Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lưới điện trung áp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.93 MB, 125 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
ĐẶNG THÀNH
ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN
TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ- KỸ THUẬT
CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN - 2016
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
ĐẶNG THÀNH
ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN
TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ- KỸ THUẬT
CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã ngành: 60520202
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN QUÂN NHU
THÁI NGUYÊN - 2016
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các nghiên
cứu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được
công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào trước đây.
Tác giả luận văn
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
i
MỤC LỤC
ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
v
DANH MỤC CÁC BẢNG
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
vii
MỞ ĐẦU
1
Chương 1. GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP
3
1.1. Tổng quan về lưới điện trung áp
3
1.1.1. Định nghĩa lưới điện trung áp
3
1.1.2. Phân loại lưới điện trung áp
3
1.1.3. Vai trò của lưới điện trung áp
4
1.1.4. Các phần tử chính của lưới điện trung áp
4
1.1.5. Cấu trúc của lưới điện trung áp
6
1.1.6. Đặc điểm của lưới điện trung áp
10
1.2. Hiện trạng lưới điện trung áp tại Việt Nam
11
1.2.1. Tình hình phát triển lưới điện trung áp của nước ta
11
1.2.2. Tình hình phát triển phụ tải điện
11
1.3. Kết luận
12
Chương 2. NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN
2.1. Đặt vấn đề
14
14
2.2. Định nghĩa nguồn điện phân tán
14
2.3. Phân loại nguồn điện phân tán
15
2.4. Công nghệ nguồn điện phân tán
16
2.4.1. Máy phát điện Diesel (Diesel Generators)
16
2.4.2. Máy phát điện tua-bin khí (Gas turbine Generator)
17
2.4.3. Pin nhiên liệu (Fuel Cells)
2.4.4. Nguồn điện mặt trời (Solar Power)
19
21
iii
2.4.5. Máy phát điện tua-bin gió (Wind Turbine Generator)
23
2.4.6. Thủy điện nhỏ (Small Hydro Turbines)
27
2.4.7. Năng lượng điện thủy triều (Tidal Energy)
29
2.4.8. Năng lượng sinh khối (Biomass Energy)
31
2.4.9. Năng lượng địa nhiệt (Geothermal Energy)
33
2.5. Hiện trạng và tiềm năng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam
35
2.5.1. Hiện trạng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam
35
2.5.2. Tiềm năng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam
36
2.5.3. Nhận xét
42
2.6. Kết luận
43
Chương 3. ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN CÁC
CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 55
3.1. Đặt vấn đề
3.2. Ảnh hưởng tới tổn thất công suất
3.3. Ảnh hưởng tới chất lượng điện áp
55
56
59
3.3.1. Chỉ tiêu chất lượng điện áp
59
3.3.2. Ảnh hưởng của DG tới chất lượng điện áp
61
3.4. Ảnh hưởng do gây ra sóng hài
62
3.5. Ảnh hưởng đến dòng ngắn mạch và làm việc của thiết bị bảo vệ
63
3.5.1. Dòng điện tăng cao trong các trường hợp sự cố
63
3.5.2. Ảnh hưởng của DG đến sự phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ
64
3.5.3. Ảnh hưởng của DG đến sự làm việc của thiết bị tự động đóng lại
65
3.5.4. Biện pháp hạn chế ảnh hưởng của DG trong chế độ sự cố lưới điện
3.6. Ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện
3.6.1. Độ tin cậy cung cấp điện
66
66
66
3.6.2. Các hệ số đánh giá độ tin cậy cung cấp điện
68
3.7. Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế
70
3.7.1. Những lợi ích về kinh tế
70
iv
3.7.2. Những hạn chế
3.8. Ảnh hưởng đến vấn đề ô nhiễm môi trường
3.8.1. Những lợi ích về môi trường
3.8.2. Những hạn chế
71
72
72
72
3.9. Đánh giá ảnh hưởng của DG bằng hệ số đa mục tiêu
72
3.9.1. Các hệ số ảnh hưởng của DG tới lưới điện trung áp
72
3.9.2. Tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng
73
3.9.3. Chất lượng điện áp của lưới điện
73
3.9.4. Khả năng tải của dây dẫn
75
3.9.5. Ngắn mạch
3.9.6. Đánh giá bằng hệ số đa mục tiêu
3.10. Kết luận
75
76
77
Chương 4. TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA DG TỚI CHẤT LƯỢNG ĐIỆN
ÁP VÀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP
BÌNH LIÊU
4.1. Đặt vấn đề
4.2. Phương pháp và công cụ tính toán
4.2.1. Phương pháp tính toán
78
78
78
78
4.2.2. Giới thiệu về chương trình tính toán lưới điện phân phối PSS/Adept
84
4.3. Tính toán ảnh hưởng của DG đến chất lượng điện áp và tổn thất công suất 89
4.3.1. Sơ đồ và thông số của lưới điện trung áp Bình Liêu
4.3.2. Thông số của DG
4.3.4. Kết luận
89
96
116
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
117
TÀI LIỆU THAM KHẢO
119
v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
CCĐ:
Cung cấp điện.
CG:
Nguồn phát điện trung tâm.
DG:
Nguồn điện phân tán.
ĐD:
Đường dây.
FCL:
Thiết bị hạn chế dòng sự cố.
LĐTA:
Lưới điện trung áp.
LI:
Hệ số giảm tổn thất công suất.
MC:
Máy cắt.
NLSK:
Năng lượng sinh khối.
PCC:
Điểm kết nối chung.
PQ:
Nút phụ tải
PV:
Nút nguồn phát.
TBPĐ:
Thiết bị phân đoạn.
TĐN:
Thuỷ điện nhỏ.
TĐL:
Thiết bị tự động đóng lặp lại đường dây tải điện.
VP:
Hệ số cải thiện chất lượng điện áp của lưới điện
VI:
Đại lượng đặc trưng cho chất lượng điện áp của xuất tuyến.
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Dải công suất tương ứng của các công nghệ DG ........................... 15
Bảng 2.2: Kế hoạch phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo giai
đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030. ..................................... 42
Bảng 4.1: Thông số phụ tải của lưới điện ....................................................... 89
Bảng 4.2: Thông số đường dây ....................................................................... 93
Bảng 4.3: Kết quả tính toán tổn thất công suất ............................................. 115
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1:
Sơ đồ lưới phân phối hình tia........................................................ 7
Hình 1.2:
Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn. ................................ 8
Hình 1.3:
Sơ đồ lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp. ................... 8
Hình 1.4:
Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập. .......... 8
Hình 1.5:
Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục. .................................................. 9
Hình 1.6:
Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phòng chung. ........................... 9
Hình 1.7:
Sơ đồ hệ thống phân phối điện. .................................................. 10
Hình 2.1:
Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC) ....................... 16
Hình 2.2:
Máy phát điện Diesel .................................................................. 17
Hình 2.3:
Sơ đồ nguyên lý máy phát điện tua-bin khí. ............................... 18
Hình 2.4:
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu. ......... 20
Hình 2.5:
Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện mặt trời...................................... 21
Hình 2.6:
Hệ thống điện mặt trời tại Việt Nam .......................................... 22
Hình 2.7:
Hình ảnh nhà máy điện gió. ........................................................ 23
Hình 2.8:
Nguyên lý cấu tạo của tổ hợp tua-bin - máy phát điện gió. ........ 25
Hình 2.9:
Công trình xây dựng nhà máy thủy điện nhỏ. ............................ 28
Hình 2.10: Nhà máy điện thủy triều kiểu đập ở cửa sông Rance (Pháp) ..... 30
Hình 2.11: Hệ thống máy phát tua-bin thủy triều. ........................................ 30
Hình 2.12: Mô hình phát điện sử dụng khí Biogass. .................................... 32
Hình 2.13: Nhà máy điện sử dụng các dạng năng lượng sinh khối. ............. 32
Hình 2.14: Nguyên lý sản xuất điện từ năng lượng địa nhiệt. ...................... 34
Hình 2.15: Nhà máy địa nhiệt điện. .............................................................. 34
Hình 2.16: Dự báo công suất các nguồn phân tán tại Việt Nam đến năm 2030..... 41
Hình 3.1:
Phân bố hợp lý các DG trên lưới để giảm tổn thất ..................... 58
Hình 4.1:
Sơ đồ các bước thực hiện tính toán bằng PSS/Adept ................. 85
Hình 4.2:
Giao diện xác định thư viện dây dẫn .......................................... 86
Hình 4.3:
Giao diện xác định các thuộc tính của lưới điện ........................ 86
viii
Hình 4.4:
Giao diện thiết lập thông số từng phần tử của lưới điện............. 87
Hình 4.5:
Giao diện hộp tùy chọn chương trình tính toán .......................... 87
Hình 4.6:
Hiển thị kết quả tính toán trên sơ đồ ........................................... 88
Hình 4.7:
Hiển thị kết quả tính toán trên của số progress view .................. 88
Hình 4.8:
Hiển thị kết quả tính toán trên cửa sổ report .............................. 88
Hình 4.10: Sơ đồ lưới điện huyện Bình Liêu ................................................ 92
Hình 4.11: Đồ thị phụ tải ngày điển hình ..................................................... 96
Hình 4.12: Đặc tính công suất phát của TĐN ............................................... 98
Hình 4.13: Kết quả tính toán điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại 19h mùa hè (phần 1- không có TĐN) ....................................... 100
Hình 4.14: Kết quả tính toán điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại 19h mùa hè (phần 2 - không có TĐN) ...................................... 101
Hình 4.15: Kết quả tính toán điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại 19h mùa hè (phần 1- có TĐN) .................................................. 102
Hình 4.16: Kết quả tính toán điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại 19h mùa hè (phần 2- có TĐN) .................................................. 104
Hình 4.17: So sánh điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại - 19h mùa hè ......105
Hình 4.18: So sánh điện áp nút trong chế độ phụ tải cực tiểu - 4h mùa hè .......107
Hình 4.19: Kết quả tính toán điện áp nút trong chế độ phụ tải cực tiểu 4h mùa hè trong TH2 - khi điều chỉnh điện áp nguồn là
1.03pu (phần 1) ......................................................................... 108
Hình 4.20: Kết quả tính toán điện áp nút trong chế độ phụ tải cực tiểu 4h mùa hè trong TH2 - khi điều chỉnh điện áp nguồn là
1.03pu (phần 2) ......................................................................... 109
Hình 4.21: So sánh điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại - 18h mùa hè ......112
Hình 4.22: So sánh điện áp nút trong chế độ phụ tải cực tiểu - 3h mùa đông ...... 113
1
MỞ ĐẦU
Nguồn điện phân tán (DG) là nguồn điện được kết nối trực tiếp với lưới
điện phân phối hoặc cung cấp trực tiếp cho khách hàng, thường sử dụng công
nghệ mới như điện mặt trời, thủy điện nhỏ, điện gió, điện địa nhiệt, máy phát
diesel, tuabin khí, pin nhiên liệu hay nhà máy điện-nhiệt kết hợp [3][27][24]...
DG là nguồn phát được lắp đặt gần nơi tiêu thụ nên loại trừ được những chi
phí truyền tải và phân phối, tăng cường linh hoạt và độ tin cậy của HTCCĐ,
giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng, cải thiện độ lệch điện áp nút và
giảm ô nhiễm môi trường.
Những năm đầu của thế kỷ XXI, công nghệ DG phát triển rất nhanh với
chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật ngày càng nâng cao đồng thời vấn đề ô nhiễm môi
trường cũng được quan tâm. Do đó, DG đã được nhiều nhà khoa học nghiên
cứu và từng bước được ứng dụng thành công tại nhiều nước trên thế giới.
Năm 2008 tổng công suất đặt của pin mặt trời đạt 13,1GW với tốc độ phát
triển trong giai đoạn (19982008) đạt 54% [29][23]. Tương tự, điện gió cũng
được tập trung phát triển rất mạnh tại Châu Âu và Bắc Mỹ với tốc độ phát
triển đạt 21,4% trong giai đoạn (1998÷2008), tổng công suất đặt năm 2008 là
121,19GW, dự báo đến năm 2020 đạt tới 1500,0GW [5][19][30][31]. Ngoài
ra, thủy điện nhỏ và các DG sử dụng năng lượng hóa thạch như máy phát
tuabin khí, máy phát diesel, pin nhiên liệu cũng được nghiên cứu và phát triển
rất mạnh mẽ [3][10][22][27].
DG cũng được sử dụng và có vai trò ngày càng quan trọng trong hệ
thống điện Việt Nam. Năm 2010 công suất của các nguồn này đạt 3,5% và dự
báo đến năm 2020 đạt 4,5% tương ứng 3375,0MW. Hiện nay, nhiều dự án sử
dụng DG đang được triển khai trong phạm vi cả nước [14].
Tuy nhiên, sự xuất hiện của DG trong hệ thống điện hiện tại cũng đặt ra
nhiều vấn đề kỹ thuật cần được quan tâm nghiên cứu, nhất là trong LĐTA.
2
Nguyên nhân chính của các vấn đề này là việc LĐTA hiện tại vốn không
được thiết kế tích hợp các DG với công suất phụ thuộc nhiều vào yếu tố môi
trường. Do đó, khi DG tham gia vào LĐTA hiện tại có thể làm nảy sinh các
vấn đề kỹ thuật liên quan đến chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện,
hiệu quả truyền tải điện cũng như ảnh hưởng tới chế độ làm việc của các hệ
thống bảo vệ.
Với những phân tích trên, đề tài được lựa chọn cho luận văn nhằm mục
đích tìm hiểu, nghiên cứu những ảnh hưởng của DG khi đấu nối vào LĐTA
hiện có nói chung và tính toán, đánh giá ảnh hưởng của DG đến chất lượng
điện áp và tổn thất công suất trong LĐTA của huyện Bình Liêu thuộc Công ty
Điện lực Quảng Ninh. Từ đó, giúp cho cơ quan quản lý xây dựng được kế
hoạch vận hành lưới điện này đảm bảo chất lượng điện năng, an toàn, tin cậy
và có hiệu quả cao.
3
Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP
1.1. Tổng quan về lưới điện trung áp
1.1.1. Định nghĩa lưới điện trung áp
Lưới điện trung áp (LĐTA) là một phần của hệ thống điện, làm nhiệm
vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh
cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải. LĐTA là khâu cuối cùng của hệ
thống điện đưa điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng [1]. Tính đến nay lưới
điện trung áp đã trải khắp các xã trên đất nước, tuy nhiên còn một số thôn,
bản vẫn chưa được dùng điện lưới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện từ các
thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel.
1.1.2. Phân loại lưới điện trung áp
Lưới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV
phân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp
trung áp [1][11].
Phân loại LĐTA trung áp theo 3 dạng:
- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ, có 3 loại:
+ Lưới phân phối thành phố;
+ Lưới phân phối nông thôn;
+ Lưới phân phối xí nghiệp.
- Theo thiết bị dẫn điện:
+ Lưới phân phối trên không;
+ Lưới phân phối cáp ngầm.
- Theo cấu trúc hình dáng:
+ Lưới hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn.
+ Lưới kín vận hành hở;
+ Sơ đồ hình lưới.
3
4
1.1.3. Vai trò của lưới điện trung áp
LĐTA làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm
khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện.
LĐTA được xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay
nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện.
Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, đảm
bảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải. Đảm bảo chất lượng điện năng cao
nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép.
LĐTA trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện:
- Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện áp cho phụ tải.
- Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho
phụ tải. Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch
lưới phân phối. Mỗi sự cố trên LĐTA trung áp đều có ảnh hưởng rất lớn đến
sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội.
- Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35%
cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải).
- Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năng
xảy ra trên LĐTA. Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra này.
- LĐTA gần với người dùng điện, do đó vấn đề an toàn điện cũng là rất
quan trọng.
1.1.4. Các phần tử chính của lưới điện trung áp
Các phần tử chủ yếu trong LĐTA bao gồm [11][18]:
- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối.
- Thiết bị dẫn điện: Đường dây tải điện.
- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét
van, áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch.
4
5
- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi
đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị
lọc sóng hài bậc cao.
- Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản
kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lường...
- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.
- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng
nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên
đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch,...
- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa,
thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện,...
Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất,
điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho
phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt...) được chọn trên cơ sở tính toán
kỹ thuật.
Những phần tử có dòng công suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị
đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù...) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp
đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính toán
chế độ làm việc của LĐTA.
Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc.
Một số ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều
khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc.
Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải)
như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải. Một số khác có thể
thay đổi khi cắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định. Máy biến áp và
đường dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải.
Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây tải điện được chia thành nhiều
phần tử của hệ thống điện.
5
6
Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vận
hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế
khác. Ví dụ tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử
của lưới không làm việc để LĐTA vận hành hở theo điều kiện tổn thất công
suất nhỏ nhất.
1.1.5. Cấu trúc của lưới điện trung áp
Cấu trúc của LĐTA bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành
[11][18].
- Cấu trúc tổng thể: Là cấu trúc bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lưới
đầy đủ. Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể
phải là cấu trúc thừa. Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử,
thừa về khả năng lập sơ đồ. Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết
bị thay thế và vật liệu để sửa chữa. Trong một chế độ vận hành nhất định chỉ
cần một phần của cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, đa phần đó là cấu
trúc vận hành.
- Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là một hay
một vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái của lưới điện.
Cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử và các sơ đồ vận hành
do người vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều
kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh
tế nhất (tổn thất nhỏ nhất). Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận
hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng
chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử
cần thiết. Cấu trúc vận hành sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu
trúc vận hành bình thường. Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất
điện phụ tải. Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng
thao tác thuận lợi.
6
7
Ngoài ra, cấu trúc LĐTA còn có thể có các dạng như:
- Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này LĐTA không thể thay đổi sơ đồ vận
hành. Khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn bộ hoặc một phần LĐTA phải
ngừng cung cấp điện. Cấu trúc dạng này chính là LĐTA hình tia không phân
đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt.
- Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này, LĐTA có thể
thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là khi đó LĐTA được cắt điện để thao
tác. Đó là lưới điện trung áp có cấu trúc kín vận hành hở.
- Cấu trúc động hoàn toàn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐTA có thể
thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi lưới đang trong trạng thái làm việc. Cấu
trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp
điện. Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế LĐTA, trong đó cấu
trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận
hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể. Cấu trúc
động ở mức cao cho phép vận hành lưới điện trong thời gian thực. LĐTA
trong cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời
gian ngắn để thao tác sơ đồ.
Một số dạng sơ đồ cấu trúc LĐTA:
- Lưới hình tia (Hình 1.1): Lưới này có ưu điểm là rẻ tiền nhưng độ tin
cậy rất thấp.
MC
ĐD
Nguồn
MC
MC
P1
P2
P3
P4
P…
Pn
Hình 1.1: Sơ đồ lưới phân phối hình tia
MCđoạn (Hình 1.2): Độ tin cậy cao hơn. Phân đoạn
- Lưới hình tia phân
lưới phía nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn
lưới phía sau, vì nó ảnh hưởng ít đến các phân đoạn trước.
7
8
Nguồn
ĐD
MC
P1
P2
TBP
Đ
P3
P4
P…
Pn
Hình 1.2: Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn
- Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp (Hình 1.3): Có độ tin
cậy cao hơn nữa 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 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.
MC
ĐD
Nguồn
TBPĐ
ĐD
TBPĐ
MC
MC
TBPĐ
ĐD
ĐD
Hình 1.3: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp
- Lưới kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập (Hình 1.4): 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.
MC
Nguồn 1
ĐD
TBPĐ
ĐD
TBPĐ
MC
Nguồn 2
ĐD
TBPĐ
ĐD
Hình 1.4: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập
8
9
- Lưới điện kiểu đường trục (Hình 1.5): 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. Thường dùng để cấp điện cho các xí nghiệp hay các nhóm phụ tải xa trạm
nguồn và có yêu cầu công suất lớn.
MC
Nguồn
MC
ĐD1
MC
ĐD2
MC
MC
MC
Hình 1.5: Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục
- Lưới điện có đường dây dự phòng chung (Hình 1.6): 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 kiểu một đường dây dự phòng cho một đường dây như
ở trên (Hình 1.5). Loại này được dùng tiện lợi cho lưới điện cáp ngầm.
Nguồn
Đường dây dự phòng
Hình 1.6: Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phòng chung
Lưới điện trong thực tế là tổ hợp của 6 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.
Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể
được điều khiển bằng tay. Các thiết bị phân đoạn phải là loại không đòi hỏi bảo
dưỡng định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi như tin cậy tuyệt đối.
9
10
- Sơ đồ hình lưới (Hình 1.7): Đây là dạng 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 thống SCADA. Hiện
đang nghiên cứu loại điều khiển hoàn toàn tự động.
Nguồn 2
Nguồn 1
Nguồn 3
TBPĐ
Nguồn 4
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện
Trong sơ đồ, các vị trí 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.
1.1.6. Đặc điểm của lưới điện trung áp
LĐTA được phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng và
có tổn thất lớn. Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp nhất trên LĐTA vào
khoảng 4% [11][18].
Vấn đề tổn thất trên LĐTA liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật
của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Do đó, trên cơ sở các số liệu
về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của LĐTA.
Trong những năm gần đây, LĐTA của nước ta phát triển mạnh, các
Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh mẽ về quản lý. Vì vậy, chất
lượng vận hành của LĐTA được câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm
mạnh song vẫn còn rất khiêm tốn.
10
11
1.2. Hiện trạng lưới điện trung áp tại Việt Nam
1.2.1. Tình hình phát triển lưới điện trung áp của nước ta
Do điều kiện lịch sử để lại, hiện nay hệ thống LĐTA của Việt Nam bao
gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, cả ở thành thị và nông thôn. Nhằm nâng
cao độ tin cậy trong việc cung cấp điện, đơn giản trong quản lý vận hành, đáp
ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng của khách hàng và giảm
tổn thất điện năng của toàn hệ thống đạt khoảng 10% vào năm 2010, Tập
đoàn Điện lực Việt Nam thường xuyên đầu tư mở rộng, nâng cấp và cải tạo
LĐTA trên phạm vi cả nước. Theo kế hoạch phát triển đến năm 2010, LĐTA
của tập đoàn đã được xây dựng thêm 282.714 km đường dây trung áp, hạ áp
và 19.010 MVA công suất máy biến áp phân phối [13][14].
Cùng với sự đổi mới và phát triển kinh tế, quá trình phát triển và điện khí
hoá của nước ta đã có những thay đổi quan trọng, góp phần thúc đẩy sự phát
triển của các ngành kinh tế, cải thiện mức sống về vật chất và tinh thần cho
nhân dân, đặc biệt là nông dân. Hiện nay 100% số huyện trong cả nước đã có
điện lưới quốc gia và hầu hết các xã đã có điện.
1.2.2. Tình hình phát triển phụ tải điện
Theo kết quả nghiên cứu của đề tài KHCN - 0907, “Dự báo nhu cầu phụ
tải trong giai đoạn 2000 - 2020” do Viện Chiến lược phát triển, Bộ Kế hoạch
và Đầu tư xây dựng với 2 phương án: phương án cao và phương án cơ sở.
Trong đó lấy nhịp độ phát triển dân số trong 25 năm (1996 - 2020) được dự
báo bình quân là 1,72%/năm.
Nhu cầu điện năng theo phương án cao được dự báo theo phương án
phát triển kinh tế cao. Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng
trưởng trung bình điện năng sẽ là 10,2%/năm và 8,9%/năm tương ứng với
từng giai đoạn là 2000 - 2010 và 2010 - 2020. Đến năm 2020, nhu cầu điện
năng là 204 tỷ kWh. Tốc độ tăng trưởng điện năng của cả giai đoạn 1996 2020 là 11%/năm.
11
12
Nhu cầu điện năng phương án cơ sở được dự báo theo phương án phát
triển kinh tế cơ sở. Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng
trưởng trung bình điện năng sẽ là 10,5%/năm và 8,2%/năm tương ứng với
từng giai đoạn. Đến năm 2020, nhu cầu điện năng là 173 tỷ kWh. Tốc độ tăng
trưởng điện năng của giai đoạn 2000 - 2020 là 10,4%/năm.
Với dự báo này thì ngành điện nói chung và LĐTA địa phương nói riêng
trong thời gian tới đòi hỏi phải có sự phát triển, cải tạo và mở rộng rất lớn.
Đây là một thực tế cần phải được quan tâm.
1.3. Kết luận
Chương này đã giới thiệu tổng quan một số vấn đề cơ bản về LĐTA, bao
gồm định nghĩa, cấu trúc, đặc điểm và vai trò của LĐTA, đồng thời giới thiệu
về tình hình phát triển LĐTA ở nước ta và sự phát triển của phụ tải điện đến
năm 2020. Từ đó cho thấy LĐTA có vai trò hết sức quan trọng trong việc
cung cấp điện, đáp ứng nhu cầu trực tiếp cho phụ tải.
Nền kinh tế ngày càng phát triển, đời sống con người ngày càng cao dẫn
đến nhu cầu về điện năng cũng rất lớn. Bên cạnh đó, các nguồn nhiên liệu
truyền thống cung cấp cho các nhà máy điện lớn ngày một cạn kiệt và đã gây
ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu; mặt khác,
việc phải xây dựng quá nhiều các hệ thống đường dây cao áp truyền tải điện
năng đi xa rất tốn kém về kinh tế và cũng gây tổn thất rất lớn.
Nhằm góp phần giảm tải cho các nguồn phát điện trung tâm, giảm vốn
đầu tư và tổn thất công suất trên các lưới điện truyền tải, giảm sự tác động
tiêu cực đến môi trường. Trong những năm gần đây, với khoa học kỹ thuật
cao, việc nghiên cứu và đưa vào thử nghiệm cũng như vận hành các nguồn
phát điện có công suất vừa và nhỏ đã và đang được đặc biệt quan tâm vì nhiều
ưu điểm của nó. Những nguồn phát điện này được bố trí phân tán khắp nơi có
thể, làm nhiệm vụ cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải hoặc được đấu nối
12
13
vào lưới điện trung áp để cung cấp điện cho một khu vực phụ tải rộng hơn.
Những nguồn phát điện này được gọi là “Nguồn phân tán”, những ưu điểm
nổi bật nhất của nó là: Các nguồn năng lượng sơ cấp của các nguồn phân tán
hầu hết là các dạng năng lượng mới và tái tạo, có trữ lượng rồi rào, ít gây ảnh
hưởng tiêu cực đến môi trường; các nguồn này sản xuất ra điện năng tại nơi
tiêu thụ, như vậy sẽ giảm được tổn thất điện năng, chi phí không phải xây
dựng thêm các lưới truyền tải điện đi xa.
Trên thế giới, các nguồn phân tán đã được nghiên cứu và ứng dụng rất
sớm. Tại Việt Nam, khái niệm về nguồn phân tán tuy còn mới mẻ nhưng cũng
đang được quan tâm nghiên cứu rất nhiều, có nhiều nghiên cứu đã thành công
và được đưa vào ứng dụng thực tế.
Trong chương tiếp theo sẽ trình bày tổng quan về đặc điểm công nghệ
các dạng nguồn điện phân tán, ưu nhược điểm của chúng và thực trạng các
nguồn điện phân tán tại Việt Nam.
13
14
Chương 2
NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN
2.1. Đặt vấn đề
Những năm gần đây, nhiều công nghệ nguồn điện phân tán đã được ứng
dụng thành công trong hệ thống điện. Khi tham gia trong hệ thống, nguồn
điện phân tán sẽ làm thay đổi trào lưu công suất, thay đổi lộ trình và thông số
nâng cấp của đường dây, trạm biến áp nguồn. Tuy nhiên, nguồn điện phân tán
thường có vốn đầu tư lớn, công suất phát có thể không ổn định phụ thuộc vào
nguồn năng lượng sơ cấp. Thông số của LĐTA như tổn thất công suất, tổn
thất điện năng và chất lượng điện áp sẽ thay đổi dưới tác động của nguồn điện
phân tán. Do đó, cần nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn này tới các chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật của LĐTA.
2.2. Định nghĩa nguồn điện phân tán
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nhiều công nghệ
mới, nhiều loại nguồn điện phân tán đã được ứng dụng thành công. Nhu cầu
về năng lượng tăng cao, các vấn đề bất cập từ việc phát triển nguồn năng
lượng truyền thống, cũng như những ưu điểm của nguồn điện phân tán, đang
là động lực thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các nguồn điện phân tán.
Trong nhiều tài liệu khác nhau, nhiều thuật ngữ và tên gọi khác nhau
được sử dụng để định nghĩa nguồn điện phân tán. Các tên gọi thường được sử
dụng là: “nguồn phát nhúng vào - Embedded Generation”, “nguồn phát phân
tán - Distributed Genneration (DG) hay Dispersed Generation”, “nguồn phi
tập trung - Decentralized Generation” [27][20]. Nói chung, nguồn phân tán có
thể được hiểu như là một nguồn phát điện với quy mô nhỏ được đấu nối vào
hệ thống lưới phân phối.
Trong luận văn này, tác giả sử dụng định nghĩa nguồn phân tán như định
nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 1547: “Nguồn phân tán là loại nguồn kết nối trực
14
15
tiếp tới hệ thống phân phối. Nguồn phân tán bao gồm máy phát điện và các
công nghệ dự trữ năng lượng.
2.3. Phân loại nguồn điện phân tán
Nguồn phân tán có thể chia ra làm hai nhóm chính theo công nghệ chế
tạo [3][25]:
- Nhóm nguồn năng lượng tái tạo: Điện gió, điện mặt trời, thủy điện
nhỏ, điện sinh khối, địa nhiệt điện, điện thủy triều.
- Nhóm nguồn năng lượng không tái tạo: Động cơ đốt trong (Diesel),
pin nhiện liệu, tua bin hơi.
Trong đó các DG tái tạo đang được ưu tiên thúc đẩy phát triển nhanh
chóng do các tác động tích cực của chúng đến môi trường. Các công nghệ DG
và dải công suất thông thường được chỉ ra trong Bảng 2.1
Bảng 2.1: Dải công suất tương ứng của các công nghệ DG
Loại DG
Thủy điện nhỏ
Thủy điện rất nhỏ
Điện gió
Pin quang điện
Điện mặt trời
Dải công suất
1 - 100MW
25kW - 30MW
200W - 3MW
20W - 100kW
1 - 80MW
Loại DG
Điện sinh khối
Pin nhiên liệu
Địa nhiệt
Năng lượng biển
Dải công suất
100kW - 20MW
1kW - 5MW
5MW - 1000MW
100kW - 1MW
Với sự đa dạng về các DG như vậy, trong tương lai mạng điện sẽ giống
như một mạng Internet trong đó các DG được kết nối ở khắp nơi giống như
máy vi tính. Hệ thống điện lúc này là sự kết hợp của các DG và các nguồn
phát điện trung tâm (CG - Center Generation). Các CG được kết nối vào lưới
điện áp cao (thường từ 110kV trở lên) cung cấp điện cho các trung tâm, vùng
miền tiêu thụ công suất lớn, trong khi đó các DG được kết nối vào lưới điện
từ 35kV trở xuống cung cấp điện cho các nơi xa lưới điện trung tâm, các cụm
phụ tải vừa và nhỏ,… Bên cạnh đó, một số nguồn phân tán nhỏ như: máy phát
Diesel, điện mặt trời, pin nhiên liệu… được nối trực tiếp vào lưới hạ thế
15
