Nghiên cứu vận hành linh hoạt hệ thống điện phân phối tiếp cận lưới điện thông minh

Các thiết bị thu/phát công suất được sử dụng phổ biến đó là: Tích hợp các nguồn năng lượng linh hoạt bao gồm các máy phát điện phân tán, kho năng lượng, xe điện.. Trước các thách thức tr

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Đăng Tuệ

NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH LINH HOẠT HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI TIẾP CẬN LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 8.52.02.01

Thái Nguyên, năm 2023

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH LINH HOẠT HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI TIẾP CẬN LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác nhau Qua số liệu thu thập thực tế, tổng hợp tại Công ty Điện lực Bắc Ninh - nơi tôi làm việc, không sao chép bất kỳ luận văn nào trước đó và dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Ngô Đức Minh - Giảng viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên

Các số liệu và những kết quả trong luận văn là trung thực, các đánh giá, kiến nghị đưa ra xuất phát từ thực tiễn và kinh nghiệm làm việc trong công ty Điện lực Bắc Ninh và thực nghiệm tại thiết bị trong phòng thí nghiệm ATS, trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyên

Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên./

Nguyễn Đăng Tuệ

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao học kỹ thuật điện của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, đã giúp tác giả nhận thức sâu sắc về cách thức nghiên cứu, phương pháp tiếp cận các đối tượng nghiên cứu và lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp cao học; đồng thời góp phần nâng cao kiến thức chuyên môn vững vàng, nâng cao năng lực thực hành, khả năng thích ứng cao trước sự phát triển của khoa học, kĩ thuật và kinh tế; có khả năng phát hiện, giải quyết độc lập những vấn đề thuộc chuyên ngành được đào tạo và phục vụ cho công tác được tốt hơn Việc thực hiện nhiều bài tập nhóm trong thời gian học đã giúp tác giả sớm tiếp cận được cách làm, phương pháp nghiên cứu, tạo tiền đề cho việc độc lập trong nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

PGS.TS Ngô Đức Minh đã giúp đỡ, hướng dẫn hết sức chu đáo, nhiệt tình trong quá trình thực hiện để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này;

Công ty ATS và hãng SEL đã tài trợ rơ le SEL 421 và phần mềm OneATS; TS Lê Tiên Phong và các thành viên, sinh viên nhóm làm việc tại phòng thí nghiệm ATS bộ môn HTĐ

Các CBCNV trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình tiến hành thực nghiệm đề tài và bảo vệ luận văn thạc sĩ;

Các đồng chí lãnh đạo và đồng nghiệp của Công ty Điện lực Bắc Ninh đã giúp đỡ tác giả thực hiện việc nghiên cứu, thu thập các số liệu để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này; các đồng nghiệp đã dành thời đóng góp, chỉnh sửa cho luận văn thạc sĩ này hoàn thiện tốt hơn;

Gia đình, bạn bè của tác giả đã giúp đỡ, tạo điều kiện về thời gian, động viên tác giả trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này;

Xin trân trọng cám ơn!

Bắc Ninh, ngày 10 tháng 07 năm 2023

Nguyễn Đăng Tuệ

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Hệ thống điện phân phối và xu hướng phát triển 3

1.1.1 Tổng quan về hệ thống điện phân phối 3

1.1.2 Tổng quan về lưới điện thông minh 8

1.1.3 Hệ thống điện phân phối linh hoạt 9

1.2 Giới thiệu thực trạng về lưới điện trung áp Điện lực Tiên Du 11

1.3 Giải pháp giảm tổn thất và nâng cao chất lượng dịch vụ của HTĐPP 21

Kết luận chương 1 22

CHƯƠNG 2 24

MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU, CÔNG CỤ MÔ PHỎNG GIẢI TÍCH LƯỚI ĐIỆN VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 24

2.1 Xây dựng mô hình nghiên cứu 24

2.2 Phần mềm mô phỏng giải tích lưới điện 27

2.2.1 Mô hình hóa hệ thống điện phân phối linh hoạt (FDS) bằng ETAP 30

2.3.2 Kiểm tra chạy thử sơ đồ mô phỏng 31

2.3 Xây dựng bài toán điều khiển trên Python với JeETSn Xavier kết hợp AI 36

2.3.1 Mô phỏng giải tích lưới thu thập dữ liệu trên phần mềm ETAP 36

2.3.2 Lập trình huấn luyện mạng neuron 37

2.3.3 Lập trình giao diện HMI.1 - Python với JeETSn Xavier 39

2.4 Xây dựng bài toán điều khiển theo công nghệ OneATS trên relay số SEL 421 40

2.4.1 Cấu trúc hệ thống OneATS 40

2.4.2 Mối quan hệ giữa các khối khi lập trình theo công nghệ OneATS 42

2.4.3 Kỹ thuật làm việc với relay SEL 421 43

2.4.4 Kỹ thuật làm việc với Data Editor 49

2.4.5 Lập trình giao diện HMI.2 - OneATS Grid Studio 52

Kết luận chương 2 53

CHƯƠNG 3 55

NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH LINH HOẠT HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI TRÊN MÔ HÌNH FDS 55

3.1 Đặt vấn đề 55

3.2 Điều khiển vận hành FDS trên phần mềm ETAP 57

3.2.1 Điều khiển tái cấu trúc khai thác tiềm năng của các DG 59

3.2.2 Tái cấu trúc lưới khi sự cố đường dây 22 kV 66

3.2.3 Tái cấu trúc khai thác tiềm năng của bảo vệ và tự động hóa 72

3.3 Điều khiển vận hành FDS áp dụng công nghệ OneATS và JeETSn Xaviar kết hợp AI trên mô hình thiết bị thực 77

3.3.1 Thiết kế mô hình 77

3.3.2 Điều khiển trên mô hình FDS áp dụng Python-JesETSn Xaviar kết hợp AI 80

3.3.2.1 Mô phỏng giải tích lưới thu thập dữ liệu trên phần mềm ETAP 81

3.3.2.2 Lập trình giao tiếp HMI 87

3.3.3 Điều khiển vận hành mô hình 87

3.3.3.1 Điều khiển vận hành mô hình chưa có ứng dụng AI 88

3.3.3.2 Điều khiển vận hành mô hình có ứng dụng công nghệ AI 90

Kết luận chương 3: 95

KẾT LUẬN 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

DANH MỤC HÌNH

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

Hình 1 2 Sơ đồ một sợi lưới điện phân phối Điện lực Mường La – PCSL 4

Hình 1 3 Sơ đồ một sợi lưới điện 22 kV Điện lực thành phố Sầm Sơn – PCTH 5

Hình 1 4 Sơ đồ một sợi lưới điện trung áp Tiên Du 6

Hình 1 5 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình (dữ liệu thực tế) 7

Hình 1 6 Hệ thống điện phân phối linh hoạt 10

Hình 2 1 Mô hình hệ thống điện phân phối linh hoạt (FDS) 24

Hình 2 2 Các ô cửa chính và giao diện trình bày 28

Hình 2 3 Các phần tử chính của lưới điện 29

Hình 2 4 Một số chức năng tính toán thông dụng 30

Hình 2 5 Sơ đồ mô phỏng DFS bằng ETAP 31

Hình 2 6 Kết quả mô phỏng giải tích lưới phương thức vận hành song song 2 MBA 35 Hình 2 7 Lưu đồ thuật toán nhận và xử lý dữ liệu 37

Hình 2 8 Phân chia tập dữ liệu 38

Hình 2 9 Phân chia lớp trong mạng Neural 39

Hình 2 10 Giao diện HMI.1 – dạng 2D trên python 40

Hình 2 11 Cấu trúc của hệ thống SCADA 41

Hình 2 12 Mối quan hệ giữa các khối khi lập trình theo công nghệ OneATS 42

Hình 2 13 Mặt lưng của RL SEL 421 với các chân input và output 44

Hình 2 14 Quy định về kết nối phần cứng 44

Hình 2 15 Giao diện phần mềm AcSELogic Quickset 48

Hình 2 16 Chức năng lập trình Automation Logic 49

Hình 2 17 Giao diện OneATS Data Editor 49

Hình 2 18 Cấu trúc OneATS FEP 50

Hình 2 19 Quy định về cây dữ liệu trong OneATS Data Server 51

Hình 2 20 Ví dụ liên kết biến dạng point to point trong OneATS Data Editor 52

Hình 2 21 Giao diện phần mềm OneATS Grid Studio 52

Hình 2 22 Giao diện Data Model View của phần mềm OneATS Grid Studio 52

Hình 2 23 Tạo button và đèn hiệu trên phần mềm OneATS Grid Studio 53

Hình 2 24 Mô hình FDS được thiết kế bởi relay SEL 421 53

Hình 3 1 Các lớp bài toán điều khiển vận hành trong FDS 57

Hình 3 2 Một số vị trí liên kết mạch vòng trong lưới 22kV Tiên Du 58

Hình 3 3 Trạng thái vận hành có PVG phát 1MW 59

Hình 3 4 Trạng thái RE4 mở là PVG mất kiểm soát 60

Hình 3 5 Trạng thái đóng RE45-36 đảm bảo cho PVG có đủ điều kiện vận hành 61

Hình 3 6 Trạng thái vận hành có sự tham gia của 2 nguồn DG 63

Hình 3 7 Trạng thái vận hành linh hoạt nguồn máy phát turbine khí 64

Hình 3 8 Trạng thái cân bằng công suất trong phần mạng điện cô lập 65

Hình 3 9 Trạng thái sự cố L5 làm bảo vệ tác động mở RE5 67

Hình 3 10 Trạng thái sau khi đóng đường dây liên lạc qua RE45-36 68

Hình 3 11 Sự cố làm mở RE4 gây mất điện Load 4 và Load 6 69

Hình 3 12 Kết quả mô phỏng phương án 1 70

Hình 3 13 Kết quả mô phỏng phương án 2 71

Hình 3 14 Đặc tính bảo vệ thỏa mãn tính chọn lọc của RE4 và RE6 73

Hình 3 15 Mô phỏng các bảo vệ tác động cô lập điểm sự cố tại bus4 74

Hình 3 16 Mô phỏng các bảo vệ tác động cô lập điểm sự cố tại bus3 76

Hình 3 17 Mô hình tổng thể các khối của mô hình thiết bị thực 77

Hình 3 18 Hình ảnh thiết kế sơ đồ đấu dây mô hình thiết bị thực 78

Hình 3 19 Sơ đồ đấu nối các thiết bị trên mô hình 79

Hình 3 20 Vi xử lý trung tâm NVIDIA JeETSn Xaiver NX Developer Kit 79

Hình 3 21 Board điều khiển Arduino Xaviar và Arduino Mega 2560 80

Hình 3 30 Hiển thị trạng thái điện áp tại các bus 91

Hình 3 31 Giao diện HMI.1 trong trường hợp vận hành không cần đóng RE 45-36 trên giao diện Python 91

Hình 3 32 Hoạt động của thiết bị trên mô hình thiết bị thực 92

Hình 3 33 Điện áp dự đoán tại các nút trước và sau khi đóng RE 45-36 93

Hình 3 34 Giao diện HMI.1 khi đóng RE 45-36 trên giao diện Python 93

Hình 3 35 Trạng thái hoạt động của thiết bị trên mô hình thiết bị thực 94

Hình 3 36 Giao diện của hai phương thức điều khiển trên Python và trên Relay SEL421 trên mô hình thiết bị thực 94

Hình 3 37 Điều khiển từ 2 giao diện của hai phương thức điều khiển trên Python và trên Relay SEL421 trên mô hình thiết bị thực 95

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Thông số nguồn lưới 32

Bảng 2 2 Thông số MBA trung gian 32

Bảng 2 3 Thông số điện áp busvà thanh cái 33

Bảng 2.4 Thông số các máy biến áp phân phối 33

Bảng 2 5 Thông số phụ tải lộ 471 và 472 33

Bảng 2.6 Thông số đường dây 34

Bảng 2 7 Tổn thất trên đường dây và MBA phương thức vận hành song song MBA 35 Bảng 2 8 Số lượng biến của RL SEL 421 45

Bảng 2 9 Bảng tham số trạng thái 46

Bảng 2 10 Các tham số của conditioning timer 47

Bảng 2 11 Số lượng bộ hẹn giờ tuần tự 47

Bảng 2 12 Các thông số của bộ hẹn giờ tuần tự 48

Bảng 3 1 Bộ dữ liệu trạng thái giả lập dạy máy-AI 86

Bảng 3 2 Thông số phụ tải 91

Bảng 3 3 Thông số phụ tải các bus 92

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT

Low Voltage,

Cao áp, Trung áp và Hạ áp

MỞ ĐẦU

Ngày nay, theo xu hướng chuyển dịch cơ cấu nguồn điện và tái cấu trúc lại hệ thống điện nói chung, đồng thời nâng cấp hệ thống điện phân phối theo hướng lưới điện linh hoạt (FDS) tiếp cận đến lưới điện thông minh (SG) Các nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hóa thạch được thay thể bởi các nguồn điện tái tạo cùng với sự hỗ trợ của các nhà máy nhiệt điện khí đốt chu trình đơn (Brayton) và chu trình hỗn hợp (Brayton + Rankine),vv Các thiết bị thu/phát công suất được sử dụng phổ biến đó là: Tích hợp các nguồn năng lượng linh hoạt bao gồm các máy phát điện phân tán, kho năng lượng, xe điện Thêm nữa là các nguồn năng lượng phân tán được (có khả năng điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng kết nối trong lưới phân phối trung áp và lưới hạ áp Điều này đòi hỏi tính linh hoạt được áp dụng ngày càng trở nên cần thiết trong các hệ thống điện phân phối Ngoài ra một số lượng lớn trong các hệ thống năng lượng trong tương lai cũng sẽ làm tăng các đòi hỏi về các hình thức lưu trữ năng lượng khác nhau (điện, nhiệt, khí đốt/nhiên liệu) và tốc độ chuyển đổi cao hơn Đồng thời kéo theo một loại giải pháp mới để tái tạo hoặc chuyển đổi ngược lại thành điện từ năng lượng tái tạo được lưu trữ Trước các thách thức trên đây, mô hình lưới điện thông minh (SG) là mục tiêu hướng tới của các EDS, tuy nhiên còn phụ thuộc khả năng đáp ứng của mỗi quốc gia là khác nhau, đối với tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) trong điều kiện về tài chính và trình độ công nghệ hiện tại chưa thể thiết lập ngay được mô hình SG, mà tính khả thi chỉ có thể là từng bước tiếp cận Trên cơ sở thu thập dữ liệu thực tế và phân tích đối với các hệ thống điện phân phối khác nhau của một số công ty điện lực và hệ thống điện phân phối của Điện lực Tiên Du – Công ty điện lực Bắc Ninh Đề tài đề xuất một hướng nghiên cứu tổng quát là xây dựng “mô hình hệ thống điện phân phối linh hoạt” viết tắt là FDS Các kết quả nghiên cứu trên FDS có tính chất tương đồng, đảm bảo được áp dụng một cách tương tự cho các đa số các hệ thống điện phân phối trong thực tế, đảm bảo tính cập nhật, đương đại phù hợp với xu hướng phát triển tiếp cận đến lưới điện thông minh

Trong khi đó, thời đại công nghệ 4.0 được xem như luôn sẵn sàng đáp ứng những mục tiêu hiện đại hoá cả về cấu trúc và những giải pháp vận hành tốt nhất trong hệ thống điện nói chung và hệ thống điện phân phối nói riêng

Từ các phân tích trên đây và căn cứ bối cảnh thực tế của hệ thống điện phân phối của Công ty điện lực Tiên Du, đề tài xác định mục tiêu và thực hiện nghiên cứu một số nội dung cụ thể sau:

- Thiết lập một cách nhìn tổng quát về hệ thống điện phân phối, xây dựng một mô hình nghiên cứu FDS đại diện cho các EDS có trong thực tế

- Mô hình hoá FDS trên phần mềm ETAP và đề xuất một số giải pháp vận hành/điều khiển cho kết quả để nghiên cứu ứng dụng vào thực tế đối với lưới điện trung áp Tiên Du

- Các nghiên cứu được thực hiện kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn trên mô hình thiết bị thực tại Phòng thí nghiệm ATS của bộ môn HTĐ trường Đại học kỹ thuật công nghiệp, Thái Nguyên

Kết quả nghiên cứu được xem như đã hiện thực hóa những ý tưởng vận hành hiệu quả đối với các hệ thống điện phân phối trong hiện tại và lưới điện thông minh trong tương lai Trong phạm vi thời gian có hạn, điều kiện tài chính có giới hạn nên kết quả nghiên cứu của đề tài không tránh khỏi những thiết sót Em xin cám ơn những ý kiến đóng góp của Hội đồng bảo vệ, cám ơn sự quan tâm của thầy cô bộ môn HTĐ và toàn thể các đơn vị của trường đại học kỹ thuật công nghiệp TNUT

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Hệ thống điện phân phối và xu hướng phát triển 1.1.1 Tổng quan về hệ thống điện phân phối

Trong một hệ thống điện quốc gia, hệ thống điện phân phối (EDS) được xem là

bộ phận phức tạp nhất Cấu trúc bản của một EDS có thể được mô tả như trên hình 1.1

sau đây [1]

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

Trên thực tế, EDS lại thể hiện sự đa dạng về cấu trúc sơ đồ, đa dạng về nguồn cung cấp (nguồn lưới và các loại nguồn phân tán), đa dạng số lượng và chủng loại thiết bị, v.v Ngoài ra còn phải kể đến cơ cấu quản lý, phụ tải khách hàng, chế độ, trạng thái vận hành, các tác động nhiễu loạn trong vận hành,v.v như chỉ ra trên các hình sau: hình 1.2, hình 1.3, hình 1.4 (nguồn NPC)

Hình 1 2 Sơ đồ một sợi lưới điện phân phối Điện lực Mường La – PCSL

Hình 1 3 Sơ đồ một sợi lưới điện 22 kV Điện lực thành phố Sầm Sơn – PCTH

Hình 1 4 Sơ đồ một sợi lưới điện trung áp Tiên Du

Hình 1 5 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình (dữ liệu thực tế)

Để phục vụ các nghiên cứu của đề tài này, các sơ đồ được chỉ ra trên đây chỉ giới hạn trong phạm vi của lưới điện trung áp, còn mạng điện hạ áp và các phụ tải được xem như đã quy đổi về phía thanh cái 0,4 kV của các trạm biến áp phân phối Một số đặc điểm chính của các EDS có thể nhận thấy như sau:

1- Lưới điện trung áp được cung cấp bởi một TBA 110/35/22 kV bao gồm nhiều lộ đường dây, mỗi lộ được phân phân đoạn bởi các cầu dao phụ tải (LBS) và các Máy cắt (RE) Một số lộ đường dây có thiết lập cấu trúc liên lạc mạch vòng được đóng/mở bởi (RE) Các LBS và RE đều có chức năng đo lường, lưu trữ và truyền thông

2- Đồ thị phụ tải của các TBA cũng như các lộ đường dây không cố định, có sự thay đổi theo thời gian trong ngày Ví dụ như biểu đồ phụ tải đo được từ một TBA

trong thực tế như trên hình 1.4 cho thấy: phụ tải không ổn định, biên độ thay đổi lớn

giữa ngày và đêm (ΔU > ±10%) Phụ tải lớn xuất hiện (Smax) vào những giờ cao điểm trong ngày, hệ số phụ tải cao Kptmax ≈ 1 làm cho điện áp tại nhiều nút phụ tải có giá trị rất thấp U% ≤ 0,9 Ngược lại phụ tải giảm xuống rất thấp (Smin) vào khoảng thời gian (từ 0h giờ đến 4h) hệ số phụ tải rất thấp Kptmin ≈ 0,3 Cả hai chế độ làm việc này với Kptmax và Kptmin đều được xem là trạng thái cực đoan không mong muốn, làm tăng tổn

thất và mất ổn định điện áp

3- Trong HTĐ phân phối có tích hợp các nguồn phân tán, điển hình là 3 loại: PVG, WTG, SHP, ngoài ra còn phải kể đến các nguồn phát từ kho lưu trữ năng lượng

dưới các dạnh khác nhau như BESS hay các DERs Xét trong bài toán giải tích tính phân bố công suất và điện áp bus thì các nguồn DG kể trên có ảnh hưởng như một thiết bị bù linh hoạt Có khả năng phát cả về công suất tác dụng (CSTD) và công suất phản kháng (CSPK) tùy theo trạng thái vận hành

Trước bối cảnh này, các hệ thống điện phân phối hiện tại đã trở nên lỗi thời, cần thiết ra đời một mô hình mới cho công tác quản lý và vận hành đối với hệ thống điện phân phối Đó

là “Lưới điện thông minh”.

1.1.2 Tổng quan về lưới điện thông minh

Ngày nay, theo xu hướng phát triển của EDS các thiết bị thu/phát công suất được sử dụng phổ biến đó là [2]: Tích hợp các nguồn năng lượng linh hoạt bao gồm các máy phát điện phân tán (DG), kho năng lượng (ESs), xe điện (EV) Khả năng điều khiển công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q) của mạng lưới phân phối (trung áp MV và điện áp thấp LV) đối với các nguồn năng lượng phân tán được kết nối (DERs) Tức là, tính linh hoạt được sử dụng ngày càng nhiều trong các hệ thống điện trong tương lai để quản lý sự không ổn định của nguồn năng lượng tái tạo và các thách thức liên quan đến sự thay đổi trong hệ thống Ngoài việc tích hợp số lượng lớn về nguồn năng lượng tái tạo, phương tiện giao thông vận tải và các quá trình công nghiệp hóa hay một số lượng lớn trong các hệ thống năng lượng trong tương lai cũng sẽ làm tăng các đòi hỏi về tính linh hoạt, các hình thức lưu trữ và chuyển đổi năng lượng khác nhau (điện, nhiệt, khí đốt/nhiên liệu) với các mức thời gian khác nhau (từ mili giây đến vài tháng) Đồng thời kéo theo một loại giải pháp mới để tái tạo hoặc chuyển đổi ngược lại thành điện từ năng lượng tái tạo được lưu trữ

Mặt khác, sự phát triển của các hệ thống năng lượng thông minh sẽ cho phép chuyển đổi và tích hợp quy mô lớn các nguồn năng lượng tái tạo, cho phép cải thiện tính linh hoạt, hiệu quả khai thác năng lượng, tính bền vững và khả năng phục hồi của toàn bộ hệ thống năng lượng Điều này có thể được kiểm soát bằng cách sử dụng:

- Hệ thống công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) an toàn, tiên tiến và các nền tảng có thể tương tác dựa trên các công nghệ mới như 5G / 6G, đám mây, lưu trữ và phân tích dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo (AI), máy học (ML)

+ Tăng cường kết nối giữa các mạng lưới điện, nhiệt, khí đốt, hydro và giao thông

+ Tích hợp các công nghệ lưu trữ năng lượng khác nhau (lưu trữ pin, lưu trữ nhiệt và chuyển đổi năng lượng hai chiều (power to-X-topower)

- Áp dụng và kết hợp linh hoạt các cơ chế chính sách (pháp luật, thuế, v.v.), cơ chế thị trường và những mô hình kinh doanh mới

Trước bối cảnh này, các hệ thống điện phân phối hiện tại đã trở nên lỗi thời, cần thiết ra đời một mô hình mới cho công tác quản lý và vận hành đối với hệ thống điện

phân phối Đó là “Lưới điện thông minh” Định nghĩa chính thức đầu tiên về Lưới

điện thông minh (SmartGrid) được cung cấp bởi Đạo luật Độc lập và An ninh Năng lượng năm 2007 (EISA-2007), được Quốc hội Hoa Kỳ phê chuẩn vào tháng1 năm 2007 và được Tổng thống George W Bush ký thành luật vào tháng 12 năm 2007 bao gồm 10 luận điểm cấu thành nên định nghĩa cho một Lưới thông minh [3], đó là:

L1 Tăng cường sử dụng công nghệ thông tin và điều khiển kỹ thuật số để cải thiện độ tin cậy, an ninh và hiệu quả của lưới điện

L2 Đẩy mạnh tối ưu hóa vận hành lưới và nguồn phát, đảm bảo với an ninh năng lượng trên toàn hệ thống

L3 Triển khai và tích hợp các nguồn DG, bao gồm cả nguồn năng lượng tái tạo L4 Phát triển đáp ứng nhu cầu sử dụng và kết hợp với tiết kiệm năng lượng L5 Triển khai các công nghệ 'thông minh' (công nghệ thời gian thực, tự động, tương tác tối ưu hóa hoạt động vật lý của thiết bị cung cấp và thiết bị tiêu dùng) để đo lường, truyền thông liên quan đến hoạt động và trạng thái lưới điện và tự động hóa phân phối

L6 Tích hợp các thiết bị lưới điện và thiết bị tiêu dùng 'thông minh'

L7 Triển khai và tích hợp các công nghệ lưu trữ điện tiên tiến nhằm san hạ phụ tải đỉnh, bao gồm xe điện plug-in điện và hybrid, và điều hòa không khí lưu trữ nhiệt

L8 Cung cấp cho người tiêu dùng các tùy chọn thông tin và kiểm soát kịp thời L9 Phát triển các tiêu chuẩn về truyền thông và khả năng tương tác của các thiết bị được kết nối với lưới điện, bao gồm cả cơ sở hạ tầng phục vụ lưới điện

L10 Xác định và hạ thấp các rào cản không hợp lý hoặc không cần thiết đối với việc áp dụng các công nghệ khai thác và dịch vụ lưới điện thông minh

1.1.3 Hệ thống điện phân phối linh hoạt

Để có được sự tương đồng đối với các EDS và cùng tiến đến Smart Grid là mục tiêu của cả hai phía nhà quản lý và khách hàng sử dụng điện Tuy nhiên chỉ có thể hiện

thực hóa từng bước, trong khi cần có một khoảng thời gian đủ lớn để cải tiến cấu trúc lưới, nâng cấp thiết bị và áp dụng công nghệ mới một cách đồng bộ đối với các phân cấp quản lý và vận hành HTĐ Gần đây, tháng 4 năm 2021 một nghiên cứu trên thế giới được xem là sự đồng tình với ý tưởng này, đó là một công bố khoa học mang tên “Towards Flexible Distribution Systems: Future Adaptive Management Schemes” của

nhóm Nhà khoa học thuộc những trường đại học lớn trên thế giới như mô tả trên hình

1.5 sau đây [2]

Hình 1 6 Hệ thống điện phân phối linh hoạt

(Future flexible and digitalized electricity distribution system)

Như vậy, cần thiết phải có một bước đệm quá độ hoàn thiện dần từng bước đối với các EDS theo từng tiêu chuẩn của Smart Grid Quá trình này nhanh hay chậm là do phụ thuộc về nguồn lực của mỗi quốc gia khác nhau, đặc biệt là nguồn lực về tài chính và trình độ khoa học công nghệ

1.2 Giới thiệu thực trạng về lưới điện trung áp Điện lực Tiên Du

Điện lực Tiên Du hiện tại đang quản lý vận hành 34 đường dây trung thế Trong đó có 05 đường dây 35kV và 29 đường dây 22kV Tính đến thời điểm ngày 30/12/2020, để đảm bảo cung cấp điện ổn định và độ tin cậy cung cấp điện cho các khách hàng trên địa bàn huyện Tiên Du, Điện lực Tiên Du - Công ty Điện lực Bắc Ninh đã lắp đặt 35 máy cắt trên đường Điện lực Tiên Du hiện tại đang quản lý vận hành khối lượng đường dây và TBA như sau:

- Đường dây trung thế có tổng số 34 đường dây, Trong đó có 05 đường dây 35kV

và 29 đường dây 22kV Tổng chiều dài 336,2 Km Trong đó tài sản Điện lực: 211,1 Km Tài sản Khách hàng: 125,1 Km Trong đó:

+ Đường dây 35kV tổng chiều dài: 120,9km + Đường dây 22kV tổng chiều dài: 215,3km - Đường dây 0,4kV tổng chiều dài: 339,8km

- Tổng số máy biến áp phụ tải: 944 máy Với tổng dung lượng là 817.198 kVA Trong đó:

+ Tài sản Điện lực: 264 máy, tổng dung lượng: 97.070 kVA + Tài sản khách hàng: 680 máy, tổng dung lượng: 720.128 kVA - Trạm biến áp Trung gian có 01 trạm với tổng công suất là 3400kVA

 Tình trạng vận hành của các đường dây trung áp như sau:

5 373- E27.1 1.8 Cáp 3 pha M185, AC120 330 89 27

27 491 E27.8 0.2 Cáp 1 pha: 2x1xM630, AC-120 1900 539 28

VH đầy tải

VH đầy tải

 Bảng đánh giá các chỉ tiêu MAIFI, SAIDI, SAIFI của Điện lực Tiên Du

năm 2020 như sau :

 Tổn thất điện năng các đường dây trung áp có tổn thất ≥ 2% tại các lộ

đường dây năm 2020 do Điện lực Tiên Du quản lý :

 Tình hình tổn thất điện năng tại các trạm biến áp có tổn thất ≥ 7% lũy kế

12 tháng năm 2020 do Điện lực Tiên Du quản lý :

 Nguyên nhân, các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp, gián tiếp đến tổn thất điện

năng đường dây trung áp :

- Lộ 373 E7.4 là XT 35kV sau trạm 110kV Võ Cường E7.4 : Điện lực Tiên

Du quản lý từ sau đo đếm ranh giới tại cột 68M đến cột 145 lộ 373 E7.4 ; cấp điện sinh hoạt cho 1 phần các xã Lạc Vệ, Tân Chi huyện Tiên Du, 1 phần xã Hán Quảng huyện Quế Võ và 1 số phụ tải công nghiệp tại xã Lạc Vệ, Tân Chi Trong điều kiện cần thiết có thể cấp điện mạch vòng thông qua MC TTA/146(373 E7.4) và có thể cấp điện cho lộ 372 E7.4 thông qua MCLL Tân Chi/1V

+ Với phương thức cấp điện hiện tại, phụ tải tập trung ở cuối nguồn (từ cột 69 đến cột 145) Bán kính cấp điện lớn (từ đầu nguồn đến phụ tải cuối là 145 khoảng cột) Chiều dài đường trục lớn (từ XT đến cột 145 tổng chiều dài 9km), nhiều

nhánh rẽ dài (nhánh Lạc Vệ : 4,4km ; nhánh Chi Hồ: 2,3km ; nhánh Quảng Lãm : 4,5km)

+ Tụ bù trung áp có 1 bộ 3x 100kVAr được lắp đặt tại cột 77

+ Dây dẫn đường trục đã vận hành lâu ngày, đã kém chất lượng; dây dẫn các nhánh rẽ cũ, tiết diện nhỏ (AC50-70) Trong khi mức độ mang tải ĐZ lớn, dây dẫn đã vận hành lâu ngày, kém chất lượng gây phát nhiệt cũng là nguyên nhân gây nên tổn thất của đường dây

- Lộ 372 E7.4 là XT 35kV sau trạm 110kV Võ Cường E7.4 : cấp điện sinh

hoạt cho 1 phần các xã Hiên Vân, Lạc Vệ, Tân Chi, Minh Đạo huyện Tiên Du và 1 số phụ tải công nghiệp tại xã Lạc Vệ, Tân Chi, Trạm bơm Tân Chi Trong điều kiện cần thiết có thể cấp điện cho lộ 373 E7.4 thông qua MCLL Tân Chi/1V

+ Với phương thức cấp điện hiện tại, phụ tải tập trung ở cuối nguồn (từ cột 60 mới có phụ tải) Bán kính cấp điện lớn (từ đầu nguồn đến phụ tải cuối là 140 khoảng cột) Chiều dài đường trục lớn (từ XT đến cột 102 tổng chiều dài 9km), nhiều nhánh rẽ dài (nhánh Ngang Nội : 3km ; nhánh Tử Nê: 2,5km)

+ Dây dẫn đường trục tiết diện nhỏ : Từ XT - cột 26 : dây AC95, từ cột 26 – 102 : dây AC70 ; dây dẫn các nhánh rẽ cũ, tiết diện nhỏ (AC50) Trong khi mức độ mang tải ĐZ lớn, dây dẫn đã vận hành lâu ngày, kém chất lượng gây phát nhiệt cũng là nguyên nhân gây nên tổn thất của đường dây

- Lộ 478 E27.1: là XT 22kV sau TBA 110kV Tiên Sơn E27.1 : cấp điện cho

một phần phường Đồng Nguyên, thị xã Từ Sơn ; cấp điện cho 1 phần thị trấn Lim và xã Phú Lâm huyện Tiên Du Liên kết mạch vòng với lộ 483 E27.8 thông qua tủ RMU 22kV số 1 lộ 478 E27.1 Trong điều kiện cần thiết có thể cấp điện cho một phần ĐZ 483 E27.8

+ Với phương thức cấp điện hiện tại: Phụ tải tập trung chủ yếu ở cuối đường dây, thuộc xã Phú Lâm huyện Tiên Du Phụ tải chính cấp điện từ cột 63 đến 98 đường trục Bán kính cấp điện lớn, khoảng 110 khoảng cột tương ứng 9km DDK và 3km cáp ngầm Trường hợp cấp điện mạch vòng cho lộ 483 E27.8, bán kính cấp điện còn tăng lớn hơn nữa dẫn đến tổn thất tăng

+ Tụ bù trung áp có 1 bộ 3x 200kVAr tại côt 70 hiện đang hỏng bộ điều khiển

+ Do thường xuyên phải thay đổi phương thức dẫn đến mức độ mang tải lớn, làm cho tiếp xúc phát nhiệt gia tăng cũng là nguyên nhân gây nên tổn thất của đường dây này

- Lộ 481E27.26: là XT 22kV sau TBA 110kV Đại Đồng- Hoàn Sơn E27.26 :

cấp điện cho một phần xã Phật Tích, xã Việt Đoàn, xã Hiên Vân, xã Liên Bão Liên kết mạch vòng với lộ 478 E27.1 thông qua tủ RMU 22kV số 1 lộ 478 E27.1 và lộ

483-E27.8 thông qua DCLLL N.Vĩnh Phú (481-E27.26)/cột TBA Vĩnh Phú Trong điều kiện cần thiết có thể cấp điện cho một phần ĐZ 478 E27.1 và đường dây 483-E27.8

+ Dây dẫn đường trục tiết diện nhỏ : Dây AC95 từ cột 87 – 177 ; dây dẫn các nhánh rẽ cũ, tiết diện nhỏ (AC50), bán kính cấp điện lớn Trong khi mức độ mang tải ĐZ lớn, dây dẫn đã vận hành lâu ngày, kém chất lượng gây phát nhiệt cũng là nguyên nhân gây nên tổn thất của đường dây

+ Do thường xuyên phải thay đổi phương thức dẫn đến mức độ mang tải lớn, làm cho tiếp xúc phát nhiệt gia tăng cũng là nguyên nhân gây nên tổn thất của đường dây này

 Một số giải pháp đề xuất:

Trong năm 2020, toàn bộ các chỉ tiêu SAIDI, SAIFI (mất điện theo kế hoạch) Điện lực Tiên Du đều đạt và vượt chỉ tiêu Công ty giao Để duy trì và đảm bảo cung cấp điện ổn định, độ tin cậy lưới điện đạt được chỉ số về MAIFI, SAIDI,

SAIFI đảm bảo luôn nhỏ hơn hoặc bằng chỉ tiêu được giao, Điện lực Tiên Du đề

xuất một số giải pháp như sau:

- Duy trì công tác kiểm tra định kỳ ngày đêm đường dây và TBA, kiểm tra bằng camera nhiệt, Flycam, thiết bị đo phóng điện cục bộ kịp thời phát hiện những khiếm khuyết trên lưới điện để có biện pháp xử lý (Đặc biệt tăng cường công tác kiểm tra đêm vào những ngày có sương mù hoặc có mưa phùn) để giảm tình trạng sự cố vĩnh cửu trên lưới điện

- Nâng cao chất lượng kiểm tra kỹ thuật định kỳ lưới điện, kiểm tra nguội, vệ sinh công nghiệp bằng nước áp lực cao các đường dây và trạm biến áp (Đặc biệt là công tác vệ sinh công nghiệp bằng nước áp lực cao tại các cụm công nghiệp có nhiều bụi bẩn như KCN giấy Phú Lâm)

- Thay thế dần các thiết bị cách điện chưa phù hợp với môi trường có nhiều bụi bẩn: Thay các sứ đỡ DCL, sứ néo gốm bằng sứ Polymer

- Làm việc với các khách hàng có TBA chuyên dùng có đường dây trung thế dài hoặc có hệ đo đếm cao thế trên DCL xuống MBA để lắp đặt DCL đầu tuyến, đảm bảo khi sự cố các thiết bị tại giàn trạm có thể cô lập ngay sự cố không ảnh hưởng đến lưới điện chung

- Dự trù và sử dụng những vật tư có chất lượng tốt để đưa lên lưới, giám sát chặt chẽ các công trình XDCB, SCL đảm bảo chất lượng thi công tốt

- Lắp đặt các bộ DCL đầu tuyến đường dây để linh hoạt trong phương thức vận hành, chia nhỏ đoạn đường dây bị mất điện khi sự cố cũng như khi sửa chữa lưới điện

- Định kỳ kiểm tra, rà soát thay thế các dây chì bảo vệ các MBA phụ tải

Thực hiện lắp đặt dây chảy cầu chì cho MBA theo đúng các quy định

- Sắp xếp công việc, tập trung nhân lực bố trí công việc hợp lý để sử lý các tồn tại trên lưới điện, khi có lịch cắt điện kể cả lưới điện cao thế và hạ thế Để giảm thời gian mất điện và số lần mất điện trong tháng

- Các công việc lắp mới công tơ cho KH cần lên kế hoạch đăng ký cắt điện theo tuần, thực hiện khảo sát chi tiết đảm bảo lắp đặt đúng quy định, tập chung nhân lực kết hợp với sửa chữa lưới điện tránh tình trạng cắt điện nhiều lần trong tháng

- Tăng cường kiểm tra tình hình mang tải của các máy biến áp tại các trạm biến áp phụ tải, nâng cao khả năng dự báo phụ tải, kịp thời có biện pháp khắc phục các tồn tại như nâng công suất MBA, xây dựng mới các TBA phục vụ san tải để đáp ứng nhu cầu phụ tải

- Lập kế hoạch thí nghiệm kiểm tra định kỳ năm đối với các máy biến áp đã được đưa vào vận hành nhiều năm, từ kết quả có được lập các phương án duy tu bảo dưỡng như thay lọc dầu, tẩm sấy nâng cao chất lượng của cách điện, thay gioăng lão hoá đảm bảo nâng cao chất lượng MBA sau sửa chữa

- Lập kế hoạch thí nghiệm, kiểm tra và có kế hoạch thay thế đối với các thiết bị trên lưới điện đã được đưa vào vận hành nhiều năm như CSV, TU, TI, đầu cáp… Tra dầu mỡ vào các bộ truyền động cầu dao… từ kết quả có được lập các phương án thay thế duy tu bảo dưỡng

- Tăng cường công tác kiểm tra các tủ trung thế, trạm ki ốt chú ý hệ thống thông gió, hệ thống sấy… nếu các hệ thống này không hoạt động phải lập phương án sử lý ngay (với các tủ trung thế, trạm ki ốt cần chú ý phần nền bên trong tủ nhất thiết phải được đổ bê tông để ngăn chặn không hơi ẩm từ dưới đất xâm nhập vào)

- Trước khi thực hiện công tác trên lưới điện phải tiến hành khảo sát kỹ hiện trường để đưa ra các biện pháp an toàn cụ thể Hạn chế tối đa thời gian khu vực mất điện số lượng khách hàng (đặc biệt là các đường dây 0,4kV trong tủ có các AB nhánh phải cắt AB nhánh nếu đảm bảo an toàn)

- Đầu tư thay thế các tủ điện kém chất lượng, không gian chật hẹp bằng các tủ có kích thước đủ lớn để lắp đặt các AB nhánh tạo điều kiện thuận lợi và đảo bảo an toàn khi cắt điện và tiếp địa sau AB nhánh

- Lắp đặt các bộ đầu chờ tiếp địa ngoài ĐZ để thực hiện công việc đúng quy trình, đảm bảo an toàn và hạn chế tối đa phạm vi điện gây gián đoạn cung cấp điện điện cho KH

- Tập huấn cho công nhân thực hiện tốt các thao tác trên lưới điện nhất là thao tác lắp đặt công tơ không cần cắt điện nhằm giảm thời gian mất điện nhưng vẫn đảm bảo tuyệt đối an toàn

- Dần dọn dẹp lưới điện hạ thế gọn gàng, đảm bảo an toàn, tạo điều kiện thuận lợi nhất khi thao tác trên lưới điện mà không cần cắt điện

 Đề nghị:

Hiện nay, trên lưới điện do Điện lực Tiên Du quản lý có 04 đường dây trung thế đang vận hành trong tình trạng đầy tải là: lộ 372 E7.4, lộ 373 E7.4, lộ 478 E27.1, lộ 481 E27.26 Kiến nghị như sau:

- Đối với lộ 372, 373 E7.4: Đề nghị Công ty đẩy nhanh tiến độ xây dựng xuất tuyến sau TBA 110kV Tân Chi, để san tải giảm bán kính cấp điện cho 2 đường dây trên; đẩy nhanh tiến độ cải tạo nâng cấp đường dây hiện tại đã cũ, kém chất lượng (theo vốn Jica) Cho cải tạo, thay thế dây dẫn các nhánh rẽ nhỏ từ dây AC5 lên dây AC70 ( nhánh Tử Nê, nhánh Lạc Vệ, nhánh Hán Đà)

- Đối với lộ 481 E27.26: Đề nghị Công ty đẩy nhanh tiến độ xây dựng xuất tuyến sau TBA 110kV Tiên Du, để san tải giảm bán kính cấp điện cho đường dây trên

- Đối với lộ 478- E27.1: Đề nghị Công ty nghiên cứu, khảo sát nguồn cấp mạch vòng đấu nối vào trong khu vực cuối đường dây, trong xã Phú Lâm, huyện Tiên Du

Đề nghị Công ty bổ sung nguồn vốn ĐTXD để thực hiện một số hạng mục XD mới, nâng cấp cải tạo lưới điện hạ áp như sau:

- Thực hiện các gói chống quá tải huyện Tiên Du: xây dựng thêm các TBA và đz 0,4kV mới nhằm san tải cho các TBA đang vận hành đầy, quá tải

- Thay thế toàn bộ các tủ phân phối 0,4kV kém chất lượng bằng các tủ điện có không gian rộng để lắp đặt bổ xung các AB nhánh hoặc cải tạo lại các thiết bị trong tủ sao cho khi tiến hành công việc trên ĐZ 0,4kV chỉ cần cắt AB nhánh

- Cho thay thế hòm công tơ cũ bằng tôn kém chất lượng bằng hòm công tơ composite kết hợp với lắp hòm chia điện lên lưới 0,4kV để làm giảm chỉ số MAIFI, SAIDI, SAIFI

Một số đặc điểm trên đây cho thấy vấn đề quản lý, vận hành HTĐPP Tiên Du có thể được xem là khá phức tạp, nhiều vấn đề cần được cập nhật để có thể đạt được chỉ tiêu cơ bản được đề cập tạo thông tư số 39/TT-BCT năm 2015 và một số mục tiêu cấp bách của EVN đề ra trong gia đoạn hiện tại đó là:

- Giảm tổn thất, nâng cao chất lượng điện áp, - Nâng cao độ tin cậy dịch vụ khách hàng

- Phát triển và khai thác hiệu quả tiềm năng những nguồn phát điện tại chỗ (địa phương)

1.3 Giải pháp giảm tổn thất và nâng cao chất lượng dịch vụ của HTĐPP

Bước vào thế kỷ 21, vấn đề năng lượng trên phạm vi toàn cầu phải đối mặt với trước những thách thức về cung và cầu Sự thiếu hụt năng lượng đáp ứng cho nhu cầu phát triển đòi hỏi ngày càng cao, đến năm 2030 ở Việt Nam nhu cầu điện năng dự kiến sẽ tăng gấp đôi so với hiện tại đang là khoảng 40 GW Đứng trước bối cảnh này, Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) giao cho tất cả các Công ty điện lực Tỉnh/Thành phải không ngừng nâng cao chất lượng dịch vụ cung cấp điện, đề xuất và áp dụng những giải pháp vận hành có hiệu quả cao nhất có thể

Trong thực tế, vấn đề nâng cao chất lượng dịch vụ nói chung hay nâng cao chất lượng điện áp và độ tin cậy trong hệ thống điện phân phối nói riêng đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng, mỗi nghiên cứu được xem như một giải pháp ra đời trong những thời điểm khác nhau nên đều có những ưu nhược điểm khác nhau, mức độ phù hợp khác nhau và hiệu quả thu được khác nhau Cụ thể như một số giải pháp sau:

1) Giải pháp cải tạo nâng cấp đường dây, nâng cấp công suất MBA: đòi hỏi chi phí đầu tư lớn, thường được thực hiện trong quy hoạch trung hạn, dài hạn Khó đánh giá hiệu quả (vòng đời lớn,vv)

2) Giải pháp điều chỉnh điện áp nguồn, nấc phân áp MBA: chỉ thực hiện đối với MBA trung gian thông qua thiết bị OLTC, các thao tác này gây phát sinh dao động

điện áp, gây quá áp tích lũy làm giảm thọ cách điện và nguy hiểm thiết bị Đối với MBA phân phối, nấc phân áp chỉ được điều chỉnh khi cắt điện, theo kế hoạch

3) Giải pháp tích hợp nguồn phân tán: Trong xu thế hiện nay, để bù đắp sự thiếu hụt năng lượng trong khi một số nhà máy điện áp dụng công nghệ truyền thống và sử dụng năng lượng hóa thạch đang trở nên lỗi thời thì công nghệ sản xuất điện năng từ năng lượng tái tạo được xem như là giải pháp thay thế tốt nhất Trong HTĐPP (EDS), càng nguồn phân tán (DG) ngày càng được phát triển mạnh mẽ Trong số đó phải kể đến là: nguồn điện pin mặt trời (PVG); nguồn điện turbine gió (WTG), nguồn thủy điện nhỏ: (SHP)

4) Giải pháp trang bị tụ bù tĩnh: giải pháp này cũng được áp dụng khá phổ biến nhưng chưa được nghiên cứu thỏa đáng nên không đáp ứng được yêu cầu đặt ra Trong thực tế đã có nhiều công trình bù tụ điện trên đường dây trung áp khu vực miền núi lại có tác dụng ngược làm tăng tổn thất, gây quá áp cục bộ và không ổn định đã phải ngừng hoạt động

5) Giải pháp tái cấu trúc lưới: Đây là một giải pháp được đề xuất trong thời gian gần đây của EVN và đang từng bước thực hiện:

+ Bước 1: Cải tạo nâng cấp đường dây cũ, đã trở nên lỗi thời (được thiết kế theo cấu trúc mạch hở, nguồn một phía)

+ Bước 2: Trang bị bổ sung máy cắt phân đoạn RE và cầu dao phụ tải LBS + Bước 3: Trang bị các thiết bị thông minh, hệ thống đo lường đa năng, SCADA, các phần mềm chuyên dụng nhằm thu thập dữ liệu và xử lý điều khiển trung tâm cho thay đổi phương thức đóng/mở liên lạc mạch vòng

Tuy nhiên, đến thời điểm hiện tại, các Công ty điện lực khai thác hệ thống tái cấu trúc lưới còn ở mức độ khiêm tốn, chưa có sự phối hợp đồng bộ giữa các lớp bài toán con trong hệ thống, còn nhiều thao tác phải thực hiện thủ công,vv

Kết luận chương 1

Nội dung chương 1 đã cho thấy một cách nhìn tổng quát về hệ thống điện phân phối trong hệ thống điện quốc gia; Đặc điểm hiện trang của hệ thống điện phân phối và lưới điện trung áp nói riêng của Điện lực Tiên Du; Một số vấn đề bức thiết đang đòi hỏi của Điện lực Tiên Du nói riêng cũng như của tập đoàn điện lực Việt Nam chung và xu thế trên phạm vi toàn cầu; Chỉ ra xu hướng phát triển của EDS, FDS tiếp cận đến

Smart Grid, đồng thời là một cách tiếp cận khoa học và thực tiễn rất rõ ràng về hướng nghiên cứu của đề tài

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU, CÔNG CỤ MÔ PHỎNG GIẢI TÍCH LƯỚI ĐIỆN VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 Xây dựng mô hình nghiên cứu

Trên cơ sở các phân tích về sự đa dạng của các EDS trong hiện tại của HTĐ Việt Nam như các sơ đồ trên các từ hình 1.1 đến hình 1.4 và xu thế phát triển của EDS tiếp cận đến Lưới điện thông minh (SG), để áp dụng các nghiên cứu đảm bảo tính khoa học và thực tiễn đối với các hệ thống điện phân phối khác nhau, cần thiết phải xây dựng một mô hình mẫu, một cấu trúc sơ đồ đại diện cho nhiều nhất các loại hình hệ thống điện phân phối nói nói chung và hệ thống điện phân phối của PCTQ nói riêng Vận dụng một triết lý trong lý thuyết mạch là bất cứ một lưới điện phức tạp nào đều có thể biến đổi sơ đồ về một dạng đơn giản phù hợp với mục tiêu nghiên cứu, từ đó một mô

hình mẫu được đề xuất có cấu trúc cơ bản như trên hình 2.1 với tên gọi là “Mô hình

hệ thống điện phân phối linh hoạt” (viết tắt là FDS – Flexible Distribution System)

[2] [4] [5] [6] [7]

Hình 2 1 Mô hình hệ thống điện phân phối linh hoạt (FDS)

Trên mô hình FDS, một số phần tử chính kèm theo những thông số cơ bản có thể được giới thiệu khái quát như sau:

 Nguồn lưới 110 kV:

Trên sơ đồ có 2 nguồn 110 kV độc lập nhau, các thông số cơ bản của nguồn gồm: - Cấp điện áp định mức Uđm: 110 kV với chênh lệch khóc góc pha thường nằm trong khoảng (2 15) độ

- Công suất ngắn mạch SNM (MVA): (8000 15000)MVA - Tỷ số X/R: (25 60)

 Trạm biến áp trung gian:

Trên sơ đồ có 1 trạm biến áp với 2 MBA 3 pha 3 cuộn dây: - Công suất 40/40/40 MVA

- Cấp điện áp 110/35/22 kV, có OLTC

 Đường dây trung thế:

Lộ đường dây 22 kV, lộ 471 và 472: - Các bus 22 kV: từ Bus1 đến bus6

- Các phân đoạn đường dây L1 đến L6 và 2 đường dây liên lạc L3-6, L4-5 Lộ đường dây 35 kV 371 và 372 giới thiệu đơn giản hơn

 Các thiết bị đóng/mở và bảo vệ:

- Tại xuất tuyến của lộ đường lộ 471 và 472 đều được trang bị BVRL - Các nhánh rẽ đến TBA phân phối được trang bị LBS

- Mỗi phân đoạn đường dây đều được trang bị các Recloses từ RE1 đến RE6 - Đặc biệt, tại phía cuối hai lộ 472 và 472 có thiết lập đường dây liên lạc cùng với Máy cắt kiên lạc RE 45-36

 Các máy biến áp phân phối:

Có 06 máy biến áp phân phối 22/0,4 kV có công suất trung bình từ 1500 kVA đến 3000 kVA Phụ tải của mỗi MBA phân phối được quy đổi thành một tập trung về thanh cái 0,4 kV gồm các bus từ BusT1 đến busT6

 Các phụ tải tập chung:

Tương ứng với 06 MBA có 06 phụ tải tập trung phía 0,4 kV, mỗi phụ tải có 4 phân cấp để có thể điều chỉnh được theo nhiều giá trị khác nhau

 Nguồn phân tán DG:

Có 03 loại nguồn phân tán thuộc loại đang được áp dụng phổ biến trong HTĐPP:

- Nguồn pin mặt trời: PVG có công suất 600Wp

- Nguồn máy phát điện turbine gió: WTG có công suất 2400Wp

- Nguồn phân tán khác: có thể là thuỷ điện nhỏ SHP, hoặc nhà máy điện turbine khí GDG có công suất nhỏ (2 x3) MW

Trên mô hình FDS, ngoài các nguồn DG đã xác định công suất và vị trí như trên sơ đồ, còn các thiết bị bù CSPK khác dưới dạng thiết bị bù điện tử hay tụ điện sẽ được tính toán phụ thuộc theo từng mục tiêu cụ thể mới có được công suất và vị trí kết nối

Bài toán phân bố dòng công suất, để xác định trạng thái điện áp ở tất cả các nút của mạng, dòng điện làm việc và tổn thất trong mỗi đường dây cũng như các máy biến áp được biểu diễn bởi các phương trình đặc trưng cho hệ thống điện tổ hợp thành một hệ phương trình phi tuyến Phương pháp giải các lớp bài toán này chủ yếu bằng các thuật toán tính lặp Thông dụng nhất là các thuật toán Newton-Raphson và Gauss-Seidel được giải bởi các phần mềm chuyên dụng ETAP, một phần mềm đang chiếm ưu thế trong các hoạt động điện lực hiện nay

Chú ý rằng, trong giải tích lưới điện, các thông số đặc trưng tại mỗi bus (nút) được mô tả bằng 4 đại lượng cơ bản, đó là: Công suất tác dụng, công suất phản kháng, biên độ điện áp nút và góc pha điện áp nút Trong đó có 2 đại lượng độc lập, còn lại là 2 đại lượng phụ thuộc được xác định bởi 2 phương trình giàng buộc chính tắc Từ một quan điểm thuần tuý toán học, bất kỳ 2 biến có thể được chỉ định, tuy nhiên, về mặt kỹ thuật, sự lựa chọn dựa các biến độc lập ở một nút có thể dựa trên khả năng nhận biết sẵn có tại nút đó Ví dụ có thể gọi giá trị biên độ và góc pha điện áp là biến trạng thái, còn CSTD và CSPK sẽ là các biến điều khiển Trên cơ sở đó các bus được phân loại thành 4 kiểu đặc trưng theo các biến danh nghĩa sau đây [3]

 Load PQ bus (Nút Tải): tại nút này không có máy phát điện được kết nối, do

đó công suất phát PG và QG là bằng không Trong khi đó CSTD (PL)và CSPK (QL) được xác định là lượng đặt, còn biên độ điện áp U và góc pha điện áp  là xem là biến tính toán

 Generator PV bus (Nút nguồn): có một nguồn được kết nối với nút, đảm bảo

cho biên độ điện áp V được duy trì ở một giá trị không đổi bằng cách điều chỉnh của máy phát điện và do đó nó tạo ra công suất phản kháng thích hợp cho ổn định điện áp Nghĩa là các hoạt động tạo ra PG cũng được xác định là lượng đặt, còn hai tham số khác là góc pha  và QG được xem là biến tính toán Để giữ được biên độ điện áp

không đổi chỉ khi các máy phát điện có khả năng phát CSPK trong phạm giới hạn thiết kế, có nghĩa là, QG min < QG < QGmax

 Generator PQ bus (Nút cân bằng): nếu như máy phát điện không thể cung

cấp CSPK cần thiết để ổn định điện áp thì CSPK là cố định ở giới hạn cho phép Trong trường hợp này, CSTD PG và CSPK QG xác định là lượng đặt, còn biên độ điện áp nút V và góc pha điện áp  được xem là biến tính toán

 Swing bus (Slack bus): Thông thường trong một lưới điện nghiên cứu, chỉ

chọn một Slack bus với chức năng của một máy phát điện có công suất không hạn chế, luôn áp ứng đủ cho bất cứ sự thiếu hụt nào về CSTD và CSPK mà các nút khác thể thể đáp ứng Giá trị góc pha điện áp tại slack nút được chọn làm cơ sở cho tất cả những góc pha điện áp khác trong hệ thống được đo và thường chọn  = 0

2.2 Phần mềm mô phỏng giải tích lưới điện

Hiện tại đối với bài toán giải tích lưới trong hệ thống điện như giới thiệu trên đây có nhiều công cụ phần mềm được áp dụng, cụ thể đó là: ETAP, Power world software, PSS ADEP,vv Trong đó ETAP là phần mềm đang được ứng dụng tại nhiều nước tân tiến trên thế giới, với công cụ giải tích và mô phỏng được áp dụng là các thuật toán dựa trên nền tảng của bốn phương pháp tính:

- Phương pháp Newton-Raphson;

- Phương pháp Adaptive Newton-Raphson;

- Phương pháp Fast-Decoupled;

- Phương pháp Gauss-Seidel cải tiến

Bốn phương pháp này có tính chất hội tụ khác nhau, phụ thuộc vào cấu hình hệ thống, máy phát, điều kiện phụ tải và giá trị điện áp ban đầu của các nút Đối với mỗi bài toán cụ thể, người sử dụng có một lựa chọn thích hợp nhất Trong đề tài này, phần mềm ETAP được lựa chọn làm công cụ giải tích lưới và mô phỏng nghiên cứu đối với FDS cũng như áp dụng cho EDS đáp ứng các mục tiêu đã xác định

Đối với mỗi bài toán cụ thể, việc lựa chọn thuật toán được thực hiện rất tiện lợi

thông qua giao diện của ETAP Cụ thể một số giao diện chính như sau [8]:  Ô cửa chính và giao diện trình bày:

Tại đây, bạn có thể thêm, xóa, di chuyển và kết nối các phần tử bằng đồ họa, phóng to hoặc thu nhỏ, tắt hoặc bật lưới hiển thị, thay đổi kích thước phần tử, thay đổi

hướng phần tử, thay đổi biểu tượng, ẩn hoặc hiển thị thiết bị bảo vệ, nhập thuộc tính, đặt trạng thái hoạt động, v.v

Hình 2 2 Các ô cửa chính và giao diện trình bày

 Thiết kế sơ đồ:

Bạn có thể nhấp hoặc nhấp đúp để chọn, kéo và thả các thành phần AC, DC và thiết bị trên sơ đồ một dòng Ngoài ra, bạn có thể thực hiện chức năng như sau:

 Xem & In Báo cáo đầu ra có thể tùy chỉnh (Báo cáo văn bản & tinh thể)

 Thay đổi tùy chọn hiển thị

 Trình quản lý báo cáo lịch trình truy cập  Thêm hệ thống lưới mặt đất mới

 Thêm Mạng tổng hợp & Động cơ tổng hợp

Hình 2 3 Các phần tử chính của lưới điện

 Một số chức năng tính toán:

1 Load Flow Analysis 2 Short-Circuit Analysis 3 Arc Flash Analysis

4 Motor Acceleration Analysis 5 Harmonic Analysis

6 Transient Stability Analysis

7 Star – Protective Device Coordination 8 DC Load Flow Analysis

9 DC Short-Circuit Analysis 10 DC Arc Flash Analysis

11 Battery Sizing and Discharge Calculations 12 Unbalanced Load Flow Analysis

13 Time Domain Load Flow Analysis 14 Unbalanced Short Circuit Analysis 15 Voltage Stability Analysis

16 Optimal Power Flow Analysis

25 UnderGround Raceway Systems 26 Ground Grid Systems

27 Cable Pulling Systems

1 Phân tích lưu lượng tải 2 Phân tích ngắn mạch 3 Phân tích Arc Flash 4 Phân tích gia tốc động cơ 5 Phân tích sóng hài

6 Phân tích độ ổn định thoáng qua 7 Star - Phối hợp thiết bị bảo vệ 8 Phân tích lưu lượng tải DC 9 Phân tích ngắn mạch DC 10 Phân tích DC Arc Flash 11 Tính toán kích thước và xả pin

12 Phân tích lưu lượng tải không cân bằng 13 Phân tích luồng tải miền thời gian 14 Phân tích ngắn mạch không cân bằng 15 Phân tích độ ổn định điện áp

16 Phân tích dòng điện tối ưu 17 Đánh giá độ tin cậy 18 Vị trí tụ điện tối ưu 19 Tối ưu hóa chuyển mạch