chỉ số thời gian mất điện trung bình SAIDI xuống dưới 250 phút/khách hàng/năm và chỉ số số lần mất điện trung bình SAIFI xuống dưới 2,0 lần/khách hàng/năm. Thời gian thực hiện: Giai đoạn 2021 - 2023. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý Dự án Lưới điện Sơn La.
• Số hóa và giám sát trào lưu công suất bằng phần mềm ETAP Real-Time: Ứng dụng cơ sở dữ liệu mô phỏng ETAP đã chuẩn hóa vào công tác tính toán phương thức vận hành định kỳ và đào tạo kỹ thuật viên, nâng cao độ chính xác dự báo quá tải đường dây lên trên 95% và rút ngắn thời gian phân tích sự cố lưới điện xuống dưới 30 phút. Thời gian thực hiện: Hoàn thành trong năm 2022. Chủ thể thực hiện: Phòng Kỹ thuật Điện lực Mường La.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư vận hành và điều độ hệ thống điện phân phối: Cung cấp tài liệu hướng dẫn chi tiết về phương pháp ứng dụng phần mềm ETAP để giải quyết bài toán trào lưu công suất và sụt áp trên các lưới điện trung áp 35kV có cấu trúc trải dài, áp dụng trực tiếp cho các công ty điện lực khu vực miền núi nhằm cắt giảm tổn thất điện năng từ 1,0% đến 2,5%.
• Chủ đầu tư và kỹ sư quản lý nhà máy thủy điện nhỏ: Nắm vững nguyên tắc điều chỉnh công suất phát P-Q để đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật hòa lưới theo Thông tư 39/2015/TT-BCT, đồng thời làm chủ kỹ thuật vận hành máy phát ở chế độ độc lập Swing bus khi xảy ra sự cố rã lưới khu vực.
• Cơ quan quản lý nhà nước và đơn vị tư vấn quy hoạch điện: Sử dụng phương pháp luận và cơ sở dữ liệu thực nghiệm của đề tài để thẩm định các dự án đấu nối nguồn năng lượng tái tạo phân tán vào lưới điện địa phương, bảo đảm an toàn kỹ thuật và hiệu quả kinh tế lâu dài.
• Học viên cao học, giảng viên và sinh viên ngành Kỹ thuật điện: Bổ sung nguồn tài liệu tham khảo học thuật chuyên sâu về mô hình hóa giải tích hệ thống điện thực tế, ứng dụng thuật toán Newton-Raphson và xử lý các bài toán kỹ thuật phức tạp liên quan đến nguồn năng lượng phân tán.

Câu hỏi thường gặp

Việc đấu nối Thủy điện nhỏ Nậm Bú tác động như thế nào đến sự phân bố điện áp lộ 375?

Thủy điện Nậm Bú với tổng công suất phát 7,2 MW đấu nối trực tiếp vào lộ 375 tạo ra dòng công suất ngược đẩy về phía nguồn trạm 110kV vào mùa nước lớn. Quá trình này giúp nâng điện áp tại các nút lân cận như Bus 515 và Bus 517 từ mức sụt áp 0,92 Uđm lên 1,04 Uđm, cải thiện chất lượng điện áp toàn tuyến nhưng đòi hỏi phải giám sát chặt chẽ để tránh quá điện áp cục bộ.

Tại sao phần mềm ETAP được lựa chọn để phân tích lưới điện Mường La?

Phần mềm ETAP của hãng OTI được trang bị các thuật toán tính lặp Newton-Raphson có độ chính xác cao và hỗ trợ mô hình hóa toàn diện các phần tử lưới điện xoay chiều. Công cụ này cho phép khai báo chi tiết 207 phân đoạn đường dây và 122 trạm biến áp của lộ 375, giúp tính toán trào lưu công suất và mô phỏng chế độ làm việc của máy phát thủy điện một cách trực quan và tin cậy.

Thủy điện Nậm Bú có thể duy trì cấp điện độc lập khi mất nguồn lưới chính không?

Hoàn toàn có thể. Kết quả mô phỏng chế độ sự cố mở máy cắt CB 375 cho thấy, khi chuyển đổi máy phát G1-NB (3,6 MW) sang chế độ nút cân bằng Swing bus, tổ máy có khả năng tự động cân bằng công suất và duy trì cấp điện an toàn cho vùng phụ tải cô lập với điện áp ổn định trong dải từ 0,95 đến 1,02 Uđm.

Làm thế nào để giảm tổn thất điện năng trên các lộ trung áp miền núi trải dài?

Nghiên cứu chứng minh việc kết hợp đồng thời hai giải pháp: vận hành mạch vòng kín liên kết 2 nguồn trạm 110kV và huy động công suất phản kháng từ các trạm thủy điện nhỏ địa phương sẽ giúp san bằng biểu đồ điện áp, từ đó giảm tổn thất công suất tác dụng trên đường dây từ mức 4,2% xuống dưới 2,5%.

Những quy chuẩn kỹ thuật nào được áp dụng để kiểm soát chất lượng điện năng trong đề tài?

Nghiên cứu căn cứ trực tiếp vào các chỉ tiêu kỹ thuật tại Thông tư 39/2015/TT-BCT và Thông tư 30/2019/TT-BCT của Bộ Công Thương, quy định độ lệch điện áp tại điểm đấu nối khách hàng trong điều kiện bình thường là ±5% danh định (+10%/-5% tại điểm đấu nối nhà máy điện), độ méo sóng hài THD không vượt quá 5,0%, và tần số vận hành ở mức 50 Hz ± 0,2 Hz.

Kết luận

• Xây dựng thành công mô hình mô phỏng số học hoàn chỉnh của lộ 375 lưới điện 35kV Điện lực Mường La với 207 phân đoạn đường dây và 122 trạm biến áp trên nền tảng phần mềm ETAP.
• Làm rõ nguyên nhân sụt áp sâu xuống mức 0,91 Uđm ở chế độ tải cực đại không có nguồn phân tán và định lượng hiệu quả giảm tổn thất công suất xuống dưới 2,5% khi tích hợp Thủy điện Nậm Bú 7,2 MW.
• Thiết lập giải pháp vận hành mạch vòng kín 2 nguồn từ Trạm 110kV Mường La và Trạm 110kV Sơn La, giúp nâng cao độ ổn định điện áp toàn tuyến trong ngưỡng 0,96 đến 1,02 Uđm.
• Chứng minh tính khả thi của kịch bản vận hành độc lập đảo lưới cho tổ máy phát G1-NB nhằm duy trì cấp điện liên tục khi xảy ra sự cố mất nguồn lưới 110kV.
• Đề xuất hệ thống giải pháp nâng cấp tiết diện dây dẫn và lắp đặt thiết bị đóng cắt Recloser tự động để cải thiện toàn diện các chỉ số độ tin cậy SAIDI và SAIFI cho địa phương.

Luận văn đã đóng góp một giải pháp công nghệ mang tính khoa học và thực tiễn cao cho công tác quản trị lưới điện phân phối tại khu vực miền núi. Trong giai đoạn 2021 - 2023, mô hình tính toán này cần tiếp tục được mở rộng cho các lộ 371 và 373 nhằm tối ưu hóa toàn diện lưới điện tỉnh Sơn La. Kính mời các nhà khoa học, kỹ sư điều độ và quý độc giả tải toàn văn tài liệu để nghiên cứu và ứng dụng trực tiếp vào các dự án kỹ thuật chuyên môn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 35kV HUYỆN MƯỜNG LA 1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia, [1] [2] [3] [4] [5]. Điện năng là một dạng năng lượng đặc biệt và rất phổ biến hiện nay, điện năng có rất nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các dạng năng lượng khác như: Dễ dàng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác với hiệu suất cao (cơ năng, nhiệt năng, hoá năng, quang năng. Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện hay các trạm phát điện theo nhiều công nghệ khác nhau. Quá trình sản xuất và sử dụng điện năng được thực hiện bởi một hệ thống điện như mô tả trên.

1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh -4- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Hoạt động của hệ thống điện có một số đặc điểm chính sau đây: - Điện năng sản xuất ra nói chung, tại mọi thời điểm luôn phải bảo đảm cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất ra với lượng điện năng tiêu thụ, tích trữ và điện năng tổn 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 lĩnh vực xã hội và kinh tế quốc dân khác như: Luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, cơ khí, công nghiệp nhẹ, đô thị và dân dụng,.

Một hệ thống điện quốc gia bao gồm rất nhiều các phần tử được kết nối với nhau theo nguyên lý của một mạch điện dựa trên cơ sở đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế. Tương ứng sơ đồ cấu trúc khối trên hình 1.1, cấu trúc của một hệ thống điện thường được chia thành 03 khối chính. Cụ thể gồm: 1.1 Khối 1 - Các nhà máy điện, [2] 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).2 Khối 2 - Hệ thống truyền tải, [6] 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 [7], [6]: - 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 ≥ 220kV. 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 35kV < Uđm ≤ 110kV.

-5- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 Khối 3 - Hệ thống điện phân phối (Electric distribution system), [6] [7] 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 110kV 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 220kV. Đây là một hướng hội nhập quốc tế. Trên cơ sở mô hình tổng quát của hệ thống điện quốc gia hình 1.1, cấu trúc một hệ thống phân phối điện có thể được mô tả dưới dạng sơ đồ một sợi như trên hình 1.2 -6- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

2 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 110kV (High Voltage): Bao gồm toàn bộ đường dây và các trạm biến áp 110kV 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 -7- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 110kV. - Hệ thống phân phối điện trung áp (Middle Voltage): Bao gồm hệ thống các đường dây trung áp (22kV, 35kV) 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 phân phối được chỉ định từ lưới điện quốc gia được quy đổi về cấp điện áp trung áp 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): 110kV, 35kV, 22kV - Công suất ngắn mạch SNM (MVA): 400MVA - 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 110kV 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. -8- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 3- Nguồn máy phát điện sức gió: Đó là turbine gió công suất nhỏ, có thể là đơn chiếc hay tổ hợp nhiều chiếc (Wind Farm) kết nối với lưới phân phối.

4- Nguồn máy phát diesel: Loại nguồn này chủ yếu đóng vai trò dự phòng và không thể thiếu được đối với các hộ dùng điện đòi hỏi cao về chất lượng điện năng cung cấp như: Những nhà máy hay phân xưởng sản xuất áp dụng công nghệ hiện đại, khách sạn, bệnh viện, nhà cao tầng,VV. 5- Kho điện (battery) kết hợp với biến tần DC/AC/DC: Loại nguồn này cũng đang được khuyến khích phát triển với vai trò nguồn dự phòng hoặc ứng dụng cho các giải pháp điều phối năng lượng hữu ích.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. -9- 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.2 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối [8] Để đánh giá chất lượng điện năng trong cung cấp cho các hộ tiêu thụ, các cấp quản lý ngành điện áp dụng các chỉ tiêu cơ bản dựa trên tiêu chuẩn IEC và TCVN quy định [8]. Cụ thể, trong phạm vi đề tài này quan tâm đến đến một số chỉ tiêu cơ bản sau đây:  Một số quy định hành chính:  Đơn vị truyền tải điện: Là đơn vị điện lực được cấp phép hoạt động điện lực trong lĩnh vực truyền tải điện, có trách nhiệm quản lý vận hành lưới điện truyền tải quốc gia.  Hệ thống điện phân phối: Là hệ thống điện bao gồm lưới điện phân phối và các nhà máy điện đấu nối vào lưới điện phân phối.  Lưới điện phân phối: Là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm điện có cấp điện áp đến 110kV.

 Lưới điện truyền tải: Là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm điện có cấp điện áp trên 110kV.