Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện lộ 472, 476 mộc châu có tích hợp nguồn phát điện turbine gió

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Đình Tú

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN
LỘ 472, 476 MỘC CHÂU CĨ TÍCH HỢP NGUỒN PHÁT ĐIỆN TURBINE GIÓ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

Thái Nguyên - năm 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Đình Tú

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN
LỘ 472, 476 MỘC CHÂU CĨ TÍCH HỢP NGUỒN PHÁT ĐIỆN TURBINE GIÓ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
MÃ SỐ: 8.52.01.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Ngô Đức Minh

Thái Nguyên – năm 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tơi là Nguyễn Đình Tú, học viên lớp cao học K21 ngành Kỹ thuật điện, sau hai năm
học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là thầy giáo hướng
dẫn tốt nghiệp PGS.TS. Ngơ Đức Minh, tơi đã hồn thành chương trình học tập và đề tài
luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện lộ 472, 476 Mộc
Châu có tích hợp nguồn phát điện turbine gió”.
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của cá nhân dưới sự hướng dẫn của
Thầy giáo PGS.TS. Ngô Đức Minh. Nội dung luận văn chỉ tham khảo và trích dẫn các tài
liệu đã được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ
tài liệu nào khác.

Thái Nguyên, ngày 12 tháng 07 năm 2020
Học viên

Nguyễn Đình Tú

i


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................................ i
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................................ v
MỞ ĐẦU

1

CHƯƠNG 1

4

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN ....................................................................................... 4
VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ 22 kV HUYỆN MỘC CHÂU .................................................... 4
1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia ........................................................... 4
1.2 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối [6]............................................. 14
1.3 Giới thiệu lưới điện 22 kV huyện Mộc Châu – Sơn La, [7] ............................................. 22
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ................................................................... 24
Kết luận chương 1 ................................................................................................................ 25
CHƯƠNG 2

26

CƠNG CỤ TỐN HỌC VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG ......................................................... 26
2.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................................... 26
2.2 Cơng cụ tốn học và phần mềm ứng dụng, [4] [5] ........................................................... 27
2.2.1 Các biến số và phân loại bus (nút)........................................................................ 27
2.2.2 Giải tích lưới điện và thuật tốn áp dụng .............................................................. 27
2.2.3 Giải tích lưới bằng phần mềm ETAP, [8] [9] ....................................................... 28
2.3 Áp dụng ETAP mô hình hóa mơ phỏng lộ 472, 476 lưới điện 22 kV Mộc Châu.............. 28
2.3.1 Giới thiệu chung về Etap, [9] ............................................................................... 28
2.3.2 Mơ hình hố lộ 472, 476 lưới điện 22 kV Mộc Châu............................................ 32
2.3.3 Hướng dẫn khai báo thông số các phần tử trong sơ đồ mô phỏng ......................... 36
2.4 Máy phát điện turbine gió, [11] [12] ............................................................................... 40
CHƯƠNG 3

47

MƠ PHỎNG GIẢI TÍCH LƯỚI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VẬN HÀNH HIỆU QUẢ LỘ 472,
476 LƯỚI ĐIỆN 22 KV MỘC CHÂU ...................................................................................... 47
3.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................................... 47
3.2 Nghiên cứu hiện trạng và giải pháp điều chỉnh điện áp nguồn ......................................... 48

ii


3.2.1 Chế độ vận hành 1: phụ tải cực đại Smax với điện áp nguồn 105%Uđm .................. 49
3.2.2 Chế độ vận hành 2: phụ tải cực đại Smax có điều chỉnh điện áp nguồn 110%Uđm... 59
3.3 Giải pháp nâng cao chất lượng điện áp bằng tụ bù tĩnh ................................................... 59
3.3.1 Chế độ vận hành 3: phụ tải cực đại Smax có áp dụng tụ bù CSPK........................ 60
3.3.2 Chế độ vận hành 4: Bổ sung số lượng và dung lượng tụ bù .................................. 65
3.3.3

Chế độ vận hành 5: phụ tải cực tiểu Smin (10 ÷ 25%)Sđm .................................. 74

3.4 Giải pháp nâng cao chất lượng điện áp bằng nguồn phát điện turbine gió WTG .............. 79
3.4.1 Chế độ vận hành 6a: WTG vận hành trong điều kiện tốc độ gió 90% định mức.... 80
3.4.2 Chế độ vận hành 6b: WTG vận hành trong điều kiện tốc độ gió 55% định mức ... 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 85
THÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 86

iii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Mơ hình cấu trúc hệ thống điện hồn chỉnh, [1] ........................................................... 4
Hình 1. 2 Sơ đồ một sợi hệ thống điện, [3].................................................................................. 6
Hình 1. 3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện ........................................................................ 6

Hình 1. 4 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối........................................................ 8
Hình 1. 5 Sơ đồ tồn thể lưới điện 22 kV Mộc Châu ................................................................. 23
Hình 1. 6 Sơ đồ lưới điện 22 kV lộ 472, 476 Mộc Châu ........................................................... 25
Hình 2. 1 Các ơ cửa chính......................................................................................................... 29
Hình 2. 2 Các chức năng tính tốn ............................................................................................ 30
Hình 2. 3 Các phần tử AC......................................................................................................... 30
Hình 2. 4 Một số chức năng tính tốn thơng dụng ..................................................................... 31
Hình 2. 5 Các thiết bị đo lường, bảo vệ ..................................................................................... 31
Hình 2. 6 Sơ đồ mơ phỏng lưới điện 22kV Mộc Châu ............................................................... 32
Hình 2. 7 Khai báo thơng số của nguồn..................................................................................... 37
Hình 2. 8 khai báo thơng số tải ................................................................................................. 38
Hình 2. 9 Thơng số trang infor của đường dây .......................................................................... 39
Hình 2. 10 Cấu trúc điển hình của tổ hợp turbine gió ................................................................ 40
Hình 2. 11 Mơ hình cấu trúc DFIG ........................................................................................... 40
Hình 2. 12 Mơ hình cấu trúc WTG kiểu DFIG (Type4), [8] [9]................................................. 41
Hình 2. 13 Mơ hình cấu trúc DFIG và hệ điều khiển DVC - NSVM.......................................... 42
Hình 2. 14 Mơ hình điều khiển véc tơ DVC phương pháp NSVM............................................. 43
Hình 2. 15 khả năng đáp ứng cơng suất nhanh của DFIG – DVC-NSVM.................................. 43
Hình 2. 16 Đặc tính phát cơng suất tác dụng phụ thuộc tốc độ gió của DFIG ............................ 44
Hình 2. 17a,b Các mơ hình khai thác tổ hợp DFIG, [14] ........................................................... 44
Hình 2. 18 Chọn chế độ máy phát turbine gió ........................................................................... 45
Hình 3. 1 Lưu đồ nâng cao chất lượng điện áp và hiệu quả vận hành lưới điện.......................... 48
Hình 3. 2 Mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus chế độ vận hành 1................................. 49
Hình 3. 3 Sơ đồ mô phỏng phân bố công suất chế độ vận hành 3 .............................................. 60
Hình 3. 4 sơ đồ mơ phỏng chế độ vận hành 4 ............................................................................ 67
Hình 3. 5 Ảnh trích xuất từ hình 3.1 mơ phỏng chế độ vận hành 1 ............................................ 68
Hình 3. 6 Ảnh trích xuất từ hình 3.1 mơ phỏng chế độ vận hành 4 ............................................ 68
Hình 3. 7 Mơ hình nguồn điện turbine gió cơng suất nhỏ .......................................................... 79
Hình 3. 8 Một trạm điện turbine gió .......................................................................................... 80
Hình 3. 9 Kết quả mơ phỏng phân bố cơng suất và điện áp buss-tải .......................................... 81

Hình 3. 10 So sánh WTG phát công suất ở 2 tốc độ gió khác nhau............................................ 83

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1 Tổng độ méo biên độ sóng hài .................................................................................. 16
Bảng 1. 2 Độ nhấp nháy điện áp ............................................................................................... 16
Bảng 1. 3 Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố ........................ 17
Bảng 1. 4 Chế độ nối đất........................................................................................................... 18
Bảng 2. 1 Thông số phụ tải lộ 472, 476 Mộc Châu.................................................................... 32
Bảng 2. 2 Thông sô đường dây lộ 472, 476 Mộc Châu .............................................................. 34
Bảng 3. 1 Dữ liệu kết quả mô phỏng chế độ vận hành 1 ............................................................ 50
Bảng 3. 2 Dữ liệu kết quả phân bố công suất chế độ vận hành 1 ............................................... 53
Bảng 3. 3 Dữ liệu kết quả cân bằng công suất chế độ vận hành 1 .............................................. 58
Bảng 3. 4 Tên gọi và thơng số các trạm bù hiện có ................................................................... 59
Bảng 3. 5 Dữ liệu kết quả mô phỏng chế độ vận hành 3 ............................................................ 61
Bảng 3. 6 So sánh hiệu quả áp dụng tụ bù ................................................................................. 64
Bảng 3. 7 Tên gọi và thông số các trạm bù nâng cấp và thiết lập mới ........................................ 66
Bảng 3. 8 dữ liệu kết quả mô phỏng chế độ vận hành 4 ............................................................. 69
Bảng 3. 9 So sánh tổn thất công suất giưa hai chế độ vận hành 1 và chế độ vận hành 4 ............. 73
Bảng 3. 10 Dữ liệu kết quả phân bố công suất và điện áp bus-tải chế độ vận hành 5 ................. 74
Bảng 3. 11 Kết quả tóm tắt điện áp bus-tải chế độ 5 khi ngắt kết nối 12 trạm bù ....................... 78
Bảng 3. 12 Dữ liệu kết quả phân bố công suất và điện áp bus-tải chế dộ 6a............................... 81
Bảng 3. 13 So sánh cân bằng công suất và các tổn thất giữa 2 chế độ vận hành 4 và 6 .............. 82
Bảng 3. 14 Dữ liệu kết quả phân bố công suất và điện áp bus-tải chế dộ 6b .............................. 82

v

MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu chung
Hệ thống điện Việt Nam nói chung và lưới điện tại các tỉnh miền núi nói riêng
được xây dựng và phát triển từng bước qua các nhiều giai đoạn nên tồn tại nhiều bất
cập, hình 1. Trong đó, có nhiều đường dây 22 kV cung cấp cho các trạm biến biến áp
phân bố rải rác trải dài trên một phạm vi lớn hàng trăm km, đặc điểm phụ tải có tính chất
khơng ổn định. Trong q trình cải tạo phát triển, các nguồn phân tán sử dụng năng
lượng tái tạo được bổ sung trong lưới phân phối đã làm cho cấu trúc lưới ban đầu trở
nên lỗi thời, phát sinh nhiều bất cập, ví dụ:
- Cấu trúc lưới, và chủng loại, tiết diện dây dẫn một vài đoạn bất hợp lý.
- Hạn chế tính năng làm việc, bảo vệ của các thiết bị điện.
- Khó khăn trong lựa chọn phương thức vận hành lưới điện.
- Chất lượng điện năng thấp do điện áp thay đổi tăng, giảm phụ thuộc vào thuỷ
điện nhỏ kết nối lưới.
- Tổn thất điện năng trên lưới điện lớn.
Trong bối cảnh này, những lưới điện trung thế thuộc địa bàn miền núi nói chung
và cụ thể là lưới điện 22 kV Lộ 472, 476 huyện Mộc Châu cần thiết phải được kiểm sốt
bằng những phần mềm chun dụng, ví dụ như POWERWORLD, PSS-ADEPT,... hay
ETAP. Thơng qua đó để có thể đề xuất được những giải pháp tốt nhất cho các phương
án vận hành, khảo sát nhiều ứng dụng khác nhau cho hoạt động chuyên môn cả về lý
thuyết và thực tiễn.
2. Đối tượng nghiên cứu
Lộ 472, 476 thuộc lưới điện phân phối huyện Mộc Châu tỉnh Sơn La. Nghiên cứu
thực trạng vận hành lưới điện 22 kV Lộ 472, 476 huyện Mộc Châu; khảo sát các phương
án vận hành khác nhau, trạng thái vận hành khác nhau về thông số nguồn (TBA trung
gian), thơng số phụ tải, cấu trúc mạch vịng, vận hành phân cấp tụ bù, các nguồn phân
tán...Trên cơ sở đó phát hiện những ưu nhược điểm, những tồn tại, bất cập của lưới điện
1

hiện tại đồng thời đề xuất giải pháp khắc phục
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Về lý thuyết:
- Học viên sử dụng được phần mềm chuyên dụng ETAP cho học tập, nghiên cứu
và ứng dụng trong công tác chuyên mơn, nghiệp vụ.
- Mơ hình hóa mơ phỏng được đối tượng nghiên cứu là lưới điện 22 kV Lộ 472,
476 huyện Mộc Châu làm cơ sở cho các nghiên cứu chuyên môn chuyên ngành.
Về thực tiễn:
- Đề xuất được các giải pháp nâng cao chất lượng điện áp và hiệu quả vận hành
cho Lộ 472, 476 lưới điện 22 kV huyện Mộc Châu. Đặc biệt là đối với các nguồn phân
tán (DG) kết nối lưới.
- Cung cấp dữ liệu cho quy hoạch phát triển lưới trong tương lai, đồng thời có áp
dụng nguồn phân tán khác.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Khảo sát, thu thập số liệu thực tế.
- Sử dụng phần mềm mơ phỏng hiện đại (ETAP).
- Phân tích cơ sở lý thuyết áp dụng cho đối tượng thực tế .
- Cơng cụ nghiên cứu, tính tốn, mơ phỏng có độ tin cậy cao.
- Đánh giá nêu bật được những đóng góp của đề tài, giá trị khoa học và thực tiễn
đạt được.
5. Kết cấu luận văn
Tổng thể luận văn gồm các chương sau:
Chương 1. Tổng quan về hệ thống điện và lưới điện 22 kV Mộc Châu
Chương 2. Công cụ tốn học và phần mềm ứng dụng
Chương 3. Mơ phỏng giải tích lưới và giải pháp nâng cao chất lượng điện áp và
hiệu quả vận hành Lộ 472, 476 lưới điện 22 kV Mộc Châu
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do điều kiện thời gian và giới hạn phạm vi
nghiên cứu của một luận văn cao học, nên những kết quả đạt được và sự trình bày còn

hạn chế, chưa thể đáp ứng đầy đủ những kỳ vọng. Kính mong nhận được đóng góp của
2


mọi người, đặc biệt là của Hội đồng bảo vệ luận văn tốt nghiệp thạc sỹ. Để hoàn thành
được bản luận văn này, Học viên và người hướng dẫn xin cám ơn sự giúp đỡ đặc biệt
của Công ty điện lực Sơn La, Điện lực Mộc Châu, cám ơn Nhà trường, cám ơn các tác
giả của tài liệu tham khảo và cám ơn OTI đã cung cấp một công cụ đắc hiệu cho áp dụng
trong trong luận văn.

3


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN
VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ 22 kV HUYỆN MỘC CHÂU

1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia
Điện năng là một dạng năng lượng đặc biệt và rất phổ biến hiện nay, điện năng có
rất nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các dạng năng lượng khác như: dễ dàng chuyển hóa
thành các dạng năng lượng khác với hiệu suất cao (cơ năng, nhiệt năng, hoá năng, quang
năng...). Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện hay các trạm phát điện theo
nhiều cơng nghệ khác nhau. Q trình sản xuất và sử dụng điện năng của bất kể quốc
gia nào trên thế giới cũng đề được thực hiện bởi một hệ thống điện. Hình 1. 1 Mơ hình
cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh được áp dụng tại nhiều nước phát triển trên thế giới
[1].

Hình 1. 1 Mơ hình cấu trúc hệ thống điện hồn chỉnh, [1]
[nguồn: ]

4


Trong đó bao gồm các hạng mục chính : sản xuất, truyển tải đến phân phối và tiêu
thụ điện. Hoạt động của hệ thống điện có một số đặc điểm chính sau đây, [2] [3] [4] [5].
- Điện năng sản xuất ra nói chung, tại mọi thời điểm ln phải bảo đảm cân bằng
giữa lượng điện năng sản xuất ra với lượng điện năng tiêu thụ, tích trữ và điện năng tổn
thất trên các thiết bị truyền tải và phân phối điện.
- Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh. Ví dụ: sóng điện từ hay sóng sét lan truyền
trên đường dây với tốc độ rất lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300.000 km /s), thời gian đóng
cắt mạch điện, thời gian tác động của các bảo vệ thường xẩy ra dưới 0,5s.
- Hoạt động điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều kĩnh vực xã hội và kinh tế
quốc dân khác như: Luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, cơ khí, cơng nghiệp nhẹ, đơ thị
và dân dụng,...
Một hệ thống điện quốc gia bao gồm rất nhiều các phần tử được kết nối với nhau
theo nguyên lý của một mạch điện dựa trên cơ sở đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế.
Tương ứng sơ đồ cấu trúc khối trên hình 1.1 [1] [5], có thể biểu diễn một hệ thống điện
quốc gia dưới dạng sơ đồ một sợi (One Diagram), Hình 1. 2 [2],[3].

5


Hình 1. 2 Sơ đồ một sợi hệ thống điện, [3]
Cấu trúc của một hệ thống điện thường được chia thành 03 khối chính như mơ tả
trên Hình 1. 3.

Hình 1. 3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện

Trong đó, các khối được giới thiệu cụ thể như sau:
1.1.1 Khối 1 - Các nhà máy điện

Khối các nhà máy điện được phân biệt thành hai loại. Thứ nhất đó là các nhà máy
điện cơng suất lớn bao gồm các trung tâm sản xuất điện lớn, các nhà máy nhiệt điện,
nhà máy điện hạt nhân, trạm thủy điện công suất lớn (Pđm ≥ 30 MW). Thứ hai đó là các
nguồn điện phân tán công suất nhỏ (Pđm  30 MW).

6


1.1.2 Khối 2 - Hệ thống truyền tải
Hệ thống truyền tải (Transmission, Subtransmisstion), đó là hệ thống các trạm biến
áp và các đường dây tải điện có nhiệm vụ chính là truyền tải công suất giữa các trạm
biến áp, không trực tiếp kết nối với phụ tải tiêu thụ điện. Trong khối này lại được chia
thành hai khối con, đó là [2], [3]:
- Khối truyền tải siêu cao áp (EHV transmission): bao gồm hệ thống các trạm biến
áp và đường dây có điện áp xoay chiều định mức Uđm ≥ 220 kV. Một số nước tân tiến
có sử dụng đường dây truyền tải siêu cao áp một chiều HVDC.
- Khối truyền tải cao áp (HV transmission): bao gồm hệ thống các trạm biến áp và
đường dây có điện áp xoay chiều định mức 22 kV ≤ Uđm ≤ 110 kV.

1.1.3 Khối 3 - Hệ thống điện phân phối (Electric distribution system)
1.1.3.1 Cấu trúc hệ thống
Trước đây ở Việt Nam, phạm vi của hệ thống phân phối điện chỉ bao gồm các trạm biến
áp và đường dây được tính từ phía thứ cấp trạm biến áp 110 kV trở về đến các phụ tải
tiêu thụ điện. Ngày nay, kể từ 01/11/2018, EVN đã có quy định mới: hệ thống phân phối
điện được mở rộng thêm về phía cao áp đến thứ cấp của trạm biến áp 220 kV. Đây là
một hướng hội nhập quốc tế. Trên cơ sở mơ hình tổng quát của hệ thống điện quốc gia
hình 1.1 và hình 1.2, cấu trúc một hệ thống phân phối điện có thể được bóc tách dưới
dạng sơ đồ một sợi như trên hình 1.4

7

Hình 1. 4 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối

Theo cấu trúc này, hệ thống phân phối điện lại có thể được phân chia thành các hệ
thống phân phối con dựa trên điện áp định mức làm căn cứ:
- Hệ thống phân phối điện cao thế 110 kV (High Voltage): bao gồm toàn bộ đường
dây và các trạm biến áp 110 kV đóng vai trị trung gian (Sup transmision line) hay
(Transmision line) để cung cấp điện cho các trạm biến áp khu vực (Zone Suptation). Đối
với các phụ tải lớn như các nhà máy lớn hay các khu cơng nghiệp có sức tiêu thụ điện
cao, có thể được kết nối trực tiếp với hệ thống truyền tải con 110 kV.
8


- Hệ thống phân phối điện trung thế (Middle Voltage): bao gồm hệ thống các đường
dây trung thế (22 kV, 22 kV) và các trạm biến áp phân phối hạ áp cung cấp điện cho
lưới phân phối hạ thế (Low voltage).
- Hệ thống phân phối điện hạ thế thế (Low Voltage): bao gồm hệ thống các trạm
biến áp phân phối và đường dây hạ thế (0,4 kV) cung cấp cho các phụ tải là điểm cuối
cùng của hệ thống điện.
1.2.3.2 Các dạng nguồn điện công suất nhỏ trong hệ thống phân phối điện
Hiện nay, trong lưới phân phối điện không chỉ có một loại nguồn cung cấp từ phía
lưới điện quốc gia mà cịn có thêm các nguồn phân tán. Chính vì vậy cấu trúc lưới được
thay đổi căn bản, phân bố công suất không chỉ theo một hướng (one way) như trước đây
mà là nhiều hướng, thậm chí ln thay đổi cả về độ lớn và hướng công suất.
 Nguồn chính: nguồn chính cung cấp điện cho lưới cho lưới phân phối được chỉ
định từ lưới điện quốc gia được quy đổi về cấp điện áp trung thế cao nhất của lưới phân
phối. Trên sơ đồ nguyên lý một sợi (one line diagram) nguồn có thể được biểu diễn bởi
một thanh cái (Bus).
Các thông số cơ bản của nguồn bao gồm:

- Cấp điện áp định mức Uđm (kV): 110 kV, 22 kV, 22 kV
- Công suất ngắn mạch SNM (MVA): 400 MVA
- Tỷ số X/R
Một hệ thống điện phân phối có thể bao gồm một hoặc hai nguồn chính tùy theo
cấp độ tin cậy cần thiết. Trong thực tế đó là các trạm biến áp trung gian biến đổi từ cấp
điện áp 110 kV hoặc 220 kV xuống cấp điện áp phân phối.
 Nguồn phân tán (DG): trong lưới phân phối cịn có các nguồn phân tán khác,
điển hình là:
1- Nguồn pin mặt trời: đó là các tổ hợp pin mặt trời kết hợp với biến tần DC/AC
và máy biến áp tạo ra một nguồn cung cấp điện kết nối với lưới phân phối.
2- Nguồn SHP: đó là SHP địa phương kết nối trực tiếp với lưới điện phân phối.
3- Nguồn máy phát điện gió: đó là turbine gió cơng suất nhỏ, có thể là đơn chiếc
hay tổ hợp nhiều chiếc (Wind Farm) kết nối với lưới phân phối.
9


4- Nguồn máy phát diesel: loại nguồn này chủ yếu đóng vai trị dự phịng và khơng
thể thiếu được đối với các hộ dùng điện đòi hỏi cao về chất lượng điện năng cung
cấp như: những nhà máy hay phân xưởng sản xuất áp dụng công nghệ hiện đại,
khách sạn, bệnh viện , nhà cao tầng,VV.
5- Kho điện (battery) kết hợp với biến tần DC/AC/DC: Loại nguồn này cũng đang
được khuyến khích phát triển với vai trị nguồn dự phịng hoặc ứng dụng cho các
giải pháp điều phối năng lượng hữu ích.
1.1.3.2 Phân loại thiết bị dùng điện trong hệ thống phân phối điện
Điện năng là động lực chính của các hoạt động sản xuất và đời sống sinh hoạt
của con người nên các thiết bị dùng điện là rất đa dạng, phong phú, chúng có thể
phân loại theo nhiều cách như sau:
 Phân loại theo điện áp định mức của thiết bị:
- Các thiết bị hạ áp là các thiết bị điện có điện áp định mức Uđm < 1000V.
- Các thiết bị điện cao áp là các thiết bị điện có điện áp định mức Uđm > 1000V.

Các thiết bị có cơng suất lớn, Pđm > 100kW thường được chế tạo với cấp điện
áp cao Uđm > 1000V.
 Phân loại theo theo tần số:
- Thiết bị điện có tần số cơng nghiệp (50Hz).
- Thiết bị điện có tần số khác tần số công nghiệp.
Hiện nay ở ta các nguồn điện 3 pha đều sử dụng tần số công nghiệp 50Hz. Đối
với các thiết bị có tần số khác tần số cơng nghiệp thì phải có thiết bị biến đổi. Vì vậy,
đối với cung cấp điện thì ta coi bộ biến đổi như một thiết bị dùng điện xoay chiều
tần số cơng nghiệp bình thường và việc tính tốn cung cấp điện cho thiết bị tần số
khác tần số cơng nghiệp được quy về việc tính tốn cung cấp điện cho thiết bị biến
đổi.
 Phân loại theo nguồn cung cấp:
- Thiết bị điện xoay chiều ba pha và một pha.
- Thiết bị điện một chiều.
10


 Phân loại theo chế độ làm việc:
- Thiết bị điện làm việc theo chế độ dài hạn.
- Thiết bị điện làm việc theo chế độ ngắn hạn.
- Thiết bị điện làm việc theo chế độ ngắn hạn lặp lại.
 Phân loại theo vị trí lắp đặt:
- Thiết bị điện lắp đặt cố định, di động.
- Thiết bị điện lắp đặt trong nhà, ngoài trời.
- Thiết bị điện lắp đặt ở những điều kiện đặc biệt như nóng, ẩm, bụi, có hơi và khí
ăn mịn, có khí và bụi nổ.
1.2.3.4 Những hộ phụ tải điện điển hình và yêu cầu cung cấp điện :
Tùy theo cơng nghệ hay mục đích sử dụng, mỗi loại thiết bị dùng điện phải có
những tính năng đảm bảo đáp ứng được những yêu cầu đặt ra. Vì thế chúng địi hỏi phải
được cung cấp điện một cách phù hợp, thỏa mãn các tiêu chuẩn quy định chung và quy

định riêng cho những trường hợp đặc biệt. Sơ bộ, các thiết bị dùng điện được phân loại
như sau :
Các thiết bị dùng điện đều có thể gọi chung là phụ tải điện hay hộ phụ tải. Khái
niệm về hộ phụ tải có tính chất tương đối, một hộ phụ tải có thể là một nhóm máy hay
một phân xưởng, nhà máy xí nghiệp, các căn hộ, dẫy phố hay nhà cao tầng,VV. Đôi khi,
một thiết bị cũng có thể được coi như một hộ phụ tải. Trong thực tế, hộ phụ tải thường
được nhóm (grouping) theo đặc điểm của thiết bị dùng điện hay nhóm theo vị trí, khu
vực,VV.
 Hộ phụ tải dạng nhà máy xí nghiệp cơng nghiệp:
Đối với nhà máy, xí nghiệp cơng nghiệp có quy mơ nhỏ có thể chỉ có một trạm biến áp
phân phối. Trong khi đó một xí nghiệp cơng nghiệp lớn, có nhiều phân xưởng sản xuất,
mỗi phân xưởng có thể được cung cấp điện bởi một hay nhiều trạm biến áp phân phối.
Trong một phân xưởng bao gồm nhiều máy sản xuất thường được chia thành nhiều nhóm
máy. Mỗi nhóm máy được cung cấp điện bởi một tủ điện (tủ động lực), các tủ động lực
được cung cấp điện bởi một tủ điện tổng (tủ phân phối trung gian).
Các máy sản xuất (thiết bị điện) trong phân xưởng gồm những loại chính sau:
11


 Máy sản xuất cơ khí dùng động cơ điện :
Động cơ điện là thiết bị chiếm hơn 70% tổng các thiết bị sử dụng điện trong cơng nghiệp,
chúng có nhiều kiểu loại khác nhau :
- Động cơ công suất lớn : là các động cơ xoay chiều 3 pha làm việc dài hạn.
- Động cơ công suất vừa và nhỏ : bao gồm cả các động cơ xoay chiều 3 pha và
động cơ một chiều.
 Lò điện và các loại thiết bị gia công nhiệt khác :
Trong công nghiệp thường dùng các loại lò sau đây: Lò điện trở, lò cảm ứng, lò hồ
quang, lò hỗn hợp (hồ quang - điện trở).
- Lị điện trở: Lị điện trở có hai loại: đốt nóng trực tiếp và gián tiếp. Cơng suất
của lị có thể từ hàng trăm đến hàng ngàn kW, điện áp định mức thường nhỏ hơn 1000V,

tần số 50 Hz dùng điện 1 pha hoặc 3 pha. Hệ số cơng suất của loại lị đốt nóng gián tiếp
phần lớn bằng 1.
- Lị cảm ứng: Lị cảm ứng có 2 loại: Loại lị có lõi thép thường dùng dịng điện
xoay chiều tần số 50Hz, điện áp (220380) V. Công suất có thể đạt tới 2000kVA, hệ số
cơng suất khoảng (0,20,8), thường được dùng để luyện kim loại màu. Loại lị khơng
có lõi thép cũng dùng nguồn điện như trên hoặc dùng nguồn điện có tần số cao hơn
khoảng (5001000) Hz. Cơng suất có thể đạt tới 4500kVA, hệ số công suất rất thấp
khoảng (0,050,25), thường dùng để luyện thép đặc biệt hoặc kim loại màu.
- Lò hồ quang: Lò hồ quang có hai loại: Đốt nóng trực tiếp và gián tiếp. Được
cung cấp từ nguồn điện cao áp qua máy biến áp hạ áp. Lò hồ quang ba pha cơng suất có
thể đạt tới 4500kVA, hệ số cơng suất khoảng (0,80,9). Trong quá trình vận hành thường xẩy
ra tình trạng ngắn mạch làm việc khi nguyên liệu chạm vào điện cực. Dịng điện ngắn mạch
làm việc có thể lên tới (2,53,5) lần dòng điện định mức của lò. Đây là đặc điểm hết sức lưu
ý cho thiết kế trạm biến áp phân xưởng và trạm biến áp trung gian.
- Máy hàn điện: Có nhiều cách phân loại máy hàn điện. Theo nguồn cung cấp
thường chia ra loại máy hàn dùng dòng điện xoay chiều và loại máy hàn dùng dòng điện
một chiều. Theo nguyên lý hàn chia ra loại hàn hồ quang và loại hàn tiếp xúc. Theo cách
12


làm việc chia ra loại máy hàn tay và máy hàn tự động. Máy hàn điện một chiều thường
là một tổ máy gồm động cơ ba pha xoay chiều quay máy phát điện một chiều. Hệ số
công suất lúc làm việc định mức là (0,70,8), lúc không tải khoảng 0,4. Máy hàn điện
xoay chiều thường là các máy biến áp hàn một pha, tần số 50 Hz, làm việc trong chế độ
ngắn hạn lặp lại. Hệ số công suất của máy hàn hồ quang là (0,330,45), của máy hàn
tiếp xúc là (0,40,7). Điện áp cung cấp cho chúng thường là 380/220V. Đặc biệt, có
máy hàn cao tần trong các dây truyền sản xuất ống thép có cơng suất lớn và rất lớn hàng
trăm kW đến hàng nghìn kW là một tổ hớp các thiết bị gồm máy biến áp chỉnh lưu, bộ
biến đổi AC/DC, bộ tạo dao động tần số cao (150 – 600)MHz và máy biến áp xung.
- Thiết bị chiếu sáng: Thiết bị chiếu sáng thường là loại thiết bị một pha, công

suất của mỗi thiết bị chiếu sáng không lớn, thường từ (101000) W. Điện áp cung cấp
thường là (220, 127) V, tần số 50Hz. Đặc điểm đồ thị phụ tải của loại thiết bị này là
bằng phẳng, phụ thuộc vào chế độ làm việc của xí nghiệp (một ca, hai ca hoặc ba ca).
Hệ số công suất của đèn dây tóc là 1, của đèn huỳnh quang là khoảng 0,6.
 Phụ tải đô thị, dân sinh:
Phụ tải đô thị được kể đến là các thiết bị dùng điện trong văn phịng cơng sở, trong
căn hộ dân sinh như các máy điều hịa khơng khí, tủ lạnh, bình gia nhiệt, bếp điện, máy
tính, máy in, đèn chiếu sáng,VV. Các thiết bị này có cơng suất nhỏ từ vài chục W đến
và KW. Cá biệt cũng có thiết bị công suất lớn hơn đến vài chục kW. Mặc dù vậy, đối
với các nhà cao tầng thì tổng phụ tải của cả tòa nhà cũng rất lớn, đến hàng MW, hay
những dãy phố cũng vậy. Việc thiết kế cung cấp điện cho phụ tải dạng này phải được
nghiên cứu kỹ lưỡng, đáp ứng được những yêu cầu theo từng trường hợp cụ thể
 Kho lưu trữ điện :
Ngày nay, trong su hướng thơng minh hóa đơ thị và lưới điện phân phối, các kho
lưu trữ điện được phát triển mạnh. Đó là các trạm biến đổi AV/DC phục vụ cho nhiều
mục đích khác nhau như: Nạp điện cho các kho Batteries nhằm cải thiện đồ thị phụ tải
ngày, nạp điện cho các tụ điện thương mại phân phối cho các hộ dân cư dùng điện pin
mặt trời, trạm cấp năng lượng các phương tiện giao thông dùng điện một chiều. Các phụ
13


tải dạng này có cơng suất từ một vài kW đến hành MW. Năm 2018, hãng Tesla đã xây
dựng trạm nạp điện cho Ơtơ cơng suất đến hàng 3MW tại Califonia và Trung Quốc.

1.2 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối [6]
Để đánh giá chất lượng điện năng trong cung cấp cho các hộ tiêu thụ, các cấp quản
lý ngành điện áp dụng các chỉ tiêu cơ bản dựa trên tiêu chuẩn IEC và TCVN quy định [6].
Cụ thể, trong phạm vi đề tài này quan tâm đến đến một số chỉ tiêu cơ bản sau đây:
 Một số quy định hành chính :
 Đơn vị truyền tải điện: là đơn vị điện lực được cấp phép hoạt động điện lực

trong lĩnh vực truyền tải điện, có trách nhiệm quản lý 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: là ngày được chọn có chế độ tiêu thụ điện điển hình của phụ tải
điện theo Quy định nội dung, phương pháp, trình tự và thủ tục nghiên cứu phụ tải điện
do Bộ Cơng Thương ban hành. Ngày điển hình bao gồm ngày điển hình của ngày làm
việc, ngày cuối tuần, ngày lễ (nếu có) cho năm, tháng và tuần.
 Sóng hài: là sóng điện áp và dịng 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 trung tâm được trang bị hệ thống cơ sở hạ tầng công
nghệ thông tin, viễn thông để có thể giám sát, điều khiển từ xa một nhóm nhà máy điện,
nhóm trạm điện hoặc các thiết bị đóng cắt trên lưới điện
14


 Một số quy định về kỹ thuật :
 Tần số :
Tần số danh định trong hệ thống điện quốc gia là 50 Hz. Trong điều kiện bình thường,
tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ± 0,2 Hz so với tần số danh định.
Trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm
vi ± 0,5 Hz so với tần số danh định.
 Điện áp :

- Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối bao gồm: 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 vận hành cho phép tại điểm đấu nối
được phép dao động so với điện áp danh định như sau:
a) Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là ± 05 %;
b) Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là + 10% và - 05 %;
- Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong q trình khơi phục vận hành ổn định sau
sự cố, cho phép mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện bị
ảnh hưởng trực tiếp do sự cố trong khoảng + 05 % và - 10 % so với điện áp danh định.
- Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự cố,
cho phép mức dao động điện áp trong khoảng ± 10 % so với điện áp danh định.
- Trường hợp khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có yêu cầu chất lượng điện
áp cao hơn so với quy định tại Khoản 2 Điều này, khách hàng sử dụng lưới điện phân
phối có thể thỏa thuận với Đơn vị phân phối điện hoặc Đơn vị phân phối và bán lẻ điện.
 Cân bằng pha:
Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha
không vượt quá 03 % điện áp danh định đối với cấp điện áp 110 kV hoặc 05 % điện áp
danh định đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp.
 Sóng hài điện áp:
Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp (THD) là tỷ lệ giữa giá trị hiệu dụng của sóng
hài điện áp với giá trị hiệu dụng của điện áp bậc cơ bản (theo đơn vị %), được tính theo
cơng thức sau:
15


Trong đó:
a) THD: Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp;
b) Vi: Giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp bậc i và N là bậc cao nhất của sóng
hài cần đánh giá;
c) V1: Giá trị hiệu dụng của của điện áp tại bậc cơ bản (tần số 50 Hz).

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

110 kV

3,0 %

1,5 %

Trung và hạ áp

6,5 %

3,0 %

Cho phép đỉnh nhọn điện áp bất thường trên lưới điện phân phối trong thời gian ngắn
vượt quá tổng mức biến dạng sóng hài quy định tại Khoản 2 Điều này nhưng không
được gây hư hỏng thiết bị của lưới điện phân phối.
 Nhấp nháy điện áp:
- 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
110 kV

Trung áp

Mức nhấp nháy cho phép
Pst95% = 0,80
Plt95% = 0,60
Pst95% = 1,00
Plt95% = 0,80

16


Pst95% = 1,00

Hạ áp

Plt95% = 0,80

Trong đó:
- Mức nhấp nháy điện áp ngắn hạn (Pst) là giá trị đo được trong khoảng thời gian
10 phút bằng thiết bị đo tiêu chuẩn theo IEC868. Pst95% là ngưỡng giá trị của Pst sao
cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất một tuần) và 95 % số vị trí đo Pst không
vượt quá giá trị 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 ngưỡng giá trị của Plt sao cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất
01 tuần) và 95 % số vị trí đo Plt khơng vượt quá giá trị này.
- Tại điểm đấu nối trung và hạ áp, mức nhấp nháy ngắn hạn (Pst) không được vượt
quá 0,9 và mức nhấp nháy dài hạn (Plt) khơng được vượt q 0,7 theo tiêu chuẩn

IEC1000-3-7.
 Dịng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố:
- Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố của bảo vệ
chính được quy định trong bảng 1.3 như sau:
Bảng 1. 3 Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố

Thời gian tối đa Thời gian chịu đựng tối thiểu của
Điện áp

Dòng

ngắn

mạch

lớn

nhất (kA)
Trung áp 25
110 kV

31,5

loại trừ sự cố của thiết bị (s)
bảo

vệ

chính Áp dụng tới ngày Áp dụng từ ngày

(ms)

31/12/2017

01/01/2018

500

03

01

150

03

01

17


- Đối với lưới điện trung áp cấp cho khu đơ thị có mật độ dân cư đơng và đường
dây có nhiều phân đoạn, khó phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị đóng cắt trên lưới điện,
cho phép thời gian loại trừ sự cố của bảo vệ chính tại một số vị trí đóng cắt lớn hơn giá
trị quy định tại Khoản 1 Điều này nhưng phải nhỏ hơn 0,1 giây (s) và phải đảm bảo an
toàn cho thiết bị và lưới điện.
- Đơn vị phân phối điện phải thơng báo giá trị dịng ngắn mạch cực đại cho phép
tại điểm đấu nối để Khách hàng lớn sử dụng lưới điện phân phối phối hợp trong quá
trình đầu tư, lắp đặt thiết bị.
 Chế độ nối đất

Chế độ nối đất trung tính trong hệ thống điện phân phối được quy định trong bảng 1.4
như sau:
Bảng 1. 4 Chế độ nối đất

Cấp điện áp

Điểm trung tính

110 kV

Nối đất trực tiếp.

22 kV

Trung tính cách ly hoặc nối đất qua trở kháng.

15 kV, 22 kV
0,6 kV; 10 kV
Dưới 1000 V

Nối đất trực tiếp (03 pha 03 dây) hoặc nối đất lặp lại (03 pha 04 dây).

Trung tính cách ly.
Nối đất trực tiếp (nối đất trung tính, nối đất lặp lại, nối đất trung tính kết
hợp).

Trường hợp chế độ nối đất trung tính trong hệ thống điện phân phối thực hiện khác
với quy định tại Khoản 1 Điều này thì phải được sự đồng ý bằng văn bản của Đơn vị
điều độ hệ thống điện quốc gia.
 Hệ số sự cố chạm đất:

18