Nghiên cứu nguồn điện gió và phân tích ảnh hưởng của nguồn điện gió đến lưới phân phối điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.27 MB, 114 trang )
LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS. Trần
Bách, người đã tận tính hướng dẫn, động viên tôi trong suốt quá trình làm
luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện,
Viện Điện, trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp
đỡ tôi hoàn thành tốt khóa học cao học.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè những người luôn kề vai sát
cánh với tôi, động viên tôi trong suốt khóa học và trong quá trình làm luận
văn.
HV Nguyễn Thục Uyên
1
13BKTĐHTĐ
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.
Tác giả
Nguyễn Thục Uyên
HV Nguyễn Thục Uyên
2
13BKTĐHTĐ
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ································································································ 1
LỜI CAM ĐOAN ·························································································· 2
MỤC LỤC ····································································································· 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ··········································· 6
DANH MỤC CÁC BẢNG ············································································· 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ························································· 8
MỞ ĐẦU ····································································································· 10
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP ················ 11
1.1. Tổng quát về lưới điện [1] ································································· 11
1.1.1. Định nghĩa ·················································································· 11
1.1.2. Phân loại lưới điện ······································································ 11
1.2. Giới thiệu về lưới điện phân phối trung áp········································· 12
1.2.1. Tổng quan ··················································································· 12
1.2.2. Lưới phân phối trung áp 3 pha 3 dây··········································· 13
1.2.3. Lưới phân phối trung áp 3 pha 4 dây··········································· 14
1.2.4. Các loại sơ đồ sử dụng trong lưới phân phối trung áp ················· 15
1.2.5. Các chế độ làm việc của lưới điện phân phối trung áp ················ 19
1.2.6. Các yêu cầu đối với lưới phân phối trung áp ······························· 20
1.2.7. Phụ tải của lưới phân phối trung áp············································· 21
CHƯƠNG 2: NGUỒN ĐIỆN GIÓ ······························································· 22
2.1. Định nghĩa-phân loại nguồn điện phân tán-DG·································· 22
2.1.1.Nguồn điện phân tán ···································································· 22
2.1.2. Phân loại và đặc điểm ································································· 23
HV Nguyễn Thục Uyên
3
13BKTĐHTĐ
2.1.3. Các lợi ích của DG······································································ 25
2.2. Nhà máy điện gió ·············································································· 25
2.2.1. Tổng quát···················································································· 25
2.2.2. Phân loại máy phát điện gió ························································ 28
2.2.3.Nguyên lý hoạt động của máy phát cảm ứng nguồn kép-DFIG ···· 32
2.2.4. Tình hình phát triển điện gió tại Việt Nam ·································· 34
CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN GIÓ TỚI CÁC CHỈ TIÊU
KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA LƯỚI TRUNG ÁP [17] ······························· 38
3.1. Tổng quan·························································································· 38
3.2. Ảnh hưởng của NĐG đến tổn thất công suất và tổn thất điện năng ···· 38
3.3. Ảnh hưởng của NĐG tới điện áp ······················································· 42
3.3.1. Ảnh hưởng của NĐG đến sự biên độ điện áp ······························ 44
3.3.2. Ảnh hưởng của NĐG đến sự suy giảm nhanh điện áp ················· 45
3.3.3. Ảnh hưởng của NĐG đến sự dao động điện áp ··························· 46
3.3.4. Ảnh hưởng của NDG đến độ không sin sóng điện áp ·················· 46
3.4. Ảnh hưởng của NĐG đến dòng điện sự cố và các thiết bị bảo vệ ······· 49
3.4.1. Ảnh hưởng của NĐG đến việc dòng điện tăng cao trong các
trường hợp sự cố··················································································· 49
3.4.2. Ảnh hưởng của NĐG đến sự phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ ··· 50
3.4.3. Ảnh hưởng của NĐG đến việc máy cắt cắt không mong muốn ··· 52
3.4.4. Ảnh hưởng của NĐG đến sự làm việc của tự động đóng lại ········ 52
3.4.5. Ảnh hưởng của NĐG đến sự thay đổi vùng tác động của rơle bảo
vệ·········································································································· 54
3.4.6. Các biện pháp hạn chế ảnh hưởng của NĐG trong chế độ sự cố
lưới điện ······························································································· 55
3.5. Ảnh hưởng của NĐG đến độ tin cậy cung cấp điện ··························· 56
HV Nguyễn Thục Uyên
4
13BKTĐHTĐ
3.5.1. Tổng quan ··················································································· 56
3.5.2. Tính toán độ tin cậy cung cấp điện·············································· 58
3.6. Ảnh hưởng của NĐG đến các vấn đề về kinh tế và môi trường ········· 61
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ÁP DỤNG, PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA
NĐG ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN
LƯỚI ĐIỆN ································································································· 62
4.1. Phương pháp Newton-Raphson (N-R) ··············································· 62
4.1.1 Hệ phương trình cân bằng công suất nút ······································ 62
4.1.2.Ma trận tổng dẫn: ········································································· 63
4.1.3. Thuật toán giải Newton-Raphson ················································ 64
4.1.4. Áp dụng tính toán lưới phân phối················································ 67
4.1.5.Chương trình tính toán MATPOWER·········································· 67
4.2. Tính hiệu quả của NDG trong việc cải thiện chất lượng điện áp và
giảm tổn thất diện năng trên đường dây ···················································· 68
4.2.1. Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả cải thiện điện áp ································ 68
4.2.2. Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả giảm tổn thất công suất ····················· 69
4. 3. Tính toán áp dụng cho lưới điện thực tế ············································ 69
4.3.1.Lưới điện nghiên cứu ··································································· 69
4.3.2.Tính toán điện áp các nút và tổn thất công suất khi chưa có NDG 78
4.3.3.Tính toán khi có NDG ································································· 86
4.4. Kết luận chương 4 ············································································· 92
KẾT LUẬN CHUNG ··················································································· 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ············································································ 95
PHỤ LỤC ···································································································· 97
HV Nguyễn Thục Uyên
5
13BKTĐHTĐ
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu, chữ viết tắt
Nghĩa tiếng việt
DG
Nguồn điện phân tán
NĐG
Nguồn điện gió
FCL
Thiết bị hạn chế dòng sự cố
LPP
Lưới điện phân phối
MBA
Máy biến áp
MPĐ
Máy phát điện
MPĐB
Máy phát điện đồng bộ
MPKĐB
Máy phát điện không đồng bộ
TBA
Trạm biến áp
TĐL
Tự đóng lặp lại
TĐN
Thuỷ điện nhỏ
WF
Trang trạigió
WT
Tuabin gió
HV Nguyễn Thục Uyên
6
13BKTĐHTĐ
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1. các loại DG thông dụng..................................................................... 23
Bảng 2. 2. Thông số máy phát DFIG .................................................................. 33
Bảng 4. 1. Số liệu nút .......................................................................................... 72
Bảng 4. 2. Số liệu đường dây điện ...................................................................... 75
Bảng 4. 3. Số liệu dây dẫn................................................................................... 78
Bảng 4. 4. Kết quả tính DG ................................................................................. 87
Bảng 4. 5. Thông số độ giảm tổn thất công suất................................................. 92
HV Nguyễn Thục Uyên
7
13BKTĐHTĐ
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1. Sơ đồ lưới phân phối trung áp 3 pha 3 dây ....................................... 13
Hình 1. 2. Sơ đồ lưới phân phối trung áp 3 pha 4 dây ....................................... 15
Hình 1. 3. Sơ đồ lưới phân phối trung áp hình tia .............................................. 15
Hình 1. 4. Sơ đồ lưới phân phối trung áp hình tia phân đoạn ............................ 15
Hình 1. 5. Sơ đồ lưới phân phối trung áp dạng dín vận hành hở do một nguồn
cung cấp .............................................................................................................. 16
Hình 1. 6. Sơ đồ lưới phân phối trung áp dạng kín vận hành hở cấp điện từ 2
nguồn độc lập ...................................................................................................... 16
Hình 1. 7. Sơ đồ lưới phân phối trung áp kiểu đường trục ................................ 17
Hình 1. 8. Sơ đồ lưới phân phối trung áp sử dụng đường dây dự phòng chung 18
Hình 1. 9. Sơ đồ lưới phân phối lưới trung áp có dạng hệ thống phân phối điện
............................................................................................................................. 18
Hình 2. 1. HTĐ có nguồn điện phân tán ............................................................. 22
Hình 2. 2. Sơ đồ tổng quát trong kết nối DG vào lưới điện trung áp ................. 24
Hình 2. 3a. Hình ảnh tổng quát về cấu tạo tổ hợp tuabin - máy phát điện gió .. 26
Hình 2. 4. Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió tốc độ không đổi ....................... 29
Hình 2. 5. Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió DFIG ........................................ 30
Hình 2. 6. Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió kết nối trực tiếp ........................ 31
Hình 2. 7. Sơ đồ điều khiển nguồn điện gió ........................................................ 32
Hình 2. 8. đường cong công suất gió .................................................................. 33
Hình 2. 9.Sơ đồ hệ thống điều khiển turbine gió ................................................ 34
Hình 2. 10. Các trụ điện gió tại nhà máy Tuy Phong – Bình Thuận .................. 35
Hình 2. 11. Nhà máy điện gió Bạc Liêu .............................................................. 36
Hình 3. 1. NĐG làm giảm công suất trên đoạn lưới từ hệ thống tới .................. 39
Hình 3. 2. Phân bố hợp lý các NĐG trên lưới .................................................... 41
Hình 3. 3. Điện áp nút tăng lên tại nút có đấu nối DG ....................................... 44
Hình 3. 4. Ảnh hưởng của NĐG tới sự phối hợp giữa các bảo vệ ...................... 50
Hình 3. 5. Sự phối hợp giữa TĐL và CC trên lưới điện hình tia ........................ 52
HV Nguyễn Thục Uyên
8
13BKTĐHTĐ
Hình 3. 6. NĐG làm việc song song với lưới ...................................................... 57
Hình 3. 7. Chế độ vận hành cô lập của NĐG làm tăng độ tin cậy CCĐ ............ 57
Hình 3. 8.Cách thức đặt TĐL có thể làm tăng độ tin cậy của lưới điện bằng
cách giảm số lượng khách hàng bị mất điện khi có sự cố trên lưới ................... 58
Hình 4. 1. Sơ đồ thuật toán phương pháp N-R ................................................... 65
Hình 4. 2 .............................................................................................................. 71
HV Nguyễn Thục Uyên
9
13BKTĐHTĐ
MỞ ĐẦU
1- Lý do chọn đề tài:
- Hiện nay năng lượng gió đang được sử sụng rộng rãi trên toàn thế giới và ở
Việt nam cũng bắt đầu vận hành các nhà máy điện gió đầu tiên, các nhà máy
điện gió khác đang được xây dựng. tương lai của nhà máy điện gió rất sáng lạn
vì nó là nguồn năng lượng tái sinh sạch.
- Do đó tôi chọn đề tài nghiên cứu là:
Nghiên cứu nguồn điện gió và phân tích ảnh hưởng của nguồn điện gió
đến lưới phân phối điện.
2- Nội dung nghiên cứu:
- Trình bày cấu trúc và vận hành nguồn điện gió
- Phân tích ảnh hưởng của NĐG tới các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của lưới
điện trung áp.
- Đi sâu tính toán và phân tích ảnh hưởng của NĐG trong việc cải thiện chất
luợng điện áp và giảm tổn thất công suất, tổn thất điện năng trên lưới.
- Sử dụng phần mềm Matpower trong tính toán.
HV Nguyễn Thục Uyên
10
13BKTĐHTĐ
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP
1.1. Tổng quát về lưới điện [1]
1.1.1. Định nghĩa
- 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.
1.1.2. Phân loại lưới điện
Có nhiều cách phân loại lưới điện, sau đây là một số cách phân loại thường
gặp:
1.1.2.1. Phân loại theo dòng điện
Theo dòng điện, lưới điện bao gồm 2 loại:
+ Lưới điện xoay chiều là lưới điện mà nguồn điện được sử dụng trong các
khâu chính như phát điện, truyền tải, phân phối, tiêu thụ là nguồn xoay chiều.
+ Lưới điện một chiều là lưới điện mà nguồn điện được sử dụng trong hầu
hết các khâu là điện một chiều.
1.1.2.2. Phân loại theo chức năng
Theo chức năng, lưới điện được phân loại thành: Lưới hệ thống, lưới truyền
tải và lưới phân phối.
+ Lưới hệ thống là lưới điện, làm nhiệm vụ nối liền các nhà máy điện và các
trạm trung gian khu vực.
+ Lưới truyền tải là lưới điện, làm nhiệm vụ truyền tải điện từ các nhà máy
điện hoặc các trạm khu vực đến các trạm trung gian địa phương.
+ Lưới phân phối là lưới điện, có nhiệm vụ đưa điện năng từ các nguồn điện
hay các trạm trung gian đến các trạm phân phối phụ tải.
1.1.2.3. Phân loại theo điện áp
Theo mức điện áp, lưới điện được chia thành:
HV Nguyễn Thục Uyên
11
13BKTĐHTĐ
+ Lưới điện cao và siêu cao áp;
+ Lưới điện trung áp;
+ Lưới điện hạ áp.
1.1.2.4. Phân loại theo khu vực
Theo khu vực, lưới điện được chia thành:
+ Lưới điện đô thị;
+ Lưới điện nông thôn;
+ Lưới điện xí nghiệp và dân dụng.
1.1.2.5. Phân loại theo phương án đi dây
Theo phương án đi dây, lưới điện được chia thành:
+ Lưới sử dụng đường dây trên không;
+ Lưới sử dụng cáp.
1.2. Giới thiệu về lưới điện phân phối trung áp
1.2.1. Tổng quan
Lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp là hai thành phần tạo nên
lưới phân phối. Trong đó: Lưới phân phối trung áp là lưới phân phối có điện áp
6, 10, 15, 22, 35 kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp/ hạ áp và
các phụ tải trung áp; Lưới phân phối hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp
380/220 V.
Mang đặc điểm của Lưới phân phối, Lưới phân phối trung áp cũng có cấu
trúc kín nhưng vận hành hở. Khi có sự cố, phần lưới phân phối sau máy cắt gần
điểm sự cố nhất về phía nguồn bị cắt điện để tách sự cố ra khỏi hệ thống, phần
lưới không có điểm bị sự cố vẫn được đóng điện để tiếp tục vận hành. Chỉ có
đoạn lưới sự cố bị mất điện cho đến khi sửa chữa xong. Do đặc điểm của lưới
phân phối là trải rộng trên khắp các khu vực, vùng miền nên phụ tải của lưới
phân phối có độ đồng thời thấp.
Các thành phần cơ bản của LPP trung áp là:
HV Nguyễn Thục Uyên
12
13BKTĐHTĐ
+ Trạm biến áp trung gian, biến đổi điện năng sơ cấp máy biến áp (MBA) ở
các cấp điện áp cao (110 kV, 220 kV) cấp cho các LPP địa phương.
+ Lưới phân phối trung áp cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp.
Có hai loại lưới phân phối điện trung áp là lưới phân phối trung áp 3 pha 3
dây và lưới phân phối trung áp 3 pha 4 dây.
1.2.2. Lưới phân phối trung áp 3 pha 3 dây
1.2.2.1. Tổng quan
Lưới phân phối trung áp 3 pha 3 dây là lưới phân phối trung áp chỉ sử dụng
3 dây pha để truyền tải điện xoay chiều 3 pha, các máy biến áp phân phối được
cấp điện bằng điện áp dây.
Sơ đồ lưới phân phối 3 pha 3 dây:
Đường dây 3 pha 3
MBA nguồn
có trung tính
không
nối
đất
Đường dây 3 pha 3
MBA nguồn
có trung tính
nối đất
Hình 1. 1. Sơ đồ lưới phân phối trung áp 3 pha 3 dây
1.2.2.2 Đặc điểm
Đối với lưới điện này, khi không nối đất phía trung áp nếu xảy ra sự cố một
pha chạm đất thì dòng điện sự cố sẽ là dòng chạm đất. Dòng điện này có độ lớn,
nhỏ tùy thuộc vào dòng điện dung của các pha so với đất. Nếu dòng điện dung
của các pha là đủ nhỏ và rất nhỏ thì không đủ xảy ra hiện tượng phát sinh hồ
HV Nguyễn Thục Uyên
13
13BKTĐHTĐ
quang, nếu dòng điện chạm đất do điện dung của các pha đối với đất lớn sẽ xảy
ra phát sinh hồ quang, việc tính toán thiết bị bảo vệ trong trường hợp này là
không kinh tế, do đó sẽ dẫn đến hiện tượng phát sinh hồ quang lặp lại, hoặc chập
chờn lúc có lúc không tùy thuộc vào vị trí chạm đất, hiện tượng này sẽ làm hỏng
cách điện của đường dây hoặc máy biến áp. Để khắc phục người ta phải nối đất
trung tính của các cuộn dây phía trung áp, khi đó nếu 1 pha chạm đất thì dòng sự
cố sẽ là dòng điện ngắn mạch, dòng điện này là rất lớn nên các thiết bị bảo vệ sẽ
phát hiện kịp thời và ngắt sự cố ra khỏi hệ thống trong thời gian sớm nhất.
Trung tính của phía trung áp được sẽ có các trường hợp sau:
+ Trung tính không nối đất;
+ Trung tính nối đất: nối đất trực tiếp, nối đất qua điện trở hoặc điện kháng,
nối đất qua cuộn dập hồ quang Petersen.
Dựa trên tính toán lý thuyết và thực tế:
+ Lưới phân phối trung áp có trung tính không phải nối đất: Lưới phân trung
áp 6-10kV sự dụng đường dây trên không;
+ Lưới phân phối trung áp có trung tính có thể được nối đất hoặc không nối
đất: Lưới phân phối 6 – 10 kV sự dụng cáp;
+ Lưới phân phối trung áp có trung tính luôn luôn được nối đất: Lưới điện có
điện áp 22 kV trở lên.
1.2.3. Lưới phân phối trung áp 3 pha 4 dây
1.2.3.1. Tổng quan
Lưới phân phối trung áp 3 pha 4 dây là lưới phân phối trung áp sử dụng 3
dây pha và 1 dây trung tính để truyền tải điện xoay chiều 3 pha, trung tính của
các cuộn dây trung áp được nối đất trực tiếp.
Sơ đồ lưới phân phối trung áp 3 pha 4 dây:
HV Nguyễn Thục Uyên
14
13BKTĐHTĐ
MBA nguồn
Đường dây 3 pha 4
Hình 1. 2. Sơ đồ lưới phân phối trung áp 3 pha 4 dây
1.2.3.2. Đặc điểm
Lưới điện phân phối trung áp sử dụng sơ đồ 3 pha 4 dây có đặc điểm: Dây
trung tính sẽ được nối đất lặp lại ở các vị trí cách nhau một khoảng cách nhất
định; Không có dòng chạm đất khi có sự cố chạm đất của các dây pha; Chi phí
đầu tư, xây dựng tốn kém hơn so với sơ đồ sử dụng đường dây 3 pha 3 dây;
Điện áp cung cấp cho phụ tải có thể dùng điện áp dây hoặc điện áp pha.
1.2.4. Các loại sơ đồ sử dụng trong lưới phân phối trung áp
1.2.4.1. Sơ đồ hình tia
Sơ đồ:
Nguồn
Hình 1. 3. Sơ đồ lưới phân phối trung áp hình tia
Đặc điểm: Sơ đồ lưới phân phối trung áp sử dụng sơ đồ hình tia có ưu điểm
là đơn giản, chi phí đầu tư thấp nhưng độ tin cậy không cao do bất kỳ sự cố tại
nhánh nào cũng ảnh hưởng tới các nhánh còn lại. Trường hợp có sự cố tại một
nhánh bất kỳ, toàn bộ lưới sẽ được cách ly khỏi nguồn để sửa chữa, khắc phục
sự cố cho đến khi sửa chữa xong mới được đóng điện trở lại.
1.2.4.2. Sơ đồ hình tia phân đoạn
ĐD
Nguồn
TBPĐ
Sơ đồ:
Hình 1. 4. Sơ đồ lưới phân phối trung áp hình tia phân đoạn
Trong đó: + ĐD: Đường dây;
+ TBPĐ: Thiết bị phân đoạn.
HV Nguyễn Thục Uyên
15
13BKTĐHTĐ
Đặc điểm: Lưới phân phối trung áp sử dụng sơ đồ hình tia phân đoạn có đặc
điểm là độ tin cậy cung cấp điện cao, khi có sự cố tại phân đoạn nào thì máy cắt
phân đoạn sẽ tác động và cắt đoạn đó ra khỏi lưới. Nếu thiết bị phân đoạn là
dao cách ly thì sẽ mất một khoảng thời gian để nhân viên vận hành thực
hiện công việc phân đoạn bằng tay.
1.2.4.3. Sơ đồ lưới phân phối kín vận hành hở do một nguồn cung cấp
Sơ đồ:
ĐD
TBPĐ
ĐD
Nguồn
TBPĐ
ĐD
TBPĐ
ĐD
Hình 1. 5. Sơ đồ lưới phân phối trung áp dạng kín vận hành hở do một nguồn
cung cấp
Đặc điểm: Lưới phân phối trung áp sử dụng sơ đồ sơ đồ lưới phân phối kín
vận hành hở do một nguồn cung cấp sẽ có độ tin cậy cao do mỗi phân đoạn được
cấp điện từ hai phía. Lưới điện này có thể vận hành kín cho độ tin cậy cao hơn
nhưng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo vệ có hướng nên đắt tiền. Vận hành
hở có độ tin cậy thấp do phải thao tác khi sự cố nhưng rẻ tiền, có thể dùng dao cách
ly tự động hay điều khiển từ xa. Việc sử dụng một nguồn để cung cấp cho toàn hệ
thống có nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện phụ thuộc vào nguồn cấp.
1.2.4.4. Sơ đồ lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập
Sơ đồ:
Nguồn 1
ĐD
TBPĐ
ĐD
ĐD
TBPĐ
ĐD
TBPĐ
Nguồn 2
Hình 1. 6. Sơ đồ lưới phân phối trung áp dạng kín vận hành hở cấp điện từ 2
nguồn độc lập
HV Nguyễn Thục Uyên
16
13BKTĐHTĐ
Đặc điểm: Lưới phân phối trung áp sử dụng sơ đồ dạng kín vận hành hở cấp
điện từ 2 nguồn độc lập sẽ 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. Nếu hòa đồng bộ được 2 nguồn cấp với nhau thì độ tin cậy cung cấp điện
sẽ cao hơn, nhưng công việc này đòi hỏi sự ổn định của cả hai nguồn và trình độ
của nhân viên vận hành cũng được yêu cầu rất cao.
1.2.4.5. Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục
Sơ đồ:
ĐD1
Nguồn
ĐD2
TBPĐ
Hình 1. 7. Sơ đồ lưới phân phối trung áp kiểu đường trục
Đặc điểm: Lưới phân phối trung áp sử dụng sơ đồ kiểu đường trục sẽ 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 xí nghiệp hay
các nhóm phụ tải xa trạm nguồn và có yêu cầu công suất lớn. Kiểu sơ đồ này được
hiểu như sử dụng một đường dây kép cung cấp nguồn cho phụ tải, hai đường dây có
tác dụng tương hỗ nhau trong truyền tải công suất từ nguồn tới tải.
1.2.4.6. Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phòng chung
Sơ đồ:
HV Nguyễn Thục Uyên
17
13BKTĐHTĐ
Thanh góp
Nguồn
Đường dây dự phòng
Hình 1. 8. Sơ đồ lưới phân phối trung áp sử dụng đường dây dự phòng chung
Đặc điểm: Lưới phân phối trung áp sử dụng sơ đồ có đường dây dự phòng
chung có độ tin cậy cao và rẻ hơn là kiểu một đường dây dự phòng cho một
đường dây, tuy nhiên, vẫn còn hạn chế của sơ đồ này là trường hợp hai đường
dây trở lên bị sự cố cùng một lúc, khi đó sẽ chỉ có đường dây đầu tiên bị sự cố
hoặc đường dây có phụ tải ưu tiên được ưu tiên cấp điện, các đường dây còn lại
sẽ bị cắt điện.
1.2.4.7. Sơ đồ lưới có dạng hệ thống phân phối điện
Sơ đồ:
Nguồn
Nguồn
Nguồn
TBPĐ
Nguồn
Hình 1. 9. Sơ đồ lưới phân phối lưới trung áp có dạng hệ thống phân phối
điện
Đặc điểm: Sơ đồ dạng lưới có hệ thống phân phối điện là dạng sơ đồ cao cấp
nhất và hoàn hảo nhất của lưới phân phối trung áp. Lưới điện có nhiều nguồn,
nhiều đường dây tạo thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn.
Lưới điện bắt buộc phải điều khiển từ xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ
HV Nguyễn Thục Uyên
18
13BKTĐHTĐ
thống SCADA. Các điểm cắt được chọn theo điều kiện tổn thất điện năng nhỏ
nhất cho chế độ bình thường, chọn loại theo mùa trong năm và chọn theo điều
kiện an toàn cao nhất khi sự cố. Lưới điện sử dụng dạng sơ đồ này có chi phí
đầu tư rất cao, đòi hỏi trình độ công nghệ cao, đòi hỏi tất cả các nguồn tham gia
vào hệ thống phải tuân thủ các yêu cầu khắt khe trong hòa đồng bộ nguồn – lưới.
1.2.5. Các chế độ làm việc của lưới điện phân phối trung áp
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, δ… Các thông số này luôn biến đổi theo thời gian, là
hàm số của thời gian. Dựa trên sự biến đổi của các thông số chế độ theo thời
gian, người ta phân loại chế độ làm việc của lưới điện như sau:
1.2.5.1. 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 quy ước các thông số là hằng số không đổi.
Chế độ xác lập được chia thành:
+ Chế độ xác lập đối xứng giữa các pha, gọi tắt là chế độ xác lập đối xứng;
+ Chế độ xác lập không đối xứng.
Khi hệ thống làm việc trong chế độ đối xứng thì sẽ đảm bảo các thiết bị
tương ứng trên các pha sẽ làm việc giống nhau, độ bền và tuổi thọ giống nhau,
sẽ không xuất hiện các sự cố do mất cân bằng pha gây nên, do đó, chế độ xác lập
đối xứng là chế độ lý tưởng, là chế độ tốt nhất cho sự làm việc ổn định của hệ
thống; Ngược lại, chế độ làm việc không đối xứng thì sẽ phát sinh nhiều vấn đề
trong thực tế vận hành, cũng như do sự mất cân bằng pha mang lại.
Bên cạnh sự khác nhau trong thực tế vận hành, việc tính toán lưới trong chế
độ xác lập không đối xứng cũng khó khăn hơn nhiều so với lưới đối xứng. Đối
với Lưới phân phối trung áp, chế độ làm việc thường là chế độ làm việc không
đối xứng, rất ít khi hệ thống làm việc trong chế độ đối xứng; nhưng do có sự
tính toán, chia phụ tải cho các pha trong quá trình vận hành nên sự mất cân bằng
HV Nguyễn Thục Uyên
19
13BKTĐHTĐ
giữa các pha là không lớn, để dễ dàng trong tính toán chế độ, Lưới phân phối
trung áp được coi là có chế độ làm việc chủ yếu là chế độ đối xứng.
Một cách phân chia khác dựa theo thời điểm xuất hiện chế độ xác lập:
+ Chế độ xác lập trước sự cố;
+ Chế độ xác lập sau sự cố.
Dựa trên giá trị công suất thực tế của phụ tải, các chế độ của lưới phân phối
trung áp được quan tâm nhất là:
+ Chế độ max: là chế độ dùng để chọn hoặc kiểm tra kỹ thuật dây dẫn và
thiết bị phân phối điện, tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng, đây là chế
độ mà công suất phụ tải có giá trị lớn, tiệm cận tới công suất thiết kế của lưới;
+ Chế độ min: là chế độ của lưới điện trong đó mức điện áp trên lưới là cao
nhất; hệ thống không có phụ tải hay hệ thống ở chế độ không tải cũng được coi
là một trường hợp của chế độ min.
1.2.5.2. Chế độ quá độ
Chế độ quá độ là chế độ của lưới điện không phải là chế độ xác lập, đây là
chế độ mà các thông số chế độ biến đổi liên tục, rất nhanh theo thời gian, chế độ
trước và sau của chế độ quá độ là chế độ xác lập.
Chế độ quá độ xuất hiện tại bất cứ thời điểm nào, mỗi khi bật/tắt một thiết bị
phụ tải hoặc xảy ra sự cố như ngắn mạch, sự cố do mất cân bằng pha, khiến cấu
trúc của hệ thống thay đổi, các thông số chế độ sẽ thay đổi và mất một thời gian
để đưa hệ thống về xác lập. Tùy thuộc vào tác nhân tạo ra sự thay đổi của các
thông số chế độ mà thời gian tồn tại chế độ quá độ là khác nhau. Nếu tác nhân là
nhỏ thì chế độ quá độ tồn tại trong thời gian ngắn, ngược lại, chế độ quá độ sẽ
xuất hiện trong thời gian dài.
1.2.6. Các yêu cầu đối với lưới phân phối trung áp
- Chất lượng điện năng tốt;
- An toàn điện cao;
- Độ tin cậy cung cấp điện cao;
HV Nguyễn Thục Uyên
20
13BKTĐHTĐ
- Tổn thất điện năng trên lưới là nhỏ nhất;
- Đảm bảo khả năng tải của lưới điện theo công suất thiết kế.
1.2.7. Phụ tải của lưới phân phối trung áp
Phụ tải của lưới phân phối trung áp được coi là các thiết bị nằm ở phía đầu
ra của lưới phân phối trung áp, là các thiết bị sử dụng nguồn điện trung áp mà
lưới phân phối trung áp truyền tải. Như vậy, phụ tải của lưới phân phối trung áp
sẽ là:
+ Lưới hạ áp có đầu vào là nguồn điện trung áp:
+ Các phụ tải sử dụng nguồn cấp trung áp: Các động cơ trung áp, các máy
móc thiết bị sử dụng nguồn điện trung áp.
HV Nguyễn Thục Uyên
21
13BKTĐHTĐ
CHƯƠNG 2: NGUỒN ĐIỆN GIÓ
2.1. Định nghĩa-phân loại nguồn điện phân tán-DG
2.1.1.Nguồn điện phân tán
Nguồn điện phân tán - Distributed Generation (gọi tắt là DG) là nguồn điện
công suất nhỏ (dưới 30MW) được lắp đặt ở chủ yếu ở lưới phân phối trung áp,
vị trí lắp đặt DG thường là tại các địa điểm có nguồn năng lượng đầu vào là các
nguồn năng lượng tái tạo (gió, địa nhiệt, nhiệt, quang năng, thủy triều, …) hoặc
tại nơi thuận tiện cho việc vận chuyển nguồn năng lượng đầu vào. Điểm đấu nối
các DG vào lưới phân phối được lựa chọn sao cho ảnh hưởng tốt nhất đến hoạt
động của lưới điện.
DG cũng có thể sử dụng ở những nơi vùng xâu, vùng xa, biên giới, hải đảo
chưa có nguồn điện lưới quốc gia để cung cấp điện cho các nhu cầu dân sinh.
Hình 2. 1. HTĐ có nguồn điện phân tán
HV Nguyễn Thục Uyên
22
13BKTĐHTĐ
2.1.2. Phân loại và đặc điểm
- Loại có công suất biến đổi không điều khiển được (variable, non
contronable), là loại DG dùng nhiên liệu tái sinh, 2 loại được sử dụng rộng rãi là
pin mặt trời(PV) và phong điện. Loại này có đặc điểm là ánh sáng và gió biến
đổi liên tục và ngẫu nhiên, và năng lượng này luôn được tận dụng cho nên các
DG đượ ưu tiên phát hết khả năng có thể.
- Loại có công suất điều khiển được (dispachable) sử dụng nhiên liệu hóa
thạch. Công suất loại này có thể điều tiết một cách chủ động.
Bảng sau đây là các loại DG thông dụng:
Bảng 2. 1. các loại DG thông dụng
Công suất thông
Công nghệ
Pin mặt trời-PV
20W - 100kW
Gió
200W - 3MW
Thủy điện nhỏ
Đến hàng chục MW
Microturrbin
Điều khiển
thường-MW
Không điều khiển
Không điều khiển&
Điều khiển một phần(theo công nghệ)
Không điều khiển&
Điều khiển một phần(theo hồ chứa)
MW
Điều khiển được
Fuel cell
Đến hàng chục MW
Điều khiển được
Diezen
Đến hàng chục MW
Điều khiển được
Chu trình hỗn
chục đến hàng 100
hợp ga turbin
MW
(Turbin khí)
Điều khiển được
Ngoài ra còn một số loại nguồn tái sinh khác như:
Điện sinh khối
100kW - 20MW
Điện mặt trời
1 - 80MW
Địa nhiệt
HV Nguyễn Thục Uyên
5MW - 1000MW
23
13BKTĐHTĐ
Mục đích chính của các DG là cung cấp nguồn năng lượng điện thân thiện
với môi trường, tận dụng các nguồn tài nguyên tái tạo để tạo ra năng lượng điện.
DG phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính thấp (DG nguồn không tái tạo) hoặc
không phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính (DG nguồn tái tạo).
Không sử dụng nhiên liệu hóa thạch ở các DG nguồn không tái tạo do đó chi
phí nhiên liệu rất nhỏ, điều này sẽ giảm bớt được chi phí vận hành và rủi ro khi
vận hành.
Vốn đầu tư ban đầu của DG nguồn tái tạo thường rất lớn so với các DG
nguồn không tái tạo. Ví dụ đối với nhiệt điện khí, chi phí xây dựng hệ thống là
500EUR/MW, tuy nhiên với điện gió thì giá trị này là 900EUR/MW [14]
Công suất của DG là không lớn (xem bảng 2.1).
Các DG được kết nối vào lưới điện phân phối trung áp từ 35kV trở xuống
Lưới điện phân phối trung áp
Dao cách ly
Thiết bị bảo vệ kết nối
Máy cắt
Thiết bị đo đếm
MBA
DG
Hình 2. 2. Sơ đồ tổng quát trong kết nối DG vào lưới điện trung áp
HV Nguyễn Thục Uyên
24
13BKTĐHTĐ
2.1.3. Các lợi ích của DG
2.1.3.1. Lợi ích về mặt độ tin cậy và an toàn
- Tăng khả năng an toàn trong các trường hợp phụ tải tăng đến mức giới
hạn;
- Giảm nhẹ nghẽn mạch trên lưới truyền tải và lưới phân phối;
- Giảm ảnh hưởng của các tấn công vật lý và tấn công mạng;
- Giảm độ tán xạ của nguồn phát.
2.1.3.2. Lợi ích về kinh tế
- Giảm chi phí cho tổn thất điện năng;
- Giảm chi phí vốn cho nâng cấp nguồn điện, lưới truyền tải và phân phối;
- Chi phí vận hành thấp hơn do giảm được công suất đỉnh;
- Giảm chi phí nhiên liệu do nâng được hiệu suất chung;
- Giảm diện tích đất cho nguồn điện.
2.1.3.3. Lợi ích về phát tải khí
- Giảm tổn thất điện năng trên đường dây điện;
- Giảm khí thải ô nhiễm.
2.1.3.4. Lợi về chất lượng điện năng
- Cải thiện đồ thị điện áp;
- Giảm dao động điện áp;
- Giảm độ không sin của điện áp.
2.2. Nhà máy điện gió
2.2.1. Tổng quát
Nhà máy điện gió là một DG sử dụng các tuabin gió để biến đổi động năng
của gió thành điện năng.
NĐG có các lợi thế trong các trường hợp sau: - Cấp điện cho phụ tải điện xa
điện lưới, mà việc đưa điện lưới đến đắt quá; - Nơi cần giữ môi trường sạch.
Hiện này do nhu cầu môi trường sạch mà NĐG đang được phát triển mạnh.
HV Nguyễn Thục Uyên
25
13BKTĐHTĐ
