Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
==========
NGUYỄN THỊ DIỆU THÚY
ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN
PHÂN TÁN TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH
TẾ KỸ THUẬT CỦA LƯỚI TRUNG CÁP
LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Thái Nguyên - 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là
những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của
các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản. Tôi xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác.
3
LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của bản thân,
còn phải kể đến những sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, bạn bè và gia đình.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS - TS Trần Bách, người đã giúp đỡ tôi
rất nhiều trong quá trình tôi thực hiện luận văn của mình. Xin cảm ơn các thầy cô đã
có những góp ý qúy báu về nội dung của đề tài. Đồng thời tôi cũng xin gửi tới các
bạn bè, đồng nghiệp đã cùng tôi trao đổi và giúp tôi tháo gỡ nhiều vướng mắc trong
quá trình thực hiện.
Cuối cùng tôi xin gửi tới gia đình và người thân, những người luôn bên cạnh
tôi, là chỗ dựa tinh thần giúp tôi vượt qua những khó khăn trong thời gian qua.
1.2. Công nghệ phân phối điện trung áp
14
1.3. Sơ đồ lưới phân phối điện trung áp
16
1.4. Các chế độ làm việc và yêu cầu của lưới điện phân phối
21
Chƣơng 2: Tổng quan về nguồn điện phân tán
25
2.1. Định nghĩa và đặc điểm công nghệ
25
2.2. Một số dạng nguồn điện phân tán
27
Chƣơng 3: Ảnh hƣởng của nguồn điện phân tán tới các chỉ tiêu
kinh tế - kỹ thuật của lƣới trung áp
42
3.1. Khái quát chung
42
3.2. Tổn thất công suất trên lưới
43
3.3. Các vấn đề về điện áp
46
3.4. Vấn đề về dòng điện sự cố và bảo vệ rơle
53
3.5. Độ tin cậy cung cấp điện
60
3.6. Vấn đề kinh tế và môi trường
65
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu, chữ viết tắt
Nghĩa tiếng việt
CC
Cầu chì
CHP
Đồng phát nhiệt điện
DG
Nguồn điện phân tán
ĐSK
Điện sinh khối
FCL
Thiết bị hạn chế dòng sự cố
GA
Thuật toán di truyền
LPP
7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Danh mục
Trang
Bảng 1.1. Hệ số thống kê cho một số phụ tải thông dụng
24
Bảng 2.1. Dãy công suất tương ứng của các công nghệ nguồn phân tán
26
Bảng 4.1. Số liệu lưới thử nghiệm
79
Bảng 4.2. Độ cải thiện điện áp sau khi kết nối DG
86
Bảng 4.3. Mức giảm tổn thất công suất sau khi kết nối DG
89
Bảng 4.4. Hệ số đánh giá phương án (IMO)
92
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió DFIG
32
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió kết nối trực tiếp
33
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống năng lượng mặt trời
35
Hình 2.7. Mô hình nhà máy thủy điện nhỏ
37
Hình 2.8. Mô hình cung cấp điện sử dụng kh Biogass
39
Hình 2.9. Nhà máy điện địa nhiệt
40
Hình 3.1. DG làm giảm công suất trên đoạn lưới từ hệ thống tới
43
Hình 3.2. Phân bố hợp lý các DG trên lưới sẽ giảm được tổn thất so với
đặt tập trung
45
Hình 3.3. Điện áp nút tăng lên tại nút có đấu nối DG
48
Hình 3.4. Ảnh hưởng của DG tới sự phối hợp giữa các bảo vệ
55
Hình 3.5. Sự phối hợp giữa TĐL và CC trên lưới điện hình tia
57
Hình 3.6. DG làm việc song song với lưới
61
Hình 3.7. Chế độ vận hàn cô lập của DG làm tăng độ tin cậy CCĐ
61
Hình 3.8. Cách thức đặt TĐL có thể làm tăng độ tin cậy của lưới
62
Hình 4.1. Lưới điện phân phối
đấu vào nút 43, 52
83
Hình 4.7. TH5: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 30%P
L
đấu vào nút 43, 52, 25
84
Hình 4.8. TH6: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 50%P
L
đấu vào nút 43, 52
84
Hình 4.9. TH7: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 50%P
L
đấu vào nút 43, 52, 25
85
Hình 4.10. TH8: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 100%P
L
đấu vào nút 43, 52
85
Hình 4.11.TH9: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 100%P
L
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
MỞ ĐẦU
Trong hệ thống điện ngày nay trên khắp thế giới ngày càng có nhiều hơn các
nguồn năng lượng mới, các nguồn năng lượng tái tạo có công suất nhỏ kết nối vào
lưới. Đối với lưới điện Việt Nam, xu thế đó cũng đang ngày càng phát triển, đó là
sự phát triển tất yếu của lưới điện do nhu cầu điện năng ngày càng tăng cao của các
phụ tải điện.
Tuy nhiên, trong quá trình phát triển hệ thống điện Việt Nam, sự xuất hiện của
nguồn điện phân tán (DG) trong lưới điện phân phối cũng kéo theo một số vấn đề
nảy sinh khi bản thân các lưới phân phối chưa đáp ứng được sự gia tăng của nguồn
và tải. Sự kết nối DG vào lưới có thể làm thay đổi dòng công suất trên lưới, ảnh
hưởng tới tổn thất điện áp và tổn thất công suất trên lưới, ảnh hưởng tới dòng sự cố
và độ tin cậy cung cấp điện của lưới. Với sự tăng lên về mức độ thâm nhập của DG,
vấn đề về chất lượng điện áp có thể dễ dàng được khắc phục. Khi số lượng DG
được kết nối với lưới điện tăng lên, hướng công suất trên lưới có thể thay đổi phụ
thuộc vào mức phát và tiêu thụ ở từng thời điểm cụ thể. Điều này có thể làm giảm
tổn thất công suất trên lưới. Bên cạnh đó, sự kết nối DG còn kéo theo một số ảnh
hưởng khác về môi trường và vấn đề kinh tế (đầu tư cải tạo, xây dựng mới hoặc
nâng cấp lưới).
Chính vì những lý do đó, luận văn này sẽ đi vào trình bày những ảnh hưởng
của DG tới các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của lưới điện, trong đó tập trung vào mối
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ LƢỚI TRUNG ÁP
Lưới điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và
các thiết bị khác (như thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) được nối liền với
nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất truyền tải và phân phối điện năng [1].
1.1. Phân loại lƣới điện
Lưới điện được chia thành các loại theo tnh chất kỹ thuật, đối tượng phục vụ
hoặc phương pháp nghiên cứu:
1.1.1. Theo tính chất dòng điện
- Lưới điện xoay chiều
- Lưới điện một chiều.
Lưới điện hiện nay trên thế giới chủ yếu là xoay chiều, hệ thống điện một
chiều mới được áp dụng hạn chế trong một số nước.
1.1.2. Theo chức năng
Phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp.
Các khối cơ bản của LPP là:
- Trạm biến áp trung gian, biến đổi điện năng sơ cấp máy biến áp (MBA) ở các
cấp điện áp cao (110kV, 220kV) cấp cho các LPP địa phương và thường là nâng
cao khả năng điều chỉnh điện áp cho lưới cao áp pha sơ cấp MBA.
- Lưới phân phối trung áp thường được thiết kế dưới dạng đường dây trên
không hoặc cáp ngầm, có cấp điện áp 6, 10, 15, 22, 35kV, được thiết kế phù hợp với
địa hình từng khu vực và cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp.
- Trạm biến áp phân phối hạ áp, với mật độ dày đặc trên LPP, biến đổi điện
năng từ cấp điện áp trung áp xuống cấp điện áp 0,4kV cấp điện trực tiếp cho phụ tải.
1.1.3. Theo điện áp
- Lưới điện cao và siêu cao áp;
- Lưới điện trung áp;
- Lưới điện hạ áp.
1.1.4. Theo phạm vi hoạt động
- Lưới điện đô thị;
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14
- Lưới điện nông thôn;
- Lưới điện x nghiệp và dân dụng.
1.1.5. Theo công nghệ
- Lưới điện trên không;
- Lưới cáp
1.1.6. Theo sự phát triển
- Lưới điện phát triển hay lưới điện động: là lưới điện cung cấp điện cho phụ
tải luôn phát triển theo thời gian và không gian.
- Lưới điện bão hòa hay lưới điện tĩnh: cung cấp điện cho phụ tải cố định,
Trung tnh của pha trung áp được nối đất theo một trong các cách sau: Trung
tnh nối đất trực tiếp (Z=0), trung tnh cách đất (Z=), trung tnh nối đất qua điện
trở hoặc điện kháng (Z=R hoặc Z=R+jX), hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang
(Petersen) [1]
- Trung tnh nối đất trực tiếp (Z=0): Loại trừ hiện tượng hồ quang lặp lại bằng
cách cắt ngay đường dây vì lúc này chạm đất sẽ gây ra dòng ngắn mạch rất lớn. Bất
lợi của cách nối đất này là độ tin cậy cung cấp điện giảm do khi chạm đất một pha cũng
tương đương là ngắn mạch một pha, lưới sẽ bị cắt điện để đảm bảo an toàn cho thiết bị trên
lưới. Dòng điện ngắn mạch quá lớn gây nguy hại cho lưới điện và gây nhiễu thông tin.
- Trung tnh cách đất (Z=): Ưu điểm của trung tnh cách đất là khi bị chạm
đất một pha thì lưới vẫn có thể vận hành do đó lưới này có độ tin cậy cao. Tuy
nhiên, loại trung tnh này chỉ có thể áp dụng cho lưới điện có dòng chạm đất do điện
dung gây ra nhỏ hơn giá trị giới hạn. Vì cách điện của lưới điện phải chịu được điện
áp dây nên sẽ bị ảnh hưởng rất lớn khi xảy ra hiện tượng chạm đất một pha do điện
áp các pha còn lại có thể tăng cao gây quá áp và cộng hưởng. Đồng thời làm tăng
giá thành lưới điện (nhất là lưới cáp).
- Trung tnh nối đất qua điện trở hoặc điện kháng (Z=R hoặc Z=R+jX): điện
trở hoặc điện kháng nhằm giảm dòng ngắn mạch xuống mức cho phép. Biện pháp
này được dùng phổ biến cho lưới phân phối 22kV.
- Trung tnh nối đất qua cuộn dập hồ quang: điện kháng của cuộn dập hồ
quang (còn gọi là cuộn Petersen) tạo ra dòng điện điện cảm triệt tiêu dòng điện điện
dung khi chạm đất làm cho dòng điện tổng đi qua điểm chạm đất nhỏ đến mức
không gây ra hồ quang lặp lại. Do đó khi xảy ra chạm đất một pha lưới điện vẫn vận
hành được. Lợi ch của biện pháp này là: Dập nhanh hồ quang khi chạm đất một
pha, dòng chạm đất rất nhỏ có khi bị triệt tiêu, độ sụt áp nhỏ, không gây nhiễu
đường dây điện thoại…Bên cạnh những lợi ch trên thì phương pháp này vẫn có
những nhược điểm: khi chạm đất các pha lành phải chịu điện áp dây, sự cố cách
điện có thể gây ra hồ quang dao động gây quá áp trên cách điện các pha lành, cuộn
dập hồ quang phải điều chỉnh được để thch nghi với cấu trúc vận hành thay đổi của
MBA
phụ tải 1 pha
MBA
phụ tải 1 pha
Nhánh 1 pha
+ trung tính
Nhánh 2 pha
+ trung tính
Nối đất lặp lại
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17
vệ có hướng nên đắt tiền. Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn một chút do phải thao tác
khi sự cố nhưng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự động hay điều khiển từ xa.
d) Lưới phân phối kn vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập. Lưới điện này
phải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song song lưới điện ở các
điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn mạch.
e) Lưới điện kiểu đường trục, cấp điện cho một trạm cắt hay một trạm biến áp,
từ đó có các đường dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ tải. Trên các đường dây
cấp điện không có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy cao. Loại này hay dùng để cấp
điện cho các x nghiệp hay các nhóm phụ tải xa trạm nguồn và có yêu cầu công suất lớn.
f) Lưới điện có đường dây dự phòng chung: có nhiều đường dây phân phối
được dự phòng chung bởi một đường dây dự phòng. Lưới điện này có độ tin cậy
cao và rẻ hơn là kiểu một đường dây dự phòng cho một đường dây như ở trên. Loại
này được dùng tiện lợi cho lưới điện cáp ngầm.
Lưới điện trong thực tế là tổ hợp của 5 loại lưới điện trên. Áp dụng cụ thể cho
lưới điện trên không hay lưới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ thống điện có
kiểu sơ đồ riêng.
Nguồn
ĐD
TBPĐ ĐD
ĐD
TBPĐ ĐD
TBPĐ
Nguồn 1
ĐD
TBPĐ ĐD
ĐD
TBPĐ ĐD
TBPĐ
Nguồn 2
Nguồn
ĐD1
ĐD2
TBPĐ
TBPĐ
TBPĐ
Trạm trung
gian khác
TBPĐ
TBPĐ
TBPĐ
2
1
Trạm
trung
gian
a)
b)
c)
Hình 1.3: Các loại sơ đồ lưới điện trung áp
a) Lưới phân phối hình tia
b) Lưới phân phối hình tia phân đoạn
c) Lưới phân phối kín vận hành hở
d) Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập
e) Lưới điện kiểu đường trục
f) Lưới điện có đường dây dự phòng chung
g) Hệ thống phân phối điện
Hình 1.4: Các loại sơ đồ trung áp trên không
a) Lưới hình tia
b) Lưới hình tia phân đoạn
c) Lưới kín vận hành hở
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
xuyên trong quá trình vận hành khi đồ thị phụ tải thay đổi, sơ đồ vận hành tối ưu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
21
được máy tnh điện tử tnh toán ra từ các số liệu đo xa đặt trên các điểm kiểm tra
của hệ thống phân phối điện. Khi xảy ra sự cố, máy tnh điện tử cũng tnh cho ngay
phương án vận hành thay thế tốt nhất. Nhân viên vận hành thực hiện các sơ đồ tối
ưu bằng các thiết bị điều khiển từ xa.
Chú ý rằng nếu không có điều khiển và đo lường từ xa thì vẫn có thể vận hành
kinh tế nhưng theo mùa trong năm. Người ta tnh chọn sơ đồ vận hành tối ưu cho
khoảng thời gian trong đó phụ tải gần giống nhau (thường là trong từng mùa do
điều kiện kh hậu các ngày giống nhau) sau đó thao tác các thiết bị phân đoạn để
thực hiện.
1.4. Các chế độ làm việc và yêu cầu của lƣới điện phân phối
1.4.1. Định nghĩa chế độ làm việc
Tập hợp các quá trình điện xảy ra trong một thời điểm hoặc một khoảng thời
gian vận hành gọi là chế độ của hệ thống điện. Đặc trưng của chế độ là các thông số
chế độ U, I, P, Q, … Các thông số này luôn biến đổi theo thời gian, là hàm số của
thời gian. Tùy theo sự biến đổi của các thông số chế độ theo thời gian và dựa vào sự
biến thiên này để phân chia chế độ làm việc của lưới điện.
1.4.1.1. Chế độ xác lập
Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thông số biến đổi nhỏ quanh giá trị trung
bình nên có thể xem như là hằng số.
Chế độ làm việc cơ bản của lưới điện là chế độ làm việc xác lập bình thường,
trong đó lưới điện cung cấp điện cho phụ tải điện với cấu trúc đầy đủ và chất lượng
điện năng đạt yêu cầu.
Chế độ xác lập có thể là chế độ xác lập đối xứng hoặc không đối xứng. Đối với
LPP (3 pha 3 dây) thì chế độ làm việc chủ yếu là chế độ đối xứng vì phụ tải được
áp, nó còn phải đảm bảo độ không đối xứng và độ không sin.
- An toàn điện gồm có an toàn cho thiết bị phân phối điện, cho hệ thống điện,
cho người vận hành và người dùng điện.
- Độ tin cậy cung cấp điện cao, cần được xem xét chọn mức tin cậy hợp lý về
kinh tế, thể hiện trong việc lựa chọn phương án lưới điện.
- Tổn thất điện năng trên lưới là nhỏ nhất.
Bên cạnh đó, khả năng tải của lưới điện cũng cần được đảm bảo, đó là dòng
điện hoặc dòng công suất mà đường dây hoặc MBA tải được mà không vi phạm các
tiêu chuẩn kỹ thuật. Trên LPP, khả năng tải được tnh theo phát nóng và điều kiện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
23
điện áp, tổn thất điện áp trên đường dây phải nhỏ hơn giá trị cho phép, trong điều
kiện bình thường và sự cố, đảm bảo chất lượng điện áp ở phụ tải.
1.4. Phụ tải của lƣới điện phân phối
Phụ tải điện là công suất tác dụng (P) và phản kháng (Q) yêu cầu đối với lưới
điện ở điện áp và tần số danh định tại một điểm nào đó trên lưới điện (gọi là điểm
tải) và trong một khoảng thời gian nào đó.
Trong các giá trị của phụ tải thì quan trọng nhất là phụ tải cực đại (max) là
công suất yêu cầu lớn nhất đối với lưới điện trong một chu kỳ vận hành nhất định.
Giá trị phụ tải đó thường được lấy là giá trị trung bình lớn nhất trong vòng 30 phút
của đố thị phụ tải thực. Đây chnh là giá trị công suất gây nên tổn thất điện áp lớn
nhất trên lưới phân phối.
Lưới điện phân phối cung cấp điện tới một lượng lớn và đa dạng về các loại
phụ tải như: sinh hoạt, thương mại, công nghiệp, nông nghiệp và các thành phần
khác. Các phụ tải này có những tnh chất và đặc điểm riêng về điện tạo nên nhưng
đặc tnh khác nhau của các lộ đường dây cấp điện cho chúng. Và do đó các lộ
đường dây sẽ được phân loại theo từng loại phụ tải mà chúng cấp điện tới. Trong
(1.1)
Trong (1.1) a = 0,61,4 và b = 1,53,2, giá trị trung bình của a = 1 và b = 2 có
thể sử dụng trong những trường hợp chung, có nghĩa là công suất tác dụng tiêu thụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
24
tỉ lệ bậc nhất với điện áp trong khi công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải lại
thay đổi theo bình phương điện áp.
Một trong những đặc điểm của phụ tải là biến đổi theo tần số và điện áp tại
điểm nối vào lưới điện. Phụ tải cơ sơ có giá trị ở U
đm
và f
đm
. Khi điện áp và tần số
lệch khỏi định mức thì giá trị thực tế của phụ tải sẽ biến đổi theo quan hệ [1]:
qfqv
pfpv
)f.()U.(KqQ
)f.()U.(KpP
Động cơ KĐB đầy tải
0,1
0,6
2,8
1,8
Lò nung
1,9
2,1
-0,5
0
Nhà máy nhôm
1,8
2,2
-0,3
0,6
Khi có nhiều thiết bị điện dùng điện đối với một điểm tải, các hệ số pv, pf, qv
và qf có thể tnh theo phương pháp trung bình toán học như sau:
i
ii
P
Ppv
pv
(1.3)
Trong đó P
i
Copyright: Tài liệu đại học ©