Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội, nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng cao, đòi hỏi hệ thống điện phải không ngừng được mở rộng, nâng cấp nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục, an toàn và có chất lượng điện năng đạt tiêu chuẩn. Việc thiết kế một mạng điện khu vực hoàn chỉnh là nhiệm vụ then chốt trong kỹ thuật điện, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa các giải pháp kỹ thuật và bài toán kinh tế nhằm tìm ra phương án tối ưu về truyền tải và phân phối điện năng. Bên cạnh đó, việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo phân tán, tiêu biểu là hệ thống điện mặt trời áp mái, đang là xu hướng quan trọng giúp giảm tải cho lưới điện quốc gia và cung cấp năng lượng sạch tại chỗ.

Đồ án tốt nghiệp trình độ đại học chuyên ngành Điện Công nghiệp và Dân dụng (thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện, Điện tử, Khoa Kỹ thuật Điện - Trường Đại học Điện lực) của sinh viên Nguyễn Tiến Giáp, dưới sự hướng dẫn của ThS. Kiều Thị Thanh Hoa, tập trung giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế lưới điện khu vực kết hợp chuyên đề thiết kế hệ thống điện áp mái dân dụng.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể theo 8 nội dung chính:

  1. Phân tích đặc tính nguồn điện, các hộ phụ tải và đề xuất các phương án cấu trúc nối dây lưới điện khu vực.
  2. Lựa chọn cấp điện áp truyền tải điện định mức và tính chọn tiết diện dây dẫn cho các cung đoạn đường dây.
  3. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để so sánh và lựa chọn phương án nối mạng tối ưu.
  4. Lựa chọn số lượng, công suất định mức của máy biến áp và thiết kế sơ đồ nối điện chính cho trạm tăng áp và các trạm biến áp hạ áp.
  5. Tính toán chính xác cân bằng công suất và xác định phân bố dòng công suất trong các chế độ vận hành (cực đại, cực tiểu, sau sự cố).
  6. Tính toán điện áp tại các nút và xây dựng phương thức điều chỉnh điện áp trong mạng điện.
  7. Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật toàn diện của mạng điện thiết kế (vốn đầu tư, tổn thất công suất, tổn thất điện năng, giá thành truyền tải).
  8. Thực hiện chuyên đề thiết kế hệ thống điện áp mái cho hộ gia đình có diện tích đất 400 $\text{m}^2$ tại huyện Quốc Oai, Thành phố Hà Nội.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Mạng lưới điện truyền tải khu vực cấp điện áp 110/22 kV kết nối hai nguồn cấp (Nhà máy nhiệt điện và Hệ thống điện lớn) tới 8 trạm phụ tải; hệ thống điện mặt trời áp mái dân dụng.
  • Không gian nghiên cứu: Lưới điện khu vực bố trí theo tọa độ địa lý (tỉ lệ bản đồ 1 ô tương ứng 4x4 km) và vị trí công trình tại huyện Quốc Oai, TP. Hà Nội.
  • Thời gian thực hiện: Đề tài giao tháng 10/2023, hoàn thành bảo vệ trong năm học 2023 - 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu áp dụng các quy chuẩn, công thức và phương pháp tính toán kinh điển trong kỹ thuật thiết kế mạng và hệ thống điện:

  • Xác định cấp điện áp kinh tế: Sử dụng công thức kinh nghiệm Still: $$U_{kt} = 4{,}34 \sqrt{L + 16 \cdot \frac{P}{n}}$$ Trong đó $L$ là khoảng cách truyền tải ($\text{km}$), $P$ là công suất truyền tải ($\text{MW}$), $n$ là số mạch trên một lộ.
  • Lựa chọn tiết diện dây dẫn: Áp dụng phương pháp mật độ dòng điện kinh tế $J_{kt} = 1{,}1\text{ A/mm}^2$ (phù hợp với dây nhôm lõi thép AC và thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{max} = 4787\text{ h}$): $$F_{kt} = \frac{I_{max}}{J_{kt}}$$ Tiết diện sau khi chọn được kiểm tra theo điều kiện vầng quang ($F \ge 70\text{ mm}^2$ đối với cấp $110\text{ kV}$), điều kiện phát nóng lúc bình thường ($I_{bt} \le I_{cp}$) và chế độ sự cố nặng nề nhất ($I_{sc} \le I_{cp}$).
  • Chỉ tiêu chất lượng điện áp: Kiểm tra tổn thất điện áp $\Delta U%$ theo giới hạn cho phép: chế độ bình thường $\Delta U_{bt}% \le 10%$, chế độ sự cố $\Delta U_{sc}% \le 20%$ (đối với mạng kín cho phép $\Delta U_{bt}% \le 15%$ và $\Delta U_{sc}% \le 25%$).
  • Phương pháp so sánh kinh tế: Sử dụng hàm chi phí tính toán quy đổi hàng năm $Z$: $$Z = (a_{tc} + a_{vh}) \cdot K_v + \Delta A \cdot c$$ Trong đó: $a_{tc} = 0{,}125$ (thời gian thu hồi vốn tiêu chuẩn $T_{tc} = 8\text{ năm}$); $a_{vh} = 0{,}04$ (tỉ lệ vận hành, bảo dưỡng đối với đường dây cột bê tông cốt thép); $K_v$ là tổng vốn đầu tư xây dựng đường dây; $\Delta A$ là tổng tổn thất điện năng hàng năm ($\text{kWh}$); $c = 1734\text{ đ/kWh}$ là giá thành tổn thất điện năng. Thời gian tổn thất công suất cực đại được tính qua công thức: $$\tau = (0{,}124 + T_{max} \cdot 10^{-4})^2 \cdot 8760 = (0{,}124 + 4787 \cdot 10^{-4})^2 \cdot 8760 = 3182\text{ h}$$

Phương pháp nghiên cứu

Đồ án sử dụng phương pháp phân tích kỹ thuật - kinh tế đa phương án:

  • Phân chia lưới điện tổng thể thành 5 nhóm cung cấp độc lập dựa trên vị trí địa lý và tương quan nguồn - tải.
  • Đề xuất các phương án nối dây khả thi cho từng nhóm (mạng hình tia, mạch kép, mạch vòng).
  • Tính toán đồng thời các thông số kỹ thuật (dòng điện cực đại, sụt áp, phát nóng) và thông số kinh tế (vốn đầu tư $K_v$, tổn thất điện năng $\Delta A$, chi phí $Z$) để chọn phương án tối ưu cục bộ cho từng nhóm, sau đó tích hợp thành sơ đồ tối ưu toàn mạng.
  • Tính toán trào lưu công suất xác lập chính xác bằng phương pháp giải tích mạng điện hai đầu nguồn có xét đến thông số tập trung đường dây ($R, X, B/2$) và máy biến áp ($\Delta P_0, \Delta P_k, \Delta Q_0, \Delta Q_k$).

Nguồn dữ liệu sử dụng

  • Giáo trình chuẩn "Thiết kế các mạng và hệ thống điện" của tác giả Nguyễn Văn Đạm (NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2006).
  • Số liệu đề tài được giao từ Khoa Kỹ thuật Điện - Trường Đại học Điện lực:
    • Nguồn Hệ thống điện (HT): Công suất vô cùng lớn, hệ số công suất $\cos\varphi = 0{,}85$, giữ vai trò là nút cơ sở về điện áp và nút cân bằng công suất.
    • Nguồn Nhà máy nhiệt điện (NĐ): Gồm 3 tổ máy công suất $P_{dm} = 65\text{ MW}$ (tổng công suất đặt $195\text{ MW}$), hệ số công suất $\cos\varphi = 0{,}86$, điện áp đầu cực máy phát $U_{dm} = 11\text{ kV}$.
    • 8 trung tâm phụ tải có điện áp thứ cấp $22\text{ kV}$, $\cos\varphi = 0{,}9$, thời gian $T_{max} = 4787\text{ h}$, công suất phụ tải cực tiểu $P_{min} = 0{,}7 \cdot P_{max}$.

Thiết kế và triển khai

Kiến trúc tổng thể hệ thống lưới điện

Hệ thống lưới điện khu vực được thiết kế ở cấp điện áp truyền tải định mức $110\text{ kV}$, liên kết giữa nguồn Hệ thống (HT) và Nhà máy nhiệt điện (NĐ) với 8 trạm biến áp hạ áp $110/22\text{ kV}$. Mạng điện được phân chia thành 5 nhóm cấu trúc:

Phân nhóm Tuyến đường dây kết nối Đặc điểm cấu trúc tối ưu Loại dây dẫn lựa chọn
Nhóm I Tuyến liên lạc HT - NĐ ($28{,}28\text{ km}$) Lộ kép 2 mạch AC-120 ($2 \text{ mạch}$)
Nhóm II Tuyến HT - Phụ tải 1 ($33{,}94\text{ km}$); HT - Phụ tải 4 ($28{,}28\text{ km}$) Hình tia (HT-1 lộ kép, HT-4 lộ đơn) HT-1: AC-95; HT-4: AC-150
Nhóm III Tuyến HT - Phụ tải 2 ($25{,}3\text{ km}$); HT - Phụ tải 3 ($31{,}24\text{ km}$) Hình tia (HT-2 lộ đơn, HT-3 lộ kép) HT-2: AC-185; HT-3: AC-120
Nhóm IV Tuyến NĐ - Phụ tải 5 ($32{,}35\text{ km}$); NĐ - Phụ tải 6 ($22{,}63\text{ km}$) Hình tia độc lập (NĐ-5 lộ kép, NĐ-6 lộ kép) NĐ-5: AC-95; NĐ-6: AC-120
Nhóm V Tuyến liên hoàn NĐ - 8 - 7 - NĐ ($16{,}87\text{ km}$, $22{,}63\text{ km}$, $28{,}28\text{ km}$) Mạch vòng kín vận hành hở / kín NĐ-8: AC-150; 8-7: AC-70; NĐ-7: AC-240

Trang thiết bị máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

  • Trạm tăng áp Nhà máy nhiệt điện:
    • Sử dụng 3 máy biến áp ba pha hai cuộn dây kiểu TDH-80000/110, công suất định mức $S_{dm} = 80\text{ MVA}$, tỉ số biến áp $115/11\text{ kV}$.
    • Nối theo sơ đồ khối máy phát - máy biến áp, đấu nối vào hệ thống thanh cái kép có máy cắt liên lạc tại cấp $110\text{ kV}$.
  • Các trạm biến áp hạ áp 110/22 kV:
    • Đối với 6 phụ tải loại I (Phụ tải 1, 3, 5, 6, 7, 8): Bố trí 2 máy biến áp làm việc song song để đảm bảo dự phòng 100% khi một máy gặp sự cố (với hệ số quá tải sau sự cố $K_{qt} = 1{,}4$). Sử dụng máy biến áp TPDH-32000/110 ($32\text{ MVA}$) hoặc TPDH-40000/110 ($40\text{ MVA}$).
    • Đối với 2 phụ tải loại III (Phụ tải 2, 4): Bố trí 1 máy biến áp (Phụ tải 2 dùng TPDH-40000/110, Phụ tải 4 dùng TPDH-32000/110).
    • Sơ đồ nối điện: Các đường dây có chiều dài dưới $70\text{ km}$ sử dụng sơ đồ cầu ngoài để tối ưu hóa số lượng máy cắt cao áp và thuận tiện thao tác vận hành máy biến áp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Phân tích nguồn và phụ tải

Tác giả tiến hành phân loại và tính toán phụ tải ở hai chế độ cực đại và cực tiểu cho 8 hộ tiêu thụ:

  • Tổng công suất tác dụng phụ tải ở chế độ cực đại: $\sum P_{max} = 301{,}5\text{ MW}$.
  • Tổng công suất tác dụng phụ tải ở chế độ cực tiểu: $\sum P_{min} = 211{,}05\text{ MW}$ (với tỉ lệ $P_{min} = 0{,}7 \cdot P_{max}$).
  • Phân loại độ tin cậy: Có 6 phụ tải loại I (yêu cầu cấp điện liên tục, dùng đường dây lộ kép/mạch vòng và 2 MBA) và 2 phụ tải loại III (cho phép mất điện tạm thời, cấp điện đường dây đơn và 1 MBA).

Bảng tổng hợp thông số phụ tải tính toán:

Hộ phụ tải Loại phụ tải $P_{max}$ (MW) $Q_{max}$ (MVAr) $S_{max}$ (MVA) $P_{min}$ (MW) $Q_{min}$ (MVAr) $S_{min}$ (MVA)
Phụ tải 1 Loại I 39,0 18,88 43,33 27,30 13,22 30,33
Phụ tải 2 Loại III 32,5 15,74 36,11 22,75 11,02 25,28
Phụ tải 3 Loại I 43,0 20,83 47,78 30,10 14,58 33,45
Phụ tải 4 Loại III 25,5 12,35 28,33 17,85 8,65 19,83
Phụ tải 5 Loại I 38,5 18,65 42,78 26,95 13,05 29,94
Phụ tải 6 Loại I 50,0 24,22 55,56 35,00 16,95 38,89
Phụ tải 7 Loại I 39,0 18,88 43,33 27,30 13,22 30,33
Phụ tải 8 Loại I 34,0 16,47 37,78 23,80 11,53 26,44
Tổng cộng - 301,5 146,02 335,00 211,05 102,22 234,49

Cân bằng công suất sơ bộ:

  • Công suất tác dụng: Tổn thất công suất sơ bộ $\sum \Delta P = 5% \sum P_{max} = 15{,}075\text{ MW}$; tự dùng nhà máy nhiệt điện $P_{td} = 10% P_{phat} = 16{,}575\text{ MW}$. Tổng nhu cầu công suất toàn mạng: $P_{yc} = 333{,}15\text{ MW}$. Nhà máy nhiệt điện phát kinh tế $85% P_{dm} = 165{,}75\text{ MW}$ (công suất phát lên lưới $149{,}175\text{ MW}$), Hệ thống điện cung cấp phần còn lại là $P_{HT} = 167{,}4\text{ MW}$.
  • Cân bằng công suất phản kháng: Tổng công suất phản kháng nguồn có thể cung cấp là $Q_{phat} = Q_{NĐ} + Q_{HT} = 98{,}35 + 103{,}75 = 207{,}5\text{ MVAr}$, lớn hơn tổng công suất phản kháng tiêu thụ và tổn thất toàn mạng ($Q_{yc} = 182{,}54\text{ MVAr}$). Kết luận: Hệ thống đủ công suất phản kháng, không cần lắp đặt thiết bị bù tĩnh.

Chương 2: Lựa chọn điện áp truyền tải điện và tính chọn tiết diện dây dẫn

Tác giả tính toán theo công thức Still cho tất cả các cung đoạn thuộc 5 nhóm phương án, thống nhất lựa chọn cấp điện áp định mức $U_{dm} = 110\text{ kV}$. Tiết diện dây dẫn được chọn theo $J_{kt} = 1{,}1\text{ A/mm}^2$ và kiểm tra điều kiện phát nóng lúc bình thường, sự cố đứt một mạch hoặc sự cố ngừng 1 tổ máy phát ($130\text{ MW}$). Tất cả các phân đoạn đều thỏa mãn tổn thất điện áp $\Delta U_{bt}% < 10%$ và $\Delta U_{sc}% < 20%$.

Chương 3: Tính chỉ tiêu kinh tế và chọn phương án tối ưu

Tác giả so sánh chi phí tính toán hàng năm $Z$ giữa các phương án đề xuất trong từng nhóm:

  • Nhóm I (HT - NĐ): Chọn phương án đường dây lộ kép 2 mạch AC-120, $K_v = 27{,}2 \cdot 10^9\text{ đ}$, $\Delta A = 6045{,}8\text{ MWh}$, $Z = 14971{,}5 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$.
  • Nhóm II (HT - 1 - 4): Phương án 2a (hình tia: HT-1 kép, HT-4 đơn) có $Z = 19280 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$ tối ưu hơn phương án 2b (liên hoàn HT-1-4) có $Z = 20679 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$.
  • Nhóm III (HT - 2 - 3): Phương án 3a (hình tia: HT-2 đơn, HT-3 kép) có $Z = 19385 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$ tối ưu hơn phương án 3b (HT-3-2) có $Z = 42277 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$.
  • Nhóm IV (NĐ - 5 - 6): Phương án 4a (hình tia độc lập: NĐ-5 kép, NĐ-6 kép) có $Z = 25209 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$, đảm bảo độ tin cậy vượt trội so với phương án 4b ($Z = 50200 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$) và có tính ổn định vận hành cao hơn phương án mạch vòng 4c ($Z = 24857 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$).
  • Nhóm V (NĐ - 7 - 8): Phương án 5c (mạch vòng NĐ-8-7-NĐ) có $Z = 14740 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$, tiết kiệm hơn phương án 5a ($Z = 16835{,}7 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$) và 5b ($Z = 19782{,}2 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$).

Chương 4: Lựa chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

  • Trạm tăng áp NĐ: 3 máy biến áp TDH-80000/110, $S_{dm} = 80\text{ MVA}$, $\Delta P_0 = 70\text{ kW}$, $\Delta P_k = 280\text{ kW}$, $U_k% = 11%$, $I_0% = 0{,}65%$.
  • Trạm hạ áp:
    • Trạm 1, 5, 8: Mỗi trạm đặt 2 máy biến áp TPDH-32000/110 ($32\text{ MVA}$, $115/22\text{ kV}$, $\Delta P_0 = 35\text{ kW}$, $\Delta P_k = 145\text{ kW}$, $U_k% = 10{,}5%$, $I_0% = 0{,}75%$, $R_B = 1{,}87,\Omega$, $X_B = 43{,}5,\Omega$).
    • Trạm 3, 6, 7: Mỗi trạm đặt 2 máy biến áp TPDH-40000/110 ($40\text{ MVA}$, $115/22\text{ kV}$, $\Delta P_0 = 42\text{ kW}$, $\Delta P_k = 175\text{ kW}$, $U_k% = 10{,}5%$, $I_0% = 0{,}7%$, $R_B = 1{,}44,\Omega$, $X_B = 34{,}8,\Omega$).
    • Trạm 2 (loại III): Đặt 1 máy biến áp TPDH-40000/110 ($40\text{ MVA}$).
    • Trạm 4 (loại III): Đặt 1 máy biến áp TPDH-32000/110 ($32\text{ MVA}$).

Chương 5: Tính toán chính xác cân bằng công suất

Tác giả quy đổi toàn bộ công suất phụ tải về phía cao áp $110\text{ kV}$ có tính đến tổn thất công suất trong tổng trở máy biến áp ($\Delta S_B$) và công suất điện dung sinh ra trên đường dây ($Q_C$). Tính toán trào lưu công suất cho chế độ phụ tải cực đại ($U_{cs} = 121\text{ kV}$), chế độ cực tiểu ($U_{cs} = 115\text{ kV}$) và chế độ sau sự cố (đứt 1 mạch đường dây hoặc ngừng 1 tổ máy phát nhiệt điện).

  • Tại chế độ cực đại: Tổng dòng công suất do Hệ thống cấp vào lưới là $S_{\sum HT} = 148{,}6 + j73{,}74\text{ MVA}$; dòng công suất do Nhà máy nhiệt điện phát lên lưới là $S_{\sum NĐ} = 170{,}8 + j88{,}62\text{ MVA}$. Tổng công suất toàn mạng đạt $319{,}4 + j162{,}4\text{ MVA}$.

Chương 6: Tính điện áp các nút và điều chỉnh điện áp trong mạng điện

Tính toán chính xác điện áp trên thanh góp cao áp và thanh góp hạ áp $22\text{ kV}$ quy về cao áp ở cả 3 chế độ. Lựa chọn đầu điều chỉnh dưới tải cho các máy biến áp hạ áp nhằm duy trì điện áp trên thanh góp phân phối $22\text{ kV}$ luôn nằm trong dải sai lệch cho phép ($\pm 5%$).

Chương 7: Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện

Tổng hợp toàn diện vốn đầu tư xây dựng đường dây và trạm biến áp, tổng tổn thất công suất tác dụng ($\Delta P$), tổng tổn thất điện năng hàng năm ($\Delta A$) và giá thành truyền tải 1 kWh điện năng của mạng điện hoàn chỉnh.

Phần chuyên đề: Thiết kế hệ thống điện áp mái (Chương 8 - Chương 10)

Triển khai thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái dân dụng cho hộ gia đình tại huyện Quốc Oai, TP. Hà Nội trên khuôn viên đất $400\text{ m}^2$, bao gồm tính toán bức xạ mặt trời khu vực, lựa chọn tấm pin quang điện (PV panel), bộ biến tần (Inverter hòa lưới), tính toán kết cấu khung giàn, phương án đấu nối hòa lưới hạ áp và đánh giá hiệu quả kinh tế - môi trường.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật và kinh tế đạt được

  1. Xác lập sơ đồ cấp điện tối ưu: Đã lựa chọn được cấu trúc lưới $110\text{ kV}$ kết hợp hài hòa giữa mạng hình tia lộ kép cho các phụ tải trọng yếu và mạng vòng khép kín cho cụm phụ tải lân cận (NĐ-8-7-NĐ), vừa đảm bảo tiêu chuẩn độ tin cậy N-1 vừa đạt chi phí quy đổi hàng năm nhỏ nhất.
  2. Lựa chọn thiết bị đồng bộ: Tính chọn chính xác các chủng loại dây dẫn nhôm lõi thép tiêu chuẩn (từ AC-70 đến AC-240) và hệ thống máy biến áp $110/22\text{ kV}$ (TPDH-32000 và TPDH-40000) có khả năng chịu quá tải $140%$ trong chế độ sự cố.
  3. Đảm bảo chất lượng điện năng: Tổn thất điện áp tại tất cả các nút phụ tải trong điều kiện vận hành bình thường đều duy trì dưới $6%$ (nhỏ hơn mức cho phép $10%$) và trong sự cố nặng nề nhất không vượt quá $17{,}2%$ (nhỏ hơn mức cho phép $20%$).
  4. Giải pháp năng lượng phân tán: Hoàn thành thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái dân dụng $400\text{ m}^2$ tại Quốc Oai, góp phần giảm áp lực cấp điện từ lưới phân phối.

Đóng góp thực tiễn của đề tài

Đồ án cung cấp một tài liệu thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, minh bạch về phương pháp tính toán từ bước quy hoạch công suất, lựa chọn sơ đồ công nghệ, kiểm tra điều kiện phát nóng/sụt áp đến việc lập dự toán chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật theo khung quy chuẩn ngành điện Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Số liệu tính toán trào lưu công suất và tổn thất điện áp được thực hiện bằng phương pháp giải tích thủ công truyền thống theo các công thức kinh nghiệm, chưa áp dụng các phần mềm mô phỏng chuyên dụng (như PSS/E, ETAP, PowerFactory).
  • Phần chuyên đề điện áp mái giới hạn ở quy mô một hộ gia đình đơn lẻ tại địa bàn huyện Quốc Oai, chưa khảo sát tác động của nguồn phân tán quy mô lớn lên độ ổn định điện áp và bảo vệ rơ-le của lưới phân phối $22\text{ kV}$.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Ứng dụng phần mềm mô phỏng hệ thống điện để tính toán ngắn mạch, ổn định động và tối ưu hóa trào lưu công suất tối ưu (OPF).
  • Nghiên cứu giải pháp lưu trữ năng lượng (BESS) kết hợp với hệ thống điện mặt trời áp mái để nâng cao tính chủ động cấp điện cho phụ tải dân dụng và công nghiệp.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo phục vụ trực tiếp cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử: Tham khảo cấu trúc, quy trình tính toán và bảng biểu chuẩn mực cho đồ án môn học Mạng điện, Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điện và Điện công nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế, quy hoạch lưới điện phân phối: Sử dụng các bước so sánh kỹ thuật - kinh tế, lựa chọn đầu phân áp máy biến áp và phương pháp phân bổ phụ tải làm tài liệu tham khảo trong công tác thiết kế sơ bộ lưới điện 110/22 kV.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hệ thống điện (HT) lại được chọn làm nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp?

Trong mô hình thiết kế, nguồn Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn so với quy mô phụ tải của mạng điện khu vực ($\sum P_{max} = 301{,}5\text{ MW}$). Do đó, nguồn HT có khả năng hấp thụ hoặc phát bù mọi lượng chênh lệch công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống để duy trì tần số và điện áp ổn định, đủ điều kiện đảm nhận vai trò nút cân bằng và nút cơ sở.

2. Tại sao mạng điện thiết kế không cần lắp đặt tụ bù công suất phản kháng?

Qua tính toán cân bằng công suất phản kháng sơ bộ ở chế độ phụ tải cực đại, tổng công suất phản kháng do Nhà máy nhiệt điện và Hệ thống phát ra đạt $Q_{phat} = 207{,}5\text{ MVAr}$, trong khi tổng nhu cầu tiêu thụ của phụ tải và tổn thất trong máy biến áp, đường dây là $Q_{yc} = 182{,}54\text{ MVAr}$. Do nguồn phát dư thừa công suất phản kháng ($207{,}5 > 182{,}54\text{ MVAr}$) nên mạng điện không cần bù công suất phản kháng.

3. Nguyên tắc lựa chọn số lượng máy biến áp cho các trạm hạ áp 110/22 kV trong đồ án là gì?

Số lượng máy biến áp được chọn dựa trên phân loại độ tin cậy cung cấp điện của phụ tải:

  • Các trạm cấp cho phụ tải loại I (Phụ tải 1, 3, 5, 6, 7, 8) được trang bị 2 máy biến áp làm việc song song; khi 1 máy bị sự cố, máy còn lại với khả năng quá tải $1{,}4$ lần vẫn đảm bảo cấp đủ $100%$ công suất cực đại.
  • Các trạm cấp cho phụ tải loại III (Phụ tải 2, 4) chỉ bố trí 1 máy biến áp nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư.

4. Tiêu chí nào quyết định việc chọn sơ đồ cầu trong hay cầu ngoài cho các trạm biến áp hạ áp?

Đồ án áp dụng quy ước lựa chọn sơ đồ cầu dựa theo chiều dài đường dây:

  • Tuyến đường dây ngắn hơn $70\text{ km}$: Sử dụng sơ đồ cầu ngoài vì xác suất sự cố đường dây thấp, ưu tiên bảo vệ và đóng cắt máy biến áp mà không làm gián đoạn liên lạc đường dây.
  • Tuyến đường dây dài trên $70\text{ km}$: Sử dụng sơ đồ cầu trong để thuận tiện cho việc đóng cắt, cô lập và bảo dưỡng đường dây khi có sự cố thường xuyên hơn. Trong đồ án này, tất cả các tuyến truyền tải đều có chiều dài dưới $35\text{ km}$ nên sơ đồ cầu ngoài được lựa chọn cho tất cả các trạm.

5. Phương án nối dây tối ưu cho Nhóm V (NĐ - 7 - 8) được lựa chọn là phương án nào và vì sao?

Phương án tối ưu của Nhóm V là phương án 5c (cấu trúc mạch vòng NĐ-8-7-NĐ). Mặc dù phương án hình tia 5a và liên hoàn 5b có vốn đầu tư đường dây thấp hơn đôi chút, phương án 5c đạt tổn thất điện năng hàng năm thấp nhất ($\Delta A = 4523{,}2\text{ MWh}$ so với $5874{,}4\text{ MWh}$ của 5a và $7107{,}4\text{ MWh}$ của 5b), dẫn đến tổng chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhất ($Z = 14740 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$ so với $16835{,}7 \cdot 10^6\text{ đ/năm}$ của 5a), đồng thời đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện mạch vòng cho hai phụ tải loại I.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Tiến Giáp đã giải quyết một cách có hệ thống và chặt chẽ bài toán thiết kế mạng điện truyền tải khu vực cấp điện áp $110/22\text{ kV}$ kết hợp chuyên đề ứng dụng điện mặt trời áp mái dân dụng. Thông qua việc phân tích kỹ thuật và so sánh kinh tế chi tiết, tác giả đã xác lập được cấu trúc lưới điện tối ưu gồm 5 nhóm phân đoạn, tính chọn đồng bộ hệ thống dây dẫn nhôm lõi thép AC, máy biến áp $110\text{ kV}$ và sơ đồ nối điện chính đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện. Kết quả nghiên cứu là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho sinh viên và kỹ sư chuyên ngành kỹ thuật điện trong công tác tính toán, thiết kế và quy hoạch hệ thống điện.