Báo cáo khoa học:
Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguồn thủy điện vừa và
nhỏ đến chế độ vận hành của lưới điện phân phối các vùng
nông thôn
Tạp chí KHKT Nông nghiệp 2007: Tập V, Số 2: 71-79

Đại học Nông nghiệp I

Nghiên cứu ảnh hởng của các nguồn thủy điện vừa và nhỏ
đến chế độ vận hành của lới điện phân phối các vùng nông thôn
Research on the influence of mini and micro hydro-power plants on the distribution
network in rural areas
Trịnh Trọng Chởng
1

SUMMARY
In the future, energy sources such as: solar power, wind power, mini and micro
hydro-power plants will play a more and more important role in the liberalized
electricity market. It should have a significant influence on the power flow, voltage profile
and the power quality.
Rural areas of Vietnam have height potentiality of mini and micro hydro-power plants
with power 1 MW to 30 MW. However there are still few researches on the influence of
mini and micro hydro-power plants on the distribution network. This requires a suitable
tool to analyze the influence of such technologies on the distribution system. This paper
presents an algorithm and a method to determine the optimal open points of loops,

cấp điện cho các vùng cha có lới điện quốc
gia vơn tới. Trong công cuộc phát triển kinh
tế nông thôn và miền núi thì việc khai thác
hợp lý các nguồn TĐN phục vụ nhu cầu cho
phụ tải của khu vực đang trở thành nhu cầu
cấp bách, đem lại hiệu quả cao.
Hầu hết các TĐN nớc ta hiện nay đều
không có hồ chứa và hoạt động theo dạng thủy
điện dòng sông. Ngoài các nhà máy có công
suất lớn, còn lại đa số đều do các Điện lực
quản lý và vận hành, đợc đấu nối trực tiếp
vào lới phân phối. Trong công tác điều độ
ngày của các Điện lực, việc tính toán phân bố
công suất, chọn điểm mở mạch vòng, phơng
thức vận hành lới khi có sự tham gia của các
TĐN sẽ đóng một vai trò quan trọng trong
việc khai thác triệt để nguồn năng lợng tự
nhiên, cải thiện chất lợng điện năng, giảm
tổn thất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
Để phân tích những ảnh hởng của TĐN đến
Trịnh Trọng Chởng
chế độ vận hành của lới điện phân phối cần xác định các chế độ phụ tải khác nhau trong
ngày (cực đại, trung bình, cực tiểu) trong điều
kiện chọn điểm mở mạch vòng hợp lý.
2. PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU
Nội dung phơng pháp nghiên cứu là xác
định mức độ thâm nhập của TĐN vào hệ

T
P
100
P
(1)
Trong đó:
P
TDN
: công suất phát của thủy điện nhỏ,
MW
P
T
: công suất phụ tải, MW
Với giả thiết là tổng nhu cầu phụ tải
khổng đổi trong khoảng thời gian xét thì điều
này dẫn đến sự giảm công suất phát từ các nhà
máy điện trung tâm của hệ thống điện (HTĐ)
quốc gia (do có sự cân bằng công suất giữa
lợng phát và tiêu thụ tại mọi thời điểm). Nếu
hệ thống điện hiện thời không đủ mạnh thì
điều này có thể gây ra nhiều vấn đề liên quan
đến chế độ vận hành, độ tin cậy hoặc thậm chí
ở mức độ cao hơn là ổn định HTĐ; điều đó đòi
hỏi có một lợng công suất dự trữ đủ lớn
khoảng (10 - 15)% (Belmans, 2004).
làm phơng án tìm điểm mở tối u. Việc tìm
các điểm mở tối u ứng với việc xác định đợc
Trung tâm
nguồn
NLM
Phụ tải

Nghiên cứu ảnh hởng của các nguồn thủy điện vừa và nhỏ
cấu hình lới điện hợp lý có P
min
trong
phơng án có A
max
để giảm thiểu lợng tổn
thất điện năng trong lới ứng với chế độ có thể
gây thiệt hại kinh tế lớn nhất (Rubin and
Dragoslav,1997; Trơng Việt Anh, 2004). Đối
với các phơng án khác các điểm mở tối u có
thể khác với phơng án có A
max
, tuy nhiên
trong điều kiện vận hành thực tế thì khó có thể
thay đổi điểm mở liên tục trong mỗi ngày
đêm, nên các điểm mở thờng đặt gần nh cố
định cho đến khi xuất hiện những thay đổi lớn
trong cấu hình lới hay thông số phụ tải thì
mới tính lại. Các bớc tính toán chế độ xác lập
của lới điện phân phối đợc trình bày theo
Trần Bách (2005).
Bảng 1. Các phơng án xem xét

4

P
t.bình

A
5

P
Fmin
(mùa khô)
P
min

A
6

Ghi chú: P
Fmax
: công suất phát cực đại của thủy
điện nhỏ trong mùa lũ, MW.
P
Fmin
: công suất phát cực tiểu của thủy
điện nhỏ trong mùa khô, MW.
P
max
: phụ tải cực đại, MW
P
tb

U

tại điểm kết nối NLM đợc xác định bởi
(Bellman et al, 2004):
}
{
2
( ). ( ). /

= +
NLM Tj ij NLM Tj ij
U
P P R Q Q X U
U
(2)
Trong đó:
,
NLM NLM
P Q
: Công suất phát tác dụng và công suất phát phản kháng của TĐN.
,
Tj Tj
P Q
: Công suất tải tác dụng và công suất tải phản kháng.
U : Điện áp nút tại điểm kết nối TĐN.
:
ijijij
jXRZ
+
=

*
Re 2 ( )
i m n loop i
i D i D
P I U U R I
= +
Trong đó:
D: Tập các nút tải sẽ đợc đổi nhánh
I
i
: Dòng tải tại nút thứ i
E
m
, E
n
: Tổn thất điện áp do thành phần
điện trở gây ra tại nút m, n
R
loop:
Tổng các điện trở trên vòng kín khi
đóng các khoá điện.


Giải bài toán phân bố công suất

Mở 1 DCL trên một mạch vòng

có dòng điện đi qua là bé nhất
Giải bài toán phân bố công suất

cho lới điện mới
Vi phạm các điều
kiện vận hành
Kết quả
Đóng DCL vừa
mở, mở DCL
hoặc có dòng
điện bé nhất
tiếp theo
Lới điện hình tia

Có

Không

Có

Nghiên cứu ảnh hởng của các nguồn thủy điện vừa và nhỏ
của lộ 371. Trên đờng trục của lộ 371 có kết
nối với thủy điện Phú Mậu 2 (tại địa điểm xã
Liêm Phú - Văn Bàn, Lào Cai) đợc đa vào
sử dụng hoà lới điện 35 kV ngày

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21
22
23
24
25
26

Hình 4. Sơ đồ một sợi của lộ 371 Hình 5. Đồ thị phụ tải lộ 371

31
32
33
34
35
36
37
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
nút
1 1.6 2 2.5 3 3.5
4 4.5 5 5.5 6

31
32
33
34
35
36
37
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 25 26 27 28 29 30 31 32 33
nút
U , k V
1 1.6 2 2.5 3 3.5
4 4.5 5 5.5 6

Hình 6. Diễn biến điện áp nút trong nhánh có
TĐN khi phụ tải cực đại
Hình 7. Diễn biến điện áp nút trong nhánh không

Hình 8. Diễn biến điện áp nút trong nhánh
có TĐN khi phụ tải trung bình
Hình 9. Diễn biến điện áp nút trong nhánh
không có TĐN khi phụ tải trung bình
34
34.5
35
35.5
36
36.5
37
37.5
38
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 0 21 22 23 2 4
nút
1 1.5 2 2.5 3 3.5
4 4 .5 5 5.5 6
34.5
35
35.5
36
36.5
37
37.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 25 26 27 28 29 30 31 32 33
nút
U , k V
1 1.5 2 2.5 3 3.5
4 4.5 5 5.5 6
Hình 10. Diễn biến điện áp nút trong nhánh

tai max tai tb tai min

Hình 12. Tổn thất công suất tác dụng
khi tăng dần công suất phát của Phú Mậu
Nghiên cứu ảnh hởng của các nguồn thủy điện vừa và nhỏ
Bảng 2. Tổn thất điện năng trên lới trong các chế độ phụ tải khác nhau
Thời
gian
Thời
gian
Chế độ vận hành
P
f
,
MW

Q
f
,
MVAR

P
f (TĐ)
,
MW
Q
f
(TĐ)
,
MVAR

Phụ tải cực tiểu (min) 5,85

3,06 6 3,16 5,61 2,95 0,24

8 150 288
Mùa khô 728,9

Phụ tải cực đại (max) 14,3

8,11 1 0,53 14,0 7,37 0,3 5 215 322,5

Phụ tải trung bình (TB) 9,94

5,36 1 0,53 9,79 5,16 0,15

11 215 354,8

Phụ tải cực tiểu (min) 5,64

2,87 1 0,53 5,61 2,95 0,03

8 215 51,6

Dựa theo kết quả xác định trào lu công
suất và chế độ vận hành lộ 371 trong chế độ
xác lập ta thấy: trong chế độ phụ tải trung
bình và công suất phát của các nhà máy thủy
điện trong mùa khô là phơng án ứng với tổn
thất điện năng là lớn nhất. Do đó chọn chế độ
phụ tải trung bình và lúc các nhà máy thủy

U, kV
Điểm mở lựa chọn
18-19 0,89+j0,43 25,8 0,04
19-20 0,79+j0,38 25,4 0,01
20-21 0,46+j0,22 14,8 0,02
21-22
0,23+j0,15 7,9 0,001 KH-CKen
22-23 0,50+j0,28 16,9 0,02
23-24 0,33+j0,17 10,7 0,01
23-36 0,998+j0,534 33 0,1
17-25 1,16+j0,56 37,3 0,01
25-26 1,04+j0,50 33,4 0,04
26-27 0,98+j0,48 31,6 0,05
27-28 0,84+j0,40 27,1 0,01
28-29 0,71+j0,34 23 0,01
29-30 0,63+j0,30 20,4 0,01
30-31 0,47+j0,22 15 0,02
31-32 0,29+j0,14 9,3 0,02
32-33 0,278+j0,136 8,9 0,01
33-34 0,18+j0,091 5,9 0,01

Sơ đồ thuật toán tìm điểm mở hợp lý
trong hệ thống điện có xét đến các nguồn
thủy điện vừa và nhỏ đợc trình bày trên hình
3. Chọn chế độ phụ tải trung bình trong mùa
khô, tính toán xác định phân bố công suất
trong sơ đồ lới điện tìm đợc điểm mở hợp
lý trong lới là ChiengKen - KhanhHa. Với
phơng thức vận hành cũ, vi trí dao cắt đặt tại
vị trí XuongGo - LamNghiep, vị trí dao cắt


Qua kết quả xác định điểm mở cho thấy:
Khi thủy điện Phú Mậu phát hết công suất
trong chế độ phụ tải cực đại, phụ tải trung
bình sẽ có tác dụng làm giảm tổn thất công
suất trong lới. Khi công suất phát của Phú
Mậu chiếm 37 - 40% công suất phụ tải phụ tải
cực đại và 30 - 32% công sất phụ tải trung
bình sẽ cho mức tổn thất nhỏ nhất trong các
chế độ này.
Nghiên cứu ảnh hởng của các nguồn thủy điện vừa và nhỏ
Trong chế độ phụ tải cực tiểu, nếu Phú
Mậu phát hết công suất trong mùa lũ sẽ làm
gia tăng tổn thất công suất trong lới, điện áp
nút sẽ vợt quá giá trị định mức (quá áp).
Kết quả cũng cho thấy khi công suất phát
của TĐN tơng đối nhỏ so với phụ tải của
xuất tuyến mà nó nối vào và nằm xa phụ tải
thì hiệu quả cải thiện tổn thất công suất là
không đáng kể. Nó chỉ phát huy tác dụng khi
nằm gần phụ tải. Khi công suất phát của TĐN
lớn hơn công suất phụ tải của xuất tuyến mà
nó kết nối và càng nằm xa phụ tải sẽ làm tăng
tổn thất công suất tác dụng.
Trong chế độ phụ tải cực tiểu nếu TĐN
phát hết công suất vào mùa lũ thì sẽ có hiện
tợng phát ngợc công suất phản kháng vào
lới điện truyền tải qua các máy biến áp 110
kV (nhất là khi trong lới có lắp đặt các tụ bù
tĩnh). Sau khi tìm đợc điểm mở, xác định lại

Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, trang 65-82.
Trần Bách (2005). Lới điện và hệ thống
điện, tập I. Nxb Khoa học kỹ thuật,
trang 70-85.
Belmans. R., Vu Van.T, Van Dommelen D.M.,
Driesen J. (2004). Impact of large scale
distributed and unpredictable generation
on voltage and angle stability of
transmission system, CIGRE General
Meeting, pp. 1-8.
Nguyễn Đăng Diễn, Lê Công Doanh (2004).
Quy hoạch phát triển Điện lực tỉnh Lào
Cai giai đoạn 2005-2010 có xét đến
2015. Đề án cấp Bộ Công nghiệp, trang
20-28.
Nguyễn Huy Hoạch (2005). Quy hoạch thủy
điện vừa và nhỏ toàn quốc. Công ty t
vấn xây dựng Điện 1, trang 5-30.
Pai M. A. (1989). Energy function analysis for
power system stability, Kluwer
Academic Publishers, pp. 619 - 624.
Rubin Taleski, Dragoslav Rajieie (1997).
Distribution network reconfiguration
for energy loss reduction; IEEE
Transactions on Power Systems, Vol.12,
No.1, pp. 398 - 406.
T¹p chÝ KHKT N«ng nghiÖp 2007: TËp V, Sè 2: 104

§¹i häc N«ng nghiÖp I