Tài liệu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lưới điện trung áp

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 (19982008) 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