Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa ngày càng phát triển tại nước CHDCND Lào, đặc biệt là tỉnh Savannaket, nhu cầu sử dụng điện năng tăng trung bình khoảng 6,5% mỗi năm, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc đảm bảo ổn định điện áp trong hệ thống lưới điện phân phối. Lưới điện trung áp 22 kV tại tỉnh Savannaket có chiều dài tổng cộng hơn 1.000 km, với nhiều trạm biến áp phân phối và các xuất tuyến cung cấp điện cho các khu vực dân cư, công nghiệp và nông nghiệp. Tuy nhiên, hiện trạng lưới điện còn tồn tại nhiều hạn chế như tỷ lệ tổn thất điện áp cao, mức độ ổn định điện áp thấp, đặc biệt tại các nút tải xa nguồn hoặc có phụ tải lớn.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất phương pháp tính toán các giới hạn ổn định điện áp cho xuất tuyến 22 kV LJ04 tại tỉnh Savannaket, nhằm làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào một xuất tuyến cụ thể trong hệ thống lưới điện trung áp của tỉnh, với dữ liệu thu thập và phân tích trong khoảng thời gian gần đây. Việc xác định chính xác giới hạn ổn định điện áp sẽ giúp đánh giá khả năng vận hành an toàn của lưới điện, từ đó giảm thiểu nguy cơ mất điện do sụp đổ điện áp, đồng thời hỗ trợ công tác quy hoạch và cải tạo lưới điện phù hợp với sự phát triển kinh tế - xã hội của địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về ổn định điện áp trong hệ thống điện, bao gồm:

  • Lý thuyết ổn định điện áp: Phân biệt ổn định điện áp khi có kích động lớn và kích động nhỏ, trong đó ổn định ngắn hạn liên quan đến các thành phần tải động như động cơ cảm ứng, còn ổn định dài hạn liên quan đến các thiết bị điều chỉnh điện áp như OLTC và bộ giới hạn kích từ.

  • Phân tích đường cong PV và QV: Đây là phương pháp cơ bản để xác định giới hạn ổn định điện áp tại các nút tải, thể hiện mối quan hệ giữa điện áp nút và công suất tác dụng hoặc phản kháng. Đường cong PV giúp xác định công suất tải lớn nhất mà hệ thống có thể chịu đựng trước khi mất ổn định, trong khi đường cong QV đánh giá khả năng bù công suất phản kháng và dự trữ điện áp.

  • Phân tích độ nhạy VQ và phân tích trạng thái QV modal: Phương pháp này giúp đánh giá mức độ nhạy cảm của điện áp nút theo công suất phản kháng, từ đó xác định các nút yếu và đề xuất biện pháp cải thiện.

  • Mô hình đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp: Phụ tải được mô hình hóa theo các dạng hàm mũ hoặc đa thức, phản ánh sự phụ thuộc của công suất tác dụng và phản kháng vào điện áp và tần số, với các hệ số hồi quy được xác định từ số liệu thực tế.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ hệ thống lưới điện trung áp tỉnh Savannaket, bao gồm thông số kỹ thuật các trạm biến áp trung gian, chiều dài và loại dây dẫn, công suất tải từng giờ của các nút phụ tải, cùng các số liệu đo đếm điện áp và dòng điện vận hành. Cỡ mẫu nghiên cứu tập trung vào xuất tuyến 22 kV LJ04 với 66 trạm biến áp phân phối và tổng công suất đặt khoảng 9.600 kVA.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm chuyên dụng NEPLAN và PSS/ADEPT để mô phỏng chế độ vận hành, tính toán trào lưu công suất, phân tích đường cong PV-QV và đánh giá giới hạn ổn định điện áp. Phương pháp chọn mẫu là lấy dữ liệu thực tế từ các trạm biến áp và nút tải điển hình, kết hợp với mô hình toán học mô phỏng đặc tính phụ tải tổng hợp. Timeline nghiên cứu kéo dài trong vòng một năm, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, xây dựng mô hình, phân tích và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng chất lượng điện áp và tổn thất điện năng: Qua tính toán, tổn thất điện áp tối đa trên xuất tuyến 22 kV LJ04 là khoảng 3,76% ở cấp trung áp và 5,13% ở cấp hạ áp, nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn EDL (+5%/-5%). Tổn thất công suất và năng lượng lần lượt khoảng 4,63% và 3,59%, phản ánh mức độ hao hụt điện năng đáng kể do chiều dài đường dây lớn và đặc điểm phụ tải không đồng đều.

  2. Khả năng tải của dây dẫn: Dòng điện cực đại trên các đoạn dây dẫn chỉ đạt khoảng 29,5% so với dòng điện cho phép, cho thấy dây dẫn hiện tại có khả năng đáp ứng nhu cầu tải hiện tại nhưng có thể gặp khó khăn khi phụ tải tăng cao trong tương lai.

  3. Giới hạn ổn định điện áp nút tải tổng hợp: Phân tích đường cong PV-QV cho thấy điểm giới hạn sụp đổ điện áp phụ thuộc mạnh vào tỷ lệ thành phần phụ tải động cơ không đồng bộ trong phụ tải tổng hợp. Ví dụ, khi tỷ lệ này tăng từ 0 lên 1, điện áp giới hạn giảm từ 0,7071 xuống gần 0,0116 pu, đồng thời công suất tải tối đa cho phép giảm đáng kể, làm thu hẹp miền ổn định điện áp.

  4. Ảnh hưởng của đặc tính phụ tải và cấu trúc lưới điện: Các kịch bản vận hành khác nhau cho thấy sự thay đổi tỷ lệ thành phần phụ tải và cấu trúc đường dây ảnh hưởng rõ rệt đến đặc tính PV-QV và giới hạn ổn định điện áp. Lưới điện có tỷ lệ động cơ không đồng bộ cao và đường dây dài có nguy cơ mất ổn định điện áp cao hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng mất ổn định điện áp là do sự tăng trưởng phụ tải vượt quá khả năng cung cấp công suất phản kháng của hệ thống, đặc biệt tại các nút tải xa nguồn hoặc có tỷ lệ động cơ không đồng bộ cao. Kết quả phân tích phù hợp với các nghiên cứu trong ngành điện về ảnh hưởng của phụ tải động và đặc tính tĩnh phụ tải đến ổn định điện áp. Việc sử dụng phần mềm NEPLAN và PSS/ADEPT giúp mô phỏng chính xác các kịch bản vận hành, từ đó xác định được các nút yếu và giới hạn vận hành an toàn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường cong PV-QV minh họa sự thay đổi điện áp theo công suất tải, bảng tổng hợp tổn thất điện áp và công suất, cũng như biểu đồ phân bố dòng điện trên các đoạn dây dẫn. Những biểu đồ này giúp trực quan hóa mức độ ổn định và các điểm giới hạn của hệ thống, hỗ trợ việc ra quyết định trong vận hành và quy hoạch.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai các thiết bị bù công suất phản kháng: Lắp đặt tụ bù tại các nút tải yếu nhằm tăng hệ số dự trữ công suất phản kháng, nâng cao điện áp nút và mở rộng miền ổn định điện áp. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do Công ty Điện lực tỉnh Savannaket chủ trì.

  2. Sử dụng máy biến áp có điều chỉnh điện áp tự động (OLTC): Áp dụng MBA có OLTC tại các trạm biến áp trung gian để duy trì điện áp ổn định trong các điều kiện tải biến động, giảm thiểu sụt áp và tổn thất điện năng. Kế hoạch triển khai trong 3 năm tới, phối hợp với nhà cung cấp thiết bị và đơn vị vận hành.

  3. Tái cấu hình lưới điện phân phối: Điều chỉnh cấu trúc lưới điện, rút ngắn chiều dài đường dây tải điện, phân bổ lại phụ tải để giảm tổn thất và cải thiện ổn định điện áp. Thực hiện theo lộ trình quy hoạch phát triển lưới điện tỉnh Savannaket trong 5 năm.

  4. Nâng cao công tác đo đếm và giám sát điện áp, công suất: Cải tiến hệ thống công tơ đo lường, áp dụng công nghệ đo điện tử chính xác hơn để thu thập dữ liệu vận hành thực tế, phục vụ phân tích và điều chỉnh kịp thời. Thời gian thực hiện trong 1 năm, do Công ty Điện lực và các đơn vị liên quan phối hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành lưới điện: Sử dụng kết quả nghiên cứu để đánh giá và cải thiện độ ổn định điện áp trong vận hành thực tế, từ đó nâng cao chất lượng cung cấp điện.

  2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Áp dụng các phương pháp tính toán giới hạn ổn định điện áp để lập kế hoạch phát triển lưới điện phù hợp với nhu cầu tăng trưởng phụ tải.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành điện: Tham khảo các mô hình toán học, phương pháp phân tích và ứng dụng phần mềm chuyên dụng trong nghiên cứu ổn định điện áp.

  4. Các nhà cung cấp thiết bị điện và tư vấn kỹ thuật: Dựa trên kết quả phân tích để thiết kế, cung cấp các giải pháp kỹ thuật như tụ bù, máy biến áp OLTC phù hợp với đặc điểm lưới điện địa phương.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao ổn định điện áp lại quan trọng trong lưới điện phân phối?
    Ổn định điện áp đảm bảo điện áp cung cấp luôn nằm trong giới hạn cho phép, tránh hiện tượng sụt áp hoặc tăng áp quá mức gây hư hỏng thiết bị và mất điện. Ví dụ, tại tỉnh Savannaket, điện áp không ổn định có thể làm gián đoạn hoạt động sản xuất và sinh hoạt.

  2. Phương pháp phân tích đường cong PV và QV có ưu điểm gì?
    Phương pháp này giúp xác định giới hạn công suất tải và khả năng bù công suất phản kháng, từ đó đánh giá mức độ ổn định điện áp tại từng nút tải cụ thể. Đây là công cụ hiệu quả để phát hiện nút yếu và đề xuất biện pháp cải thiện.

  3. Đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp ảnh hưởng thế nào đến ổn định điện áp?
    Phụ tải tổng hợp gồm nhiều thành phần với đặc tính khác nhau, trong đó động cơ không đồng bộ tiêu thụ nhiều công suất phản kháng làm giảm điện áp nút tải, thu hẹp miền ổn định điện áp. Việc mô hình hóa chính xác đặc tính này giúp dự báo và quản lý ổn định tốt hơn.

  4. Làm thế nào để cải thiện giới hạn ổn định điện áp trong lưới điện hiện tại?
    Có thể áp dụng các giải pháp như lắp đặt tụ bù, sử dụng máy biến áp OLTC, tái cấu hình lưới điện và nâng cấp hệ thống đo lường để tăng khả năng điều chỉnh điện áp và giảm tổn thất.

  5. Phần mềm NEPLAN và PSS/ADEPT được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Hai phần mềm này hỗ trợ mô phỏng chế độ vận hành, tính toán trào lưu công suất, phân tích đường cong PV-QV và đánh giá giới hạn ổn định điện áp, giúp đưa ra các kịch bản vận hành và giải pháp kỹ thuật phù hợp.

Kết luận

  • Đã xác định được các giới hạn ổn định điện áp cho xuất tuyến 22 kV LJ04 tại tỉnh Savannaket, với các chỉ tiêu kỹ thuật và đặc tính phụ tải cụ thể.
  • Phương pháp phân tích độ nhạy và đường cong PV-QV được áp dụng hiệu quả trong đánh giá mức độ ổn định điện áp nút tải tổng hợp.
  • Kết quả cho thấy tỷ lệ động cơ không đồng bộ trong phụ tải ảnh hưởng lớn đến giới hạn ổn định điện áp và khả năng vận hành an toàn của lưới điện.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật như lắp đặt tụ bù, sử dụng máy biến áp OLTC và tái cấu hình lưới điện nhằm nâng cao chất lượng điện áp và giảm tổn thất.
  • Tiếp tục nghiên cứu mở rộng áp dụng phương pháp cho các xuất tuyến khác và cập nhật số liệu đo đếm thực tế để hoàn thiện mô hình và giải pháp vận hành.

Hành động tiếp theo: Khuyến nghị các đơn vị quản lý và vận hành lưới điện tỉnh Savannaket triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời đầu tư nâng cấp hệ thống đo lường để giám sát và điều chỉnh điện áp hiệu quả hơn.