Optimal operation control on HCMC high voltage grid considering effects of rooftop PV systems

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Tìm hiểu và phân bố công suất tối ưu cho lưới điện cao thế TPHCM • Tìm hiểu về các nguồn năng lượng mặt trời áp mái tại khu vực TPHCM • Phân tích các trường hợp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

PHÙNG TẤN TRỌNG

VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI OPTIMAL OPERATION CONTROL ON HCMC HIGH VOLTAGE GRID

CONSIDERING EFFECTS OF ROOFTOP PV SYSTEMS

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số : 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2020

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ NGUYỄN PHÚC KHẢI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

I TÊN ĐỀ TÀI: VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ CÓ XÉT ĐẾN ẢNH

HƯỞNG CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

• Tìm hiểu và phân bố công suất tối ưu cho lưới điện cao thế TPHCM

• Tìm hiểu về các nguồn năng lượng mặt trời áp mái tại khu vực TPHCM

• Phân tích các trường hợp tổn thất trên lưới điện 22kV khi có nguồn năng lượng mặt trời

• Tổng kết và đề xuất giải pháp đấu nối nguồn năng lượng mặt trời áp mái

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Nguyễn Phúc Khải

LỜI CẢM ƠN

 

Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ của Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, khoa Điện - Điện tử và bộ môn Hệ thống điện đã hỗ trợ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành khóa học và luận văn

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô của Khoa Điện - Điện

Tử đã tận tình giảng dạy tôi trong suốt thời gian vừa qua Đặc biệt là Tiến sĩ Nguyễn Phúc Khải đã tận tâm, tận tình hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này Kính chúc Quý Thầy, Cô thật nhiều sức khỏe và thành công

Cảm ơn Trung tâm Điều độ Hệ thống điện TP.HCM đã tạo điều kiện cho tôi tìm hiểu và cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi trong công tác để tôi

có thời gian thực hiện hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cám ơn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 8 năm 2020

Phùng Tấn Trọng

TÓM TẮT LUẬN VĂN

  VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ CÓ XÉT ĐẾN ẢNH

HƯỞNG CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Vận hành lưới điện cao thế TPHCM hiện nay đã được cải thiện rất nhiều Tuy

nhiên, vào mùa khô khi đỉnh điểm phụ tải tăng cao, các đường dây 220kV, 110kV; máy biến thế 220/110kV, máy biến thế 110/22kV thường bị đầy tải, quá tải Cần tính

toán tối ưu tổn thất điện năng và phân bố công suất để lưới vận hành có độ tin cậy, tính kinh tế cao hơn

Năng lượng mặt trời là một trong những giải pháp cho nguồn điện đang thiếu hụt và phụ tải tăng cao như hiện nay Tuy nhiên, tốc độ lắp đặt nguồn hiện nay ở lưới điện trung thế 22kV TPHCM tăng rất nhanh Cần khảo sát để có cái nhìn tổng quát; tính toán để có mối liên hệ, ảnh hưởng nguồn phát năng lượng mặt trời đến tổn thất điện năng

ABSTRACT

  Optimal operation control on HCMC high voltage grid considering

effects of rooftop PV systems

Operation on Ho Chi Minh city high voltage network has improved nowadays However, during dry season in every year, total network load increases rapidly This lead to the high voltage transmission line (at voltage class 220, 110kV) and high voltage distribution transformer (at voltage class 220, 110kV) have some serious problems Most of them is the situation of heavy load in some local areas Optimal Power Flow high voltage network in dry season is important to solve above problem

Solar rooftop energy is one of solution for electric generation power source in recent years Due to the high speed of installing solar rooftop, it’s necessary to optimal quatity this generation and find out how it affect to the medium voltage (22kV) transformer, branch losses

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn thạc sĩ này được thực hiện tại Trường Đại Học Bách Khoa TP

Hồ Chí Minh Là công trình do tôi nghiên cứu dưới sự hướng dẫn trực tiếp của Tiến sĩ Nguyễn Phúc Khải

Tôi xin cam đoan phần trình bày dưới đây là đúng sự thật Trường hợp

có khiếu nại gì liên quan tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Người thực hiện

Phùng Tấn Trọng

MỤC LỤC

Phần mở đầu 1

Chương 1 Tổng quan về lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh 3

1.1 Tổng quan lưới điện cao thế Thành phố Hồ Chí Minh 3

1.2 Những vấn đề cần tối ưu về lưới điện 7

Chương 2 Mô phỏng và tính toán tối ưu phân bố công suất trên lưới điện cao thế TP.HCM 11

2.1 Mô phỏng phân bố công suất trên lưới điện cao thế TPHCM 11

2.1.1 Sơ lược về phần mềm ETAP 11

2.1.2 Thiết lập thông số chính 12

2.2 Tính toán phân bố công suất trên lưới điện truyền tải khu vực TP.HCM hiện hữu 15

2.3 Tính toán tối ưu hóa công suất trên lưới 17

2.3.1 Cài đặt các hàm mục tiêu, các ràng buộc và các điều chỉnh khác của bài toán 17

2.3.2 Kết quả mô phỏng 19

2.4 Nhận xét kết quả tính toán khi chạy các giải pháp tối ưu 23

Chương 3 Tổng quan nguồn điện năng lượng mặt trời tại TPHCM 24

3.1 Tổng quan về nguồn năng lượng điện 24

3.2 Năng lượng mặt trời áp mái tại TPHCM 25

3.4 Phân tích số liệu 27

3.5 Dự báo trong ngắn hạn và trung hạn 27

3.6 Quy hoạch, định hướng năng lượng mặt trời áp mái 27

3.6.1 Đặt vấn đề 27

3.6.2 Mục tiêu, các ràng buộc hiện nay đang được áp dụng 29

Chương 4 Khảo sát tuyến dây trung thế 22kV khi có nguồn năng lượng mặt trời 33

4.1 Giới thiệu tuyến dây khảo sát 33

4.2 Số liệu khảo sát 33

4.3 Xây dựng mô hình khảo sát và kết quả tính toán 35

4.3.1 Xây dựng mô hình 35

4.3.2 Kết quả tính toán 36

4.4 Phân tích số liệu 38

4.4.1 Đồ thị tổn thất MBT và điện áp 38

4.4.2 Đồ thị tổn thất MBT khi vận hành 41

4.5 Giải bài toán hàm mục tiêu 42

4.5.1 Thiết lập công thức 42

4.5.2 Áp dụng 42

4.6 Sơ kết 45

4.7 Kiểm tra lại kết quả 47

Chương 5 Tổng kết 50

5.1 Lưới điện cao thế 50

5.1.1 Kết luận 50

5.1.2 Kiến nghị 50

5.2 Lưới điện 22kV có xét đến nguồn NLMT áp mái 51

5.2.1 Kết luận 51

5.2.2 Kiến nghị 51

5.3 Hướng mở rộng đề tài 52

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, tình hình vận hành lưới điện truyền tải TP.HCM đã được cải thiện nhiều so với trước đây Các tiêu chỉ về ổn định, độ tin cậy cung cấp điện đã được cải thiện rất nhiều bằng nhiều phương pháp kỹ thuật khác nhau Các tổn thất kỹ thuật và phi kỹ thuật đã giảm thiểu đáng kể Tuy nhiên, trong một số trường hợp, điển hình là vào cao điểm mùa khô khi phụ tải tăng cao trong thời gian liên tục việc cung ứng điện còn nhiều khó khăn, căng thẳng do lưới điện truyền tải TP.HCM nhiều nơi còn vận hành trong tình trạng đầy và quá tải đường dây cũng như máy biến áp

Bên cạnh đó, một số công trình xây dựng đường dây và trạm biến áp 110kV mới

chậm tiến độ, dẫn đến tình trạng quá tải khu vực cục bộ, không giải tỏa được công suất

các trạm 220kV còn khả năng cấp nguồn Ảnh hưởng không tốt đến độ tin cậy cung cấp

điện, mất đi độ dự phòng, tiềm ẩn nguy cơ sự cố cao cũng như tăng tổn thất điện năng

Do đó, tính toán lại bài toán tối ưu công suất cho lưới điện truyền tải để giảm áp lực lưới điện và tổn thất khi phụ tải tăng cao vào mùa khô

Một trong những giải pháp khác hiện nay đang được đẩy mạnh là tiết kiệm năng lượng cũng như sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo đang là trọng tâm của ngành điện nói chung và Tổng Cty Điện Lực TPHCM nói riêng Đặc thù của lưới điện truyền tải TPHCM là không có và ở xa các nhà máy phát điện Do đó, năng lượng mặt trời áp mái

là vấn đề rất thiết thực Với tốc độ phát triển hiện nay của năng lượng mặt trời áp mái tại TPHCM thì cần có một đánh giá tổng quát về ưu điểm và khuyết điểm của mô hình năng lượng này, những tác động có thể xảy ra đến tổn thất, vận hành lưới điện, trạm biến áp

2 Phương pháp thực hiện

Thu thập số liệu từ Tổng Cty Điện Lực thành phố Hồ Chí Minh

Xây dựng mô hình lưới điện cao thế TPHCM trên phần mềm ETAP

Tính toán về tối ưu tổn thất điện năng lưới điện cao thế bằng phần mềm ETAP Khảo sát và xây dựng mô hình lưới điện trung thế TPHCM có lắp nguồn năng lượng mặt trời áp mái trên phần mềm ETAP

Xem xét các ràng buộc, mục tiêu kỹ thuật của nguồn năng lượng mặt trời áp mái Tính toán từ mô hình lưới điện trung thế đã dây dựng trên phần mềm ETAP, tìm mối liên lạc giữa tổn thất điện năng và nguồn phát năng lượng mặt trời để có được tổn thất điện năng là nhỏ nhất

3 Phạm vi áp dụng

- Giải quyết bài toán phân bố công suất tối ưu trên lưới điện truyền tải khu vực

TP HCM, đưa ra giải pháp vận hành Hàm mục tiêu là giảm thiểu tổn thất điện năng trên lưới điện truyền tải, chống quá tải, đầy tải máy biến lực và đường dây truyền tải Đảm bảo lưới điện vận hành ổn định, an toàn, kinh tế

- Đề xuất các biện pháp để phù hợp với tình hình vận hành, giải quyết các điểm

có nguy cơ ảnh hưởng đến vận hành ổn định lưới điện, máy biến áp

- Đánh giá tác động, dự báo cho lưới điện trung thế TPHCM khi nguồn công suất từ năng lượng mặt trời ngày càng tăng cao

- Tối ưu công suất lắp nguồn năng lượng mặt trời để tổn thất điện năng là nhỏ nhất

- Ứng dụng phần mềm ETAP để giải bài toán phân bố công suất tối ưu trên lưới điện TPHCM

4 Bố cục luận văn

Bố cục của luận văn sẽ bao gồm các chương với nội dung cụ thể của từng chương như sau:

TÊN LUẬN VĂN: “ VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ CÓ XÉT

- Chương 1: Giới thiệu tổng quan về lưới điện cao thế TPHCM

- Chương 2: Mô phỏng và tính toán tối ưu phân bố công suất trên lưới

điện cao thế TPHCM

- Chương 3: Tổng quan nguồn điện năng lượng mặt trời tại TPHCM

- Chương 4: Khảo sát tuyến dây trung thế 22kV khi có nguồn năng lượng mặt trời

- Chương 5: Tổng kết đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

1.1 Tổng quan lưới điện cao thế thành phố Hồ Chí Minh

a Khối lượng lưới điện truyền tải

Khu vực Thành phố Hồ Chí Minh nhận nguồn cung cấp từ các đường dây 110,

220kV từ:

• 03 trạm 500/220/110/22kV: Phú Lâm, Nhà Bè và Cầu Bông (do Công ty

Truyền tải Điện 4 quản lý)

• 15 trạm 220/110/22kV: Bình Tân, Hiệp Bình Phước, Củ Chi 2, Công Nghệ

Cao và Quận 8 (do Tổng công ty ĐL TPHCM quản lý); Hóc Môn, Phú Lâm, Cát Lái, Nhà Bè, Tao Đàn, Thủ Đức, Bình Chánh, Thuận An, Long An 2, Đức Hòa 2 (do Công ty Truyền tải Điện 4 quản lý)

• 56 trạm 110/22kV: Tân Sơn Nhất, Nam Sài Gòn 1, Phú Mỹ Hưng, Tăng

Nhơn Phú, Đa Kao, Tân Quy, Tân Bình 3, Láng Cát, Bình Lợi, Thạnh Lộc, Đông Thạnh, Long Thới, Bình Trị Đông, Thảo Điền, Thị Nghè, Bến Thành, Tân Bình 2, Bàu Đưng, Nam Sài Gòn 3, Linh Trung 1, Gò Vấp, Hùng Vương, Linh Trung 2, Nam Sài Gòn 2, Tân Túc, Tham Lương, Tân Bình 1, Thủ Đức Đông, Hòa Hưng, Củ Chi và Trường Đua, Việt Thành, Bình Phú,

Lê Minh Xuân, Phú Hòa Đông, Bình Triệu, Tân Hiệp, An Nghĩa, Cần Giờ, Thanh Đa, Tân Tạo, Chợ Quán, NMN Thủ Đức và Xuân Thới Sơn, Chánh Hưng, Hỏa Xa, Phú Định, Lưu động Bà Điểm, Chợ Lớn, An Khánh, Xa Lộ

và Bà Quẹo

• 4 trạm 110/22kV do khách hàng đầu tư: Intel, Pouyuen, Sao Mai, Đông Nam

• 1 trạm 110/22kV Thủ Đức Bắc do Công ty Điện lực Bình Dương quản lý và trạm 110kV Hiệp Phước do Công ty Điện lực Hiệp Phước (nhà máy điện

Hiệp Phước) quản lý

Lưới điện phân phối trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh bao gồm 7.125 km đường dây trung thế, 12.796 km lưới hạ thế, 27.410 trạm biến thế phân phối với tổng dung lượng là 12.952 MVA

Ngoài các trạm 110/22kV, lưới điện TPHCM nhận nguồn từ các trạm ngắt 22kV:

• 44 trạm ngắt: Cường Để, Trần Quý Cáp, Lý Văn Phức, Sở Công An, Văn Sâm, Văn Sỹ, Văn Duyệt, Hai Bà Trưng, Hội Chợ, Chí Hòa Ga, Xe Lửa và Thập Đỏ thuộc Công ty Điện lực Sài Gòn; trạm ngắt Gia Định, Công Lý, Xích Long 1-2 thuộc Công ty Điện lực Gia Định; trạm ngắt Thạnh An, Cần Thạnh thuộc Công ty Điện lực Duyên Hải; trạm ngắt Hòa Thạnh, Lũy Bán Bích, Lê Trọng Tấn và Tây Thạnh thuộc Công ty Điện lực Tân Phú; trạm ngắt Nhà máy nước Thủ Đức, Nhà máy nước Thủ Đức 3 của Công ty Điện

lực Thủ Đức, trạm ngắt Nhà Rồng, Gai Sợi, Việt Sin, Viettopia của Công ty Điện lực Tân Thuận; trạm ngắt Cao Su, Dương Vương và Carina của Công ty Điện lực Chợ Lớn và trạm ngắt Công nghệ cao 1, Công nghệ cao 2, Công nghệ cao 3, Công nghệ cao 4, KDC 174HA, Thảo Điền Pearl của Công ty Điện lực Thủ Thiêm và trạm ngắt Di Nguy của Công ty Điện lực Gò Vấp; trạm Ngắt Thường Kiệt, Giếng Quốc Toản của Công ty Điện lực Phú Thọ;

trạm Ngắt Tân Sơn Nhất của Công ty Điện lực Tân Bình

Hiện nay, các trạm 220/110/22kV và các trạm ngắt 22kV đều được giám sát, thu

thập dữ liệu và điều khiển từ xa thông qua hệ thống SCADA

H.1.1 Giám sát thông số và vận hành thao tác xa lưới điện trung thế 22kV H.1.2 Giám sát và vận hành thao tác từ xa tại trạm 110kV không người trực

b Công suất và sản lượng:

Tính đến 05/12/2019, sản lượng điện nhận là 23,89 tỷ kWh đạt 83,8% so với chỉ tiêu sản lượng Tập đoàn giao là 26,885 tỷ kWh, công suất cao nhất là 4,568 MW, sản lượng ngày cao nhất là xấp xỉ 90 triệu kWh

H.1.3 Sản lượng điện thương phẩm và lũy kế năm 2019 so với 2018

So với cùng kỳ năm 2018, tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm năm 2019 tăng

7,08% (23,89 tỷ kWh so với 22,31 tỷ kWh), công suất đỉnh ngày tăng 9% (4.568 MW

so với 4.110 MW)

c Tổn thất điện năng

Về tổn thất điện năng, so với cùng kỳ năm 2018, tổn thất giảm 0,3% (3,48% so

vói 3,76%) Tốc độ giảm tổn thất đang có xu hướng giảm lại cho thấy tỉ lệ tổn thất điện năng hiện nay đang dần tiệm cận đến ngưỡng bão hòa Khả năng giảm nhanh tổn thất hơn nữa là rất khó thực hiện và đòi hỏi nguồn vốn đầu tư lớn cho việc hiện đại hóa lưới điện cũng như triển khai đồng bộ nhiều giải pháp trọng tâm cả về công nghệ lẫn giải pháp quản lý

Để giảm tổn thất điện năng cần có những giải pháp sau:

▪ Công tác quản lý của ngày càng tốt hơn, chống được tổn thất thương mại, các thông số vận hành đạt tiêu chuẩn chất lượng

▪ Không để quá tải đường dây, máy biến áp Theo dõi các thông số vận hành lưới điện, tình hình tăng trưởng phụ tải để có kế hoạch vận hành, cải tạo lưới điện, hoán chuyển máy biến áp đầy, non tải một cách hợp lý, không để quá tải đường dây, quá tải máy biến áp trên lưới điện

H.1.4 Tình hình tổn thất điện áp năm 2019 của lưới điện

máy biến áp trên lưới điện

▪ Không để các MBA phụ tải vận hành bị tải lệch pha Định kỳ hàng tháng

đo dòng tải từng pha Ia , Ib , Ic và dòng điện dây trung tính Io để thực hiện cân pha khi

dòng điện lớn hơn 15% trung bình cộng dòng điện các pha

▪ Đảm bảo vận hành phương thức tối ưu: Thường xuyên tính toán kiểm tra đảm bảo phương thức vận hành tối ưu trên lưới điện Đảm bảo duy trì điện áp trong giới

hạn cao cho phép theo quy định hiện hành và khả năng chịu đựng của thiết bị

▪ Lắp đặt và vận hành tối ưu tụ bù công suất phản kháng: Theo dõi thường xuyên cosφ các nút trên lưới điện, tính toán vị trí và dung lượng lắp đặt tụ bù tối ưu để quyết định lắp đặt, hoán chuyển và vận hành hợp lý các bộ tụ trên lưới nhằm giảm

TTĐN Đảm bảo cosφ trung bình tại lộ tổng trung thế trạm 110kV tối thiểu là 0,98

▪ Kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện ở tình trạng vận hành tốt, thực hiện kiểm tra bảo dưỡng lưới điện đảm bảo các tiêu chuẩt kỹ thuật vận hành: Hành lang lưới điện,tiếp địa, mối tiếp xúc, cách điện của đường dây, thiết bị… Không để các mối nối, tiếp xúc

(trên dây dẫn, cáp, đầu cực thiết bị v.v ) tiếp xúc không tốt gây phát nóng dẫn đến tăng

TTĐN

▪ Thực hiện tốt công tác quản lý kỹ thuật vận hành ngăn ngừa sự cố, đảm bảo lưới điện không bị sự cố để duy trì kết dây cơ bản có TTĐN thấp

1.2 Những vấn đề cần tối ưu về lưới điện

Công suất đỉnh tại TPHCM năm 2019 đạt 4.568MW, tăng 9% so với công suất đỉnh năm 2018 Mặc dù tình hình vận hành lưới điện truyền tải khu vực TP.HCM đã được cải thiện nhiều so với giai đoạn trước đây nhưng việc cung ứng điện còn tồn tại

khó khăn, căng thẳng cho lưới điện 220kV/110kV khu vực TP.HCM:

▪ Khi đỉnh điểm phụ tải tăng cao vào mùa khô, một số trạm trung gian còn vận hành trong tình trạng đầy và quá tải

▪ Một số công trình xây dựng mới đường dây và trạm biến áp 220kV, 110kV

chậm đi vào vận hành dẫn đến khi cần bảo trì định kỳ, sửa chữa đường dây và trạm

trung gian, một số đường dây và trạm biến áp 110kV vận hành đầy tải, nguy cơ sự cố,

gây tổn thất điện năng tăng cao Điều đó đòi hỏi mục tiêu là giảm tỷ lệ tổn thất và nâng cao tính tin cậy cung cấp điện

▪ Một số trạm trung gian cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng (trạm

110kV Tân Sơn Nhất, Intel, Đông Nam…) cần được ưu tiên cấp nguồn, tránh dao động

TRẠM 110/22kV MBT

CÔNG SUẤT (MVA)

B.1.1 Các MBT đầy tải, quá tải trong đỉnh điểm phụ tải tăng cao vào mùa khô 2019

Với giải pháp trong ngắn hạn và trung hạn là những chính sách hỗ trợ về thủ tục, giá mua điện từ nguồn năng lượng mặt trời (NLMT) phát ngược lên lưới giúp áp lực về truyền tải và phân phối điện giảm được phần nào

Tuy nhiên, hiện nay với tốc độ lắp đặt NLMT một cách nhanh chóng, không có quy hoạch rõ ràng thì việc lắp đặt NLMT có thể gây tác động tiêu cực lại lưới điện truyền tải, phân phối Do đó, cần có một bài toán quy hoạch, định hướng thỏa mãn các tiêu chí kỹ thuật để phát huy tối đa nguồn NLMT áp mái

H.1.5 Sơ đồ lưới điện truyền tải TPHCM năm 2020.

H.1.6 Quy hoạch lưới điện 500-220-110kV TPHCM xét đến năm 2025

CHƯƠNG 2 MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN TỐI ƯU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ TPHCM

2.1 Mô phỏng phân bố công suất trên lưới điện cao thế TP.HCM bằng phần mềm ETAP

2.1.1 Sơ lược về phần mềm ETAP

ETAP là sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc (OTI) Chuyên cung cấp các giải pháp để phân tích hệ thống điện, mô phỏng, thiết kế, vận hành, kiểm soát, tối ưu hóa và tự động hóa Phiên bản mới nhất hiện nay là ETAP 16

Điểm nổi bật nhất của Etap là Real-Time: Kiểm soát, điều khiển hệ thống trực tiếp theo thời gian thực nhằm tăng cường độ tin cậy và vận hành hệ thống một cách tối ưu và tiết kiệm

Các khả năng tính toán của ETAP

- Khảo sát và phân tích một hệ thống điện liên kết với nhiều nguồn cung cấp

- Phân tích phân bố công suất trong của hệ thống điện: tính toán phân bố công suất, tổn thất trên đường dây, quá tải trên đường dây, tối ưu trào lưu công suất

- Hệ số công suất trên tải…

- Phân tích ngắn mạch hệ thống điện: chế độ ngắn mạch đối xứng, không đối xứng,

- Ngắn mạch một pha chạm đất, hai pha chạm đất hay hai pha với nhau Tính toán dòng ngắn mạch, phối hợp các thiết bị bảo vệ …

- Xây dựng sơ đồ một sợi của hệ thống điện cần phân tích

- Sử dụng phần mềm để tính toán phân bố công suất hệ thống điện (Load Flow Analysis)

Ngoài ra, chương trình Etap PowerStation giúp tính toán điện áp thanh cái, công suất và dòng nhánh, phân bố công suất trong hệ thống điện Chương trình cũng cho phép các nguồn điện áp có thể hoặc được điều chỉnh bằng nhiều tiện ích hoặc kết nối với những máy phát khác Nó có thể ứng dụng vào cả hệ thống hướng tâm

và hệ thống vòng Chương trình cung cấp nhiều phương pháp khác nhau để lựa chọn

để việc tính toán có hiệu quả nhất

Module tính tối ưu phân bố công suất Optimal Power Flow trong phần

Hệ thống được tối ưu hóa sẽ giảm chi phí vận hành và lắp đặt, cải thiện hiệu suất hoạt động của hệ thống, làm tăng độ tin cậy và sự an toàn cho hệ thống Bên cạnh việc cực tiểu chi phí vận hành và lắp đặt, chương trình OPF cũng cung cấp thêm nhiều lựa chọn hàm mục tiêu tối ưu khác, trong đó bao gồm hầu

như

tất cả các tiêu chí tối ưu hóa cho một hệ thống điện thực tế Công việc vận hành thực tế như định chỉnh các thông số về bộ đổi nấc LTC của máy biến áp, bộ tự động

ổn định điện áp AVR của máy phát, tụ bù, thông số tải đều có thể được xét đến khi

tính toán Các ràng buộc khi vận hành hệ thống điện như điện áp tại các nút, dòng chạy trên các nhánh đường dây (công suất biểu kiến, công suất thực, công suất phản

kháng và dòng điện) cũng như các giới hạn của các biến điều khiển khác đều có sẵn trong chương trình, cho phép người vận hành lựa chọn và thực thi dễ dàng Bằng

việc sử dụng thuật toán tính tối ưu mới cùng kỹ thuật tiên tiến trong lập trình chương

trình, module OPF của ETAP đã được chứng minh là một chương trình mạnh mẽ

và hiệu quả

Từ mô hình thực tế ta mô hình hóa các phần tử trên hệ thống thành một mạch điện cơ bản gồm những phần tử như: Nguồn (Power Grid), Thanh cái (Bus), Đường dây

(Transmisson Line), Máy biến Thế (Transformer), Phụ tải (Lump Load)

2.1.2 Thiết lập thông số chính

a Nguồn

Trạm nguồn cung cấp cho hệ thống Lưới điện cao thế TP.HCM được cung cấp bởi 3 trạm 500kV: Cầu Bông, Phú Lâm, Nhà Bè và 1 trạm 220kV Cát Lái từ hệ thống truyền tải Ngoài ra còn 2 nguồn cung cấp từ lưới điện của Tổng Cty ĐL miền Nam: trạm 110kV Hựu Thạnh (cấp nguồn cho trạm 110kV Lê Minh Xuân) và trạm 110kV Đông Hòa (cấp điện cho trạm 110kV trạm Linh Trung 1)

b Thông số dây dẫn

Đường dây 220kV

Lưới điện 220kV có kết cấu mạch vòng và đường dây đều là mạch kép, đấu nối tiếp vào các thanh cái 220kV của trạm 500kV và các trạm 220kV Mỗi thanh cái 220kV đều được cấp điện từ nguồn có ít nhất là 2 đường dây tới Đường dây 220kV trên không có tiết diện từ 300mm2 trở lên, cáp ngầm sử dụng cáp đồng tiết diện 1000mm2, 1200mm2, có tổng cộng 23 đường dây và cáp ngầm 220kV

Theo Điều 9, Chương 2, Nghị định Chính phủ số 14/2014/NĐ-CP:

Chiều cao trụ 220kV = 18m

Khoảng cách pha-pha = 6m

Đường dây 110kV

TP Hồ Chí Minh hiện được cấp điện từ 56 trạm biến áp 110kV. Tổng khối

lượng đường dây 110kV trên địa bàn Hồ Chí Minh là 674,1 km trong đó đa số là các

đường dây trên không (632,4km), cáp ngầm chiếm tỉ lệ nhỏ.Đường dây 110kV trên

không có tiết diện từ 185mm2 trở lên, cáp ngầm sử dụng cáp đồng tiết diện 800

mm2, 1000mm2, 1200mm2

Theo Điều 9, Chương 2, Nghị định Chính phủ số 14/2014/NĐ-CP

Chiều cao trụ 110kV = 15m

Khỏang cách pha-pha = 4m

c Thông số Máy biến thế

Các thanh cái 220kV hầu hết có từ 2 đến 3 máy biến áp công suất mỗi máy là 250MVA Tổng số lượng MBT 220kV là 27 máy Các thanh cái 110kV có trung bình có 2 MBT, hiện 56 trạm 110kV có tổng cộng 131 MBT công suất 40 hoặc

63MVA

d Thông số phụ tải

Nhập các thông số tổng công suất thực P và tổng công suất phản kháng Q lúc 14h ngày 24/4/2019 là thông số được đo đếm từ các MC tổng phía thứ cấp MBT 110kV cấp cho thanh cái 22kV (phục lục 2.1)

Sơ đồ lưới điện cao thế sau khi thiết lập

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống lưới điện cao thế TP.HCM

2.2 Tính toán phân bố công suất lưới điện truyền tải khu vực TP.HCM hiện hữu

Sau khi thiết lập sơ đồ, tính toán phân bố công suất bước đầu bằng tool

Power Flow, Run Load Flow và xuất báo cáo Report Manager, chọn Comlete chọn PDF để xuất báo cáo dạng PDF

Khi chạy bài toán phân bố công suất, có 2 báo cáo cần lưu ý, đó là báo cáo các kết quả báo động và kết quả cảnh báo

H.2.2 Kết quả báo động

▪ Từ kết quả trên ta thấy:

- Điện áp Bus Thạnh Lộc bị thấp áp: TC C41 và TC C42 có %V vận hành

lần lượt là 90.8% và 90.8%

- Điện áp Bus Đông Nam bị thấp áp: TC C43 có %V vận hành là 91.1%

H.2.2.a Kết quả cảnh báo

▪ Từ kết quả trên ta thấy:

- 3 MBT 220/110kV tại trạm Thủ Đức tải đã đạt tới 96.2% định mức

- Các MBT 110kV tại các trạm Linh Trung 1, Lê Minh Xuân, Thủ Đức Đông đã mang tải cao lần lượt: MBT T2 – Linh Trung 1: 97,6% ; MBT T2 – Lê Minh Xuân: 96,6% ; MBT T2 Thủ Đức Đông: 95,8% tải định mức

- Điện áp các TC 22kV lần lượt đến ngưỡng thấp áp do mang tải cao

H.2.2.b Kết quả cảnh báo

H.2.3 Xuất kết quả phân tích tổn thất công suất

Hiện tại, tổn thất của toàn lưới điện là 78,331MW với số lần lặp là 4 (Sai

số giữa tính toán ETAP và số liêu thực tế là do trong quá trình nhập dữ liệu đầu vào có một vài thông số nhập theo thông số danh định của thiết bị như số liêu điện áp ngắn mạch MBA, Tỉ số cảm kháng, trở kháng MBA, chiều cao của cột, các thông số đường dây chọn theo thư viện trong ETAP có sai số so với thực tế…)

2.3.1 Cài đặt các hàm mục tiêu, các ràng buộc và các điều chỉnh khác của bài toán

▪ Thanh công cụ của Module OPF

Nhấp vào biểu tượng chọn Study Case cửa sổ Study Case hiện

ra thiết lập các thông số cho các phần tử trong hệ thống, ta thực hiện định chỉnh thông số tính toán bài toán, số lần tính toán, cài đặt các hàm mục tiêu, các ràng buộc và các điều chỉnh khác của bài toán Cụ thể như sau:

▪ Hàm mục tiêu Objective

Tại trang Objective ta thiết lập các mục tiêu:

Minimize Real Power Losses: Cực tiểu tổn thất công suất thực trong

Minimize Reactive Power Losses: Cực tiểu tổn thất công suất phản

kháng

Minimize Control: Giảm thiểu việc điều khiển hệ thống điện

Sau khi tiến hành cài đặt cho hệ thống, tiến hành chạy tối ưu hóa phân bố công suất Ta tiến hành chạy tối ưu cho 3 trường hợp hàm mục tiêu

2.3.2 Kết quả mô phỏng

a Trường hợp 1

Ta chọn mục tiêu cực tiểu công suất thực (Minimize Real Power Losses)

H.2.4 Cài đặt mục tiêu cực tiểu công suất thực

▪ Bảng tổng kết sau khi tối ưu công suất thực

H.2.5 Bảng kết quả cực tiểu công suất thực

▪ Đề xuất nấc MBT tối ưu tại các MBT:

H.2.6 Điều chỉnh nấc MBT

b Trường hợp 2

Chọn mục tiêu cực tiểu công suất phản kháng (Minimize Reactive Power Losses)

H.2.7 Cài đặt mục tiêu cực tiểu công suất phản kháng

▪ Bảng tổng kết sau khi tối ưu công suất phản kháng

H.2.8 Bảng kết quả cực tiểu công suất phản kháng

▪ Đề xuất nấc MBT tối ưu tại các MBT

H.2.9 Điều chỉnh nấc MBT

c Trường hợp 3: Chọn cả 2 mục tiêu cực tiểu công suất thực và công

suất phản kháng và giảm thiểu điều khiển hệ thống (Minimize Real Power

Losses, Minimize Reactive Power Losses, Minimize Control)

H.2.10 Cài đặt mục tiêu cực tiểu công suất thực, phản kháng và điều khiển hệ thống

▪ Bảng tổng kết sau khi tối ưu công suất thực, phản khá ng và điều khiển hệ

thống

H.2.11 Bảng kết quả cực tiểu công suất thực, phản kháng và điều khiển hệ thống

▪ Đề xuất nấc MBT tối ưu tại các MBT

H.2.10 Điều chỉnh nấc MBT

2.4 Nhận xét kết quả tính toán khi chạy các giải pháp tối ưu