Luận văn 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

Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến, nổi bật với khả năng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, hóa năng và quang năng 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 yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất và sử dụng điện năng tại 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 này có những đặc điểm quan trọng cần lưu ý.

Điện năng sản xuất phải luôn đảm bảo sự cân bằng giữa lượng điện năng được sản xuất, tiêu thụ, tích trữ và lượng điện năng bị tổn thất qua các thiết bị truyền tải và phân phối.

Các quá trình điện diễn ra với tốc độ rất nhanh, như sóng điện từ và sóng sét lan truyền trên dây dẫn với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng (300.000 km/s) Thời gian để ngắt 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 xã hội và kinh tế 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 điện lực, hệ thống điện thường được chia thành ba khối chính, như mô tả trong Hình 1.2.

Hình 1 2 C ấ u trúc kh ố i c ủ a m ộ t h ệ th ống điệ n

1.1.1 Kh ố i 1 - Các nhà máy điệ n

Các nhà máy điện được chia thành hai loại chính: thứ nhất là các nhà máy điện công suất lớn, bao gồm 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 Thứ hai là các nguồn điện phân tán có công suất nhỏ hơn 30 MW.

Hệ thống truyền tải 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 kết nối trực tiếp với phụ tải tiêu thụ điện Hệ thống này được chia thành hai khối con: truyền tải và phân phối.

Khối truyền tải siêu cao áp (EHV transmission) bao gồm hệ thống các trạm biến áp và đường dây điện có điện áp xoay chiều định mức từ 220 kV trở lên Nhiều quốc gia phát triển hiện nay cũng áp dụng công nghệ truyền tải siêu cao áp một chiều (HVDC) để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong hệ thống điện.

Khối truyền tải cao áp (HV transmission) bao gồm hệ thống các trạm biến áp và đường dây điện, với điện áp xoay chiều định mức nằm trong khoảng 22 kV đến 110 kV.

1.1.3 Kh ố i 3 - H ệ th ống điệ n phân ph ố i (Electric distribution system):

Trước đây, hệ thống phân phối điện tại 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, từ ngày 01/11/2018, EVN đã mở rộng hệ thống phân phối điện đến phía cao áp của trạm biến áp 220 kV, đánh dấu một bước tiến trong 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 biểu diễn dưới dạng 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, như thể hiện trong 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, có thể kết nối trực tiếp với hệ thống truyền tải 110 kV.

Hệ thống phân phối điện trung thế bao gồm các đường dây trung thế 22 kV và các 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 với điện áp 0,4 kV, cung cấp điện cho các phụ tải ở điểm cuối cùng của hệ thống điện.

1.2.3.2 Các d ạ ng ngu ồn điệ n công su ấ t nh ỏ trong h ệ th ố ng phân ph ối điệ n:

Hiện nay, lưới phân phối điện đã chuyển mình với sự xuất hiện của nhiều nguồn cung cấp phân tán bên cạnh lưới điện quốc gia Điều này đã dẫn đến sự thay đổi căn bản trong cấu trúc lưới, cho phép công suất được phân bố theo nhiều hướng khác nhau, không còn đơn thuần là một chiều như trước đây, mà còn có sự biến đổi liên tục về cả độ lớn và hướng công suất.

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

Để đánh giá chất lượng điện năng cung cấp cho hộ tiêu thụ, các cấp quản lý ngành điện áp dụng các chỉ tiêu cơ bản dựa trên tiêu chuẩn IEC và TCVN Bài viết này sẽ tập trung vào một số chỉ tiêu cơ bản liên quan đến chất lượng điện năng.

 M ộ t s ố quy đị nh hành chính :

 Là h ệ th ống đườ ng dây t ải điệ n, tr ạm điệ n và trang thi ế t b ị ph ụ tr ợ để truy ề n d ẫ n 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 được xác định là ngày có chế độ tiêu thụ điện đặc trưng của phụ tải điện, theo quy định của Bộ Công Thương về nội dung, phương pháp, trình tự và thủ tục nghiên cứu phụ tải điện Ngày điển hình bao gồm các ngày làm việc, ngày cuối tuần và 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 một nhóm nhà máy điện, trạm điện hoặc các thiết bị đóng cắt trên lưới điện.

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

- Các c ấp điện áp danh đị nh trong h ệ th ống điệ n phân ph ố i bao g ồ m: 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 phép dao động so với điện áp danh định Cụ thể, tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện, mức dao động cho phép là ± 5%, trong khi tại điểm đấu nối với nhà máy điện, điện áp có thể dao động từ +10% đến -5%.

Trong trường hợp xảy ra sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục ổn định, mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với khách hàng bị ảnh hưởng cho phép dao động trong khoảng +5% và -10% so với điện áp danh định.

Trong trường hợp xảy ra sự cố nghiêm trọng trong hệ thống điện truyền tải hoặc trong quá trình khôi phục sự cố, mức dao động điện áp được cho phép là trong khoảng ± 10% so với điện áp danh định.

Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có nhu cầu chất lượng điện áp cao hơn quy định tại Khoản 2 có thể thỏa thuận với Đơn vị phân phối điện hoặc Đơn vị phân phối và bán lẻ điện.

Trong chế độ làm việc bình thường, điện áp pha không được phép vượt quá 3% điện áp danh định đối với cấp điện áp 110 kV, và không quá 5% điện áp danh định đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp.

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp (THD) 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 thông qua giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp bậc i (Vi) và bậc cao nhất của sóng hài cần đánh giá (N) Đồng thời, giá trị hiệu dụng của điện áp tại bậc cơ bản (tần số 50 Hz) được ký hiệu là V1.

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

Cho phép đỉnh nhọn điện áp bất thường trên lưới điện phân phối vượt quá mức biến dạng sóng hài quy định trong thời gian ngắn, miễn là không gây hư hỏng cho thiết bị của lưới điện phân phối.

- 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

Theo tiêu chuẩn IEC868, trong 10 phút đo, giá trị Pst95% được xác định là ngưỡng mà trong 95% thời gian đo (tối thiểu một tuần) và 95% số vị trí đo, giá trị Pst không được vượt quá mức 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 ngưỡ ng giá tr ị c ủ a Plt sao cho trong kho ả ng 95 % th ời gian đo (ít nhấ t

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

Tại các điểm đấu nối trung và hạ áp, theo tiêu chuẩn IEC 1000-3-7, 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:

- L ộ 478 E17.1 là lo ại đườ ng dây trên không có t ổ ng chi ề u dài 27,602 km

- Lộ 474 E17.1 là loại đường dây trên không có tổng chiều dài 11,639 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 có sự cố, 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 B ả n Mòn( l ộ 474, DCL thườ ng m ở ) 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

L ộ 471 E17.1 l ấy điệ n t ừ C41 l ộ E17.1 M ộ c Châu, c ấp điện cho đế n dao cách ly 471-11/14 Chè MC ( lộ 471, DCL thường mở), dao cách ly 471-7/41/1 Công Đoàn(lộ

Trong trường hợp xảy ra sự cố, có thể lấy điện 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 Các dao cách ly 471-7/141 và 471-7/41/1 được sử dụng để đảm bảo an toàn trong việc cung cấp điện.

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

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

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

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 xảy ra sự cố, có thể lấy điện từ lộ khác.

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 C Ụ TOÁN H Ọ C VÀ PH Ầ N M Ề M Ứ NG D Ụ NG

Gi ớ i thi ệ u chung

Hệ thống điện hiện đại có nhiệm vụ chính là cung cấp điện chất lượng cao cho khách hàng, điều này đòi hỏi kỹ thuật phức tạp và các yêu cầu kỹ thuật phải được đảm bảo Trong bối cảnh cạnh tranh giữa các doanh nghiệp cung cấp điện sau khi bãi bỏ độc quyền, chi phí truyền tải cần được giữ ở mức thấp nhất Đối với hệ thống lớn, nhiều bài toán cần đến nghiên cứu phân bố công suất Mục tiêu của nghiên cứu giải tích lưới điện là xác định tình trạng hoạt động ổn định của mạng điện, thông qua việc phân tích các điều kiện như tải, công suất truyền tải và điện áp tại tất cả các nút trong mạng, 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 cũng như trong máy biến áp Nếu điện áp tại một số điểm trên lưới vượt quá giới hạn cho phép, cần thực hiện các biện pháp khắc phục để điều chỉnh điện áp về đúng quy định Tương tự, nếu dòng điện trong đường truyền vượt quá khả năng tải, hệ thống tự động hóa hoặc các thiết bị bảo vệ phải ngay lập tức 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 hoạt động và tổn thất trên mỗi đường dây cũng như máy biến áp, được mô tả qua hệ phương trình phi tuyến Các phương pháp giải cho loại bài toán này chủ yếu sử dụng các thuật toán tính lặp, trong đó phổ biến nhất là 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 hoạt động điện lực.

Công c ụ toán h ọ c và ph ầ n m ề m ứ ng d ụ ng

2.2.1 Các bi ế n s ố và phân lo ạ i 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 đó, có thể chọn bất kỳ hai đại lượng để phân tích, đặc biệt là biên độ điện áp.

Hai đại lượng còn lại trong hệ thống 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 hai biến trạng thái và coi hai biến còn lại như biến điều khiển Từ quan điểm này, trong một hệ thống điện bất kỹ, có thể phân biệt bốn loại bus đặc trưng.

Bus cân bằng (swing) trong lưới điện là nút quan trọng cho việc xác định giá trị điện áp U và góc pha điện áp δ, từ đó tính toán được hai đại lượng P và Q Khi phân tích một lưới điện cụ thể, cần chỉ định ít nhất một nút cân bằng, thường chỉ một, để đảm bảo có 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 hai đại lượng quan trọng là góc pha điện áp δ và công suất kháng Q.

Bus phụ tải, hay còn gọi là nút PQ, là điểm quan trọng trong hệ thống điện, nơi thể hiện công suất P và Q của các phụ tải Tại nút này, các đại lượng góc pha điện áp δ và điện áp U sẽ được xác định tương ứng, giúp tối ưu hóa hoạt động của lưới điện.

Bus PF Control là một loại bus ít được chú ý, trong đó P và PF% được lược đặt trước ở đơn vị kV Biên độ điện áp U và góc pha δ là các yếu tố điều khiển chính.

2.2.2 Gi ải tích lưới điệ n và thu ậ t toán áp d ụ ng

Mô hình toán học tổng quát cho hệ phương trình phi tuyến mô tả thông số mạng điện trong trạng thái ổn định đã được phát triển Trước đây, các phương pháp cổ điển để giải phân tích lưới gặp khó khăn với 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 Giải pháp phân tích dòng công suất dựa vào ma trận trở kháng nút đã được thử nghiệm và cho thấy hiệu quả 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 khắc phục 25 trở ngại chính trong tính toán, hai phương pháp nổi bật được phát triển là phương pháp Newton-Raphson và phương pháp Gauss-Seidel Cả hai đều sử dụng thuật toán tính lặp, mang lại kết quả chính xác cao và hội tụ nhanh chóng mà không giới hạn số bus trong lưới tính toán Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm riêng biệt.

Phương pháp Newton - Raphson đượ c s ủ d ụ ng ph ổ bi ế n nh ất để gi ải 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

Phương pháp Newton-Raphson là một kỹ thuật hiệu quả để tìm nghiệm gần đúng của phương trình Bắt đầu từ giá trị khởi tạo x(0), ta có thể viết phương trình dưới dạng f(x(0)) + (x - x(0))f'(x(0)) = 0 Từ đó, giá trị gần đúng thứ hai x(1) được tính bằng công thức x(1) = x(0) - f(x(0))/f'(x(0)) Tiếp tục áp dụng công thức lặp, ta có x(k+1) = x(k) - f(x(k))/f'(x(k)), cho phép tìm ra các giá trị gần đúng tiếp theo Công thức này có thể được mở rộng cho các hàm nhiều biến, tạo thành 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 ∆x1(0),

Để suy ra giá trị gần đúng ở lần lặp tiếp theo, ta có công thức: x₁(1) = x₁(0) + ∆x₁(0), , xₙ(1) = xₙ(0) + ∆xₙ(0) Tiếp tục thực hiện các phép tính tương tự cho các lần lặp tiếp theo cho đến khi đạt được điều kiện |xᵢ(k) − xᵢ(k−1)| ≤ ε, trong đó ε là độ chính xác yêu cầu, biểu thị sự hội tụ của thuật toán.

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 lần lặp tiếp theo sẽ là x₁ = g(x₀) Tổng quát, giá trị gần đúng ở lần lặp thứ (k+1) được xác định là 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 thiểu số lần lặp bằng cách sử dụng các kết quả gần đúng vừa tính được từ các phương trình trước để thay thế vào các phương trình tiếp theo.

Việc thay thế sớm các giá trị đã tìm được trong các 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 Gi ải tích lướ i b ằ ng ph ầ n m ề m 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 Cụ thể, có bốn phương pháp tính được áp dụng trong quá trình phân tích lưới.

- Phương pháp Adaptive Newton-Raphson;

- Phương pháp Gauss-Seidel cải tiến

Bốn phương pháp này có tính chất hội tụ khác nhau, phụ thuộc vào cấu hình hệ thống, máy phát, điều kiện phụ tải và giá trị điện áp ban đầu của 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

 Kh ả o sát ổn đị nh h ệ th ố ng

 Phối hợp các thiết bị bảo vệ

 T ối ưu trào lưu công suấ t

 Tính độ tin cậy hệ thống

 Bù t ối ưu công suấ t ph ả n kháng

 Thiết kế mạch điều khiển

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

 Giao diện chính của Etap: Ô c ử a chính:

Các ch ức năng tính toán:

Hình 2 2 Các chức năng tính toán

Hình 2 3 Các phần tử AC

M ộ t s ố ch ức 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

Hình 2 5 Các thiết bị đo lường, bảo vệ

2.3.2 Mô hình hoá l ộ 473, 474 lưới điệ n 22 kV huy ệ n M ộ c 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 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 việc phân tích và thiết kế hệ thống điện.

K ế t qu ả mô hình hóa mô ph ỏ ng lưới điệ n 22 kV l ộ 473 và 474 huy ệ n M ộ c 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 s ố các ph ầ n t ử trong sơ đồ mô ph ỏ ng

Trong một lưới điện, có bốn phần tử chính bao gồm nguồn điện, máy phát, các bus kết nối và máy biến áp Bên cạnh đó, lưới điện còn bao gồm phụ tải, đường dây và nguồn phân tán khác (DG), cùng với 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 s ố ngu ồn 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 b ằ ng H ệ th ố ng s ẽ t ự điề u ch ỉ nh công su ấ t phát

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

+ Mvar control: điề u ch ỉ nh công su ấ t ph ả n kháng Ngu ồ n s ẽ phát công su ấ t ph ả n kháng và công suất tác dụng theo số liệu cho trước

Kiểm soát hệ số công suất (cosφ) là quá trình điều chỉnh công suất phản kháng trong hệ thống điện Khi hệ thống phát công suất tác dụng theo các số liệu đã được xác định, nó sẽ tự động điều chỉnh công suất phản kháng để duy trì hiệu suất hoạt động tối ưu.

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 s ố tr ạ m bi ế n áp ngu ồ n:

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 mẫu cho 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 Phụ tải này có công suất đầy tải S FL = 250 kVA và hệ số công suất %PF = 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,

T ạ i m ụ c Rating ta khai báo: Công su ấ t, h ệ s ố cosφ

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

 Khai báo thông s ố đườ ng 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

T ạ i ô c ử a Parameter: Khai báo các thông s ố Conductor type ( Lo ạ i 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: kho ả ng cách trung bình hình h ọ c gi ữ a các dây d ẫ n V ớ i c ấp điệ n 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 s ố trang infor c ủa đườ ng dây

 Khai báo thông s ố cáp ng ầ m:

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 PH Ỏ NG GI ẢI TÍCH LƯỚI VÀ ĐỀ XU Ấ T GI Ả I PHÁP V Ậ N HÀNH HI Ệ U QU Ả L Ộ

Đặt vấn đề

Sau khi hoàn thiện 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 cũng như hiệu quả vận hành của lưới điện Đồng thời, các giải pháp 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,

- T ổ ng ph ụ t ả i c ủ a m ỗi đườ ng dây khác nhau

Điện áp trên thanh cái tại các trạm biến áp trung gian thường được điều chỉnh lên 105% Uđm, trong khi điện áp nguồn phía 110 kV cũng đạt mức 105% Uđm Hai mức điện áp nguồn được lựa chọn để nghiên cứu cụ thể là rất quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.

- 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 Ch ế độ v ậ n hành 1: ph ụ t ả i c ực đạ i Smax , OLTC chưa kích hoạ t

Dựa trên sơ đồ mô hình hóa mô phỏng lộ 473 và 474 bằng phần mềm ETAP, các thông số cụ thể đã được khai báo cho trường hợp này như trình bày 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 phân tích bằng phần mềm ETAP cho thấy sự phân bố công suất và điện áp tại các bus được trình bày rõ ràng trên sơ đồ mô phỏng, kèm theo bảng dữ liệu kết quả dạng Excel Ngoài ra, các kết quả này còn được xuất ra định dạng PDF và được đính kèm 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 dưới hai thành phần chính là CSTD (MW) và CSPK (MVAr) Ngoài ra, người dùng cũng có thể lựa chọn hiển thị công suất theo các đơn vị khác như A, MVA, KVA, và nhiều đơn vị khác.

- Điện áp đượ c hi ể n th ị điệ n theo giá tr ị ph ầm trăm so với đị nh m ứ c (%), ho ặ c hi ể n 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

Nh ậ n xét ch ế độ v ậ n hành 1:

1) D ữ li ệ u k ế t qu ả gi ả i tích hi ể n th ị trên sơ đồ mô ph ỏ ng và b ả ng 3.1 cho th ấ y:

- 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 với mức điều chỉnh 105%, OLTC nên giảm giá trị điện áp đặt xuống dưới 105% Việc mô phỏng bằng ETAP giúp xác định giá trị điện áp phù hợp 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 hiện tại là 0,786, cho thấy mức độ rất thấp Các biện pháp tự nhiên để nâng cao Cosφ thường không đạt được kết quả như mong đợi và không đáp ứng quy định của EVN (Cosφ ≥ 0,9) Do đó, việc thiết lập các trạm bù công suất phản kháng (CSPK) trong lưới điện phân phối vẫn được coi là giải pháp cần thiết để cải thiện tình hình.

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

Điện lực Mộc Châu hiện đang triển khai giải pháp với 07 trạm bù phân tán, có vị trí được thể hiện trong hình 3.5 và công suất được nêu rõ trong bảng 3.6.

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

STT Tên tr ạ m bù Công su ấ t (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 Ch ế độ v ậ n hành 3a,b: Smax, đóng/mở k ế t n ố i t ụ 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

K ế t qu ả gi ả i tích, mô ph ỏng thu được dướ i d ạng sơ đồ mô ph ỏ ng và các b ả ng d ữ 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 k ế t n ố i t ụ 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 Ch ế độ v ậ n hành 3c: Smax , tăng công suấ t t ụ 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 điể m:

- 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

- Thi ế t bù là t ụ điện tĩnh nên không đòi hỏ i ch ế độ chăm sóc bảo dưỡ ng ph ứ c t ạ p

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

- T ụ điệ n có th ể h ỏ ng ho ặ c gi ả m th ọ do tác độ ng c ủ a quá áp ho ặ c 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 vị trí bù gần như không thay đổi đáng kể Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng này là do hai yếu tố quan trọng.

- 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.

Gi ải pháp đóng kế t n ố i m ạ ch vòng khi s ự c ố ng ắ t máy c ắt đầ u tuy ế n

Hiện tại, các liên kết mạch vòng giữa các lộ 473, 474 và 471 đang mở, cho phép các lộ vận hành độ chập theo bảng 3.11 Khi có sự cố xảy ra trên một lộ, thiết bị sẽ được chuyển trạng thái để đảm bảo cung cấp điện với chất lượng cao nhất cho các phụ tải trong lưới 22 kV Mộc Châu.

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

STT Tên c ầ u dao/máy c ắ t Liên l ạ c gi ữ a 2 l ộ Tr ạng thái đóng/mở

Việc thiết lập các 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 tác động ngắt máy cắt xuất tuyến lộ 471 là một trong những sự cố nghiêm trọng nhất trong hệ thống điện Để khắc phục tình trạng này và cung cấp điện cho lộ 471, cần thực hiện 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 b ả ng tr ạ ng 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 cung cấp điện với chất lượng điện áp đạt tiêu chuẩn Tuy nhiên, một số đoạn đường dây đầu tuyến của lộ 474 đã xuất hiện 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 các phụ tải được cấp điện với chất lượng điện áp 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, đã được thiết lập với các liên kết mạch vòng hợp lý, phù hợp với mật độ phân bố công suất lớn và sự đa dạng của phụ tải, 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 nhiều nguy cơ sự cố, trong đó sự cố mở máy cắt đầu nguồn là nghiêm trọng nhất, có khả năng gây mất điện diện rộng Nghiên cứu và phân tích một dạng sự cố cụ thể trên lộ 471 cùng với các giải pháp khắc phục điển hình sẽ 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 tiềm năng năng lượng gió tại Mộc Châu nhằm tận dụng nguồn gió dồi dào trong mùa hè Với độ cao từ 800m đến 1200m so với mực nước biển, Mộc Châu có tốc độ gió trung bình từ 4m/s đến 10m/s, tuy nhiên, thời gian gió đạt trên 10m/s khá hạn chế Do đó, luận văn đã lựa chọn máy phát turbine gió (WTG) công suất nhỏ để phù hợp với đặc điểm khí hậu và tiềm năng gió của khu vực.

- Phù hợp tài nguyên gió trong khu vực

Việc lắp đặt đường dây 22 kV cần phù hợp với đặc điểm địa hình, đảm bảo không gây ảnh hưởng tiêu cực đến các hoạt động kinh tế khác trong cùng 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 để phát triển hệ thống năng lượng gió Cụ thể, các tuabin gió (WTG) công suất nhỏ được tổ hợp thành các nhóm, tạo thành các trạm nguồn kết nối lưới điện Mỗi trạm này 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, nhằm sử dụng nguồn năng lượng phân tán từ các tuabin gió.

Để so sánh ưu nhược điểm của các trạm bù tụ điện, giả định có 06 trạm WTG với công suất tương đương được lắp đặt tại các vị trí tương ứng với 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

Khả năng phát công suất tác dụng của WTG phụ thuộc vào tốc độ gió theo tỷ lệ bình phương, trong khi công suất phản kháng hoạt động như máy bù đồng bộ mà không cần năng lượng sơ cấp Điều này cho phép WTG chủ yếu bù công suất phản kháng khi tốc độ gió thấp, đồng thời 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 các chế độ vận hành khác nhau.

- Ch ế độ v ậ n hành 5a: các WTG có t ốc độ gió đồng đề u ở m ứ c 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 Ch ế độ v ậ n hành 5a: Các WTG phát t ối đa công suấ t (300kW +

Trong hệ thống điện phân phối, việc tích hợp các nguồn phân tán như tụ điện và WTG tại nhiều vị trí khác nhau sẽ làm thay đổi phân bố công suất và điện áp tại các bus Đối với lưới điện 22 KV Mộc Châu, điện áp nguồn trên thanh cái C41 và C42 của TBA 110/35/22kV chưa ổn định và có giá trị cao nhất Do đó, các thông số MBA trung gian cần được điều chỉnh nhỏ hơn 105%Uđm để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

- 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 Ch ế độ v ậ n hành 5b: Khi s ự c ố ng ắ t k ế t n ố i l ộ 471 (CB 371 m ở )

Trong chế độ vận hành 5b, các WTG không chỉ mang lại hiệu quả trong việc cung cấp điện mà còn góp phần quan trọng vào việc ổn định lưới điện khi xảy ra sự cố Khi sự cố làm ngắt kết nối lộ 471 và máy cắt đầu tuyến CB471 mở, nguồn phân tán từ các WTG ở nhiều vị trí khác nhau trong lộ 473 và 474 giúp duy trì việc cấp điện đầy đủ cho tất cả phụ tải của lộ 471 Chất lượng điện áp được đảm bảo trong phạm vi tiêu chuẩn, đồng thời phân bố công suất và điện áp các bus trong lộ 473 và 474 không phát sinh bất hợp lý Kết quả này được thể hiện rõ qua các phân tích mô phỏng.

- 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 Ch ế độ v ậ n hành 5c: Ch ế độ gió thay đổ i khác nhau

Các WTG trong lưới 22 kV hoạt động với tốc độ gió khác nhau Nguyên tắc chung là CSTD phụ thuộc vào bình phương tốc độ gió, trong khi CSPK không bị ảnh hưởng bởi tốc độ gió Tại những vị trí có tiềm năng gió thấp, WTG được cài đặt chế độ ưu tiên phát CSPK để nâng cao điện áp lưới, giảm tổn thất trong lưới phân phối và giảm áp lực lên đường dây 110 kV và TBA trung gian Do đó, các WTG có thể được cài đặt theo nhiều kịch bản vận hành khác nhau.

- 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)%

Nh ậ n xét ch ế độ v ậ n hành 3.5:

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

Bằng cách áp dụng một chế độ vận hành tiêu chuẩn, chúng ta có thể phát triển các phương thức vận hành linh hoạt 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 các trạm WTG.

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

Chương 3 đã phân tích các chế độ vận hành điển hình, từ đó làm rõ đặc điểm hiện trạng và những tồn tại của hệ thống điện phân phối, cụ thể là lưới điện 22 kV Mộc Châu với lộ 473 và 474 Bài viết cũng đề xuất các giải pháp khắc phục tương ứng nhằm cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống điện này.

- 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

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

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

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

Kết quả mô phỏng lưới điện đã chỉ ra trạng thái vận hành thông qua các thông số kỹ thuật quan trọng, bao gồm phân bố công suất trên đường dây và điện áp tại các bus chính cũng như bus-tải Những thông số này là cơ sở để đánh giá độ sai lệch điện áp và tìm ra các 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	Khoa Học Kỹ Thuật Điện
Thể loại	Luận Văn Thạc Sỹ
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Thái Nguyên

Định dạng
Số trang	99
Dung lượng	1,56 MB