Ứng dụng của thiết bị lưu điện trong lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

ĐOÀN HOÀNG NAM

Ứng dụng của thiết bị lưu điện trong lưới điện phân phối

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS TRẦN BÁCH

Hà Nội – Năm 2017


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
LỜI MỞ ĐẦU
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI
1.Tổng quan về lưới phân phối……………………………………...………......…10
1.1.Khái niệm chung về lưới phân phối…………………….……..……..…10
1.2. Các phần tử của lưới phân phối……………..……………………........11
1.3. Khái niệm về cấu trúc lưới phân phối………………………..…….......12
1.4. Cấu trúc lưới phân phối trung áp và hạ áp…………………............…..14

2. Các yêu cầu đối với lưới phân phối trung áp……………………...……….……18
2.1. Chất lượng điện năng tốt…………………………..…………….......…18
2.2. An toàn điện cao…………………………………..……………..…….20
2.3. Độ tin cậy cung cấp điện cao………………………………...….……..20
2.4. Tổn thất điện năng thấp……………………………………...…………23
3. Lưới điện phân phối hiện đại: lưới điện thông minh………………………….31
Chương 2: LƯU ĐIỆN VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA LƯU ĐIỆN TRONG LƯỚI
ĐIỆN
1. Các thách thức mới đối với lưới điện……………………………….…………...35
2. Lưu điện là giải pháp hiệu quả cho phát triển lưới điện…………………….…..36
3. Hiểu biết chung về công nghệ lưu điện……………………………….....………37
3.1. Các loại công nghệ lưu điện ………………………………….…....….37
3.2.Thông số chung về các lưu điện………………………………….....…..39
3.3. Cấu tạo của một số loại lưu điện thông dụng………………….….……40
4. Một số ứng dụng cụ thể của lưu điện trong lưới phân phối điện trung, hạ áp…..59

1


Chương 3: TÍNH TỐN LƯỚI ĐIỆN CĨ ĐIỆN MẶT TRỜI (PV), VAI TRỊ LƯU
ĐIỆN ĐẾN LƯỚI ĐIỆN CĨ ĐIỆN MẶT TRỜI
1. Nội dung và phương pháp tính…………………………….…………….………67
1.1. Nội dung……………………………………………………….….……67
1.2. Phương pháp tính……………………………………...……….………68
2. Thơng số lưới điện được sử dụng để tính tốn…………………………….…….74
2.1. Sơ đồ…………………………...…………………….…………..…….74
2.2. Thơng số lưới phân phối……………………………..……….….….…75
3. Tính toán các chế độ, xác định ảnh hưởng của lưu điện…………………….......80
3.1. Tính tốn chế độ của lưới điện khi chưa có điện mặt trời………..….....80
3.2.Phân tích chế độ khi có điện mặt trời (PV) 8 MW ở nút 71, ngày nắng..83

3.3. Lựa chọn cơng suất lưu điện, phân tích ảnh hưởng của vị trí, cơng suất
của lưu điện đến tổn thất công suất trên lưới điện ……………….………….……89
KẾT LUẬN ………………………………………………………...……………...99
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………....…...100

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của riêng cá nhân
tơi, được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu, số liệu khác nhau có nguồn gốc rõ ràng.
Từ đó vận dụng những kiến thức đã được học và tiếp thu từ thực tế để hồn thành
cơng trình này, khơng sao chép của bất kỳ luận văn nào trước đó.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về nội dung của luận văn này.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

ĐOÀN HOÀNG NAM
Lớp: CA14KTĐ-HTĐ

3


LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành chương trình cao học và thực hiện luận văn này, tôi đã nhận
được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của các q thầy cơ trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội. Tơi xin chân thành cảm ơn đến q thầy cơ trường Đại học

Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là những thầy cơ đã tận tình dạy bảo cho tơi suốt thời
gian học tập tại trường.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Trần Bách đã dành rất
nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tơi hồn thành luận văn
tốt nghiệp này.
Mặc dù tơi đã có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình
và năng lực của mình. Tuy nhiên do hạn hẹp về thời gian nên bài viết của tơi khơng
thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp qúy báu của
qúy thầy cơ và các bạn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
SCADA: Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa
TTĐN: Tổn thất điện năng
MBA : Máy biến áp
TBA: Trạm biến áp
TU: máy biến điện áp
TI: Máy biến dòng điện
LĐTM: Lưới điện thông minh
T&D: Lưới truyền tải và phân phối
PHES: Thủy điện tích năng (pumped hydro energy storage)
FES: Lưu điện bánh đà (flywheel energy storage)
CAS, CAES: Lưu điện khí nén (compressed airenergy storage)
SMES:Lưu giữ năng lượng từ trường siêu dẫn(superconductive magnetic energy
storage)

5

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Thông số dây dẫn
Bảng 3.2: Thông số phụ tải
Bảng 3.3: Thông số đường dây

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ lưới phân phối trung áp hình tia
Hình 1.2: Sơ đồ lưới phân phối trung áp hình tia phân đoạn
Hình 1.3: Sơ đồ lưới phân phối kín vận hành hở do một nguồn cung cấp
Hình 1.4: Sơ đồ lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập
Hình 1.5: Sơ đồ lưới phân phối trung áp kiểu đường trục
Hình 1.6 Sơ đồ lưới phân phối trung áp sử dụng đường dây dự phịng chung
Hình 1.7: Sơ đồ lưới phân phối trung áp lưới có dạng hệ thống phân phối điện
Hình 1.8: Mơ hình lưới điện truyền thống
Hình 1.9 Mơ hình lưới điện thơng minh
Hình 2.1: Vị trí của phong điện và điện mặt trời trong cấu trúc lưới điện và các công
nghệ lưu điện ở các cấp điện áp[4]
Bảng 2.2: Số liệu các lưu điện đã được lắp đặt trên thế giới năm 2012[3]
Bảng 2.3: Tỷ lệ công suất lắp đặt các lưu điện ở Mỹ năm 2013 [12]
Hình 2.4: Số lượng các lưu điện lắp đặt theo cơng suất năm 2013 ở Mỹ [12]
Hình 2.5: Cấu tạo của thủy điện tích năng
Hình 2.6: Cấu tạo của lưu điện khí nén
Hình 2.7: Cấu tạo của lưu điện bánh đà
Hình 2.8: Cấu tạo của lưu điện Siêu tụ điện
Hình 2.9: Cấu tạo của lưu điện trường siêu dẫn

Hình 2.10: Cấu tạo của lưu điện bằng nhiệt năng nhiệt độ cao
Hình 2.11: Các loại lưu điện hóa học
Hình 2.12: Cấu tạo của lưu điện Hydrogen
Hình 2.13: Cấu tạo của lưu điện từ năng lượng sang dạng khí
Hình 2.14: Cấu tạo của Ắc-quy nhiệt độ cao.
Hình 2.15: Cấu tạo của Ắc-quy chì-axit
Hình 2.16: Cấu tạo của Ắc-quy Lithium-ion
Hình 2.17: Cấu tạo của Ắc-quy lưu lượng
Hình 2.18: Lưu điện cố định loại container
7


Hình 2.19: Lưu điện loại xe lưu động
Hình 2.20: Sự phát triển của các công nghệ lưu điện trên thế giới
Hình 2.21: Ứng dụng của các loại lưu điện
Hình 2.22: Thông số để lựa chọn lưu điện đối với từng ứng dụng[5]
Hình 2.23: Khả năng của các loại lưu điện đối với mỗi ứng dụng[12]
Hình 2.24: Các vị trí đấu nối lưu điện trong lưới phân phối[6]
Hình 2.25: Đấu nối lưu điện trong microgrid[6]
Hình 2.26: Diesel kết hợp lưu điện
Hình 2.27: Đồ thị biến thiên giá điện trong ngày và tuần tại nước ngồi [5]
Hình 2.28: Đồ thị phụ tải khi có lưu điện cắt đỉnh [11]
Hình 2.29: Đồ thị phát công suất của điện mặt trời và phong điện [11]
Hình 2.30: Lưu điện san bằng cơng suất phát của nguồn điện tái sinh
Hình 2.31: Thời gian nạp phóng của lưu điện làm phẳng công suất phát và giảm độ
dốc của cơng suất của nguồn điện tái sinh
Hình 2.32: Điều chỉnh tần số khi lưới điện hoạt động độc lập
Hình 2.33: Sử dụng lưu điện khởi động đen[11]
Hình 2.34: Sử dụng lưu điện dịch chuyển thời gian điện năng[5]
Hình 2.35: Sơ đồ lưới phân phối hiện đại[9]

Hình 2.36: Lưu điện làm giảm q điện áp khi có pin mặt trời[9]
Hình 3.1: Lưu đồ tính cơng suất lưu điện .
Hình 3.2: Sơ đồ thuật tốn phương pháp N-R
Hình 3.3: Sơ đồ lưới điện phục vụ tính tốn (lộ 471 trạm E3.16 Trực Ninh)
Hình 3.4: Đồ thị phát của điện mặt trời
Hình 3.5: Đồ thị phụ tải của lưới tính tốn
Hình 3.6: Đồ thị điện áp khi chưa có lưu điện
Hình 3.7: Đồ thị điện áp khi có lưu điện đặt tại nút pin mặt trời
Hình 3.8: Đồ thị điện áp khi có lưu điện đặt tại nút khác pin mặt trời (nút 12)

8


MỞ ĐẦU
Vấn đề lưu trữ năng lượng đóng vai trị quan trọng không kém so với khâu
sản xuất năng lượng, nhất là trong hệ thống điện thông minh. Một câu hỏi lớn đặt ra
với các nhà nghiên cứu năng lượng hiện nay là làm thế nào để lưu trữ điện năng một
cách hiệu quả. Thực tế là lưới điện phân phối không thể lưu trữ điện nên vấn đề đặt
ra là phải có giải pháp để cân bằng sản lượng điện tiêu thụ và sản lượng điện sản
xuất ra. Nhưng liệu các nhà máy điện có thể sẽ xử lý một cách nhanh chóng biến
động về nhu cầu tiêu thụ điện và đỉnh công suất tiêu thụ của khách hàng để sản xuất
ra lượng điện thích hợp? Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị lưu điện trong
lưới điện phân phối là rất cần thiết.
Mục đích nghiên cứu của luận văn là tìm hiểu về lưới phân phối, các yêu cầu
của lưới phân phối hiện đại, vai trò của lưu điện trong lưới phân phối. Tìm hiểu về
các cơng nghệ lưu điện, cấu tạo, các thông số kỹ thuật của các loại lưu điện. Một vài
ứng dụng cụ thể của lưu điện trong lưới phân phối.
Các nội dung chính đã thực hiện:
- Trình bày về cấu trúc của lưới phân phối, mơ hình lưới điện hiện đại.
- Trình bày về vai trị của lưu điện trong lưới điện thơng minh, sự khác nhau

về cấu tạo, ứng dụng của từng loại lưu điện. Tình hình lắp đặt và phát triển công
nghệ lưu điện trên thế giới.
- Sử dụng Matpower, một chương trình chạy trong Matlab để thực hiện tính
tốn các điện áp lưới điện lộ 471 trạm E3.16 Trực Ninh, Nam Định ở các chế độ:
lưới điện như hiện tại, lưới điện có lắp thêm điện mặt trời và lưới điện có lắp thêm
điện mặt trời cùng với lưu điện

9


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.Tổng quan về lưới phân phối [1].
1.1 Khái niệm chung về lưới phân phối.
Lưới phân phối là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối
điện năng từ các trạm trung gian (hoặc trạm khu vực hay thanh cái nhà máy điện)
cho các phụ tải.
Lưới phân phối điện gồm 2 thành phần:
- Lưới phân phối trung áp có điện áp trung bình từ 6 ÷ 35 kV, đưa điện năng
từ các nguồn điện hay cái trạm trung gian (địa phương hoặc khu vực) tới các trạm
phân phối hạ áp.
- Lưới phân phối hạ áp có điện áp thấp 380/220V đưa điện năng tới phụ tải
tiêu thụ.
Lưới phân phối trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện:
1) Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện áp cho phụ tải.
2) 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 lưới phân phối trung áp đều có ảnh hưởng rất lớn đến sinh
hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội.
3) 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).

4) Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năng xảy ra
trên lưới phân phối. Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra trên lưới phân phối.
5) Lưới phân phối gần với người dùng điện, do đó vấn đề an tồn điện cũng
rất là quan trọng.
*Phân loại lưới phân phối trung áp theo 3 dạng:
- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: có 3 loại
+ Lưới phân phối thành phố
+ Lưới phân phối nơng thơn
+ Lưới phân phối xí nghiệp

10


- Theo thiết bị dẫn điện:
+ Lưới phân phối trên khơng
+ Lưới phân phối cáp ngầm
- Theo cấu trúc hình dáng:
+ Lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn và khơng phân đoạn.
+ Lưới phân phối kín vận hành hở.
+ Hệ thống phân phối điện.
Chính những lý do trên, lưới phân phối trung áp được quan tâm nhiều nhất
trong quy hoạch cũng như vận hành. Các tiến bộ khoa học thường được áp dụng
vào việc điều khiển vận hành lưới phân phối trung áp. Sự quan tâm đến lưới phân
phối trung áp còn được thể hiện trong tỷ lệ rất lớn các cơng trình nghiên cứu khoa
học được cơng bố trên các tạp chí khoa học.
1.2 Các phần tử của lưới phân phối.
Các phần tử lưới phân phối bao gồm:
1) Máy biến áp trung gian, máy biến áp phân phối.
2) Thiết bị dẫn điện: đường dây điện gồm dây dẫn và phụ kiện.
3) Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, hệ thống bảo vệ

rơle, aptômát, bảo vệ chống quá điện áp, giảm dòng ngắn mạch.
4) Thiết bị điều chỉnh điện áp: thiết bị điều áp dưới tải trong trạm trung gian,
thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải ở máy biến áp phân phối, tụ bù ngang, tụ bù
dọc, thiết bị đối xứng hố, thiết bị lọc sóng hài bậc cao…
5) Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng,
đồng hồ đo điện áp và dịng điện…, thiết bị truyền thơng tin đo lường.
6) Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.
7) Thiết bị nâng cao độ tin cậy: thiết bị tự 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…
8) Thiết bị điều khiển xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa.

11


1.3 Khái niệm về cấu trúc lưới phân phối.
+ Các phần tử tạo thành lưới phân phối.
+ Sơ đồ lưới phân phối.
- Sơ đồ trạm: là sự ghép nối các phần tử với nhau của các trạm biến áp và
trạm phân phối.
- Sơ đồ lưới phân phối: là các đường dây nối các trạm biến áp phân phối với
nguồn và từ các trạm phân phối với các hộ dùng điện.
Sơ đồ nối điện cịn được gọi là hình dáng của lưới phân phối, có ảnh hưởng rất
lớn đến các tiêu chuẩn chất lượng của lưới phân phối. Do đó, việc lựa chọn sơ đồ
lưới phân phối là nội dung quan trọng của quy hoạch lưới phân phối. Còn trong vận
hành chọn được sơ đồ tối ưu sẽ cho hiệu quả kinh tế rất lớn.
+ Hệ thống điều khiển lưới phân phối.
Cấu trúc lưới phân phối bao gồm: cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành.
Cấu trúc tổng thể của lưới bao gồm 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, và thừa về khả năng lập sơ đồ.
Ngồi ra trong vận hành cịn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa
chữa, trong đó quan trọng nhất là các máy biến áp tự hành, để thay thế cho bất kỳ
máy biến áp phân phối nào bị hỏng hóc hoặc cần phải đưa ra bảo dưỡng.
Ví dụ: Để cung cấp điện cho một phụ tải chỉ cần 1 đường dây, 1 máy biến áp,
nhưng muốn có độ tin cậy cao thì phải dùng 2 đường dây và 2 máy biến áp, như vậy
là thừa về số phần tử. mỗi đường dây hoặc máy biến áp phải có đủ khả năng tải để
khi sự cố có thể tải được cả cơng suất, như vậy là thừa về khả năng tải. các hệ thống
phân phối điện hiện đại người ta còn làm nhiều mạch vòng, mỗi trạm phân phối có
thể được cấp điện từ nhiều nguồn, và như vậy là thừa về sơ đồ.
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. Mỗi cấu trúc vận hành gọi
là một trạng thái của lưới điện.

12


Có cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử tham gia vận hành và các
sơ đồ vận hành do người vận hành lựa chọn. Khi có thể có nhiều cấu trúc vận hành
thoả mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều
kiện kinh tế, ví dụ: sao cho tổn thất điện năng 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 sang cấu trúc vận hành sự
cố bằng cách thay đổi trạng thái các 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.
Cấu trúc lưới phân phối có thể là:
- Cấu trúc tĩnh, trong cấu trúc này lưới phân phối không thể thay đổi sơ đồ
vận hành. Ở cấu trúc này khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì tồn lưới phân phối hoặc

một phần lưới phân phối phải ngừng điện. Đó là lưới phân phối hình tia khơng phân
đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt.
- Cấu trúc động khơng hồn tồn, trong cấu trúc này lưới phân phối có thể
thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối bị cắt điện, đó là
cấu trúc lưới kín vận hành hở.
- Cấu trúc động hoàn toàn, Trong cấu trúc này lưới phân phối có thể thay
đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi đang làm việc, đó là hệ thống phân phối điện.
Cũng 2 mức cấu trúc động hoàn toàn, ở mức thấp trong khi thay đổi cấu trúc
gây ra mất điện tạm thời ngắn hạn, còn ở mức cao sự thay đổi cấu trúc không gây ra
mất điện. Lưới điện phân phối của các nước phát triển cao hiện đang ở mức thấp và
đang thử nghiệm ở mức cao.
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 lưới phân phối, trong đó cấu trúc
động khơng hồn tồn 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. Còn cấu trúc động ở mức

13


cao cho phép vận hành kinh tế lưới điện trong thời gian thực, lưới phân phối trong
cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn
trong khi thao tác sơ đồ.
Cấu trúc của lưới phân phối còn chia ra:
- Cấu trúc phát triển: Đó là lưới phân phối cấp điện cho phụ tải đang cịn
tăng trưởng theo thời gian và trong khơng gian. Khi thiết kế quy hoạch lưới này sơ
đồ của nó được chọn theo tình huống cụ thể và tính đến sự phát triển trong tương
lai.
- Cấu trúc bão hoà: Đó là lưới phân phối hoặc bộ phận của nó cấp điện cho
phụ tải bão hồ, khơng tăng thêm theo thời gian và khơng gian, ví dụ lưới phân phối

của một xí nghiệp khơng có dự kiến phát triển, của một phân xưởng, của một nhà
cao tầng, của một nhà ở gia đình, chiếu sáng một đường phố, cấp điện một khu dân
cư đã hoàn chỉnh (ở các nước phát triển)…
Đối với lưới phân phối bão hồ người ta có các sơ đồ thiết kế chuẩn, mẫu đã
được tính tốn tối ưu. Khi lưới phân phối bão hoà bắt đầu hoạt động, có thể phụ tải
của nó chưa bão hồ mà cịn tăng trưởng, nhưng khi thiết kế đã tính cho phụ tải cuối
cùng của trạng thái bão hoà.
Lưới phân phối phát triển ln có các bộ phận bão hồ.
Cấu trúc của lưới phân phối nhằm đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng, mỗi
tiêu chuẩn chất lượng ảnh hưởng chủ yếu đến việc lựa chọn một số phần tử hoặc sơ
đồ lưới phân phối. Nói khác đi, khi chọn một phần tử nào đó phải tính tốn theo tiêu
chuẩn chất lượng tương ứng.
1.4 Cấu trúc lưới phân phối trung áp và hạ áp.
Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp.
- Lưới phân phối trung áp có cấp điện áp trung bình từ 6-35kV, đưa điện
năng từ các trạm trung gian hoặc trạm khu vực tới trạm phân phối hạ áp.
- Lưới phân phối hạ áp có cấp điện áp 380/220 V, cấp điện trực tiếp cho các
hộ tiêu thụ điện.

14


Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải với chất lượng điện
năng tiêu chuẩn và độ tin cậy cung cấp điện trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên do
những nguyên nhân về kinh tế và điều kiện kỹ thuật, độ tin cậy của lưới phân phối
hiện nay cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới
phân phối.
Về cấu trúc lưới phân phối thường là:
a. Sơ đồ hình tia
- Sơ đồ:

Nguồn

Hình 1.1: 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 cịn 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.
b. Sơ đồ hình tia phân đoạn
- Sơ đồ:
ĐD

Nguồn

TBPĐ

Hình 1.2: Sơ đồ lưới phân phối trung áp hình tia phân đoạn
- Trong đó:
+ ĐD: Đường dây;
+ TBPĐ: Thiết bị phân đoạn.
- 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

15


cách ly thì sẽ mất một khoảng thời gian để nhân viên vận hành thực hiện công việc
phân đoạn bằng tay.
c. Sơ đồ lưới phân phối kín vận hành hở do một nguồn cung cấp

- Sơ đồ:
ĐD

TBPĐĐD

ĐD

TBPĐĐD

Nguồn

TBPĐ

Hình 1.3: Sơ đồ lưới phân phối 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.
d. Sơ đồ lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập
- Sơ đồ:

Nguồn 1

ĐD

TBPĐĐD

ĐD

TBPĐĐD

TBPĐ

Nguồn 2

Hình 1.4: Sơ đồ lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập
- 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

16


hơn, nhưng cơng việc này địi hỏi sự ổn định của cả hai nguồn và trình độ của nhân
viên vận hành cũng được yêu cầu rất cao.
e. Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục
- Sơ đồ:
ĐD1

Nguồn
ĐD2
TBPĐ

Hình 1.5: 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 khơng 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 u cầu cơng 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.
f. Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phịng chung

Nguồn

Thanh
Đường dây dự phịng

góp

Hình 1.6 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 phịng
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.
g. Sơ đồ lưới có dạng hệ thống phân phối điện
17


- Sơ đồ:
Nguồn 2

Nguồn 1

Nguồn 3

TBPĐ
Nguồn 4

Hình 1.7: Sơ đồ lưới phân phối trung áp lưới 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 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, địi
hỏi trình độ cơng nghệ cao, địi hỏi tất cả các nguồn tham gia vào hệ thống phải
tuân thủ các yêu cầu khắt khe trong hòa đồng bộ nguồn – lưới.
2. Các yêu cầu đối với lưới phân phối trung áp
2.1. Chất lượng điện năng tốt:
Chất lượng điện năng của hệ thống điện gồm có chất lượng tần số và chất
lượng điện áp.
Chất lượng điện áp là một chỉ tiêu trong tiêu chuẩn chất lượng điện năng, nó
được đánh giá bởi các chỉ tiêu sau:
- Độ lệch điện áp trên cực của thiết bị dùng điện so với điện áp định mức.
- Độ dao động điện áp.
- Độ không đối xứng.
- Độ không sin (sự biến dạng của đường cong điện áp, các thành phần sóng
hài bậc cao ...)

18


Trong độ lệch điện áp bao gồm tăng, giảm áp. Độ dao động điện áp được
tách riêng trong các biến đổi điện áp là vì hiện tượng này gây ra sự biến đổi của ánh

sáng điện ảnh hưởng trực tiếp đến người lao động.
Biến thiên điện áp ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của thiết bị dùng điện :
làm hư hỏng bản thân thiết bị dùng điện hay làm hỏng cơng việc của thiết bị dùng
điện.
Do đó người ta đưa ra các tiêu chuẩn điện áp mà nhà cung cấp điện phái đáp
ứng. Các tiêu chuẩn này cũng có tác dụng cho các nhà sản xuất thiêt bị phân phối
điện, thiết bị bảo vệ cho các thiết bị dùng điện , cũng như sản xuất các thiết bị dùng
điện có khả năng thích nghi ngày càng cao đối với biến thiên điện áp .
Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát và
phụ tải, giữa dung lượng các máy phát và nhu cầu của phụ tải. Điều này có nghĩa là
sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính xác tần số so với các
các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận.
Đối với các thiết bị dùng điện nhạy cảm với sự biến thiên nhanh của điện áp
như thiết bị điện tử, máy tính… cịn có các tiêu chuẩn riêng.
Tại Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định trong Luật Điện lực, Quy
phạm Trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện như sau:
-Về điện áp:
Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động trong
khoảng 5% so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của máy
biến áp cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp
đồng khi bên mua đạt hệ số công suất (cos)  0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ
tải thỏa thuận trong hợp đồng.
Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5% đến
-10%.
-Về tần số: trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động
trong phạm vi 0,2Hz so với tần số định mức là 50Hz. Trường hợp hệ thống chưa
ổn định, cho phép độ lệch tần số là 0,5Hz.

19

-Trong trường hợp bên mua cần chất lượng điện năng cao hơn tiêu chuẩn quy
định tại các khoản 1 và 2, điều này, các bên phải thỏa thuận trong hợp đồng.
2.2. An tồn điện cao:
An tồn điện gồm có an toàn cho thiết bị phân phối điện, cho hệ thống điện
và cho người vận hành và dùng điện
- Dòng điện đi qua thiết bị điện phân phối điện phải nhỏ hơn giá trị cho phép
Icp của dây dẫn. Nếu dòng điện quá lớn sẽ gây phát nóng làm hỏng thiết bị.
- Điện áp ở mọi nơi trên lưới điện phải nhỏ hơn giá trị cho phép, nếu cao quá
có thể gây phóng điện làm hỏng thiết bị phân phối hoặc gây mất điện.
- Quá điện áp khí quyển và nội bộ cũng có thể gây hỏng thiết bị phân phối
điện và (hoặc) gây mất điện.
- Dịng điện ngắn mạch có thể gây phá hoại lưới điện.
- Mất an toàn cho hệ thống điện là mất ổn định tĩnh, ổn định điện áp do quá
tải hệ thống, do sự cố...
- Nguy cơ người bị điện giật dưới mức cho phép, điều này thể hiện qua các
tiêu chuẩn về khoảng cách đường dây với đất và xung quanh, tiêu chuẩn nối đất,...
- Chỉ tiêu tổn thất điện năng vầng quang: tổn thất điện năng do lưới điện
phóng vào khơng khí khi cường độ điện trường trên bề mặt dây dẫn quá cao rất lớn,
nên để hạn chế tổn thất vầng quang người ta quy định tiết diện tối thiểu cho lưới
điện 110kV là 70 mm2, lưới điện 220kV là 240 mm2, và xem đây là điều kiện bắt
buộc khi thiết kế lưới điện.
2.3. Độ tin cậy cung cấp điện cao:
Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bao gồm:
2.3.1. Các giải pháp hoàn thiện cấu trúc lưới điện.
a. Tái cấu trúc hệ thống phân phối điện
Tái cấu trúc bao gồm các công việc nhằm nâng cao khả năng tải, nâng cao độ
tin cậy.
Khả năng tải của lưới phân phối điện thể hiện ở giới hạn điện áp các nút tải,
giới hạn tải theo nhiệt độ ở đường dây và máy biến áp .Nâng cao khả năng tải cũng

20


là nâng cao độ tin cậy vì khi khả năng tải cao hơn thì nguy cơ vi phạm khả năng tải
trong vận hành dẫn đến cắt điện cũng thấp hơn.
Tái cấu trúc bao gồm các loại công việc sau:
- Đặt tụ điện
- Tăng tiết diện dây, làm thêm đường dây mới.
- Thay đổi sơ đồ lưới điện, đặt thêm thiết bị phân đoạn, thiết bị tự động như
tự đóng lại, dao cách ly tự động.
- Tự động hóa điều khiển vận hành
- Cải tiến hệ thống điều chỉnh điện áp
- Đặt thêm nguồn phân tán .
b. Khôi phục phục vụ (service restoration) nhanh.
Hệ thống khôi phục phục vụ bao gồm các thiết bị thực hiện đặt trên lưới điện
như: máy cắt, dao cách ly, tự đóng lại…và bộ phận điều khiển nhằm khôi phục
nhanh cung cấp điện cho khách hàng.
Tùy theo cấu trúc mà hệ thống phục hồi có thể:
- Phục hồi cấp điện một phần hay toàn phần phụ tải điện
- Thời gian phục hồi có thể rất nhanh hoặc chậm.
Một cơng việc khó khăn là phải tìm kiếm sự cố gồm phần tử sự cố và vị trí
sự cố.
Có 2 phương pháp tìm sự cố: chẩn đốn và kiểm tra
- Phương pháp kiểm tra.
Giám định hình ảnh: Dùng mắt thường quan sát đường dây từ mặt đất hay
trực thăng từ trên không, quan sát cây cối, sinh vật…xem có nguy cơ xâm hại
đường dây khơng. Có thể quay camera để xem xét kỹ hơn. Giám định âm thanh: đối
với vầng quang, phóng điện bề mặt hay với đầu nối cáp. Giám định nhiệt độ: đo
nghiệt độ các chỗ nối…

Kết quả giám định được so với điều kiện giới hạn, nếu q giới hạn thì sử
lý, ví dụ ngọn cây gần đường dây hơn giới hạn cho phép thì phải chặt đi.

21


Phương pháp kiểm tra có thể áp dụng trong vận hành đối với đường dây trên
không. Đối với cáp, phương pháp này áp dụng khi cáp bị sự cố, quan sát chỗ cáp
hỏng để tăng thêm hiểu biết về sự hỏng của cáp.
- Phương pháp chẩn đoán.
Chẩn đoán ở cáp ngầm có 2 loại: online (nóng) và offline (lạnh).
Chẩn đốn lạnh: Là chẩn đoán khi cáp tách khỏi vận hành. cáp được nạp
bằng nguồn điện nhân tạo. Dùng phương pháp quang phổ để phân tích tan δ, hay là
đo tổn thất và điện dung của cáp rồi so với giá trị tương ứng của cáp mới.
Chẩn đốn nóng: Đắt tiền nhưng cho phép phát hiện ở giai đoạn sớm. Ở đây
dùng phương pháp phản xạ, phát xung vào cáp rồi đo phản xạ cho phép tìm ra nguy
cơ gây phóng điện trong cáp.
Còn phương pháp nữa là máy đo nhiệt, đo nhiệt độ mối nối cáp cũng có thể
phát hiện nguy cơ hỏng cáp.
Chẩn đốn có ý nghĩa rất quan trọng đối với độ tin cậy của cáp ngầm.
2.3.2. Dự trữ thiết bị hợp lý.
Gồm các thiết bị: máy biến áp và trạm biến áp tự hành, thiết bị thay thế khác.
2.3.3. Giải pháp hồn thiện hệ thống quản lý.
Trình độ và kinh nghiệm của nhân viên vận hành rất ảnh hưởng đến độ tin
cậy của lưới phân phối điện . Nếu trình độ tốt và có kinh nghiệm họ có thể sử lý sự
cố rất nhanh.
2.3.4.Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao.
Độ tin cậy của lưới phân phối điện phụ thuộc chủ yếu vào độ tin cậy của các
phần tử như: đường dây, máy biến áp, máy cắt điện, dao cách ly, các thiết bị bảo vệ,
điều khiển và tự động hoá… Muốn nâng cao độ tin cậy của lưới điện cần sử dụng

các phần tử có độ tin cậy cao.
Tuy nhiên việc sử dụng thiết bị có độ tin cậy cao đồng nghĩa với việc tăng
chi phí đầu tư cho lưới điện. Vì vậy, ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kịnh tế của hệ
thống, nên việc sử dụng nó tuỳ vào điều kiện cụ thể. Đối với những hộ phụ tải
không được phép mất điện thì đầu tư với khả năng tốt nhất cho phép. Đối với các

22


phụ tải khác phải dựa trên sự so sánh giữa tổn thất do mất điện và chi phí đầu tư.
Trên thực tế lưới phân phối hiện nay còn sử dụng nhiều thiết bị cũ, cơng
nghệ lạc hậu, có độ tin cậy thấp dần đang được thay thế bằng những thiết bị hiện đại
có độ tin cậy cao, do đó độ tin cậy của lưới điện ngày càng được nâng cao rõ rệt.
2.3.5. Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa.
Các thiết bị tự động thường dùng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho
lưới phân phối: tự động đóng lại đường dây, tự động đóng nguồn dự phịng, hệ
thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa.
Hầu hết các sự cố trên đường dây tải điện trên không là sự cố thoáng qua,
theo thống kê chiếm khoảng (70-80)% tổng số lần sự cố trên đường dây. Nguyên
nhân chủ yếu là do sét đánh vào đường dây, cây đổ gần đường dây chạm vào đường
dây, vật lạ rơi vào đường dây,…các sự cố này thường tự giải trừ sau một hoặc hai
lần phóng điện. Nếu bố trí thiết bị tự động đóng lại đường dây tỷ lệ đóng lại thành
cơng sẽ rất cao, do thời gian tự động đóng lại đường dây rất ngắn nên phụ tải không
bị ảnh hưởng do mất điện.
Đối với lưới điện có dự phịng hoặc 2 nguồn cung cấp điện, việc sử dụng tự
động đóng lại đường dây sẽ rất hiệu quả. Khi một nguồn mất điện, nguồn kia sẽ tự
động đóng vào thay thế nguồn thứ nhất cấp điện cho phụ tải. Thời gian tự động đóng
nguồn dự phịng rất ngắn nên khơng ảnh hưởng đến phụ tải.
Ngày nay với sự phát triển của công nghệ thông tin, hệ thống điều khiển
giám sát và thu thập dữ liệu từ xa ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành

công nghiệp. Hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu, phân tích và điều khiển các
đối tượng từ xa. Sử dụng hệ thống SCADA trong điều hành lưới phân phối sẽ cho
phép nhanh chóng tách đoạn lưới bị sự cố và khôi phục cấp điện cho phân đoạn
khơng bị sự cố, nhờ đó độ tin cậy được nâng cao.
2.3.6.Tăng cường dự phòng bằng sơ đồ kết dây.
Lưới phân phối hiện nay thường là lưới phân phối hình tia có phân nhánh, độ
tin cậy cung cấp điện thấp. Để tăng độ tin cậy của lưới cần phải sử dụng sơ đồ có
khả năng chuyển đổi kết dây linh hoạt nhằm hạn chế thấp nhất khả năng ngừng điện

23


cho phụ tải.
- Sơ đồ sử dụng đường dây kép:
Hai đường dây cung cấp điện cho phụ tải, bình thường hai đường dây có thể
vận hành song song hoặc độc lập. Khi sự cố một đường dây, đường dây còn lại cấp
điện cho toàn bộ phụ tải. Như vậy khả năng tải của mỗi đường dây phải đảm bảo
được toàn bộ phụ tải khi một đường dây bị sự cố.
Sơ đồ này cho độ tin cậy cao nhưng phải chi phí đầu tư khá lớn, chỉ thích
hợp cho những phụ tải quan trọng không được phép mất điện.
- Sơ đồ kín vận hành hở:
Lưới phân phối kín vận hành hở gồm nhiều nguồn và nhiều phân đoạn đường
dây tạo thành lưới kín nhưng khi vận hành thì các máy cắt phân đoạn cắt ra tạo
thành lưới hở. Khi một đoạn ngừng điện thì chỉ phụ tải phân đoạn đó mất điện, các
phân đoạn khác chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác sau đó lại được cấp
điện bình thường.
Sơ đồ này có ưu điểm là chi phí đầu tư khơng cao, có thể áp dụng cho hệ
thống phân phối điện, nhưng cịn tuỳ thuộc vào tình hình nguồn điện của từng khu
vực.
- Sơ đồ lưới có phân đoạn:

Sơ đồ lưới hình tia có phân đoạn được dùng phổ biến hiện nay vì có chi phí
thấp, sơ đồ đơn giản, có thể áp dụng rộng rãi, nhưng độ tin cậy chưa cao. Thiết bị
phân đoạn có thể là máy cắt điện, dao cách ly, cầu dao phụ tải.
Khi xẩy ra sự cố một phân đoạn chỉ những phân đoạn phía sau nó mất điện,
các phân đoạn trước nó ( về phía nguồn ) chỉ bị mất điện tạm thời trong thời gian
thao tác.
Số lượng và vị trí đặt các thiết bị phân đoạn cũng ảnh hưởng đến thời gian mất điện
của phụ tải, do đó phải tính tốn và lựa chọn cho từng lưới điện cụ thể.
Kinh nghiệm vận hành cho thấy để giảm điện năng bị mất do bảo dưỡng định
kỳ và do sự cố thì cần nhiều thiết bị phân đoạn trên đường dây, vị trí đặt các thiết bị

24