NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG THÔNG TIN TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ LƯỚI ĐIỆN Ở VIỆT NAM

Thời gian gần đây, hệ thống lưới điện của chúng ta không ngừng phát triển mở rộng, theo đó các yêu cầu cung cấp điện liên tục cho khách hàng với chất lượng điện năng ngày càng cao cũng g

LỜI CẢM ƠN

Thực tập môn học là cơ hội tốt để những sinh viên khi vẫn còn ngồi trên ghế giảng đường Đại Học có cơ hội tiếp cận với công việc thực tế, được làm quen với môi trường làm việc, cũng như phong cách làm việc thực tế trước khi ra trường

Lời đầu tiên, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong khoa công nghệ thông tin những người mang đến cho em nguồn tri thức quý báu và những lời khuyên bổ ích đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong thời gian học tập vừa qua

Chúng em xin gửi lời cảm ơn và biết ơn tới thầy Lê Mạnh Hùng đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình cho chúng em trong suốt quá trình học tập và làm đề tài

Chúng em cũng xin cảm ơn đến những người bạn của mình, những người đã cho

em những lời khuyên, bí quyết học tập, những tài liệu bổ ích giúp em hoàn thành tốt công tác học tập và nghiên cứu của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Năng Duy Đào Công Sự

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Ở VIỆT NAM 2

1.1 Lưới hệ thống 2

1.2 Lưới truyền tải 2

1.3 Lưới phân phối 3

1.4 Các loại sơ đồ hệ thống lưới phân phối 6

1.4.1Sơ đồ hình tia 6

1.4.2Sơ đồ hình tia được cải tiến 6

1.4.3Hình vòng phía cao áp – hình tia phía hạ áp 7

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 9

2.1 Lý thuyết các phương pháp lặp 9

2.1.1Phương pháp Gauss – Seidel 9

2.1.2Phương pháp Newton – Raphson 10

2.2 Phân bố công suất trong lưới điện 11

2.2.1Phương trình cân bằng công suất 11

2.2.2Phương pháp Gauss – Seidel giải bài toán phân bố công suất 12

2.2.3Phương pháp Newton – Raphson giải bài toán phân bố công suất 13

CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH 16

3.1 Nhu cầu về điện và vai trò của các hệ thông tính toán và phân tích lưới điện đối với ngành điện ở Việt Nam 16

3.2 Tình hình ứng dụng thực tế của các hệ thống thông tin tính toán và phân tích 16 CHƯƠNG 4 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG THÔNG TIN TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ LƯỚI ĐIỆN Ở VIỆT NAM 20

4.1 Nhận xét chung về thiết kế và xây dựng chương trình 20

4.2 Đánh giá 20 KẾT LUẬN…… 21

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Lưới truyền tải cao thế 3

Hình 1.2: Lưới phân phối cao thế - trung thế 4

Hình 1.3: Lưới phân phối trung thế - hạ thế 5

Hình 1.4: Các trạm biến áp phân phối 5

Hình 3.1: Giao diện một phần phần mềm PSS/ADEPT 17

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Nhu cầu về điện ở Việt Nam 16

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của các hệ thống điện trên thế giới hiện nay đi theo con đường tập trung hoá sản xuất điện năng, trên cơ sở các nhà máy điện lớn, phát triển và hợp nhất các hệ thống năng lượng Điều đó dẫn đến sự cần thiết phải xây dựng và mở rộng các mạng điện áp cao và siêu cao Do đó việc phân tích các chế độ xác lập của mạng và hệ thống điện phức tạp là một phần kiến thức rất quan trọng đối với các kỹ sư chuyên ngành "Hệ thống điện"

Thời gian gần đây, hệ thống lưới điện của chúng ta không ngừng phát triển

mở rộng, theo đó các yêu cầu cung cấp điện liên tục cho khách hàng với chất lượng điện năng ngày càng cao cũng gia tăng Thiết bị trên lưới điện phân phối hiện nay vốn có đặc điểm là đa dạng về chủng loại, phức tạp về cấu tạo Quá trình vận hành nhằm thực hiện những thao tác mang tính lập đi lập lại nhiều lần nhưng lại đòi hỏi độ chính xác cao vì vậy rất cần thiết phải tự động hóa bằng cách đưa nhiều thiết bị tự động, xử lý thông tin tự động nhằm tăng khả năng truyền đạt và xử lý thông tin Với máy tính và các phần mềm chuyên dùng chúng ta có thể ngăn chặn trước và hạn chế hỏng hóc trong quá trình vận hành lưới điện Những thành tựu mới

về CNTT như khả năng lưu trữ của phần cứng, tốc độ tính toán, các phương pháp

hệ chuyên gia, mạng neuron,…đã cung cấp những phương tiện và công cụ mạnh để tăng cường nghiên cứu mở rộng ứng dụng trong lĩnh vực điện năng Đảm bảo và giữ vững mối liên hệ hữu cơ của các thành phần trong hệ thống sản xuất truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng

CHƯƠNG 1 MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Ở VIỆT NAM 1.1 Lưới hệ thống

Lưới hệ thống bao gồm các đường dây tải điện và trạm biến áp khu vực, nối liền các nhà máy điện tạo thành hệ thống điện

Đặc điểm:

 Lưới có nhiều mạch vòng kín để khi ngắt điện bảo quản đường dây hoặc sự cố

l đến 2 đường dây vẫn đảm bảo liên lạc hệ thống Vận hành kín để bảo đảm liên lạc thường xuyên và chắc chắn giữa các nhà máy điện với nhau và với phụ tải

 Điện áp từ 110 kV đến 500 kV

1.2 Lưới truyền tải

Lưới truyền tải làm nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu vực đến các trạm trung gian

Đặc điểm của lưới truyền tải:

 Sơ đồ kín có dự phòng: 2 lộ song song, có dự phòng ở lưới phân phối Vận hành hở vì lý do hạn chế dòng ngắn mạch Có thiết bị tự đóng nguồn dự trữ khi sự cố

Hình 1.1: Lưới truyền tải cao thế

1.3 Lưới phân phối

Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (hoặc TKV hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải

Đặc điểm của hệ thống lưới phân phối:

 Cung cấp điện trực tiếp đến người sử dụng Trong công cuộc phát triển đất nước hiện nay, việc cung cấp điện năng là một trong những ngành quan tâm hàng đầu của Chính Phủ nói chung và của Thành Phố nói riêng Vì vậy để đảm bảo chất lượng điện năng thì việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống lưới điện phân phối là hết sức quan trọng

 Hệ thống phân phối điện năng được xây dựng và lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ

 Lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10,15,22, 35kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung hạ áp, lưới hạ áp 220/380V cấp điện cho các phụ tải hạ

áp

 Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ ít gây ra mất điện nhất Bằng các biện pháp cụ thể như có thể có nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có nguồn thay thế như máy phát …

 Lưới điện phân phối vận hành dễ dàng linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lưới điện trong tương lai

 Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp.Độ biến thiên điện áp cho phép là  5% Uđm

 Đảm bảo chi phí duy tu, bảo dưỡng là nhỏ nhất

Hình 1.2: Lưới phân phối cao thế - trung thế

Hình 1.3: Lưới phân phối trung thế - hạ thế

Hình 1.4: Các trạm biến áp phân phối

1.4 Các loại sơ đồ hệ thống lưới phân phối

Khi thiết kế xây dựng lưới phân phối có thể chọn một trong các hệ thống điện chính sau:

 Hệ thống hình tia đơn giản

 Hệ thống hình vòng phía cao áp – hình tia phía hạ áp

 Hệ thống chọn lọc phía cao áp – hệ thống chọn lọc phía hạ áp

 Hai nguồn phía cao áp – hệ thống chọn lọc phía hạ áp

ra bằng cầu dao, cách ly phía cao áp, cách ly máy biến áp và cách ly tủ phân phối phía

hạ áp Đường dây phía hạ áp chạy từ tủ phân phối nối với các Panelboard, ở đây là nơi tiếp nhận tải của nó Mỗi đường dây được nối với tủ phân phối thông qua máy cắt hay thiết bị quá dòng

Từ đường đó toàn bộ tải được cung cấp điện từ một nguồn đơn, điều thuận lợi ở đây là có thể cấp điện cho nhiều loại tải khác nhau làm giảm tối đa việc lắp đặt máy biến áp Tuy nhiên độ sụt áp cao và hiệu quả sử dụng lại thấp bởi vì những đường dây cấp điện bên hạ áp là nguồn cung cấp đơn Giá thành của đường dây và máy cắt bên hạ

áp rất cao khi dây dẫn và công suất MBA trên 1000KVA

Khi có sự cố ở thanh cái thứ cấp hay trong máy biến áp nguồn thì sẽ cắt toàn bộ tải Không thể phục vụ cấp điện cho đến khi việc sửa chữa kết thúc Sự cố ở đường dây hạ áp sẽ cắt toàn bộ tải trên đường dây đó

Một sơ đồ hình tia cải tiến để có thể cung cấp điện tốt hơn cho hộ tiêu thụ được trình bày trong sơ đồ sau đây:

1.4.2 Sơ đồ hình tia được cải tiến

Mỗi trạm hạ áp đơn vị là sự kết hợp giữa máy biến áp ba pha, cầu chì bên cao áp

và tủ phân phối bên hạ áp Tất cả được nối với máy cắt hoặc cầu chì Những mạch này được kết nối với tải qua những thiết bị bảo vệ

Mỗi máy biến áp xác định rõ một vùng phụ tải và phải có khả năng đáp ứng trong trường hợp tải lớn nhất Nếu có bất kỳ sự thay đổi giữa các vùng phụ tải, đòi hỏi các máy biến áp phải có công suất lớn hơn so với trong trường hợp sơ đồ hình tia đơn giản Tuy nhiên do công suất được phân phối đến tải ở điện áp cao nên tổn thất điện năng, chi phí lắp đặt giảm xuống, độ ổn định điện áp được cải thiện

So với sơ đồ hình tia chưa cải tiến, sơ đồ này sẽ giảm được chi phí đầu tư khi công suất yêu cầu lớn hơn 1000kVA Một sự cố ở phía thứ cấp hoặc ở máy biến áp phân phối chỉ làm mất điện trong phạm vi phụ tải mà máy biến áp đó đảm trách

Việc giảm số lượng máy biến áp trên đường dây phía sơ cấp sẽ làm tăng tính linh hoạt cung cấp điện của hệ thống Tối ưu hóa về vận hành cũng như chi phí lắp đặt hệ thống phải được tính toán sao cho mức độ an toàn và tính liên tục cung cấp điện nằm trong các tiêu chuẩn đề ra

1.4.3 Hình vòng phía cao áp – hình tia phía hạ áp

Hệ thống này bao gồm một hay nhiều vòng ở phía cao áp với hai hay nhiều máy biến áp nối trên một vòng Hệ thống này là loại có hiệu quả nhất Khi có hai vòng phục

vụ không ảnh hưởng đến nhau

Mỗi vòng phía cao áp được vận hành khi có một cầu dao phân đoạn ở vị trí mở

để ngăn sự hoạt động song song của những nguồn Khi trạm đơn vị bên hạ áp được dùng, mỗi máy biến áp có hai dao cách ly phân đoạn và cầu chì của tải bên cao áp Bằng cách đóng cầu dao phân đoạn thích hợp, nó có thể không nối với một vài phần còn lại của hệ thống Bằng cách mở cơ cấu đóng ngắt máy biến áp, nó có thể không nối một vài máy biến áp của vùng

Cơ cấu khoá thường được dùng để ngăn ngừa sự hoạt động song song của hai đường dây nguồn Một cơ cấu tự động có thể được điều khiển giữa hai máy cắt chính

và máy cắt liên kết

Sơ đồ này rất đảm bảo và phục hồi nhanh chóng khi có sự cố:

 Việc cách ly thiết bị cơ bản xảy ra trên một đường dây đến, máy cắt chính liên quan được mở ra và sau đó máy cắt liên kết được đóng lại có thể bằng tay hay bằng cơ cấu chuyển đổi tự động

 Khi một đường dây phía cao áp bị sự cố, máy cắt vòng liên quan được mở ra

và thiết bị cắt toàn bộ tải tính đến dao cách ly vòng thường mở Xác định chính các phần cáp bị sự cố, sau đó dao cách ly phân đoạn vòng khác đóng lại

và việc cấp điện cho trạm đơn vị hạ áp được phục hồi trong khi đường dây bị

sự cố được thay thế

 Nếu sự cố xảy ra trên đường dây dẫn đến phía tải của một máy cắt đường dây vòng, máy cắt vòng sẽ được giữ vị trí mở sau khi nó cắt và dao cách ly phân đoạn được thao tác mở ra vì thế đoạn dây sự cố có thể được phân ra và thay thế Dưới tình trạng này tất cả các trạm đơn vị hạ áp được cung cấp thông qua một máy cắt đường dây vòng khác Vì thế tất cả đường dây nối của vòng phải được chọn đủ cung cấp cho toàn bộ tải của vòng ấy

 Khi máy biến áp bị sự cố hay bị quá tải, cầu chì cao áp của máy biến áp sẽ chảy ra, và sau đó cơ cấu đóng ngắt được thao tác mở ra, không nối máy biến

áp với vòng nữa và việc tách ra với tất cả các tải của những trạm đơn vị khác không bị ảnh hưởng

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ PHÂN

BỐ CÔNG SUẤT

Bài toán tính toán chế độ xác lập là bài toán cơ bản nhất trong việc tính toán và phân tích chế độ lưới điện, giúp cho người vận hành có các thông số về dòng điện, dòng công suất, giá trị điện áp trên lưới điện, từ đó đưa ra phương thức để vận hành Chúng ta biết rằng có ba phương pháp tính phân bố công suất thường được sử dụng là: phương pháp Newton-Raphson, phương pháp phân lập nhanh, và phương pháp Gauss-Seidel Mỗi phương pháp có những đặc tính hội tụ khác nhau, thường thì

ta chọn phương pháp có khả năng thực hiện tốt nhất Việc lựa chọn phương pháp tính nào còn tuỳ thuộc vào cấu hình hệ thống, máy phát, đặc tính tải và mức điện áp tại ban đầu tại các nút

Trong bài toán phân bố công suất trong lưới điện thường dùng phương trình liên lạc giữa điện áp nút và dòng nút thông qua ma trận tổng dẫn nút Nếu biết dòng nút, có thể tìm được điện áp nút Tuy vậy, trong lưới điện thường cho công suất hơn là dòng điện Như vậy, phương trình liên quan là phương trình phi tuyến và là phương trình phân bố công suất được giải bằng phương pháp lặp

Trong chương này ta sẽ tìm hiểu về một số phương pháp lặp thường được sử dụng và ứng dụng của các phương pháp này để giải quyết các bài toán tính toán chế độ xác lập – phân bố công suất trong hệ thống

=> Nhận xét: Tốc độ hội tụ chậm, vì thế có thể làm tăng tốc hội tụ bằng cách dùng thuật toán gia tốc với hệ số gia tốc :

x(k+1) = x(k) + [g(x(k)) – x(k)]

Nếu có n phương trình với n ẩn số:

f1(x1,x2,…,xn) = c1 => x1 = c1 + g1(x1,x2,,…,xn)

= x(k) + (xi(k+1) – xi(k))

2.1.2 Phương pháp Newton – Raphson

Cho phương trình f(x) = c, ta xây dựng được như sau:

x(k+1) = x(k) + (k)

) k (

dxdf

)x(c

dxdf

)x(c

=> Nhận xét: Phương pháp hội tụ rất nhanh

Nếu có n phương trình với n ẩn số:

2 n 2 1 2

1 n 2 1 1

c)x, ,x,x(f

c)x, ,x,x(f

c)x, ,x,x(f

) k ( 2

) k ( 1

x

x

x

= (k)

) k (

n n )

k (

2 n )

k (

1 n

) k (

n 2 )

k (

2 2 )

k (

1 2

) k (

n 1 )

k (

2 1 )

k (

1 1

x

f

x

fx

x

fx

f

x

f

x

fx

f

là ma trận Jacobian

2.2 Phân bố công suất trong lưới điện

Phân bố công suất trong lưới điện nhằm quy hoạch, hoạch định kinh tế, dự kiến tương lai,… Mục đích là tìm giá trị điện áp, góc pha tại mỗi nút và công suất tác động, phản kháng chạy trên mỗi nhánh (|V|, ,P,Q) có 3 loại nút:

 Nút nguồn: Được chọn làm cơ sở khi điện áp và góc pha tại đó biết trước Nút này cân bằng khác nhau giữa tải tiêu thụ và công suất phát ra do có tổn thất trên lưới điện

 Nút phụ tải: Tại đó P, Q của tải được biết, còn điện áp, góc pha chưa biết, còn gọi là nút P – Q

Nút điều chỉnh điện áp: Tại đó, P, V được xác định, góc pha và Q cần được xác dịnh, còn gọi là nút P – V

2.2.1 Phương trình cân bằng công suất

Ii = yi0Vi + yi1(Vi – V1) + yi2(Vi – V2) + … + yin(Vi - Vn)

= (yi0 + yi1 + yi2 + … + yin)Vi – yi1Vi1 – yi2V1 - … - yinVn

* i

i

V

jQP

với j  i

2.2.2 Phương pháp Gauss – Seidel giải bài toán phân bố công suất

) k ( j ij )

k (

* i

) k (

* i ch S i

y

VyV

jQP

V[

1 j

) k ( j ij n

0

j ij

) k ( i ) k (

* i

V[

1 j

) k ( j ij n

0

j ij

) k ( i ) k (

* i

[

i

j 1j

) k ( j ij )

k ( i ) k (

* i

V(

i

j 1j

) k ( j ij ii

) k ( i ) k (

* i

Có thể dùng thêm hệ số gia tốc : Vi(r+1)có thể chấp nhận = Vi(r) + (Vi(r+1) – Vi (r))

Vi(k+1)có thể chấp nhận = Vi(k) + (Vi(k+1) – Vi (k)) với  = 1.3  1.7 Quá trình hội tụ khi so sánh giữa phần thực, phần ảo của điện áp nút giữa các lần lặp sát nhau trong vòng cho phép:

| ei(k+1) – ei(k)|  và | fi(k+1) – fi(k)| 

Tính toán dòng chảy công suất và tổn thất:

Iij = Il + Ii0 = yij(Vi - Vj) + yi0Vi Iji = -Il + Ij0 = yij(Vj - Vi) + yj0Vj Dòng công suất Sij từ nút i đến nút j và Sji ø từ nút j đến nút i lần lượt là Sij =