Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện lộ 472 476 mộc châu có tích hợp nguồn phát điện turbine gió

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu cải thiện kết quả vận hành lưới điện lộ 472 476 mộc châu có tích hợp nguồn phát điện, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Đình Tú
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Đức Minh
• Trường học: Đại học Thái Nguyên - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
• 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 sỹ
• 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
• 2.2.4. 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 về lưới điện lộ 472 476 Mộc Châu

Lưới điện lộ 472-476 Mộc Châu là một phần quan trọng trong hệ thống điện phân phối tại khu vực miền núi. Lưới điện này không chỉ cung cấp điện cho các hộ dân mà còn hỗ trợ cho các hoạt động sản xuất và phát triển kinh tế địa phương. Tuy nhiên, lưới điện này đang gặp phải nhiều vấn đề như sự không ổn định trong cung cấp điện, chất lượng điện năng thấp và tổn thất điện năng lớn. Việc nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện này là cần thiết để đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định cho người dân và các doanh nghiệp. Đặc biệt, việc tích hợp turbine gió vào lưới điện sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu quả vận hành và chất lượng điện năng.

1.1. Tình hình hiện tại của lưới điện

Lưới điện lộ 472-476 Mộc Châu hiện đang hoạt động với nhiều thách thức. Các vấn đề như điện áp không ổn định, tổn thất điện năng lớn và chất lượng điện năng thấp đã ảnh hưởng đến hoạt động của lưới điện. Theo nghiên cứu, lưới điện này cần được cải thiện về mặt công nghệ và quản lý để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dân. Việc áp dụng các công nghệ mới như công nghệ điện gió có thể giúp cải thiện tình hình này. Các giải pháp như tích hợp năng lượng tái tạo từ turbine gió sẽ không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất mà còn nâng cao chất lượng điện năng cung cấp cho người tiêu dùng.

II. Tích hợp turbine gió vào lưới điện

Việc tích hợp turbine gió vào lưới điện lộ 472-476 Mộc Châu là một giải pháp khả thi để nâng cao hiệu quả vận hành. Năng lượng gió là một nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và có thể được khai thác hiệu quả tại khu vực này. Các turbine gió sẽ cung cấp một nguồn điện bổ sung, giúp giảm tải cho lưới điện hiện tại. Hơn nữa, việc sử dụng năng lượng sạch từ turbine gió sẽ góp phần vào việc bảo vệ môi trường và giảm thiểu ô nhiễm. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tích hợp turbine gió có thể làm giảm đáng kể tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện năng cung cấp cho người tiêu dùng.

2.1. Lợi ích của việc tích hợp turbine gió

Tích hợp turbine gió vào lưới điện lộ 472-476 không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn về mặt môi trường. Việc sử dụng năng lượng gió giúp giảm phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch, từ đó giảm thiểu khí thải và ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, việc này còn giúp tăng cường độ tin cậy của lưới điện, giảm thiểu tình trạng mất điện và nâng cao chất lượng dịch vụ cung cấp điện cho người dân. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, với việc tích hợp turbine gió, lưới điện có thể hoạt động hiệu quả hơn, giảm thiểu tổn thất điện năng và cải thiện độ ổn định của điện áp.

III. Giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện

Để nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện lộ 472-476 Mộc Châu, cần áp dụng một số giải pháp đồng bộ. Đầu tiên, cần cải thiện công nghệ quản lý lưới điện, áp dụng các phần mềm chuyên dụng như ETAP để mô phỏng và phân tích hoạt động của lưới điện. Thứ hai, cần tăng cường đầu tư vào cơ sở hạ tầng, đặc biệt là các thiết bị điện và hệ thống điều khiển. Cuối cùng, việc đào tạo nhân lực cũng rất quan trọng để đảm bảo rằng các kỹ sư và nhân viên vận hành có đủ kiến thức và kỹ năng để quản lý và vận hành lưới điện một cách hiệu quả.

3.1. Đề xuất giải pháp công nghệ

Việc áp dụng công nghệ mới trong quản lý lưới điện là rất cần thiết. Các phần mềm mô phỏng như ETAP có thể giúp phân tích và tối ưu hóa hoạt động của lưới điện. Hơn nữa, việc sử dụng các thiết bị hiện đại như máy biến áp thông minh và hệ thống điều khiển tự động sẽ giúp nâng cao hiệu quả vận hành. Các giải pháp này không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất điện năng mà còn cải thiện chất lượng điện năng cung cấp cho người tiêu dùng. Đặc biệt, việc tích hợp công nghệ điện gió vào lưới điện sẽ tạo ra một nguồn điện bổ sung, giúp lưới điện hoạt động ổn định hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối trung thế 22 kV tại các tỉnh miền núi phía Bắc thường có đặc thù trải dài trên địa hình phức tạp, bán kính cấp điện lớn và phụ tải phân tán không đồng đều. Tại huyện Mộc Châu, tỉnh Sơn La, tổng chiều dài toàn bộ hệ thống đường dây 22 kV đạt 122,896 km, xuất tuyến từ trạm biến áp trung gian 110 kV E17.1. Trong đó, hai tuyến trục chính gồm lộ 472 với chiều dài 42,758 km và lộ 476 với chiều dài 15,088 km giữ vai trò then chốt trong việc cung cấp điện cho đời sống dân sinh và các cơ sở sản xuất nông công nghiệp. Tuy nhiên, do đường dây quá dài và phụ tải biến động liên tục, lưới điện thường xuyên đối mặt với hiện tượng sụt giảm điện áp nghiêm trọng ở khu vực cuối nguồn cùng mức tổn thất điện năng kỹ thuật cao.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng mô hình tính toán số hóa chính xác hiện trạng lưới điện lộ 472 và 476, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật tích hợp giữa điều chỉnh nấc phân áp nguồn, tối ưu hóa hệ thống tụ bù phân tán và huy động nguồn máy phát điện turbine gió. Nghiên cứu được triển khai trong giai đoạn năm 2018 đến năm 2020 trên cơ sở số liệu vận hành thực tế tại Công ty Điện lực Sơn La. Kết quả đạt được mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp duy trì độ lệch điện áp nút luôn nằm trong giới hạn cho phép ±5% theo quy định, giảm tổn thất công suất tác dụng toàn tuyến trên 15%, đồng thời tạo tiền đề khoa học vững chắc cho việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện phân phối khu vực vùng cao.

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 phân tích dòng công suất trong hệ thống điện và lý thuyết điều khiển máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIG (Doubly Fed Induction Generator). Trong giải tích mạng điện, các nút được phân loại chuẩn hóa thành ba nhóm: nút cân bằng (Swing bus) giữ vai trò cân đối công suất toàn hệ thống, nút máy phát (PU bus) khống chế điện áp và công suất tác dụng, cùng hệ thống nút phụ tải (PQ bus) đại diện cho các trạm biến áp phân phối 22/0,4 kV với hệ số công suất trung bình cosφ = 0,85. Thuật toán lặp Newton-Raphson cải tiến và Gauss-Seidel được sử dụng để giải hệ phương trình phi tuyến nhằm xác định biên độ điện áp, góc pha và trào lưu công suất trên từng phân đoạn đường dây.

Mô hình turbine gió sử dụng máy phát DFIG tích hợp bộ điều khiển vectơ định hướng từ thông stator (DVC-NSVM). Cấu trúc này cho phép điều khiển độc lập và tức thời giữa công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q thông qua hệ thống biến tần kép AC-DC-AC ở mạch rotor. Nhờ đó, turbine gió không chỉ phát điện năng mà còn đóng vai trò như một máy bù đồng bộ linh hoạt, có thể phát hoặc thu nhận công suất phản kháng để ổn định điện áp tại điểm đấu nối chung PCC. Toàn bộ các chỉ tiêu kỹ thuật được đối chiếu nghiêm ngặt theo Thông tư số 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương, với giới hạn độ biến dạng sóng hài tổng THD dưới 6,5% cho cấp điện áp trung áp và công suất ngắn mạch cơ sở đạt 300 MVAsc.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số trên phần mềm chuyên dụng ETAP 12.6. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 122 trạm biến áp phân phối phụ tải và hơn 90 phân đoạn đường dây trên lộ 472 và lộ 476. Phương pháp chọn mẫu là phương pháp khảo sát toàn bộ hiện trạng kỹ thuật thực tế từ hồ sơ quản lý vận hành của Điện lực Mộc Châu, đảm bảo độ chính xác tuyệt đối về thông số hình học đường dây, khoảng cách trung bình hình học GMD = 1,5 m, chiều cao cột 12 m, tiết diện dây nhôm lõi thép và công suất định mức từng trạm.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích trào lưu công suất bằng thuật toán Newton-Raphson trên ETAP là do khả năng hội tụ nhanh, độ tin cậy vượt trội và tính tương thích cao với các mạng điện phân phối hình tia phức tạp có tích hợp nguồn phát phân tán DG. Tiến trình nghiên cứu được thực hiện từ việc thu thập số liệu, số hóa sơ đồ một sợi, hiệu chỉnh thông số nguồn với tỷ số trở kháng X/R = 40, đến việc thiết lập 6 kịch bản vận hành điển hình từ chế độ phụ tải cực đại Smax đến cực tiểu Smin.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng 6 chế độ vận hành trên phần mềm ETAP đã chỉ ra các phát hiện định lượng quan trọng về mặt kỹ thuật:

• Chế độ phụ tải cực đại ban đầu (Chế độ 1): Khi điện áp nguồn giữ ở mức 105% điện áp định mức, các nút phụ tải ở cuối lộ 472 và 476 bị sụt áp nặng nề, nhiều nút giảm xuống dưới 92% điện áp định mức, vi phạm nghiêm trọng ngưỡng vận hành tối thiểu 95% theo Thông tư 39/2015/TT-BCT, đồng thời tổn thất công suất tác dụng trên đường dây chiếm tỷ lệ lớn.
• Điều chỉnh nấc phân áp và vận hành tụ bù hiện hữu (Chế độ 2 và Chế độ 3): Việc nâng điện áp nguồn lên 110% kết hợp đóng 4 trạm bù tĩnh sẵn có với tổng dung lượng 900 kVAr đã cải thiện một phần điện áp, nhưng vẫn còn hơn 18 nút ở khu vực vùng sâu có điện áp dưới 94% định mức.
• Bổ sung và phân cấp trạm bù mới (Chế độ 4): Khi nâng cấp và lắp mới tổng cộng 12 trạm bù phân tán với dung lượng từ 150 kVAr đến 300 kVAr, toàn bộ 122 nút phụ tải đều đạt mức điện áp trên 95,5% định mức, tổn thất công suất tác dụng giảm 18,4% so với chế độ ban đầu.
• Rủi ro quá điện áp khi phụ tải cực tiểu (Chế độ 5): Khi phụ tải giảm xuống mức cực tiểu từ 10% đến 25% định mức, nếu vẫn duy trì 12 trạm bù thì điện áp tại nhiều bus vượt ngưỡng 106% định mức. Việc ngắt kết nối các bộ tụ đã đưa điện áp toàn lưới về trạng thái lý tưởng trong dải 100% đến 103% định mức.
• Tích hợp turbine gió DFIG (Chế độ 6a và 6b): Khi đưa nguồn turbine gió vào vận hành tại tốc độ gió 90% định mức (Chế độ 6a) và 55% định mức (Chế độ 6b), công suất phát của turbine đã san sẻ gánh nặng truyền tải từ trạm biến áp nguồn, nâng điện áp các nút lân cận lên mức 98,5% đến 101,2% định mức, đồng thời giảm thêm 21,6% tổn thất công suất kỹ thuật trên toàn tuyến.

Thảo luận kết quả

Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự suy giảm chất lượng điện áp trên lộ 472 và 476 xuất phát từ trở kháng đường dây lớn do chiều dài trục chính vượt quá 42 km và mật độ phụ tải tiêu thụ tập trung nhiều động cơ công nghiệp chế biến chè có hệ số cosφ thấp. Dữ liệu mô phỏng có thể được minh họa trực quan thông qua biểu đồ phân bố điện áp dọc theo chiều dài tuyến đường dây và bảng cân bằng công suất nhiều chế độ, qua đó thể hiện rõ nét độ dốc sụt áp giảm dần khi có sự hỗ trợ của tụ bù và turbine gió.

So với các nghiên cứu truyền thống chỉ áp dụng tụ bù tĩnh thụ động, việc tích hợp máy phát điện gió DFIG mang lại ưu thế vượt trội nhờ khả năng phản ứng linh hoạt trong dải mili-giây của hệ thống điều khiển vectơ DVC-NSVM. Khi nguồn gió biến động, DFIG tự động chuyển đổi giữa chế độ phát P-Q tối ưu và chế độ bù công suất phản kháng thuần túy, khắc phục triệt để nhược điểm gây quá điện áp cục bộ mà các tụ điện tĩnh thường gặp phải trong thời điểm phụ tải thấp điểm.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả mô phỏng giải tích lưới, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện Mộc Châu:

• Tái cấu trúc và điều khiển tự động 12 trạm tụ bù trung thế: Điện lực Mộc Châu cần tiến hành lắp đặt hệ thống đóng cắt tự động theo thời gian thực và theo ngưỡng điện áp cho 12 cụm tụ bù phân tán, hoàn thành trong vòng 6 tháng, nhằm duy trì hệ số công suất cosφ toàn tuyến đạt trên 0,92 và ngăn chặn hiện tượng bù dư thừa khi phụ tải giảm xuống 10% đến 25% công suất định mức.
• Tích hợp và cài đặt quy chuẩn điều khiển cho nguồn turbine gió DFIG: Doanh nghiệp đầu tư năng lượng phối hợp với Công ty Điện lực Sơn La thiết lập chế độ điều khiển phát công suất phản kháng linh hoạt cho máy phát turbine gió, đảm bảo duy trì độ lệch điện áp tại thanh cái đấu nối trong phạm vi ±3% trong suốt chu kỳ vận hành 24/7.
• Chuẩn hóa quy trình vận hành nấc phân áp máy biến áp trung gian: Trung tâm Điều độ Hệ thống điện thực hiện điều chỉnh nấc phân áp trạm 110 kV E17.1 linh hoạt theo hai khung giờ: duy trì 105% điện áp danh định trong các khung giờ bình thường và tăng lên mức 110% trong các giờ cao điểm có phụ tải cực đại Smax.
• Nâng cấp tiết diện dây dẫn tại các phân đoạn trục chính: Công ty Điện lực Sơn La bố trí nguồn vốn đầu tư giai đoạn 12 đến 24 tháng để thay thế dây dẫn AC tiết diện nhỏ bằng dây dẫn có khả năng truyền tải cao trên 15 km đầu nguồn của lộ 472, mục tiêu hạ tỷ lệ tổn thất điện năng kỹ thuật toàn lộ xuống dưới mức 4,5%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư điều độ và quản lý vận hành lưới điện phân phối: Luận văn cung cấp phương pháp luận chi tiết và các bảng thông số thực tế để tính toán trào lưu công suất, phân phối dung lượng bù và vận hành an toàn lưới điện 22 kV khu vực vùng núi có địa hình phức tạp.
• Chủ đầu tư và kỹ sư thiết kế dự án năng lượng tái tạo: Tài liệu là cẩm nang thực chứng hữu ích về cách thức mô hình hóa máy phát DFIG Type 4 trên ETAP, đánh giá mức độ tương thích kỹ thuật và khả năng hỗ trợ điều tần, điều áp khi đấu nối turbine gió vào lưới điện phân phối.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật điện: Nghiên cứu là nguồn tài liệu học thuật giá trị trong việc ứng dụng thuật toán Newton-Raphson, làm chủ phần mềm mô phỏng ETAP và phân tích các bài toán ổn định hệ thống điện hiện đại.
• Cán bộ quản lý tại các cơ quan quy hoạch năng lượng địa phương: Nội dung đề tài cung cấp luận cứ khoa học để xây dựng chính sách thu hút đầu tư điện gió quy mô nhỏ và vừa, gắn liền với định hướng phát triển lưới điện thông minh tại tỉnh Sơn La và khu vực Tây Bắc.

Câu hỏi thường gặp

Phần mềm ETAP hỗ trợ những thuật toán giải tích lưới điện nào trong nghiên cứu này? Phần mềm ETAP 12.6 cung cấp 4 phương pháp tính toán trào lưu công suất gồm Newton-Raphson, Adaptive Newton-Raphson, Fast-Decoupled và Gauss-Seidel cải tiến. Trong đó, thuật toán Adaptive Newton-Raphson được ưu tiên lựa chọn nhờ tốc độ hội tụ nhanh và độ chính xác cao trên mô hình mạng 122 nút phức tạp.

Tại sao máy phát điện turbine gió kiểu DFIG lại vượt trội trong việc ổn định điện áp lưới 22 kV? Máy phát DFIG sử dụng bộ biến đổi bán dẫn kép AC-DC-AC ở mạch rotor kết hợp kỹ thuật điều khiển vectơ DVC-NSVM. Cấu trúc này cho phép máy phát điều chỉnh độc lập và cung cấp công suất phản kháng tức thời trong thời gian dưới 0,5 giây, giúp giữ điện áp ổn định quanh mức định mức mà không phụ thuộc hoàn toàn vào tốc độ gió.

Giải pháp nào được đề xuất để xử lý tình trạng quá điện áp khi phụ tải cực tiểu? Khi phụ tải giảm xuống mức cực tiểu từ 10% đến 25% công suất định mức, hệ thống điều khiển tự động sẽ ngắt kết nối toàn bộ 12 trạm bù tĩnh để triệt tiêu lượng công suất phản kháng dư thừa, đồng thời điều chỉnh máy phát turbine gió chuyển sang chế độ tiêu thụ công suất phản kháng để đưa điện áp về dải an toàn.

Tiêu chuẩn chất lượng điện áp và sóng hài nào được áp dụng làm căn cứ đánh giá? Nghiên cứu căn cứ trực tiếp vào Thông tư số 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương. Tiêu chuẩn quy định độ lệch điện áp tại điểm đấu nối khách hàng không vượt quá ±5%, tại nhà máy điện là +10% đến -5%, và tổng độ biến dạng sóng hài điện áp THD của lưới trung áp không vượt quá 6,5%.

Việc kết hợp tụ bù phân tán và turbine gió mang lại hiệu quả giảm tổn thất ra sao? Giải pháp tích hợp giúp cung cấp công suất phản kháng tại chỗ cho 122 trạm phụ tải, loại bỏ dòng công suất phản kháng truyền tải từ trạm nguồn 110 kV. Nhờ đó, dòng điện chạy trên trục chính lộ 472 dài 42,758 km giảm rõ rệt, giúp giảm tổn thất công suất tác dụng toàn hệ thống hơn 21,6%.

Kết luận

• Đã khảo sát và số hóa toàn diện hiện trạng kỹ thuật của 122 trạm biến áp phụ tải trên tuyến lộ 472 dài 42,758 km và lộ 476 dài 15,088 km thuộc lưới điện 22 kV huyện Mộc Châu.
• Thiết lập thành công mô hình mô phỏng lưới điện trên phần mềm ETAP 12.6, ứng dụng thuật toán Newton-Raphson để giải tích chính xác trào lưu công suất và phân bố điện áp qua 6 kịch bản vận hành thực tế.
• Khẳng định tính hiệu quả của phương án lắp đặt bổ sung và phân cấp 12 trạm bù tĩnh phân tán, giúp nâng cao chất lượng điện áp toàn tuyến đạt trên 95,5% định mức ở chế độ phụ tải cực đại.
• Chứng minh vai trò đột phá của nguồn turbine gió công nghệ DFIG trong việc điều tiết linh hoạt công suất tác dụng và phản kháng, cắt giảm hơn 20% tổn thất công suất kỹ thuật trên đường dây truyền tải.
• Đề xuất lộ trình triển khai công nghệ tự động hóa đóng cắt tụ bù và tích hợp năng lượng tái tạo trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới nhằm hoàn thiện lưới điện phân phối thông minh tại địa phương.

Công trình nghiên cứu là tài liệu tham khảo khoa học và ứng dụng thực tiễn xuất sắc dành cho các đơn vị điện lực và nhà phát triển năng lượng tái tạo. Hãy áp dụng ngay các giải pháp mô hình hóa và thuật toán tối ưu từ luận văn để nâng cao chất lượng điện năng và tối ưu hóa chi phí vận hành cho hệ thống lưới điện phân phối của đơn vị bạn.

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 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.

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).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 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 - 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 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  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. Khái niệm về hộ phụ tải có tính chất tương đối, một hộ phụ tải có thể là một nhóm máy hay một phân xưởng, nhà máy xí nghiệp, các căn hộ, dẫy phố hay nhà cao tầng,VV. Đôi khi, một thiết bị cũng có thể được coi như một hộ phụ tải.