Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 22 kv lộ 473, 474 Mộc Châu có xét đến nguồn phát điện turbine gió

Mục tiêu nghiên cứu đề tài là đề xuất được các giải pháp nâng cao chất lượng điện áp và hiệu quả vận hành cho Lộ 473 và 474 lưới điện 22 kV huyện Mộc Châu. Đặc biệt là đối với các nguồn phân tán (DG) kết nối lưới. Cung cấp dữ liệu cho quy hoạch phát triển lưới trong tương lai, đồng thời có áp dụng nguồn phân tán khác.

Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến với nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại năng lượng khác, như khả năng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác với hiệu suất cao Nó được sản xuất từ các nhà máy điện và trạm phát điện thông qua nhiều công nghệ khác nhau Hệ thống điện là nền tảng cho quá trình sản xuất và sử dụng điện năng của mọi quốc gia trên thế giới.

Hình 1 1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện cơ bản

Hệ thống điện bao gồm các hạng mục chính như sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện Các hoạt động của hệ thống điện có những đặc điểm quan trọng cần lưu ý.

Điện năng sản xuất ra cần phải duy trì sự cân bằng giữa lượng điện năng được sản xuất, tiêu thụ, tích trữ và tổn thất trong quá trình truyền tải và phân phối.

Các quá trình điện diễn ra với tốc độ rất nhanh, như sóng điện từ và sóng sét, có thể lan truyền trên đường dây gần bằng tốc độ ánh sáng (khoảng 300.000 km/s) Thời gian đóng cắt mạch điện và thời gian tác động của các thiết bị bảo vệ thường xảy ra trong khoảng thời gian dưới 0,5 giây.

Hoạt động điện lực có mối liên hệ chặt chẽ với nhiều lĩnh vực kinh tế và xã hội như luyện kim, hóa chất, khai thác mỏ, cơ khí, công nghiệp nhẹ, đô thị và dân dụng Để quản lý hiệu quả các hoạt động này, hệ thống điện thường được chia thành ba khối chính.

Hình 1 2 Cấu trúc khối của một hệ thống điện

1.1.1 Khối 1 - Các nhà máy điện

Có hai loại khối các nhà máy điện: loại thứ nhất là các nhà máy điện công suất lớn, bao gồm các trung tâm sản xuất điện lớn, nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân và trạm thủy điện lớn với công suất từ 30 MW trở lên Loại thứ hai là các nguồn điện phân tán với công suất nhỏ hơn 30 MW.

1.1.2 Khối 2 - Hệ thống truyền tải

Hệ thống truyền tải điện bao gồm các trạm biến áp và đường dây tải điện, có nhiệm vụ chính là truyền tải công suất giữa các trạm mà không trực tiếp kết nối với phụ tải tiêu thụ Hệ thống này được chia thành hai khối con: truyền tải và truyền tải phụ.

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 từ 220 kV trở lên Nhiều quốc gia phát triển cũng đã áp dụng công nghệ 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

1.1.3 Khối 3 - Hệ thống điện phân phối (Electric distribution system):

Trước đây, hệ thống phân phối điện ở Việt Nam chỉ bao gồm các trạm biến áp và đường dây từ phía thứ cấp trạm biến áp 110 kV đến các phụ tải tiêu thụ điện Tuy nhiên, kể từ ngày 01/11/2018, EVN đã mở rộng phạm vi hệ thống phân phối điện lên phía cao áp đến thứ cấp của trạm biến áp 220 kV, đánh dấu bước tiến hội nhập quốc tế Dựa trên mô hình tổng quát của hệ thống điện quốc gia, cấu trúc của hệ thống phân phối điện có thể được thể hiện qua sơ đồ một sợi.

Hệ thống phân phối điện có thể được chia thành các hệ thống phân phối con dựa trên điện áp định mức, theo sơ đồ nguyên lý một sợi.

Hệ thống phân phối điện cao thế 110 kV bao gồm toàn bộ đường dây và các trạm biến áp 110 kV, đóng vai trò trung gian để cung cấp điện cho các trạm biến áp khu vực Đối với các phụ tải lớn như nhà máy hay khu công nghiệp tiêu thụ điện cao, chúng có thể được kết nối trực tiếp với hệ thống truyền tải 110 kV.

Hệ thống phân phối điện trung thế (22 kV) bao gồm các đường dây trung thế và trạm biến áp phân phối hạ áp, có nhiệm vụ cung cấp điện cho lưới phân phối hạ thế.

Hệ thống phân phối điện hạ thế (Low Voltage) bao gồm các trạm biến áp phân phối và đường dây hạ thế (0,4 kV), cung cấp điện cho các phụ tải là điểm cuối của hệ thống điện.

1.2.3.2 Các dạng nguồn điện công suất nhỏ trong hệ thống phân phối điện:

Hiện nay, lưới phân phối điện không chỉ phụ thuộc vào nguồn cung cấp từ lưới điện quốc gia mà còn bao gồm các nguồn phân tán Điều này đã dẫn đến sự thay đổi căn bản trong cấu trúc lưới, với phân bố công suất không còn theo một hướng đơn lẻ mà đa dạng hơn, thay đổi liên tục về cả độ lớn và hướng công suất.

Nguồn chính là nguồn cung cấp điện cho lưới phân phối, được xác định từ lưới điện quốc gia và quy đổi về cấp điện áp trung thế cao nhất Trong sơ đồ nguyên lý một sợi, nguồn được biểu diễn bằng 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

Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối

Để đánh giá chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ, ngành điện áp dụng các chỉ tiêu cơ bản theo tiêu chuẩn IEC và TCVN Bài viết này sẽ tập trung vào một số chỉ tiêu cơ bản quan trọng trong lĩnh vực này.

 Một số quy định hành chính :

 Là hệ thống đường dây tải điện, trạm điện và trang thiết bị phụ trợ để truyền dẫn điện

Đơn vị truyền tải điện là tổ chức điện lực được cấp phép hoạt động trong lĩnh vực truyền tải điện, có nhiệm vụ quản lý và 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 110 kV

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

Ngày điển hình là ngày được chọn để phản ánh chế độ tiêu thụ điện của phụ tải điện, theo quy định của Bộ Công Thương về nghiên cứu phụ tải điện Nó bao gồm các ngày điển hình cho ngày làm việc, cuối tuần và các ngày lễ trong năm, tháng và tuần.

 Sóng hài: là sóng điện áp và dòng điện hình sin có tần số là bội số của tần số cơ bản

 Tiêu chuẩn IEC: là tiêu chuẩn về kỹ thuật điện do Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế ban hành

 Trạm điện: là trạm biến áp, trạm cắt hoặc trạm bù

Trung tâm điều khiển là một cơ sở được trang bị hệ thống công nghệ thông tin và viễn thông hiện đại, cho phép giám sát và điều khiển từ xa các nhà máy điện, trạm điện, cũng như các thiết bị đóng cắt trên lưới điện.

 Một số quy định về kỹ thuật :

Tần số danh định của hệ thống điện quốc gia là 50 Hz, với dao động trong khoảng ± 0,2 Hz trong điều kiện bình thường Khi hệ thống điện chưa ổn định, tần số có thể dao động trong phạm vi ± 0,5 Hz so với giá trị danh định.

- Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối bao gồm: 110 kV; 22 kV; 22 kV; 15 kV; 10 kV; 0,6 kV và 0,4 kV

Trong chế độ vận hành bình thường, điện áp tại điểm đấu nối được cho phép dao động so với điện áp danh định như sau: đối với điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là ± 5%, và đối với điểm đấu nối với nhà máy điện là +10% và -5%.

Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn định, mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện có thể chấp nhận trong khoảng +5% và -10% so với điện áp danh định.

Trong tình huống sự cố nghiêm trọng của hệ thống điện truyền tải hoặc trong quá trình khôi phục sự cố, mức dao động điện áp được phép trong khoảng ± 10% so với điện áp danh định.

Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có nhu cầu về chất lượng điện áp cao hơn quy định có thể thỏa thuận với Đơn vị phân phối điện hoặc Đơn vị phân phối và bán lẻ điện để đáp ứng yêu cầu của mình.

Trong điều kiện làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không được vượt quá 3% điện áp danh định đối với cấp điện áp 110 kV, và không quá 5% đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp.

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp (THD) được xác định là tỷ lệ phần trăm giữa giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp và giá trị hiệu dụng của điện áp bậc cơ bản, được tính theo công thức cụ thể.

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp (THD) được xác định bằng giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp bậc i (Vi) so với giá trị hiệu dụng của điện áp tại bậc cơ bản (V1) ở tần số 50 Hz, trong đó N là bậc cao nhất của sóng hài cần đánh giá.

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong bảng 1.1 như sau:

Bảng 1 1 Tổng độ méo biên độ sóng hài

Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ

Đỉnh nhọn điện áp bất thường trên lưới điện phân phối có thể vượt quá tổng mức biến dạng sóng hài quy định trong thời gian ngắn, nhưng không được gây hư hỏng cho thiết bị của lưới điện.

- Trong điều kiện vận hành bình thường, mức nhấp nháy điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong bảng 1.2 như sau:

Bảng 1 2 Độ nhấp nháy điện áp

Cấp điện áp Mức nhấp nháy cho phép

- Mức nhấp nháy điện áp ngắn hạn (Pst) là giá trị đo được trong khoảng thời gian

Trong 10 phút, thiết bị đo tiêu chuẩn theo IEC868 cho phép xác định Pst95%, là ngưỡng giá trị của Pst Để đảm bảo độ chính xác, trong khoảng 95% thời gian đo (ít nhất một tuần) và 95% số vị trí đo, giá trị Pst không được vượt quá ngưỡng này.

- Mức nhấp nháy điện áp dài hạn (Plt) được tính từ 12 kết quả đo Pst liên tiếp (trong khoảng thời gian 02 giờ), theo công thức:

- Plt 95% là ngưỡng giá trị của Plt sao cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất

01 tuần) và 95 % số vị trí đo Plt không vượt quá giá trị này

Tại các điểm đấu nối trung và hạ áp, theo tiêu chuẩn IEC1000-3-7, mức nhấp nháy ngắn hạn (Pst) không được vượt quá 0,9 và mức nhấp nháy dài hạn (Plt) không được vượt quá 0,7.

Giới thiệu lưới điện 22 kV huyện Mộc Châu – Sơn La

Lưới điện 22 kV huyện Mộc Châu tỉnh Sơn La có sơ đồ được thể hiện trên hình 1.5

Hình 1 4 Sơ đồ toàn thể lưới điện 22 kV Mộc Châu

Tổng chiểu dài đường dây 22 kV là 122,896 km Được cấp từ lưới điện lộ E17.1 Mộc Châu chia thành 6 lộ và có tổng chiều dài từng lộ như sau:

- Lộ 478 E17.1 là loại đường dây trên không có tổng chiều dài 27,602 km

- Lộ 471 E17.1 một phần là loại đường dây cáp ngầm, một phần là loại đường dây trên không có tổng chiều dài 12,736 km

- Lộ 473 E17.1 là loại đường dây cáp ngầm có tổng chiều dài 13,073 km

Lộ 478 E17.1 cung cấp điện từ C42 lộ E17.1 Mộc Châu đến dao cách ly 471-11/14 Chè MC (lộ 471, DCL thường mở) Trong trường hợp xảy ra sự cố, nguồn điện có thể được lấy từ lộ 471 E17.1 qua dao cách ly 471-11/14 Chè MC.

Lộ 474 E17.1 lấy điện từ C42 lộ E17.1 Mộc Châu, cấp điện cho đến dao cách ly 474-7/1 Bản Mòn( lộ 474, DCL thường mở) và dao cách ly 471-7/41/1 Công Đoàn(lộ

471, DCL thường mở) Khi có sự cố thì lấy điện từ lộ 473 E17.1 qua dao cách ly 473- 7/41 Bản Mòn hoặc từ lộ 471 E17.1 qua dao cách ly 471-7/41/1 Công Đoàn

Lộ 471 E17.1 lấy điện từ C41 lộ E17.1 Mộc Châu, cấp điện cho đến dao cách ly 471-11/14 Chè MC ( lộ 471, DCL thường mở), dao cách ly 471-7/41/1 Công Đoàn(lộ

Lộ 471, DCL thường mở, kết hợp với dao cách ly 471-7/141 Tiểu khu 14, cho phép lấy điện trong trường hợp sự cố Điện có thể được cung cấp từ lộ 478 E17.1 qua dao cách ly 471-11/14 Chè MC, từ lộ 474 E17.1 qua dao cách ly 471-7/41/1 Công Đoàn, hoặc từ lộ 473 E17.1 qua dao cách ly 471-7/141 Tiểu khu 14.

Lộ 473 E17.1 kết nối điện từ C41 lộ E17.1 Mộc Châu, cung cấp điện đến dao cách ly 471-7/141 Tiểu khu 14 (lộ 471, DCL thường mở) Trong trường hợp xảy ra sự cố, có khả năng lấy điện từ lộ này.

471 E17.1 qua dao cách ly 471-7/141 Tiểu khu 14

Lộ 472 E17.1 cung cấp điện từ C42 lộ E17.1 Mộc Châu đến dao cách ly 472-7/51 TK Chè Đen (lộ 472, DCL thường mở) Trong trường hợp xảy ra sự cố, nguồn điện có thể được lấy từ lộ này.

476 E17.1 qua dao cách ly 472-7/51 TK Chè Đen

Lộ 476 E17.1 cung cấp điện từ C42 lộ E17.1 Mộc Châu, cấp điện đến dao cách ly 472-7/51 TK Chè Đen (lộ 472, DCL thường mở) Trong trường hợp có sự cố, có thể lấy điện từ lộ khác để đảm bảo nguồn cung cấp điện liên tục.

472 E17.1 qua dao cách ly 472-7/51 TK Chè Đen, để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cho khu vực.

23 CÔNG CỤ TOÁN HỌC VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG

Giới thiệu chung

Hệ thống điện hiện đại có nhiệm vụ chính là cung cấp điện chất lượng cao cho mọi khách hàng, điều này đòi hỏi phải giải quyết các vấn đề kỹ thuật phức tạp Trong bối cảnh cạnh tranh của ngành điện, chi phí truyền tải cần được tối ưu hóa Đối với các hệ thống lớn, việc nghiên cứu phân bố công suất là rất quan trọng Mục tiêu của nghiên cứu giải tích lưới điện là xác định trạng thái hoạt động ổn định của mạng, thông qua việc phân tích các điều kiện như tải, công suất truyền tải và điện áp tại tất cả các nút, cả về độ lớn lẫn góc pha.

Trong hệ thống điện phức tạp, việc kiểm soát phân bố công suất là rất quan trọng, bên cạnh đó cần liên tục cập nhật các yêu cầu như quá điện áp nút, dòng điện tải và tổn thất trên đường dây hay trong máy biến áp Nếu biên độ điện áp tại một số điểm vượt quá giới hạn cho phép, cần thực hiện các giải pháp khắc phục để điều chỉnh điện áp về mức quy định Tương tự, nếu dòng điện trong đường truyền vượt quá khả năng tải, hệ thống tự động hóa và các thiết bị bảo vệ phải nhanh chóng can thiệp để ngăn chặn tình huống nguy hiểm.

Bài toán phân bố dòng công suất nhằm xác định trạng thái điện áp tại tất cả các nút trong mạng điện, dòng điện làm việc và tổn thất trên từng đường dây cũng như các máy biến áp Các yếu tố này được biểu diễn qua các phương trình đặc trưng cho hệ thống điện, tạo thành một hệ phương trình phi tuyến Phương pháp giải quyết chủ yếu cho các bài toán này là sử dụng các thuật toán tính lặp, trong đó nổi bật là các thuật toán Newton-Raphson và Gauss-Seidel Những thuật toán này thường được triển khai qua phần mềm chuyên dụng ETAP, hiện đang chiếm ưu thế trong lĩnh vực điện lực.

Công cụ toán học và phần mềm ứng dụng

2.2.1 Các biến số và phân loại bus (nút), [3] [4] [5]

Trong giải tích lưới điện, mỗi nút (bus) thường được mô tả bằng bốn đại lượng quan trọng: công suất tác dụng P (MW), công suất phản kháng Q (MVAr), biên độ điện áp và góc pha điện áp Trong quá trình phân tích, có thể lựa chọn bất kỳ hai trong bốn đại lượng này làm biến độc lập.

Hai đại lượng còn lại sẽ là biến phụ thuộc được xác định bởi các phương trình ràng buộc chính tắc Sự lựa chọn các biến độc lập tại một nút có thể dựa trên khả năng nhận biết sẵn có tại nút đó Ngoài ra, có thể chọn bất kỳ cho hai biến trạng thái, trong khi hai biến còn lại sẽ được xem như biến điều khiển Theo quan điểm này, trong một hệ thống điện bất kỹ, có thể phân biệt bốn loại bus đặc trưng.

Tại nút cân bằng (swing), giá trị điện áp U và góc pha điện áp δ được xác định, từ đó cho phép tính toán hai đại lượng P và Q Khi phân tích một lưới điện cụ thể, cần phải chỉ định ít nhất một nút cân bằng, thường chỉ một, để đảm bảo cung cấp đủ công suất cân bằng trong mọi trạng thái vận hành của lưới điện.

 Bus máy phát (generator buses, hay voltage-controlled Buses): còn gọi là nút

Tại nút PU, công suất tác dụng P và điện áp U được xác định, từ đó cho phép tính toán góc pha điện áp δ và công suất kháng Q tương ứng.

Bus phụ tải, hay còn gọi là nút PQ, cung cấp thông tin về công suất P và Q của các phụ tải Từ các giá trị này, có thể xác định hai đại lượng quan trọng là góc pha điện áp δ và điện áp U.

Bus PF Control là một loại bus ít được chú ý, trong đó P và PF% được lược đặt trước trong kV Biên độ điện áp U và góc pha δ là các biến điều khiển quan trọng trong hệ thống này.

2.2.2 Giải tích lưới điện và thuật toán áp dụng

Mô hình toán học tổng quát cho hệ phương trình phi tuyến mô tả các thông số mạng điện trong trạng thái ổn định đã được phát triển Trước đây, các phương pháp cổ điển để phân tích lưới có khối lượng tính toán lớn Tuy nhiên, với sự cải tiến kỹ thuật, các phương pháp tính lặp đã ra đời, giúp giảm đáng kể khối lượng tính toán Phân tích dòng công suất dựa vào ma trận trở kháng nút đã được thử nghiệm và cho thấy hiệu quả cao hơn (Brown, 1975), mặc dù khả năng đáp ứng của máy tính vẫn là một yếu tố cần xem xét.

Vào những năm 1970, để vượt qua 25 trở ngại chính trong tính toán, hai phương pháp nổi bật được phát triển là Newton-Raphson và Gauss-Seidel Cả hai phương pháp này sử dụng thuật toán tính lặp, mang lại kết quả chính xác cao và hội tụ nhanh, đồng thời không giới hạn số bus trong lưới tính toán Mỗi phương pháp đều có những thế mạnh riêng, phù hợp với các yêu cầu khác nhau trong ứng dụng.

Phương pháp Newton-Raphson được sủ dụng phổ biến nhất để giải phương trình phi tuyến [3] [4]

Nếu f (x) = 0 là phương trình phi tuyến , giá sử x (0) là giá trị gần đúng ban đầu thì khai triển chuỗi Taylor f (x) theo giá trị ban đầu x (0) như sau : f (x (0) ) + (x-x (0) )f ′ (x (0) )+ (x (0) ) + (x-x (0) )f ′ (x (0) )+ (x−x (0) ) 2

2 f " (x (0) )+…= 0 (2.1) bỏ qua các số hạng bậc cao , chỉ giữ lại phần tuyến tính : f (x (0) ) + (x-x (0) )f ′ (x (0) ) = 0 (2.2) Giả sử x (1) là giá trị gần đúng thứ hai, từ (2.2) suy ra : x (1) =x (0) - f(x (0) ) f ′ (x (0) ) (2.3) Tiếp tục tính x (2) ,…., x (k+1) : x (k+1) = x (k) - f(x

(k) ) f ′ (x (k) ) (2.4) Đây là công thức lặp Newton Mở rộng công thức (2.4) cho hàm nhiều biến gọi là phương pháp Newton – Raphson

Giả thiết có n phương trình tuyến tính có n ẩn ( x 1 , x 2 , …., x n ) như sau :

Khai triển (2.5) dưới dạng chuỗi Taylor , bỏ qua các số hạng bậc cao

Giải hệ phương trình (2.6) được nghiệm là các gia số cho lần lặp thứ nhất ∆x 1 (0) ,

Để suy ra giá trị gần đúng ở lần lặp tiếp theo, ta sử dụng công thức: x 1 (1) = x 1 (0) + ∆x 1 (0) và tương tự cho các giá trị x n (1) = x n (0) + ∆x n (0) Quá trình này được lặp lại cho đến khi đạt được điều kiện hội tụ, tức là |x i (k) − x i (k−1)| ≤ ε, trong đó ε là độ chính xác yêu cầu.

Viết lại (2.6) dưới dạng ma trận :

J (k) là ma trận các đạo hàm riêng phần hay còn được gọi là ma trận Jacobi

Để giải phương trình phi tuyến f(x) = 0, ta có thể viết lại dưới dạng x = g(x) Giả sử x₀ là giá trị gần đúng ban đầu, thì giá trị gần đúng ở lần lặp tiếp theo sẽ là x₁ = g(x₀) Tổng quát, giá trị gần đúng ở lần lặp thứ (k+1) được xác định bởi công thức xₖ₊₁ = g(xₖ).

Trong một số trường hợp , sử dụng hệ số tăng tốc α , α > 1, để tăng tốc độ hội tụ của bài toán Khi đó, thuật toán Gauss-Seidel trở thành: x k+1 = (x k ) + α [g(x k ) − x k ]

Thuật toán Gauss-Seidel giúp giảm số lần lặp cần thiết bằng cách thay thế các kết quả gần đúng vừa tính được từ phương trình trước vào các phương trình tiếp theo Do đó, phương trình (4.19) có thể được viết lại như sau:

Việc thay thế sớm các giá trị vừa tìm được trong từng bước của lần lặp thứ k sẽ giúp giảm số lần lặp và tăng tốc độ hội tụ cho bài toán.

28 Điều kiện dừng lặp: x ( k  1)  x ( ) k  , với ɛ là độ chính xác cho trước

2.2.3 Giải tích lưới bằng phần mềm ETAP

Trong phần mềm ETAP, công cụ giải tích lưới sử dụng các thuật toán dựa trên hai phương pháp chính là Newton-Raphson và Gauss-Seidel, bao gồm bốn phương pháp tính khác nhau.

- Phương pháp Adaptive Newton-Raphson;

- Phương pháp Gauss-Seidel cải tiến

Bốn phương pháp này có đặc điểm hội tụ khác nhau, tùy thuộc vào cấu hình hệ thống, máy phát, điều kiện tải và giá trị điện áp ban đầu tại các nút.

Áp dụng ETAP mô hình hóa mô phỏng lộ 473, 474 lưới điện 22 kV Mộc Châu

 Các khả năng tính toán của ETAP 12.6, :

 Tính trào lưu công suất tải cân bằng

 Tính trào lưu công suất tải không cân bằng

 Đóng ngắt động cơ, máy điện quay

 Khảo sát ổn định hệ thống

 Phối hợp các thiết bị bảo vệ

 Tối ưu trào lưu công suất

 Tính độ tin cậy hệ thống

 Bù tối ưu công suất phản kháng

 Thiết kế mạch điều khiển

 Quản lý hệ thống theo thời gian thực (Real time)

 Giao diện chính của Etap: Ô cửa chính:

Các chức năng tính toán:

Hình 2 2 Các chức năng tính toán

Hình 2 3 Các phần tử AC

Một số chức năng tính toán:

Tính phân bố công suất và hiển thi kết quả

Kết xuất dữ liệu, kết quả

Chọn đơn vị hiển thị

Hiển thị điện áp và tổn thất

Panel, mạng điện phân nhánh

Tính ngắn mạch chuẩn IEC _ ANSI_IEEE

Hình 2 4 Một số chức năng tính toán thông dụng

Các thiết bị đo, bảo vệ:

Hình 2 5 Các thiết bị đo lường, bảo vệ

2.3.2 Mô hình hoá lộ 473, 474 lưới điện 22 kV huyện Mộc Châu

Cơ sở dữ liệu để mô hình hóa mô phỏng lộ 473, 474 lưới điện 22 kV bao gồm:

- Sơ đồ lưới 22 kV Mộc Châu

- Các thông tin về vị trí địa lý và điều kiện môi trường huyện Mộc Châu

Các thông số quan trọng bao gồm cấu trúc đường dây, nguồn và phụ tải Trong đó, phụ tải của các trạm biến áp phân phối 22/0,4 kV được quy đổi về phía cao áp 22 kV để đảm bảo tính chính xác trong tính toán và thiết kế hệ thống điện.

Kết quả mô hình hóa mô phỏng lưới điện 22 kV lộ 473 và 474 huyện Mộc Châu thu được thể hiện trên các sơ đồ và bảng dữ liệu như sau:

Hình 2 6 Sơ đồ mô phỏng lộ 373, 374 (mở rộng kết nối với lộ 371)

Hình 2 7 Cấu trúc trạm biến áp 110/35/22 kV Mộc Châu

Bảng 2 1 Thông số phụ tải lộ 473 và 474

N0 ID Rating Rated kV kW kvar PF%

N0 Tên bus-tải đơn vị

Bảng 2 2 Thông số đường dây lộ 473 và 474

No ID From Bus To Bus Type Rating 1 Rating 2 Allowable

STT Tên gọi Từ Bus Đến Bus Loại chiều dài tiết diện Icp

Bảng 2 3 Thông số chính của trạm biến áp 110 kV Mộc Châu

Thanh cái kết nối Uđm Công suất

Ngoài ra, chi tiết thêm về thông số đường dây được kê trong phần phụ lục ở cuối của luận văn

2.3.3 Khai báo thông số các phần tử trong sơ đồ mô phỏng

Trong một lưới điện, có bốn phần tử chính bao gồm nguồn, máy phát, các bus kết nối và máy biến áp Ngoài ra, lưới điện còn có phụ tải, đường dây, nguồn phân tán (DG) và các thiết bị phụ trợ như máy cắt và cầu dao.

Sau đây là hướng dẫn cách thức khai báo, cài đặt thông số cho một số phần tử chính

 Khai báo thông số nguồn HTĐ:

Nguồn trong trường hợp này được coi là một bus kết nối thay thế cho hệ thống điện quốc gia, với tên gọi (ID) và các thông số chính được khai báo như hình 2.8.

Hình 2 8 Khai báo thông số của nguồn

Trong ô cửa Info chọn nguồn 3 Pha (3 phase), nút cân bằng ( Swing )

+ Swing: Nút cân bằng Hệ thống sẽ tự điều chỉnh công suất phát

+ Voltage control: điều chỉnh điện áp Hệ thống làm việc dựa trên sự ổn định điện áp

+ Mvar control: điều chỉnh công suất phản kháng Nguồn sẽ phát công suất phản kháng và công suất tác dụng theo số liệu cho trước

Điều chỉnh hệ số công suất (cosφ) là một phần quan trọng trong quản lý hệ thống điện Khi hệ thống phát công suất dựa trên dữ liệu đã cho, nó sẽ tự động điều chỉnh công suất phản kháng để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

Trong ô cửa Short Circuit ta đặt các thông số phục vụ tính ngắn mạch, bao gồm:

- Grounding: Tổ đấu dây Yo

- SC rating: Công suất ngắn 10000 MVAsc

 Khai báo thông số trạm biến áp nguồn:

Trạm biến áp nguồn Mộc Châu 2 x (110/35/22 kV – 25/25/25 MVA) là một trạm biến áp trung gian quan trọng Các thông số chính của trạm được hiển thị trên ô cửa sổ Info và Impedance, như thể hiện trong hình 2.9.

Hình 2 9 Khai báo thông số máy biến áp nguồn

 Khai báo thông số phụ tải:

Khai báo mẫu cho phụ tải trạm biến áp "TK CO QUAN" đã được quy đổi về phía sơ cấp 22 kV của TBA 250 kVA 22/0,4 kV trong chế độ tối đa Công suất đầy tải SFL đạt 250 kVA với hệ số công suất %PF là 85, như thể hiện trong hình 2.10.

Hình 2 10 Khai báo thông số tải

Trong ô cửa Infor: khai báo tên bus-tải: ID phụ tải,

Trong ô cửa Namplate: khai báo các thông số công suất phụ tải, hệ số công suất, Tại mục Rating ta khai báo: Công suất, hệ số cosφ

Tại mục Load type: + Constant kVA để 80% (phụ tải động), constant Z để 20% ( phụ tải tĩnh)

 Khai báo thông số đường dây:

Khai báo mẫu cho một đoạn đường dây xuất tuyến lộ 473, các thông số chính được nhập trên các ô cửa sổ chính sau, hình 2.11

Tại ô cửa Info: Khai báo ID, bus kết nối, chiều dài đường dây, đơn vị đo

Tại ô cửa Parameter: Khai báo các thông số Conductor type ( Loại dây): AL Tại ô cửa Configuration khai báo các thông số như sau:

- Mục Configuration: chọn cách bố trí dây là: parallel vertical( song song dọc)

- GMD: khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn Với cấp điện áp 22 kV chọn GMD = (1-1.5) m

- Height: chiều cao cột ta nhập = 12m

Tại ô cửa Ampacity: Khai báo các thông số tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ môi trường, thời gian khảo sát, độ cao, vĩ độ bắc

Hình 2 11 Thông số trang infor của đường dây

 Khai báo thông số cáp ngầm:

Khai báo mẫu cho một đoạn cáp xuất tuyến lộ 473, các thông số chính được nhập trên các ô cửa sổ chính sau, hình 2.12

Hình 2 12 Khai báo thông số cáp ngầm

52 MÔ PHỎNG GIẢI TÍCH LƯỚI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VẬN HÀNH HIỆU QUẢ LỘ

Đặt vấn đề

Sau khi hoàn thành mô hình mô phỏng lộ 473 và 474 Mộc Châu trong ETAP, chúng tôi sẽ tiến hành nghiên cứu và đánh giá chất lượng điện áp cùng hiệu quả vận hành của lưới điện Các giải pháp cải thiện sẽ được đề xuất dựa trên một số trạng thái vận hành khác nhau.

- Chế độ phụ tải cực đại, giả thiết rằng các trạm biến áp (bus-tải) vận hành đầy tải Smax= 100%Sđm

- Chế độ vận hành có xét đến điều chỉnh điện áp nguồn (điều chỉnh đầu phân áp máy biên áp trạm biến áp 110/35/22 kV)

- Chế độ vận hành khi xét đến giải pháp bù bằng tụ điện tĩnh

- Đề xuất phát triển nguồn phân tán dạng máy phát điện turbine gió WTG

Các mục tiêu trên được thực hiện bằng phần mềm ETAP theo trình tự của một lưu đồ sau:

Trạng thái phụ tải Đúng

Bắt đầu LƯỚI ĐIỆN 22 KV

Sơ đồ lưới, phần tử, thông số

Kết quả giải tích - mô phỏng Điều chỉnh

Hình 3 1 Lưu đồ các bước nâng cao chất lượng điện áp và hiệu quả vận hành lưới điện

Nghiên cứu hiện trạng và giải pháp điều chỉnh điện áp nguồn

Trong thực tế, một hệ thống thanh cái thứ cấp (22kV) các trạm biến áp trung gian được cấp cho nhiều lộ đường dây có đặc điểm khác nhau:

- Cấu trúc và bán kính truyền tải (chiều dài đường dây) khác nhau,

- Tổng phụ tải của mỗi đường dây khác nhau

Điện áp trên thanh cái tại các trạm biến áp trung gian thường được điều chỉnh ở mức tăng áp 105% Uđm, trong khi điện áp nguồn 110 kV cũng ở mức 105% Uđm Bài viết sẽ tập trung nghiên cứu hai mức điện áp nguồn này.

- Khi MBA chưa có điều chỉnh điện áp (OLTC chưa kích hoạt)

- Khi MBA đã có điều chỉnh điện áp (OLTC được kích hoạt)

3.2.1 Chế độ vận hành 1: phụ tải cực đại Smax, OLTC chưa kích hoạt

Sơ đồ mô hình hóa lộ 473 và 474 được thực hiện bằng phần mềm ETAP, với các thông số cụ thể được khai báo cho từng trường hợp như thể hiện trong hình 2.6.

- Điện áp nguồn phía 110 kV tại thanh cái E17.1 có giá trị: 105%Uđm

- OLTC chưa kích hoạt, đầu phân áp ở vị trí tự nhiên chưa có điều chỉnh

- Các bus-tải được khai báo theo chế độ cực đại: Smax = Sđm

- Các tụ bù hiện có được ngắt kết nối (chưa tham gia bù)

Kết quả giải tích từ ETAP về phân bố công suất và điện áp bus được trình bày dưới dạng sơ đồ mô phỏng và bảng dữ liệu Excel, đồng thời cũng được xuất ra định dạng PDF trong các phụ lục ở phần cuối của luận văn.

Cụ thể trong trường hợp này, kết quả được thể hiện như sau:

- Hình 3.2: Sơ đồ mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus-tải lộ 473 và 474;

- Hình 3.3: Sơ đồ mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus TBA 110/35/22 kV

- Bảng 3.1: Dữ liệu kết quả điện áp bus-tải

- Bảng 3.2: Dữ liệu kết quả phân bố công suất trên đường dây

- Bảng 3.3: Dữ liệu kết quả cân bằng công suất và tổn tính tổn thất

Hình 3 2 Mô phỏng kết quả phân bố công suất và điện áp bus-tải chế độ vận hành 1

Hình 3 3 Trích xuất sơ đồ mô phỏng hiển thị điện áp thanh cái TBA nguồn chế độ vận hành 1

Công suất được hiển thị qua hai thành phần chính là CSTD (MW) và CSPK (MVAr), hoặc có thể lựa chọn hiển thị theo các đơn vị khác như A, MVA, KVA, tùy theo nhu cầu sử dụng.

- Điện áp được hiển thị điện theo giá trị phầm trăm so với định mức (%), hoặc hiển thị theo cách khác kèm theo đơn vị là V hay kV

Bảng 3 1 Dữ liệu kết quả mô phỏng điện áp bus-tải chế độ vận hành 1

DỮ LIỆU KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐIỆN ÁP TRÊN BUS-TẢI VÀ CÔNG SUẤT TẢI NHẬN ĐƯỢC

Chế độ vận hành 1: Smax

Số tải có U% < 90 : 0,00 Số tải: 104 MinVoltage (%) 93,92

STT Tên bus-tải đơn vị

Bảng 3 2 Dữ liệu kết quả phân bố công suất trên đường dây chế độ vận hành 1

KẾT QUẢ DỮ LIỆU MÔ PHỎNG PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN CÁC NHÁNH ĐƯỜNG DÂY (LINE)

Chế độ vận hành 1: Smax

STT Tên gọi đơn vị

Bảng 3 3 Dữ liệu kết quả cân bằng công suất chế độ vận hành 1

DỮ LIỆU KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Chế độ vận hành 1: S max

STT Đại lượng – đơn vị đo Giá trị % tổn thất

Nhận xét chế độ vận hành 1:

1) Dữ liệu kết quả giải tích hiển thị trên sơ đồ mô phỏng và bảng 3.1 cho thấy:

- Số lượng bus-tải có điện áp dưới tiêu chuẩn ( 100%Uđm : 95

- Bus-Tải có điện áp lớn nhất là: 104,88%Uđm

- Bus-Tải có điện áp nhỏ nhất là: 99,56%Uđm

Nếu các lộ đường dây khác không yêu cầu tăng áp lên 105%, OLTC nên điều chỉnh giá trị điện áp xuống dưới 105% Việc mô phỏng bằng ETAP giúp xác định giá trị điện áp tối ưu cho thanh cái C41 và C42.

Mặt khác, trên bảng 3.5 cho thấy lượng công suất cân bằng:

Hệ số công suất trung bình Cosφ = 0,786 rất thấp, không đáp ứng yêu cầu của EVN (Cosφ ≥ 0,9) Các biện pháp nâng cao Cosφ bằng phương pháp tự nhiên thường không mang lại kết quả mong muốn Vì vậy, việc thiết lập các trạm bù CSPK trong lưới điện phân phối vẫn là giải pháp cần thiết cho hệ thống điện.

Giải pháp bù tụ điện tĩnh trong lộ 473 và 474 Mộc Châu

Điện lực Mộc Châu hiện đang triển khai giải pháp mới với 07 trạm bù phân tán, được đặt tại các vị trí cụ thể như hình 3.5 và công suất của từng trạm được thể hiện trong bảng 3.6.

Bảng 3 6 Tên gọi và thông số các trạm bù hiện có

STT Tên trạm bù Công suất (KVAr) Uđm

Hiệu quả của 07 trạm bù trên được đánh giá bằng phần mềm ETAP thông qua chế độ vận hành 3 sau đây

3.3.1 Chế độ vận hành 3a,b: Smax, đóng/mở kết nối tụ bù

Tương tự chế độ 1, các thông số trên sơ đồ mô phỏng lộ 473, 474 được cài đặt theo chế độ 3 như sau:

- Chế độ phụ tải: Smax = 100%Sđm

- 07 trạm bù được xét cho hai trạng thái mở/đóng kết nối

Kết quả giải tích, mô phỏng thu được dưới dạng sơ đồ mô phỏng và các bảng dữ liệu như sau:

- Hình 3.5: Phân bố công suất và điện áp bus-tải được hiện thị trên sơ đồ mô phỏng

- Bảng 3.7: Dữ liệu Tổng hợp dữ liệu kết quả mô phỏng chế độ vận hành 3a (chưa đóng kết nối tụ bù)

- Bảng 3.8: Dữ liệu Tổng hợp dữ liệu kết quả mô phỏng chế độ vận hành 3b (đóng kết nối tụ bù)

Hình 3 5 Sơ đồ mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus chế độ vận hành 3a

Bảng 3 7 Tổng hợp dữ liệu kết quả mô phỏng chế độ vận hành 3a

(chưa đóng kết nối tụ bù)

Chế độ vận hành 3b: Smax, 102%Uđm, bù tụ

Bảng 3 8 Tổng hợp dữ liệu kết quả mô phỏng chế độ vận hành 3b

(đã đóng kết nối tụ bù)

Chế độ vận hành 3a: Smax, 105%Uđm, bù tụ

3.3.2 Chế độ vận hành 3c: Smax, tăng công suất tụ bù

Tương tự chế độ 1, các thông số trên sơ đồ mô phỏng lộ 473, 474 được cài đặt theo chế độ 3 như sau:

- Chế độ phụ tải: Smax = 100%Sđm

- Tăng công suất bù của các trạm bù theo dữ liệu trên bảng 3.9

Kết quả giải tích, mô phỏng thu được như trên bảng 3.10

Bảng 3 9 Dữ liệu tăng công suất tụ bù

STT Tên trạm bù Công suất (KVAr) Uđm

Bảng 3 10 Tổng hợp dữ liệu kết quả mô phỏng chế độ vận hành 3c

(tăng công suất tụ bù)

Chế độ vận hành 3c: Smax, 102%Uđm, Tăng công suất bù tụ

Giải pháp bù phân tán bằng tụ điện tĩnh có một số ưu nhược điểm sau: Ưu điểm:

- Nâng cao được chất lượng điện áp, có thể bù phân tán theo vị trí bất kỳ nào có nhu cầu

- Thiết kế bù có phân cấp tại mỗi vị trí bù cho phép điều khiển thay đổi dung lượng bù lính hoạt theo đồ thị phụ tải

- Thiết bù là tụ điện tĩnh nên không đòi hỏi chế độ chăm sóc bảo dưỡng phức tạp

- Điều khiển dung lượng bù không trơn, phụ thuộc nhiều yếu tố thực tế

- Tụ điện có thể hỏng hoặc giảm thọ do tác động của quá áp hoặc sóng hài

- Thiết bị đóng cắt đường dây có tụ bù đòi hỏi điều kiện tính chọn đặc biệt

- Tụ điện gây khó khăn cho các bảo vệ recloser

Quan sát dữ liệu kết quả mô phỏng cho thấy điện áp bus-tai tại khu vực gần vị trí bù chỉ thay đổi không đáng kể Hai nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng này là:

- Lựa chọn vị trí bù chưa hợp lý

- Tính toán công suất bù chưa đáp ứng nhu cầu cần thiết

Giải pháp khắc phục cho trường hợp này là bổ sung thêm các trạm bù mới đồng thời nâng công suất bù các trạm bù hiện có.

Giải pháp đóng kết nối mạch vòng khi sự cố ngắt máy cắt đầu tuyến

Hiện nay, các liên kết mạch vòng giữa các lộ 473, 474 và 471 đang mở, cho phép các lộ hoạt động độc lập Khi xảy ra sự cố ở một lộ, thiết bị đóng cắt sẽ được điều chỉnh để đảm bảo duy trì cung cấp điện với chất lượng tốt nhất cho các phụ tải trong lưới 22 kV Mộc Châu.

Bảng 3 11 Cầu dao/máy cắt kết nối mạch vòng

STT Tên cầu dao/máy cắt Liên lạc giữa 2 lộ Trạng thái đóng/mở

Việc thiết lập vị trí cầu dao và máy cắt liên kết mạch vòng trong lưới 22 kV đã được thiết kế và lắp đặt trước, kèm theo các kịch bản thao tác cho từng sự cố cụ thể Quá trình này đã được mô phỏng và kiểm chứng bằng phần mềm ETAP, cho thấy hiệu quả trong việc xử lý sự cố.

Sự cố ngắt máy cắt xuất tuyến lộ 471, trong bối cảnh 69 với các lộ 473, 474 và 471, được coi là sự cố nghiêm trọng nhất Để đảm bảo cung cấp điện cho lộ 471, cần xem xét các phương án đề xuất phù hợp.

3.4.1 Phương án 4a: Để cấp điện cho lộ 471, một kịch bản đóng kết nối mạch vòng được đề xuất như trên bảng trạng thái 3.12

Bảng 3 12 Trạng thái kịch bản phương án 4a

Kết quả mô phỏng vận hành lưới theo kịch bản phương án a cho thấy các phụ tải được cấp điện với chất lượng điện áp đạt tiêu chuẩn Tuy nhiên, một số đoạn đường dây đầu tuyến của lộ 474 đã ghi nhận cảnh báo quá dòng cấp 1 (Marginal, màu hồng).

Hình 3 6 Trích xuất sơ đồ mô phỏng phương án a Để cải thiện trạng thái này, phân bố công suất được điều chỉnh lại bằng phương án b sau đây

3.4.2 Phương án 4b: Để cải thiện trạng thái a, một kịch bản đóng kết nối mạch vòng được đề xuất như thể hiện trên bảng trạng thái 3.13

Bảng 3 13 Trạng thái kịch bản phương án b

Kết quả mô phỏng cho thấy chất lượng điện áp cung cấp cho các phụ tải đạt tiêu chuẩn Phân bố công suất và dòng điện trên các đoạn đường dây đầu tuyến của lộ 474 đã được cải thiện, giảm dưới mức cảnh báo Tuy nhiên, đoạn cáp 4LC5A của xưởng sửa chữa với tiết diện 95mm2 không phù hợp và cần được nâng cấp.

Hình 3 7 Trích xuất sơ đồ mô phỏng phương án b

Lưới điện 22 kV Mộc Châu, đặc biệt là các lộ 471, 473 và 474, được thiết lập với các liên kết mạch vòng hợp lý để đối phó với mật độ phân bố công suất lớn và phụ tải đa dạng, bao gồm nhiều nhà hàng và khách sạn Tuy nhiên, trong giờ cao điểm, nhiều trạm biến áp (TBA) phân phối hoạt động quá tải, dẫn đến nguy cơ sự cố, đặc biệt là sự cố mở máy cắt đầu nguồn, có thể gây mất điện diện rộng Nghiên cứu phân tích sự cố trên lộ 471 và các giải pháp khắc phục đã được đưa ra, cung cấp cơ sở để áp dụng cho các tình huống sự cố tương tự trong tương lai.

Giải pháp nâng cao chất lượng điện áp bằng nguồn phát điện turbine gió WTG

Giải pháp khai thác năng lượng gió tại Mộc Châu nhằm tận dụng tiềm năng địa phương, nơi có độ cao từ 800m đến 1200m so với mực nước biển và nguồn gió dồi dào vào mùa hè Mặc dù tốc độ gió trung bình chỉ đạt từ 4m/s đến 10m/s, thời gian có tốc độ gió trên 10m/s trong năm không nhiều Do đó, luận văn chọn loại máy phát turbine gió (WTG) công suất nhỏ để phù hợp với đặc điểm gió tại khu vực này.

- Phù hợp tài nguyên gió trong khu vực

Lắp đặt đường dây 22 kV cần phù hợp với đặc điểm địa hình, đảm bảo không gây ảnh hưởng xấu đến các hoạt động kinh tế khác trong khu vực khai thác.

- Có giá trị thẩm mỹ thúc đẩy tiềm năng đối với khu du lịch Mộc Châu

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tham khảo các mô hình tương tự đã được áp dụng trên thế giới, cụ thể là hình 2.20a,b Các tuabin gió (WTG) có công suất nhỏ được tổ hợp thành các nhóm, tạo thành một trạm nguồn kết nối với lưới điện Mỗi trạm bao gồm từ 4 đến 10 máy phát, với công suất dao động từ 100 kW đến 300 kW Mô hình này được áp dụng cho lộ 473 và 474 tại Mộc Châu, sử dụng nguồn năng lượng phân tán từ WTG.

Để so sánh ưu nhược điểm của các trạm bù tụ điện, chúng ta giả định có 06 trạm WTG với công suất tương đương, được bố trí tại các vị trí của trạm bù tụ điện.

- Trong ETAP, mỗi trạm WTG được tổ hợp từ 4 máy phát WTG 300 kW, hình 3.8

Hình 3 8 Tổ hợp trạm phát điện WTG

Chú ý rằng đối với WTG, khả năng phát công suất tác dụng phụ thuộc vào tốc độ gió theo tỷ lệ bình phương, trong khi công suất phản kháng được xem như máy bù đồng bộ, không tiêu tốn năng lượng sơ cấp Điều này cho phép WTG chủ yếu bù công suất phản kháng khi tốc độ gió thấp và có khả năng hấp thu công suất phản kháng khi cần thiết Các tính năng này có thể được mô phỏng bằng ETAP thông qua một số chế độ vận hành.

- Chế độ vận hành 5a: các WTG có tốc độ gió đồng đều ở mức 90%, các WTG phát tối đa công suất: (300kW + 150KVAr)

- Chế độ vận hành 5b: Sự cố lộ 471 làm máy cắt đầu tuyên CB471 mở, các WTG phát tối đa công suất (300kW + 150KVAr)

- Chế độ vận hành 5c: Các WTG phát công suất khác nhau phụ thuộc tốc độ gió nhận được

3.5.1 Chế độ vận hành 5a: Các WTG phát tối đa công suất (300kW +

Khi tích hợp các nguồn phân tán như tụ điện và WTG vào lưới điện phân phối 150KVAr, sự phân bố công suất và điện áp tại các bus sẽ thay đổi Đối với lưới điện 22 KV Mộc Châu, điện áp nguồn trên thanh cái C41 và C42 của TBA 110/35/22kV không nhất thiết là giá trị cao nhất Do đó, các thông số MBA trung gian cần được điều chỉnh xuống dưới 105%Uđm.

- Điện áp trên thanh cái C41 và C42 được điều chỉnh (101÷102)%Uđm

- Các cầu dao/máy cắt của tụ bù ở trạng thái đóng (Closed)

- Các cầu dao/máy cắt của WTG ở trạng thái đóng (Closed)

Kết quả giải tích, mô phỏng thu được:

- Phân bố công suất và điện áp bus hiển thị trên sơ đồ mô phỏng: hình 3.9

- Thông số vận hành các WTG: bảng 3.14

- Dữ liệu phân bố công suất và điện áp bus: bảng 3.15

- Cân bằng công suất và tính tổn thất công suất: bảng 3.16

Hình 3 9 Mô phỏng phân bố công suất và điện bus - chế độ vận hành 5a

Bảng 3 14 thông số vận hành của các WTG - chế độ vận hành 5a

DỮ LIỆU VẬN HÀNH NGUỒN PHÂN TÁN WTG

Bảng 3 15 Dữ liệu kết quả phân bố công suất và điện áp bus - chế độ vận hành 5a

Chế độ vận hành 5a: Smax_C100%_ WTG100%

Số tải có U% < 90 : 0,00 Số bus-tải: 104 MinVoltage (%) 100,54

Bảng 3 16 Cân bằng công suất và tính tổn thất - chế độ vận hành 5a

DỮ LIỆU KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Chế độ vận hành 5a: Smax_C100%_WTG100%

3.5.2 Chế độ vận hành 5b: Khi sự cố ngắt kết nối lộ 471 (CB 371 mở)

Ngoài việc tối ưu hóa chế độ vận hành 5b, các WTG còn đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định lưới điện khi xảy ra sự cố Khi lộ 471 bị ngắt kết nối và máy cắt CB471 mở, nguồn phân tán từ các WTG tại nhiều vị trí trong lộ 473 và 474 đã giúp duy trì cung cấp điện cho toàn bộ phụ tải của lộ 471, đảm bảo chất lượng điện áp đạt tiêu chuẩn Hơn nữa, sự phân bố công suất và điện áp tại các bus trong lộ 473 và 474 không xảy ra bất hợp lý, điều này được xác nhận qua kết quả mô phỏng phân tích.

- Phân bố công suất và điện áp bus hiển thị trên sơ đồ mô phỏng: hình 3.10

- Thông số vận hành các WTG: bảng 3.17

- Cân bằng công suất và tính tổn thất công suất: bảng 3.19

Hình 3 10 Mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus – chế độ vận hành 5b

Hình 3 11 Phân bố công suất và điện áp bus - chế độ bận hành 5b

Bảng 3 17 Dữ liệu kết quả giải tích điện áp bus – chế độ vận hành 5b

Chế độ vận hành 5b: Smax_C100%_ WTG 100%_CB471 mở

Bảng 3 18 Cân bằng công suất và tính tổn thất công suất – chế độ vận hành 5b

DỮ LIỆU KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Chế độ vận hành 5b: Smax_C100%_WTG100%_CB471 mở

3.5.3 Chế độ vận hành 5c: Chế độ gió thay đổi khác nhau

Các WTG được lắp đặt trên lưới 22 kV hoạt động với tốc độ gió khác nhau, với nguyên tắc chung là CSTD phụ thuộc vào bình phương của tốc độ gió, trong khi CSPK không bị ảnh hưởng Ở những vị trí có tiềm năng gió thấp, WTG sẽ ưu tiên phát CSPK để nâng cao điện áp lưới, giảm tổn thất trong lưới phân phối và giảm áp lực trên đường dây 110 kV cùng TBA trung gian Do đó, các WTG có thể được cài đặt theo nhiều kịch bản khác nhau, như được minh họa trong một kịch bản vận hành thực tế và kết quả phân tích.

- Thông số cài đặt WTG: bảng 3.19

- Mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus hiển thị trên sơ đồ: hình 3.12

- Mô phỏng thông số vận hành WTG: hình 3.13

Bảng 3 19 Dữ liệu cài đặt WTG – chế độ vận hành 5c

Hình 3 12 Mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus – chế độ vận hành 5c

Hình 3 13 Mô phỏng thông số vận hành các WTG – chế độ vận hành 5c

Bảng 3 20 Dữ liệu kết quả phân bố công suất và điện áp bus - chế độ vận hành

Chế độ vận hành 5c: Smax_C100%_ WTG (50÷100)%

Nhận xét chế độ vận hành 3.5:

Nghiên cứu về chế độ vận hành 5abc và phân tích tác dụng của WTG trong lộ 473 và 474 Mộc Châu cho thấy sự cần thiết phát triển WTG cho lưới điện 22 kV Mộc Châu cũng như toàn bộ lưới phân phối trong huyện WTG không chỉ giúp bù đắp CSPK để ổn định điện áp lưới mà còn có khả năng phát CSTD, khai thác hiệu quả tiềm năng địa phương và giảm công suất truyền tải từ xa.

Thông qua một chế độ vận hành điển hình, chúng ta có thể xây dựng các phương thức vận hành phù hợp cho nhiều tình huống khác nhau, bao gồm điều kiện tốc độ gió, sự đa dạng trong cấu trúc lưới phân phối, lựa chọn vị trí kết nối, tính chọn công suất và tổ hợp trạm WTG.

WTG mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, trong đó nổi bật là nguồn năng lượng tái tạo sạch Các WTG thế hệ mới không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao giá trị thẩm mỹ cho cảnh quan, từ đó thu hút đầu tư du lịch và thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương.

Chương 3 đã nghiên cứu các chế độ vận hành điển hình, từ đó chỉ ra đặc điểm hiện trạng, những tồn tại và giải pháp khắc phục cho hệ thống điện phân phối thực tế, cụ thể là lưới điện 22 kV Mộc Châu với các lộ 473 và 474.

- Hệ thống các các trạm bù tụ điện chưa đáp ứng được nhu cầu thực tế

- Cần thiết phát triển nguồn điện phân tán, ví dụ như các trạm WTG

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Nội dung thực hiện trong đồ án tốt nghiệp đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của đề tài, cụ thể là:

Đã thu thập đầy đủ dữ liệu về lưới điện 22 kV tại huyện Mộc Châu, tỉnh Sơn La, bao gồm lộ 473 và 474, tạo cơ sở vững chắc cho các nghiên cứu theo yêu cầu của đề tài Dữ liệu này được thể hiện trên sơ đồ nguyên lý dạng một sợi, giúp tìm hiểu và mô tả phương thức vận hành thực tế của lưới điện.

Mô hình hóa lưới điện 22 kV huyện Mộc Châu cho lộ 473 và 474 đã được thực hiện thành công bằng phần mềm Etap Quá trình này bao gồm việc xử lý một khối lượng lớn các phần tử trong lưới điện thực tế, như được thể hiện trong bảng kết quả phân tích lưới bằng Etap.

Kết quả mô phỏng hoạt động của lưới điện đã chỉ ra trạng thái vận hành thông qua các thông số kỹ thuật chính, bao gồm phân bố công suất trên đường dây và điện áp tại các bus chính cùng bus-tải Những thông số này là cơ sở quan trọng để đánh giá độ sai lệch điện áp và tìm ra giải pháp khắc phục hợp lý.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Nâng Cao Hiệu Quả Vận Hành Lưới Điện 22 Kv Lộ 473, 474 Mộc Châu Có Xét Đến Nguồn Phát Điện Turbine Gió
Tác giả	Lại Văn Dũng
Trường học	Đại Học Thái Nguyên
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Thái Nguyên

Định dạng
Số trang	99
Dung lượng	2,26 MB