Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 22KV lộ 472 thành phố Lạng Sơn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

MÃ MINH TÚ

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ

VẬN HÀNH LƢỚI ĐIỆN 22KV LỘ 472 THÀNH PHỐ LẠNG SƠN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN

Thái Nguyên – Năm 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Mã Minh Tú

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ

VẬN HÀNH LƢỚI ĐIỆN 22KV LỘ 472 THÀNH PHỐ LẠNG SƠN

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8.52.02.01

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Ngô Đức Minh

Thái Nguyên – Năm 2020

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Mã Minh Tú, học viên lớp cao học K21 ngành Kỹ thuật điện, sau hai năm

học tập và nghiên cứu, đƣợc sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là thầy giáo

hƣớng dẫn tốt nghiệp PGS.TS. Ngô Đức Minh, tôi đã hoàn thành chƣơng trình học tập

và đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lƣới điện 22

kV lộ 472 thành phố Lạng Sơn”.

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân dƣới sự hƣớng dẫn

của Thầy giáo PGS.TS. Ngô Đức Minh. Nội dung luận văn chỉ tham khảo và trích dẫn

các tài liệu đã đƣợc ghi trong danh mục tài liệu tham khảo, dữ liệu thực tế do Điện lực

Lạng Sơn cung cấp và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác.

Thái Nguyên, ngày 12 tháng 07 năm 2020

Học viên

Mã Minh Tú

ii

MỤC LỤC

MỤC LỤC..................................................................................................................................ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH.........................................................................................................iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................................vi

MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1................................................................................................................................ 3

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN ...................................................................................... 3

VÀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22 kV THÀNH PHỐ LẠNG SƠN........................................... 3

1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia ......................................................... 3

1.2 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối................................................ 11

1.3 Giới thiệu lƣới điện phân phối 22 kV lộ 472 thành phố Lạng Sơn................................ 18

1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.................................................................. 24

Kết luận chƣơng 1 ................................................................................................................ 24

CHƢƠNG 2.............................................................................................................................. 25

CÔNG CỤ TOÁN HỌC VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG....................................................... 25

2.1 Giới thiệu chung............................................................................................................. 25

2.2 Công cụ toán học và phần mềm ứng dụng..................................................................... 25

2.2.1 Giải tích lƣới điện và thuật toán áp dụng............................................................ 25

2.2.2 Giải tích lƣới bằng phần mềm ETAP.................................................................. 26

2.3 Áp dụng ETAP mô hình hóa mô phỏng lộ 472 TP. Lạng Sơn ...................................... 26

2.3.1 Giới thiệu chung về Etap [10]............................................................................. 26

2.3.2 Mô hình hoá lộ 472 thành phố Lạng Sơn ........................................................... 30

2.3.3 Khai báo thông số các phần tử trong sơ đồ mô phỏng........................................ 32

2.4 Nguồn phân tán máy phát điện turbine gió .................................................................... 35

2.4.1 Đặc diểm chung về máy phát điện turbine gió ................................................... 35

2.4.2 Máy phát điện turbine gió tích hợp trong phần mềm ETAP............................... 48

Kết luận chƣơng 2 ................................................................................................................ 51

CHƢƠNG 3 ........................................................................................................................ 52

MÔ PHỎNG GIẢI TÍCH LƢỚI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ

TIN CẬY VÀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP LỘ 472 .................................................................. 52

3.1 Đặt vấn đề....................................................................................................................... 52

3.2 Giải pháp điều chỉnh điện áp nguồn............................................................................... 53

iii

3.2.1 Chế độ vận hành 1a: 105%Uđm, Smax .............................................................. 54

3.2.2 Chế độ vận hành 1b: 105%Uđm, 90%Sđm ........................................................ 65

3.3 Giải pháp tái cấu trúc lƣới.............................................................................................. 74

3.3.1 Chế độ vận hành 2a: 105%Uđm ; 90%Sđm ; nâng cấp dây dẫn ........................ 74

3.3.2 Chế độ vận hành 2b: 105%Uđm, Smax, liên lạc kết nối mạch vòng.................. 77

Nhận xét chế độ vận hành 2:............................................................................................ 83

3.4 Giải pháp áp dụng nguồn phân tán máy phát turbine gió WTG .................................... 84

3.4.1 Chế độ vận hành 3a: Nguồn WTG đơn chiếc ..................................................... 85

3.4.2 Chế độ vận hành 3b: Vận hành nguồn WTG nhóm (Wind Farm)...................... 88

Nhận xét chế độ vận hành 3:............................................................................................ 91

Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................................ 91

KẾT LUẬN CHUNG............................................................................................................... 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................ 93

iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh ....................................................3

Hình 1. 3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện ...........................................................4

Hình 1. 4 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối ..........................................6

Hình 1. 5 Sơ đồ một sợi lộ 472 lƣới điện 22 kV thành phố Lạng Sơn..........................18

Hình 2. 1 Các ô cửa chính .............................................................................................27

Hình 2. 2 Các chức năng tính toán ................................................................................28

Hình 2. 3 Các phần tử AC .............................................................................................28

Hình 2. 4 Một số chức năng tính toán thông dụng ........................................................29

Hình 2. 5 Các thiết bị đo lƣờng, bảo vệ.........................................................................29

Hình 2. 6 Sơ đồ mô phỏng lộ 472 lƣới điện 22 kV TP.Lạng Sơn.................................31

Hình 2. 7 Khai báo thông số nguồn...............................................................................32

Hình 2. 8 khai báo thông số tải......................................................................................33

Hình 2. 9 Khai báo thông số đƣờng dây........................................................................34

Hình 2. 10 Đặc tính phát công suất tác dụng phụ thuộc tốc độ gió của WTG..............35

Hình 2. 11 Mô hình WTG có bộ biến đổi nối tiếp ........................................................36

Hình 2. 12 Mô hình WTG có bộ biến đổi song song - DFIG........................................37

Hình 2. 13 Phân bố công suất trong DFIG ....................................................................37

Hình 2. 14 DFIG đƣợc chế tạo và áp dụng trong các điều kiện khác nhau...................38

Hình 2. 15 Cấu trúc mô phỏng bằng Matlab Simulink của một DFIG .........................40

Hình 2. 16 Kết quả mô phỏng các thông số hính vi của DFIG .....................................41

Hình 2. 17 Hình ảnh phóng to trong khoảng thời gian (0,47 ÷ 0,79)s. .........................42

Hình 2. 18 Kết quả mô phỏng tốc độ rotor....................................................................42

Hình 2. 19 Kết quả mô điện áp một chiều trung gian Udc............................................43

Hình 2. 20 Mô phỏng dòng điện pha pha Iabc converter2 – rotor ................................43

Hình 2. 21 Mô phỏng dòng rotor qua điểm đồng bộ t = 2.5s........................................44

Hình 2. 22 Mô phỏng dòng rotor qua điểm đồng bộ t = 7,2s........................................44

Hình 2. 23 Mô phỏng dòng điện Converter1.................................................................45

Hình 2. 24 Converter1 đổi chiều dòng điện tại t = 2.5s ................................................45

Hình 2. 25 Converter1 đổi chiều dòng điện tại t = 7,2s ................................................45

Hình 2. 26 Mô tả điện áp một pha nghịch lƣu trên converter1 đƣợc điều chế kiểu dạng

sung SVPWM tại tốc độ gió 14m/s...............................................................................46

v

Hình 2. 27 Mô tả điện áp một pha nghịch lƣu trên converter1 đƣợc điều chế kiểu dạng

sung SVPWM tại tốc độ gió 8m/s.................................................................................46

Hình 2. 28 Mô phỏng điện áp mạch rotor – converter2 khi tốc độ rotor thay đổi, .......47

Hình 2. 29 Mô phỏng điện áp mạch rotor – converter2 khi tốc độ rotor thay đổi, .......47

Hình 2. 30 Profile WTG trong ETAP...........................................................................49

Hình 2. 31 Cài đặt thông số vận hành cơ bản cho WTG...............................................50

Hình 2. 32 Chọn tốc độ cơ bản cho turbine...................................................................51

Hình 3. 1 Lƣu đồ các bƣớc nâng cao chất lƣợng điện áp và độ tin cậy lƣới điện.........53

Hình 3. 2 Mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus chế độ vận hành 1a ................56

Hình 3. 3 Kết quả mô phỏng (Zoom) điện áp trên thanh cái - Chế độ vận hành 1a .....57

Hình 3. 4 Kết quả mô phỏng điện áp tại bus khu vực kết nối liên lạc với lộ 474 .........58

Hình 3. 5 Kết quả mô phỏng điện áp tại bus khu vực kết nối liên lạc với lộ 473 .........59

Hình 3. 6 Kết quả mô phỏng (Zoom) điện áp tại các bus cuối lộ 472 ..........................60

Hình 3. 7 Mô phỏng phân bố công suất và điện áp bus chế độ vận hành 1a ................66

Hình 3. 8 Một số đoạn đƣờng dây trục chính phía đầu nguồn hiện cảnh báo quá tải...67

Hình 3. 9 Kết quả mô phỏng điện áp tại bus khu vực kết nối liên lạc với lộ 472 .........68

Hình 3. 10 Kết quả mô phỏng điện áp tại bus khu vực kết nối liên lạc với lộ 474 ......75

Hình 3. 11 Kết quả mô phỏng điện áp tại bus khu vực kết nối liên lạc với lộ 473 .......76

Hình 3. 12 Kết quả mô phỏng điện áp tại bus khu vực cuối dƣờng dây lộ 472 ............76

Hình 3. 13 a,b Cấu trúc nguồn kết nối giải lập (quy đổi)..............................................78

Hình 3. 14 Kết quả mô phỏng điện áp bus xa nguồn trên đƣờng dây 22 kV lộ 472.....83

Hình 3. 15 Nguồn phân tán WTG trong lƣới phân phối ...............................................84

Hình 3. 16 Mô phỏng vị trí thiết lập các WTG đơn chiếc trên lộ 472 ..........................86

Hình 3. 17 Mô phỏng chất lƣợng điện áp trạng thái thứ nhất .......................................87

Hình 3. 18 Mô phỏng chất lƣợng điện áp trạng thái thứ hai .........................................88

Hình 3. 19 Vị trí thiết lập nguồn WTG nhóm ...............................................................89

Hình 3. 20 Mô phỏng các WTG nhóm phát công suất với trạng thái gió ngẫu nhiên ..90

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1 Tổng độ méo biên độ sóng hài......................................................................13

Bảng 1. 2 Độ nhấp nháy điện áp....................................................................................14

Bảng 1. 5 Thông số phụ tải lộ 472 TP. Lạng Sơn .........................................................19

Bảng 1. 6 Thông số đƣờng dây lộ 472 thành phố Lạng Sơn.........................................21

Bảng 1. 7 Thông số máy biến áp lộ 472 thành phố Lạng Sơn ......................................23

Bảng 2. 1 Kiểu loại WTG trong ETAP .........................................................................50

Bảng 3. 1 Dữ liệu phụ tải cực đại Smax lộ 472............................................................54

Bảng 3. 2 Dữ liệu kết quả mô phỏng phân bố công suất trên đƣờng dây .....................61

Bảng 3. 3 Dữ liệu kết quả mô phỏng tính điện áp bus-tải.............................................63

Bảng 3. 4 Kết quả mô phỏng cân bằng công suất và thổn thất công suất .....................64

Bảng 3. 5 Dữ liệu kết quả mô phỏng phân bố công suất trên đƣờng dây .....................69

Bảng 3. 6 Dữ liệu kết quả mô phỏng tính điện áp bus-tải.............................................71

Bảng 3. 7 Kết quả mô phỏng cân bằng công suất và thổn thất công suất .....................73

Bảng 3. 8 dữ liệu kết quả giải tích phân bố dòng điện lộ 472 chế độ vận hành 2a .......75

Bảng 3. 9 Dữ liệu kết quả phân bố công suất/dòng điện trên đƣờng dây lộ 472 ..........79

Bảng 3. 10 Dữ liệu kết quả phân bố công suất và điện áp bus-tải lộ 472 .....................81

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

OTI Operation Technology, Inc

EHV & HV Extra High Voltage/ High Voltage Siêu cao áp/cao áp

FACTS Flexible AC Transmission Truyền tải điện xoay chiều

linh hoạt

HVDC High Voltage Direct Current

Transmission

Truyền tải điện cao áp một

chiều

CSTD (P) Active Power Công suất tác dụng

CSPK (Q) Reaction Power Công suất phản kháng

AC Alternating Current Điện xoay chiều

DC Direct Current Điện một chiều

SW Switching Chuyển mạch (cầu dao)

G-PVA Gred-PhotoVotage Array Nguồn lai Lƣới – Pin quang điện

PVA PhotoVotage Array Nguồn pin quang điện

SHP Small Hydro Power station Trạm thủy điện nhỏ

WTG Wind Turbine Genertor Máy phát điện turbine gió

DFIG Doubly Fed Induction Renerator Máy phát điện nguồn kép

1

MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu chung:

Hệ thống điện Việt Nam nói chung và lƣới điện tại các tỉnh miền núi nói riêng

đƣợc xây dựng và phát triển từng bƣớc qua các nhiều giai đoạn nên tồn tại nhiều bất

cập. Trong đó, có nhiều đƣờng 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 không

ổn định. Trong quá trình cải tạo phát triển, các nguồn phân tán sử dụng năng lƣợng tái

tạo đƣợc bổ sung trong lƣới điện phân phối đã làm cho cấu trúc lƣới ban đầu trở nên

lỗi thời, phát sinh nhiều bất cập, ví dụ:

- Cấu trúc lƣới, 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 phƣơng thức vận hành lƣới điện.

- Chất lƣợng điện năng thấp do điện áp thay đổi tăng, giảm phụ thuộc vào thuỷ

điện nhỏ kết nối lƣới.

- Tổn thất điện năng trên lƣới điện lớn.

Trong bối cảnh này, những lƣới điện trung thế thuộc địa bàn miền núi nói chung

và cụ thể là lƣới điện 22 kV Lộ 472 thành phố Lạng Sơn cần thiết phải đƣợc kiểm soát

bằng những phần mềm chuyên dụng, ví dụ nhƣ POWERWORLD, PSS-ADEPT,... hay

ETAP. Thông qua đó để có thể đề xuất đƣợc những giải pháp tốt nhất cho các phƣơng

án vận hành, khảo sát nhiều ứng dụng khác nhau cho hoạt động chuyên môn cả về lý

thuyết và thực tiễn.

2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu thực trạng vận hành lƣới điện 22 kV Lộ 472 thành phố Lạng Sơn;

khảo sát các phƣơng án vận hành khác nhau, trạng thái vận hành khác nhau về thông

số nguồn (TBA trung gian), thông số phụ tải, cấu trúc mạch vòng, vận hành phân cấp

tụ bù, các nguồn phân tán...Trên cơ sở đó phát hiện những ƣu nhƣợc điểm, những tồn

tại, bất cập của lƣới điện hiện tại. Từ đó đề xuất giải pháp khắc phục.

3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Về lý thuyết: