Phân tích sự cố trong lưới phân phối có xét đến ảnh hưởng của nguồn điện phân tán

Tổng quan về lưới điện phân phối và nguồn điện phân tán; ảnh hưởng của việc kết nối lưới điện phân tán trong vận hành lưới điện phân phối; đánh giá ảnh hưởng của nguồn phân tán đến hệ thống bảo vệ rơle của đường dây 373E13.2 Lạng Sơn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Phân tích sự cố trong lưới phân phối có xét đến ảnh hưởng của nguồn điện phân tán

HỒ VIẾT HUY Ngành: Kỹ thuật điện

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Minh

Viện: Điện

HÀ NỘI, 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Phân tích sự cố trong lưới phân phối có xét

đến ảnh hưởng của nguồn điện phân tán

HỒ VIẾT HUY Ngành: Kỹ thuật điện

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Minh

HÀ NỘI, 2020

Chữ ký của GVHD

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BIÊN BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Hồ Viết Huy

Đề tài luận văn: Phân tích sự cố trong Lưới phân phối có xét đến ảnh

hưởng của nguồn điện phân tán

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số SV: CB170162

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày

30/10/2020 với các nội dung sau:

- Rà soát lỗi chính tả, format (số thứ tự các mục, tiểu mục)

- Rà soát và cập nhật danh mục tài liệu tham khảo

- Bổ sung nguồn trích dẫn tài liệu

- Hiệu chỉnh lại số liệu các nguồn điện phân tán tương ứng theo thực tế

Ngày tháng năm 2020

Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn

TS Nguyễn Quốc Minh Hồ Viết Huy

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN PHÂN TÁN

2.1 Các ảnh hưởng của lưới điện khi tích hợp nguồn phân tán vào lưới điện 29

2.1.4 Tính ổn định và khả năng của DG để chống chịu các nhiễu loạn: 30

2.2 Tác động của nguồn điện phân tán tới hệ thống bảo vệ của lưới phân phối:32

2.2.1 Ảnh hưởng của máy biến áp kết nối ở đầu ra của nguồn điện phân

2.4.4 Điều khiển đóng cắt tụ bù bằng bộ điều khiển điện áp 46

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN PHÂN TÁN ĐẾN HỆ

3.4 Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đối với lưới điện trong kịch bản 1: 633.5 Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đối với lưới điện trong kịch bản 2: 66

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3 1: Tình hình vận hành của các TBA 110kV trên địa bàn 50

Bảng 3 2: Tình hình vận hành của các ĐZ 110kV trên địa bàn 50

Bảng 3 3: Thống kê trạm điện trung, hạ áp hiện hữu trên địa bàn tỉnh 51

Bảng 3 4: Thống kê lưới điện trung, hạ áp hiện hữu trên địa bàn tỉnh 52

Bảng 3 5: Tình hình mang tải các tuyến dây trung áp của tỉnh Lạng Sơn 53

Bảng 3 6: Tình hình cấp điện các tuyến dây trung áp trên địa bàn 55

Bảng 3 7: Thống kê tình hình thực hiện chỉ số độ tin cậy cung cấp điện giai đoạn 2016-2020 59

Bảng 3 8: Thống kê tình hình sự cố lưới điện giai đoạn 2016-2020 61

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

Hình 1 1: Lưới phân phối trung áp ba pha 4

Hình 1 2: Sơ đồ Lưới điện phân tán nối với Hệ thống điện 7

Hình 1 3: Cánh đồng năng lượng mặt trời sử dụng các tấm pin năng lượng 7

Hình 1 4: Cánh đồng năng lượng mặt trời sử dụng các tấm gương phản xạ 8

Hình 1 5: Nguyên lý hoạt động nhà máy địa nhiệt điện 10

Hình 1 6: Thủy điện Sơn La 11

Hình 1 7: Cánh đồng năng lượng gió ở Bạc Liêu 12

Hình 1 8: Vòng đời nguyên liệu sinh học 14

Hình 1 9: Mô hình đường dây phân phối trung áp hình tia và các bảo vệ 15

Hình 1 10: Đặc tính thời gian tác động của bảo vệ quá dòng 17

Hình 1 11: Nguyên tắc hpối hợp thời gian bảo vệ của các rơle quá dòng 20

Hình 1 12: Nguyên tắc bảo phối hợp thời gian bảo vệ theo đặc tính độc lập 21

Hình 1 13: Nguyên tắc bảo phối hợp thời gian bảo vệ theo đặc tính phụ thuộc 22 Hình 1 14: Đặc tính cắt nhanh của bảo vệ quá dòng cắt nhanh 23

Hình 1 15: Tác động chuỗi của một recloser 25

Hình 1 16: Thời gian đóng lặp lại theo chu kỳ của recloser 26

Hình 1 17: Các đường đặc tính tác động của một recloser 27

Hình 2 1: Sơ đồ nguồn điện phân tán kết nối với lưới điện thông qua máy biến áp Y0/ Δ 33

Hình 2 2: Tự đóng lại tác động với sự cố ngoài vùng bảo vệ 38

Sơ đồ 2 1: Sơ đồ lưới điện ĐZ 373E13.2 Lạng Sơn 62

LỜI MỞ ĐẦU

Lưới điện phân phối nước ta đang trong quá trình xây dựng và phát triển Khối lượng phụ tải khu vực hằng năm tăng nhanh dẫn đến cơ sở hạ tầng về truyền tải khó đáp ứng được nhu cầu Các vấn đề Lưới điện phân phối hiện nay gặp phải trong quá trình phát triển:

đến là rất lớn, trong khi ở các khu vực khác nhu cầu sản xuất và phát triển cũng tăng nhanh khiến cho nguồn cung hiện hữu chưa đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đặt ra

điện phân phối khá lớn, chất lượng điện năng chưa được đảm bảo

cấp điện còn ở mức thấp

Các vấn đề trên giảm chất lượng và độ tin cậy của lưới điện phân phối nhất

là các khu vực xa điện lưới điện Quốc gia Để khắc phục các hiện tượng này, hệ thống điện cần tăng cường công suất nguồn và khả năg truyền tải của đường dây Điều này dẫn đến vốn đầu tư lớn thiếu hiệu quả về mặt kinh tế Do đó, việc phát triển các nguồn cung cấp năng lượng nhỏ tại chỗ để cấp điện cho phụ tải, giảm áp lực về nguồn điện cho Lưới điện là giải pháp sẽ mang lại nhiều hiệu quả

Năng lượng tái tạo thường tập trung ở một số điều kiện địa hình hoặc phân

bố theo điều kiện nhất định nên phù hợp với mô hình lưới điện phân tán

Do đặc điểm của năng lượng tái tạo phải dựa vào các điều kiện tự nhiên (mặt trời, gió, nước) nên thường không tập trung để có công suất lớn để phát lên lưới giống như các nhà máy Nhiệt điện hoặc năng lượng hạt nhân Vì thế, đối với năng lượng tái tạo, mô hình lưới điện phân tán sẽ phù hợp để phát triển

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN

ĐIỆN PHÂN TÁN 1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối

Lưới điện là tập hợp toàn bộ đường dây và trạm biến áp kết nối với nhau theo những nguyên tắc nhất định có chức năng truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ Mỗi loại lưới điện có các đặc tính và quy luật hoạt động khác nhau Trên hệ thống điện Việt Nam, lưới điện được chia làm 3 loại chính:

các nút phụ tải khu vực- các trạm biến áp khu vực, tạo ra hệ thống điện quốc gia

hoặc từ thanh cái cao áp các nhà máy điện cung cấp cho các trạm trung gian địa phương

kết nối trực tiếp với lưới truyền tải để cấp điện tới các phụ tải tiêu thụ Lưới phân phối được chia thành: lưới phân phối trung áp (6kV, 10kV, 22kV, 35 kV) và lưới phân phối hạ áp (380/220V)

Lưới điện phân phối trung áp (phạm vi nghiên cứu của đề tài- sau đây gọi tắt là lưới điện phân phối- LPP) làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (hoặc các trạm khu vực hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải Lưới phân phối có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục vụ phụ tải gồm 2 yêu cầu chính: chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện Các khối cơ bản của LPP là:

(MBA) các cấp điện áp cao (110kV, 220kV) cấp cho các LPP địa phương, thường được trang bị bộ chuyển đổi đầu phân áp để nâng cao chất lượng điện áp của mạng địa phương

cáp ngầm , có cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV thiết kế phù hợp với địa hình từng khu vực, có nhiệm vụ cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp

biến đổi điện năng từ cấp điện áp trung áp xuống cấp điện áp hạ áp (0,4kV) cấp điện trực tiếp cho phụ tải Trạm biến áp phân phối hạ áp có thể xây dựng dưới

dạng trạm treo, trạm bệt, trạm hợp bộ tùy theo công suất, yêu cầu của phụ tải hạ

áp

1.1.1 Các dạng lưới phân phối trung áp:

a Lưới phân phối trung áp 3 pha 3 dây

Lưới này chỉ có 3 dây pha, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây

Đặc điểm của lưới này là khi có chạm đất một pha, nếu dòng chạm đất do điện dung các pha đối với đất lớn sẽ xảy ra hồ quang lặp lại, hiện tượng này gây quá điện áp khá lớn ( đến 3,5 điện áp pha) có thể làm hỏng cách điện của đường dây và máy biến áp

Để khắc phục người ta nối đất trung tính các cuộn dây của máy biến áp (gọi

là nối đất làm việc) Trung tính của máy biến áp được nối đất theo các cách sau đây:

đường dây vì lúc này chạm đất sẽ gây ra dòng ngắn mạch lớn Bất lợi của cách nối đất này là dòng điện ngắn mạch quá lớn có thể gây nguy hại cho lưới điện, và nhiễu thông tin

dòng ngắn mạch xuống mức cho phép

Nối đất qua cuộn dập hồ quang: điện kháng của cuộn dập hồ quang ( còn gọi là cuộn Petersen) tạo ra dòng điện cảm triệt tiêu dòng điện điện dung khi chạm đất làm cho dòng điện tổng đi qua điểm chạm đất nhỏ đến mức không gây

ra hồ quang lặp lại Do đó chạm đất một pha lưới điện vẫn vận hành được

Nhược điểm khi chạm đất 1 pha thì pha lành chịu điện áp dây, nên phải chế tạo cách điện các pha theo áp dây, sự cố hồ quang dao động có thể gây quá điện áp trên cách điện, cuộn dập hồ quang phải được điều chỉnh để thích nghi với cấu trúc vận hành của lưới điện, sơ đồ phức tạp và khó tìm chỗ chạm đất, ngoài ra giá thành cao

Hình 1 1: Lưới phân phối trung áp ba pha

thường, có dòng điện giữa các pha và đất do điện dung pha- đất C0-đ sinh ra nhưng 3 dòng này triệt tiêu nhau nên không có dòng điện đi vào đất Khi 1 pha chạm đất, ví dụ pha C chạm đất thì đất mang điện áp pha C, dòng điện do điện dung pha C là ICc=0, do đó xuất hiện dòng điện dung IC=ICa+ ICb đi vào điểm chạm đất và gây hồ quang Nếu có nối đất trung tính máy biến áp thì khi pha C chạm đất, khi đó do dòng điện đi vào đất sẽ là Iđ=Inđ+IC Nếu nối đất trực tiếp hay qua điện trở, điện kháng thì dòng này có giá trị khá lớn (là dòng ngắn mạch một pha) và làm cho máy cắt đầu đường dây chạm đất khỏi nguồn điện Nếu là cuộn dập hồ quang thì dòng này sẽ là dòng điện cảm IL ngược pha với dòng IC, tạo ra dòng điện tổng Iđ=IL+IC có giá trị rất nhỏ (xung quanh 0) nên không gây

hồ quang và đường dây không bị cắt điện

Trên hệ thống lưới phân phối trung áp ở Việt Nam lưới 3 pha 3 dây được quy định áp dụng ở các cấp điện áp 6-10-35kV

b Lưới phân phối trung áp 3 pha 4 dây:

Lưới này ngoài 3 dây pha còn có một dây trung tính, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây (máy biến áp 3 pha) hoặc điện áp pha (máy biến áp 1 pha) Trung tính của các cuộn dây trung áp được nối đất trực tiếp Đối với loại lưới điện này khi chạm đất là ngắn mạch

Trên hệ thống lưới phân phối trung áp ở Việt Nam lưới 3 pha 4 dây được quy định áp dụng ở cấp điện áp 22kV

1.1.2 Sơ đồ lưới điện phân phối:

Lưới điện phân phối với mật độ khá dày đặc, là lưới trung gian kết nối giữa các trạm biến áp trung gian (nguồn) và các khách hàng tiêu thụ điện năng (phụ tải) Cấu trúc lưới phân phối được chia làm 3 loại chính: Cấu trúc hình tia không phân đoạn ; Cấu trúc hình tia phân đoạn và cấu trúc mạch vòng kín vận hành hở

Ở các đô thị lớn, LPP thường là lưới cáp điện ngầm với mật độ phụ tải rất cao, độ tin cậy cung cấp điện được yêu cầu cao nên cấu trúc thường gặp của lưới

là cấu trúc mạng kín vận hành hở

Hình: Lưới điện cấu trúc mạng kín vận hành hở

Ở các vùng nông thôn LPP thường thấy là đường dây trên không mật độ phụ tải không cao, mức độ đòi hỏi về tin cậy cung cấp điện thấp hơn khu vực đô thị nên cấu trúc được lựa chọn là lưới hình tia Các trục chính được yêu cầu có các thiết bị phân đoạn để tăng độ tin cậy Các thiết bị phân đoạn có thể là dao cách ly, cầu dao phụ tải, thiết bị tự đóng lại (TĐL) hoặc cao hơn có thể là máy cắt phân đoạn

Hình: Lưới điện cấu trúc hình tia không phân đoạn

Hình: Lưới điện cấu trúc hình tia phân đoạn

1.2 Khái niệm nguồn điện phân tán

Nguồn điện phân tán: là nguồn phát công suất nhỏ được lắp đặt gần nơi tiêu thụ điện năng Do lắp đặt gần phụ tải nên giảm tổn thất, giảm chi phí đầu tư truyền tải, tăng cường tính linh hoạt của nguồn điện và độ tin cậy cung cấp điện

Do nguồn điện phân tán được đặt gần phụ tải và có công suất nhỏ nên có thể tận dụng được các nguồn năng lượng tái tạo tại chỗ để cung cấp nhiên liệu cho các nhà máy phát điện Tùy theo đặc điểm môi trường, địa thế từng vùng mà chọn nguồn năng lượng phù hợp hoặc nghiên cứu cách phối hợp các nguồn năng lượng để đạt hiệu quả tối đa

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu khai thác nguồn điện phân tán còn khá mới mẻ.Các nguồn điện phân tán ở nước ta chủ yếu là các nguồn điện tái tạo.Đây là các nguồn năng lượng có khả năng tái sinh và không gây ô nhiễm môi trường Dưới đây sẽ phân tích lợi ích của một số dạng nguồn phân tán được đánh giá là

có tiềm năng và có tính khả thi nhất trong quá trình phát triển ở nước ta: Ðiện

gió, thuỷ điện nhỏ và điện mặt trời dưới góc độ cung cấp điện năng và bảo vệ môi trường

Hình 1 2: Sơ đồ Lưới điện phân tán nối với Hệ thống điện

1.2.1 Năng lượng mặt trời

Là nguồn năng lượng sinh ra từ tia bức xạ điện từ mà mặt trời toả ra Nguồn năng lượng này được khai thác bằng cách sử dụng nhiều công nghệ để đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người như các hệ thống quang điện, hệ thống sưởi Đối với hệ thống quang điện có 2 phương pháp khai thác chính:

+ Sử dụng các pin năng lượng mặt trời chuyển hóa trực tiếp quang năng thành điện năng

Hình 1 3: Cánh đồng năng lượng mặt trời sử dụng các tấm pin năng lượng

+ Sử dụng các tấm gương phản xạ tập trung ánh sáng mặt trời vào một điểm

để tạo ra nhiệt để tiến hành tạo ra điện năng từ nguồn nhiệt này

Hình 1 4: Cánh đồng năng lượng mặt trời sử dụng các tấm gương phản xạ

Với hệ thống sưởi: năng lượng mặt trời được hấp thu dưới dạng nhiệt để làm nóng và lưu trữ trong các loại vật liệu nhiệt khối (đá, xi măng, nước) nhằm nhiệm vụ sưởi ấm cho con người mà không phải tiêu tốn các dạng năng lượng hóa thạch

Việc khai thác năng lượng mặt trời bị hạn chế do thời gian chiếu sáng trong ngày ở từng vùng khí hậu khác nhau, từng thời điểm trong ngày khác nhau khiến cho việc cung cấp năng lượng không liên tục Để khắc phục vấn đề này, hiện nay một số công nghệ đã được áp dụng để chế tạo ra các loại vật liệu nhiệt khối (sáp

và muối) có khả năng lưu trữ nhiệt để đảm bảo cung cấp ngăn lượng khi thời tiết thay đổi

Việt Nam là nước nhiệt đới, tiềm năng bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế giới, đặc biệt ở các vùng miền phía Nam có nhiều nắng (số giờ nắng khoảng 1600-2600 giờ/năm) Vào năm 2007, mức sản xuất hệ thống biến năng lượngmặt trời (PV) thành điện năng trên toàn thế giới đạt đến mức 850 MW, tăng 39% so với năm 2004 Quốc gia có mức tăng trưởng nhanh nguồn năng lượng trên là Nhật Bản, 45%, và Châu Âu, 40% Những ưu điểm chính của nguồn năng lượngmặt trời là: Không làm ô nhiễm không khí; không tạo ra hiệu ứng nhà kính; không tạo ra phế thải rắn và khí như các nguồn năng lượng do than đá, khí đốt,

và năng lượng nguyên tử; các hệ thống PV này có thể thiết lập ngay tại khu đông đúc gia cư, hay ngay trên nóc các chung cư hay các toà nhà lớn

Mặc dù hiện nay giá thành của việc thiết lập một hệ thống PV cao hơn 10 lần so với một nhà máy nhiệt điện dùng than đá, 2 lần so với nhà máy nguyên tử,

4 lần so với nhà máy dùng khí tái lập (renewable gas), nhưng hệ thống PV một khi đã được thiết lập thì chi phí điện năng sử dụng sẽ được giữ cố định trong vòng 20 năm sau đó vì hệ thống không cần đến nhu cầu nguyên liệu và các PV

đã được bảo đảm vận hành suốt đời

Nếu tính một dự án điện mặt trời có vòng đời 20 năm, thì việc lắp đặt để cung cấp điện và nhiệt năng có hiệu quả cao Hơn nữa, năng lượng trên có thể được dự trữ để dùng trong thời gian trời không đủ nắng hoặc chuyển tải điện năng dư thừa vào lưới điện

1.2.2 Năng lượng địa nhiệt

Năng lượng được lấy từ nguồn nhiệt bên trong lòng đất, năng lượng này được sinh ra từ hoạt động phân hủy phóng xạ của các khoáng vật bên trong lòng đất và hấp thu từ năng lượng mặt trời trên bề mặt Trái Đất Trái đất có hàm lượng nội nhiệt 1031 Jun

Năng lượng địa nhiệt đã được khai thác từ thời cổ đại dùng để sưởi ấm như các suối nước nóng và nhà tắm công cộng Đến năm 1892, hệ thống sưới ở Boise, Idaho tại Mỹ được cung cấp năng lượng trực tiếp từ địa nhiệt và bắt đầu nhân rộng ra nhiều nơi Đến nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhu cầu năng lượng điện, nhiệt năng từ địa nhiệt được nghiên cứu và chuyển hóa thành điện năng thông qua các nhà máy địa nhiệt được đặt tại rìa các mảng kiến tạo, nơi nguồn địa nhiệt cao nằm gần mặt đất – dễ dàng cho việc khai thác Tuy nhiên, điều này lại là hạn chế cho sự phát triển của địa nhiệt do giới hạn về mặt địa lý và

độ ổn định cho các nhà máy khi các lớp kiến tạo bị dịch chuyển Việc khai thác năng lượng địa nhiệt không dựa trên các nguồn năng lượng không liên tục như tuốc bin gió, pin năng lượng mặt trời nên hệ số năng suất lớn hơn việc khai thác các dạng năng lượng trên

Hình 1 5: Nguyên lý hoạt động nhà máy địa nhiệt điện

Năng lượng địa nhiệt để khai thác chỉ tốn một phần nhỏ cho chi phí nhiên liệu để vận hành nhà máy, tuy nhiên chi phí đầu tư để xây dựng nhà máy là rất lớn Việc khai thác địa nhiệt phát sinh ra 1 lượng khí thải như carbon dioxide (CO2) (các nhà máy điện địa nhiệt hiện có thải ra trung bình 122 kg (269 lb) CO2 mỗi megawatt giờ MW/h điện), Hydro Sunfua (H2S), Metan (CH4) và Amoniac (NH3).Các khí này góp phần gây nên hiện tượng nhà kính và mưa axit, tuy nhiên lượng khí thải này là không đáng kể so với cường độ xả thải của các nhà máy nhiên liệu hóa thạch thông thường (….)

1.2.3 Năng lượng nước:

Là nguồn năng lượng được sinh ra từ việc sử dụng năng lượng của nước

Từ xa xưa, năng lượng nước được sử dụng để vận chuyển nguyên vật liệu, tạo động năng cho các cối xay Hiện nay, nguồn năng lượng này chủ yếu được dùng

để sản sinh ra điện năng

Thủy điện: sử dụng thế năng của nước được tích tại các hồ chứa làm quay các tua bin nước và máy phát điện

Năng lượng thủy triều: sử dụng động năng của thủy triều tới các tuabin điện

để tạo ra năng lượng điện

Khai thác năng lượng nước gặp khó khăn do phụ thuộc địa hình (thủy điện)

và cường độ mức dâng của thủy triều (năng lượng thủy triều)

Hình 1 6: Thủy điện Sơn La

Việc khai thác năng lượng nước cũng có ảnh hưởng đến môi trường Tuy không phát sinh ra khói thải nhưng lại gây phá vỡ môi trường sống của tự nhiên Với các đập thủy điện cần xây dựng hồ đập có diện tích lớn dẫn đến hệ sinh thái

ở vùng lòng hồ bị thay đổi, thêm vào đó là thay đổi dòng chảy phía hạ lưu của hồ gây ra một số tác động đáng kể đến hệ sinh thái Đối với Các nhà máy điện thủy triều, việc đặt tua bin có thể gây ảnh hưởng đến các sinh vật biển sinh sống quanh đó do có thể nhiều động vật sẽ bị lọt vào cánh tuabin gây hư hại cho thiết

bị cũng như suy giảm số lượng cá thể

Nước ta có tiềm năng thuỷ điện nhỏ (TÐN) phong phú Theo đánh giá sơ

bộ, trữ năng kinh tế, kỹ thuật của TÐN vào khoảng 1,6-2x106 kW lắp máy, có khả năng cung cấp 6-8x106 kWh mỗi năm Nguồn TÐN đóng vai trò ngày càng lớn trong hệ thống điện phân phối, với công suất đặt ngày càng gia tăng và số điểm khai thác ngày càng nhiều Theo đánh giá của ngành năng lượng thì tổng tiềm năng kinh tế của thuỷ điện nhỏ khoảng 2000 MW, chiếm 10% tổng tiềm năng kinh tế của nguồn thuỷ năng Việt Nam và là nguồn có tổng công suất lớn nhất trong các nguồn năng lượng tái tạo (hình 2.2) Nguồn thuỷ năng này phân bố chủ yếu ở vùng núi phía Bắc, miền Trung, Tây Nguyên, rất thuận lợi cho quá

trình Ðiện khí hoá nông thôn, đặc biệt là các khu vực xa lưới có mật độ phụ tải nhỏ

Ðối với các hồ chứa thuỷ điện nhỏ công suất đến 30 MW thì các hồ chứa thuỷ điện thu thập nước mưa để sau đó có thể sử dụng cho sinh hoạt và tưới tiêu Nhờ việc tích trữ nước, các hồ chứa ngăn chặn việc ngập úng do xả toàn bộ khối nước và giảm khả năng ngập lụt và hạn hán Hơn nữa, điện năng được phát từ các nhà máy thuỷ điện nhỏ có thể được đưa vào lưới nhanh hơn các nguồn năng lượng khác Trong suốt vòng đời của trạm thuỷ điện, các trạm này sản sinh một lượng rất nhỏ các khí gây hiệu ứng nhà kính (GHGs)

1.2.4 Năng lượng gió:

Là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Năng lượng gió được sinh ra do sự đổi lưu của các dòng không khí

Năng lượng gió từ xa xưa đã được khai thác dưới dạng cơ năng, điển hính

là các cối xay gió Ngày nay, năng lượng gió được khai thác để sản sinh điện năng thông qua các tua bin gió

Tác động môi trường của năng lượng gió là tương đối nhỏ so với năng lượng hóa thạch, tuy nhiên do gió không thổi đều đặn nên nguồn năng lượng từ gió chỉ có thể sử dụng khi kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác

Hình 1 7: Cánh đồng năng lượng gió ở Bạc Liêu

Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới đã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Ðông Nam Á, trong

đó có Việt Nam Theo tính toán của nghiên cứu này thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất, tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW.Dải bờ biển VN trên 3.000km có thể tạo ra công suất hàng tỉ kW điện bằng sức gió.Ðặt một trạm điện bằng sức gió bên cạnh các trạm bơm thủy lợi ở xa lưới điện quốc gia sẽ tránh được việc xây dựng đường dây tải điện với chi phí lớn gấp nhiều lần chi phí xây dựng một trạm điện bằng sức gió Việc bảo quản một trạm điện bằng sức gió cũng đơn giản hơn việc bảo vệ đường dây tải điện rất nhiều

Tuy nhiên, gió là dạng năng lượng mang tính bất định cao, nên khi đầu tư vào lĩnh vực này cần có các số liệu thống kê đủ tin cậy.Nhưng chắc chắn chi phí đầu tư cho điện bằng sức gió thấp hơn so với thủy điện.Toàn bộ chi phí cho một trạm điện bằng sức gió 5 MW khoảng 3.000.000 euro Với 500 trạm điện bằng sức gió loại 5 MW sẽ có công suất 2,5 triệu kW, lớn hơn công suất thủy điện Sơn

La, tổng chi phí sẽ là 1,875 tỉ USD, chi phí này nhỏ hơn 2,4 tỉ USD là dự toán xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La

1.2.5 Năng lượng sinh học:

Là nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc sinh học như chất béo của động vật, ngũ cốc, chất thải trong nông nghiệp, sản phẩm thải trong công nghiệp,…

Nhiên liệu sinh học được phân làm 3 loại chính:

+ Diesel sinh học: nhiên liệu lỏng được chế xuất từ dầu mỡ sinh học(dầu thực vật, mỡ động vật)

+ Xăng sinh học: một loại nhiên liệu lỏng có sử dụng ethanol pha trộn vào xăng với tỉ lệ nhất định để thay thế cho xăng truyền thống Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ

+ Khí sinh học: hay còn gọi là khí Biogas loại khí đốt hữu cơ có thành phần chính là Mêtan (CH4) Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp Biogas được sử dụng để thay thế khí

Hình 1 8: Vòng đời nguyên liệu sinh học

1.2.6 Vai trò, hạn chế năng lượng tái tạo:

Trong thời đại bùng nổ các ngàng công nghiệp và khoa học kỹ thuật như hiện nay, nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt và viẹc sử dụng chúng ảnh hưởng rất lớn đến môi trường Do đó năng lươnggj tái tạo có vai trò quan trọng đối với tương lai của ngành năng lượng nói riêng và đời sống con người nói chung:

+ Thay thế nguồn năng lượng hoá thạch có ước tính sẽ cạn kệt trong thời gian tới

+ Việc sử dụng một số dạng năng lượng tái tạo không sản sinh ra CO2 và các khí độc hại khác, giúp làm giảm áp lực lên môi trường và hiệu ứng nhà kính

+ Hỗ trợ cho việc chủ động nguồn năng lượng ở một số khu vực không bị phụ thuộc vào một số nguồn cung cấp năng lượng như năng lượng hoá thạch

Tuy nhiên ngoài những lợi ích kể đén trên, việc phổ biên dạng năng lượng này còn gặp nhiều khó khăn do một số hạn chế nhất: Năng lượng tái tạo có trữ lượng lớn, tồn tại khắp nơi tuy nhiên lại phân bố không đồng đều, việc khai thác

có hiệu quả phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên nên để ứng dụng được năng lượng tái tạo vào cuộc sống để thay thế hoàn toàn nguyên liệu hóa thạch cần sự phối hợp hỗ trợ nhau giữa nhiều nguồn nguyên liệu cũng như các ứng dụng khoa học

kỹ thuật khác

1.3 Hệ thống bảo vệ của lưới phân phối:

Để đảm bảo hệ thống điện (HTĐ) hoạt động hiệu quả trong vận hành, nhất

là khi xuất hiện sự cố, các thiết bị bảo vệ và hệ thống bảo vệ rơle (BVRL) có vai trò vô cùng quan trọng

Thiết bị bảo vệ phải theo dõi liên tục các chế độ vận hành của HTĐ nói chung cũng như của từng khu vực lưới điện nói riêng, phát hiện kịp thời những

hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của HTĐ

Lưới phân phối có nhiều cấp điện áp khác nhau: 22kV, 35kV, có phạm vi phân phối theo vùng trong thành phố, huyện, thị xã, có bán kính cấp điện quá dài

so với quy định, trên đó có nhiều trạm biến áp trung gian (TBATG), TBA phụ tải

và nhiều nhánh rẽ đấu nối vào đường trục chính Để bảo vệ cho lưới phân phối hình tia người ta dùng bảo vệ chính là bảo vệ quá dòng và các máy cắt đặt tại đầu các phân đoạn, kết hợp với việc đặt các cầu chì bảo vệ đầu các rẽ nhánh và thiết

bị tự đóng lại giữa đường dây tăng cường độ tin cậy cung cấp điện khi xuất hiện ngắn mạch thoáng qua Một đường dây trung áp hình tia điện áp 35 kV được trang bị những thiết bị bảo vệ phổ biến như sau:

Hình 1 9: Mô hình đường dây phân phối trung áp hình tia và các bảo vệ

Bảo vệ quá dòng và máy cắt được trang bị ở đầu đường dây dùng để mục đích cách ly các sự cố vĩnh cửu trên toàn lưới điện.Khi dòng điện sự cố trong lưới điện đạt đến giá trị dòng điện khởi động của rơle bảo vệ quá dòng, thì rơle sẽ gửi tín hiệu tác động đến máy cắt để máy cắt tác động.Tốc độ tác động tỉ lệ thuận với biên độ của dòng điện ngắn mạch

Cầu chì được sử dụng để cách ly các sự cố vĩnh cửu ở phía phụ tải

Rơle tự động đóng lại trên lưới điện cũng được trang bị rơle bảo vệ quá dòng và quá dòng thứ tự không, sử dụng để cách ly các sự cố vĩnh cửu xảy ra trên đoạn đường dây BC.Ngoài ra tự động đóng lại còn có nhiệm vụ loại trừ các

sự cố thoáng qua trên lưới điện Nếu có sự cố thoáng qua trên đoạn đường dây

BC, rơle tự động đóng lại sẽ tác động cắt đoạn đường dây BC ra rất nhanh (bảo

vệ tác động nhanh), sau một khoảng thời gian khi sự cố thoáng qua trên đoạn dây

BC biến mất (thường sau vài giây) thì tự động đóng lại sẽ khởi động quá trình tự động đóng lặp lại để đóng đoạn đường dây BC vào lưới điện Còn nếu sự cố là sự

cố vĩnh cửu thì ngay sau khi tự động đóng lại thành công thì tự động đóng lại tiếp tục tác động cắt đoạn đường dây BC ra khỏi lưới điện, sau đó tự động đóng lại sẽ không khởi động quá trình tự động đóng lại nữa.Tự động đóng lại giúp năng cao

độ tin cậy cung cấp cho lưới điện lên rất nhiều, vì có đến 70%-80% sự cố trong lưới điện là do sự cố thoáng qua

1.3.1 Rơle bảo vệ quá dòng:

Bảo vệ quá dòng là loại bảo vệ đơn giản nhất dùng để bảo vệ đường dây, được lựa chọn làm bảo vệ chính cho đường dây phân phối có cấp điện áp nhỏ hơn 35kV Bảo vệ quá dòng tác động khi dòng trong các pha của đường dây vượt quá giá trị cài đặt trước đó Nó đảm bảo các yêu cầu cơ bản của một hệ thống bảo

vệ là tác động nhanh, tin cậy, chọn lọc và đảm bảo độ nhạy đối với những sự cố xảy ra trên đường dây phân phối

Có thể đảm bảo khả năng tác động chọn lọc của các bảo vệ bằng 2 phương pháp khác nhau về nguyên tắc:

 Phương pháp thứ nhất - bảo vệ được thực hiện có thời gian làm việc càng lớn khi bảo vệ càng đặt gần về phía nguồn cung cấp Bảo vệ được thực hiện như vậy được gọi là BV dòng điện cực đại làm việc có thời gian

 Phương pháp thứ hai - dựa vào tính chất: dòng ngắn mạch đi qua chỗ nối bảo vệ sẽ giảm xuống khi hư hỏng càng cách xa nguồn cung cấp Dòng khởi động của bảo vệ Ikđ được chọn lớn hơn trị số lớn nhất của dòng trên đoạn được bảo vệ khi xảy ra ngắn mạch ở đoạn kề (cách xa nguồn hơn).Nhờ vậy bảo vệ có thể tác động chọn lọc không thời gian.Chúng được gọi là bảo vệ dòng điện cắt nhanh

a Bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian (51 hay I>)

Các bảo vệ dòng điện cực đại làm việc có thời gian chia làm hai loại tương ứng với đặc tính thời gian độc lập và đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn Bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập là loại bảo vệ có thời gian tác động không đổi, không phụ thuộc vào trị số của dòng điện qua bảo vệ

Thời gian tác động của bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc giới hạn, phụ thuộc vào dòng điện qua bảo vệ khi bội số của dòng đó so với dòng IKĐ tương đối nhỏ và ít phụ thuộc hoặc không phụ thuộc khi bội số này lớn

VI: Đặc tính rất dốc EI: Đặc tính cực dốc

Hình 1 10: Đặc tính thời gian tác động của bảo vệ quá dòng

Trong đó, thời gian tác động của đặc tính phụ thuộc được tínhtheo từng dạng đặc tính như sau:

TMS- Time Multiplier Setting là bội số thời gian đặt TMS là giá trị thể hiện tỷ lệ giảm thời gian tác động theo tính toán Ví dụ thời gian tác động theo tính toán theo đặc tính Extremely inverse là:

Nếu chọn TMS= 0,5 thì thời gian tác động chỉ còn bằng một nửa so với giá trị tính toán ttd=0,5ttt Bởi vậy TMS- là công cụ hữu hiệu để thực hiện cài đặt thời gian tác động của bảo vệ đảm bảo sự phân cấp về thời gian tác động

Giá trị khởi động của Ip đƣợc xác định nhƣ sau:

Trong đó:

ks- Hệ số an toàn ki- Hệ số mở máy của động cơ kd- Hệ số trở về của rơle ILmax- Dòng điện làm việc cực đại của tải Bảo vệ quá dòng pha đƣợc xác định theo công thức

I p k 0l Ir

Trong đó: k0l là hệ số quá tải k0l =0,5 nếu đối tƣợng đƣợc bảo vệ là động cơ

k0l =1,25÷1,5 nếu đối tượng được bảo vệ là đường dây hoặc trạm biến áp

k0l =2,0 nếu đường dây ở trong điều kiện sự cố nguy hiểm Ir- dòng điện định mức của đối tượng được bảo vệ

Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian được xác định theo công thức

sử sự cố ngắn mạch tại điểm N2 sau phân đoạn 2

Hình 1 11: Nguyên tắc hpối hợp thời gian bảo vệ của các rơle quá dòng

Lúc này cả BV2 khởi động và BV1 cũng có thể khởi động và cùng đếm thời gian Để đảm bảo tính chọn lọc BV2 phải tác động trước loại trừ sự cố, BV1 trở về, nên khi cài đặt thời gian tác động thì

hoặc viết

Trong đó: t = 0,3÷0,6 s gọi là bậc chọn lọc về thời gian, phụ thuộc vào các yếu tố:

+ Sai số của rơle: role không vận hành chính xác đúng đặc tính lý thuyết

đã quy định

+ Thời gian cắt của máy cắt: Do nhà chế tạo quy định

+ Thời gian quá tác động của rơle (overshoot) : là hiện tượng rơle đã được ngắt điện nhưng vẫn tiếp tục vận hành thêm một khoảng thời gian ngắn nữa

+ Sai số của các biến dòng BI: các BI có sai số sẽ khiến cho role vận hành nhanh hơn hoặc chậm hơn ( nếu sử dụng đặc tính độc lập thì không cần phải xét tới yếu tố này)

Nếu đường dây có nhiều phân đoạn thời gian loại trừ sự cố của bảo vệ gần nguồn sẽ lớn Đó là một nhược điểm của bảo vệ quá dòng có thời gian

Ví dụ cho một lưới phân phối gồm 4 phân đoạn và các rẽ nhánh như hình

vẽ Người ta đặt tại đầu mỗi phân đoạn một bảo vệ quá dòng có thời gian làm việc tương ứng t1, t2, t3 và tại đầu mỗi nhánh rẽ phụ tải một bảo vệ quá dòng có thời gian làm việc tương ứng là tD, tC, tB

Nếu chọn đặc tính thời gian độc lập, thời gian của các bảo vệ đầu nguồn sẽ được tính chọn và thể hiện trên hình 1.7 sau

Hình 1 12: Nguyên tắc bảo phối hợp thời gian bảo vệ theo đặc tính độc lập

Trong đó:

t3 t D t

t 2 Max(t3 , t c ) t

t1 Max(t 2 , t B ) t

Nếu chọn đặc tính thời gian phụ thuộc, thời gian của các bảo vệ đầu nguồn sẽ được tính chọn và thể hiện trên hình 1.8 sau

Hình 1 13: Nguyên tắc bảo phối hợp thời gian bảo vệ theo đặc tính phụ

thuộc

Sau khi chọn đường đặc tính ta có hệ số A, m và L Tính toán bội số thời gian cài đặt của bảo vệ TMS để đảm bảo tính chọn lọc như sau:

Tìm bộ số thời gian cài đặt cho bảo vệ số 2

Tìm bộ số thời gian cài đặt cho bảo vệ số 1

b Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

Nguyên tắc: đảm bảo tính chọn lọc bằng phân cấp dòng điện Sự cố ở phân đoạn nào thì chỉ bảo vệ tại đó được phép khởi động Giữa các bảo vệ không cần phối hợp về thời gian vì thời gian tác động của bảo vệ xấp xỉ 0 giây (thường từ 50÷80ms) nên được gọi là bảo vệ quá dòng cắt nhanh ( khí hiệu 50 hay I>>)

Do cách chọn lọc bằng dòng điện nên dòng điện khởi động được tính theo dòng ngắn mạch ngoài vùng cực đại của đường dây được bảo vệ

Dòng khởi động của bảo vệ 1 là Ip1 được tính theo dòng sự lớn nhất tại điểm N kể từ sau thanh góp số 2 Dòng Ip1 sẽ giao với đường đặc tính ngắn mạch

ở chế độ cực đại Isc.max và đường đặc tính ngắn mạch ở chế độ cực tiểu Isc.min xác định phạm vi bảo vệ của rơ le bảo vệ quá dòng cắt nhanh ở chế độ max là Lmax và phạm vi bảo vệ của rơ le bảo vệ quá dòng cắt nhanh ở chế độ min là Lmin

Dễ thấy rằng, bảo vệ quá dòng cắt nhanh không bảo vệ được toàn bộ đường dây, trên thực tế phạm vi bảo vệ này là 80% đối tượng được bảo vệ

1.3.2 Máy cắt tự đóng lại (Recloser):

Đối với lưới phân phối trung áp, phần lớn sự cố là sự cố thoáng qua có thể

do các nguyên nhân khách quan như: diều vướng vào đường dây, chim, rắn đậu trên trụ điện, cây ngoài hành lang quẹt vào đường dây… Thông thường những

sự cố trên thường tồn tại khoảng vài giây và tự động được giải trừ Do đó nếu không có các thiết bị TĐL thì công tác cô lập, phân đoạn xác định nguyên nhân

sự cố mất sẽ rất khó khăn, mất nhiều thời gian để khôi phục, làm ảnh hưởng tới quá trình cung cấp điện an toàn, ổn định và liên tục đến khách hàng

Để tăng độ tin cậy cung cấp điện thực tế vận hành người ta thường dùng chức năng tự đóng lặp lại máy cắt Để thực hiện chức năng này, hệ thống điện có thể trang bị hai biện pháp

- Sử dụng máy cắt recloser (có khối chức năng tự đóng lặp lại đi kèm hợp

a Cấu tạo

- Bảo vệ quá dòng

- Bộ phận tự đóng lại (TĐL)

- Thiết bị đóng cắt

- Điều khiển bằng tay

b Vị trí đặt

Recloser có thể đặt bất kỳ nơi nào trên hệ thống mà thông số định mức của

nó thỏa mãn các đòi hỏi của hệ thống Những vị trí đó có thể là:

- Đặt tại trạm như thiết bị chính của hệ thống

- Đặt trên đường dây trục chính nhưng cách xa trạm để phân đoạn các đường dây dài, như vậy ngăn chặn được sự ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống khi

cố thoáng qua trước khi cầu chì phía tải kịp tác động Nếu là sự cố vĩnh cửu, tác động thời gian trễ cho phép thiết bị gần điểm sự cố tác động để cô lập sự cố, vì thế hạn chế khu vực mất điện đến giới hạn nhỏ nhất của đường dây

e Thời gian tự đóng lại và đặc tính cắt

Trong đó thời gian tự đóng lại là thời gian tồn tại giữa lần mở tiếp điểm chính và lần đóng tiếp điểm trở lại sau đó, chọn thời gian này bằng cách nhân thời gian chuẩn với một hệ số nhân cho trước Thời gian đóng tiếp điểm trở lại có thể nằm trong phạm vi 0,5 giây tới 60 giây phụ thuộc vào từng loại recloser và từng hệ thống Thông thường, người ta đặt thời gian đóng lại là 2 giây trong hầu hết các ứng dụng thực tế để có đủ thời gian loài trừ sự cố và cho phép làm nguội cầu chì, nếu lớn hơn 2 giây sẽ gây gián đoạn phụ tải động cơ

Thời gian cắt của bảo vệ ( thời gian tác động của của recloser) là thời gian tồn tại giữa lần đóng tiếp điểm chính và lần mở tiếp điểm trở lại sau đó Thông thường người ta thiết kế recloser có khả năng thực hiện 2 nhát cắt nhanh ( Ứng với đặc tính A- fast trip)để loại trừ được sự cố thoáng qua nằm trong 80-95 % chiều dài đường dây với thời gian cắt nhỏ vài chu kỳ hoặc vài giây Nếu sự cố còn tồn tại, reloser có khả năng thực hiện hai nhát cắt với thời gian trễ tùy chọn ( đặc tính B và C), có thể loại trừ sự cố nằm trên 100% đường dây được bảo vệ Thời gian một chu kỳ tự đóng lại được tính từ thời điểm mở tiếp điểm chính lần đầu tiên đến thời điểm mở tiếp điểm chính lần kế tiếp Thời gian một chu kỳ

tự đóng lại được biểu diễn như sau

Hình 1 16: Thời gian đóng lặp lại theo chu kỳ của recloser

Đặc tính cắt của thiết bị được thể hiện bằng các đường đặc tính cắt như sau:

B- Delayed tripping- Đặc tính cắt với thời gian trễ với thời gian cắt nhỏ hơn

4 giây, căn cứ vào đặc tính B có thể xác định thời gian cắt của nhát cắt thứ hai

mà recloser thực hiện sau khi đóng lại lần 1 mà sự cố vẫn duy trì

C- Delayed tripping- Đặc tính cắt với thời gian trễ với thời gian cắt nhỏ hơn

10 giây, căn cứ vào đặc tính C có thể xác định thời gian cắt của nhát cắt thứ ba

mà recloser thực hiện sau khi đóng lại lần 2 mà sự cố vẫn duy trì

f Tính toán , lựa chọn recloser

Điện áp định mức của recloser phải lớn hơn hoặc bằng điện áp định mức của hệ thống

Dòng điện sự cố lớn nhất có thể xảy ra tại vị trí đặt recloser : dòng điện này

có thể tính được Định mức cắt của recloser phải lớn hơn hoặc bằng dòng sự cố lớn nhất có thể có của hệ thống

Dòng điện phụ tải cực đại: là dòng định mức cực đại của Recloser phải lớn hơn hoặc bằng dòng tải cực đại ước lượng trước của hệ thống Đối với recloser điều khiển bằng điện tử, dòng cắt cực tiểu được chọn độc lập với dòng định mức lâu dài cực đại của recloser, mặc dù nó thường không quá 2 lần giá trị đó (giá trị dòng cắt ít nhất là gấp 2 lần dòng phụ tải đỉnh)

Dòng sự cố nhỏ nhất trong vùng được bảo vệ bởi recloser: có thể xảy ra ở đoạn cuối đường dây được bảo vệ, phải được kiểm tra để xem Recloser có thể cảm nhận được để cắt dòng không

Phối hợp với các bảo vệ khác trên cả phía nguồn và phía tải của recloser: Việc phối hợp trên các thiết bị lắp đặt trước và sau recloser rất quan trọng khi 4 thông số đầu tiên được thỏa mãn Việc lựa chọn thời gian trễ thích hợp và thứ tự hoạt động chính xác rất quan trọng với bất kỳ việc cắt tức thời và mất điện do sự

cố sẽ được hạn chế đến phần nhỏ nhất của đường dây

Số lần tự đóng lại của recloser có thể lập trình từ (0-3) lần, điều này tương đương với số lần của bảo vệ quá dòng làm việc cắt máy cắt từ (1-4) lần

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN PHÂN

TÁN TRONG VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 Các ảnh hưởng của lưới điện khi tích hợp nguồn phân tán vào lưới điện

Việc kết nối các nguồn phân tán vào mạng lưới điện phân phối lại đặt ra một số vấn đề cần quan tâm.Các vấn đề này có thể gây ra các hạn chế không cần thiết đến việc sử dụng nhiều các máy phát phân tán kết nối vào mạng lưới phân phối

2.1.1 Trạng thái ổn đinh và sự kiểm soát ngắn mạch

Khi một DG được kết nối tới lưới phân phối, năng lượng từ nó tạo ra có thể làm tăng dòng điện chạy trên lưới, phụ thuộc vào vị trí kết nối và công suất lắp đặt DG.Thêm vào đó, trong tình trạng sự cố, các DG lại đóng góp vào dòng điện

sự cố trong mạng lưới.Chính vì vậy, các DG sẽ ảnh hưởng tới trạng thái ổn định của hệ thống và khiến cho việc kiểm soát ngắn mạch khó khăn hơn.Điều này còn tùy thuộc vào công nghệ sử dụng và đặc biệt là hệ thống kết nối được sử dụng (ví

dụ như động cơ được kết nối trực tiếp với đường dây hay thông qua các thiết bị điện tử công suất biển đổi) Khi một DG được kết nối tới lưới phân phối, năng lượng từ nó tạo ra có thể làm tăng dòng điện chạy trên lưới, phụ thuộc vào vị trí kết nối và công suất lắp đặt DG.Thêm vào đó, trong tình trạng sự cố, các DG lại đóng góp vào dòng điện sự cố trong mạng lưới.Chính vì vậy, các DG sẽ ảnh hưởng tới trạng thái ổn định của hệ thống và khiến cho việc kiểm soát ngắn mạch khó khăn hơn.Điều này còn tùy thuộc vào công nghệ sử dụng và đặc biệt là hệ thống kết nối được sử dụng (ví dụ như động cơ được kết nối trực tiếp với đường dây hay thông qua các thiết bị điện tử công suất biển đổi)

2.1.2 Chất lượng điện năng

Tùy thuộc vào mức độ đóng góp năng lượng của các DG vào mạng lưới phân phối và công nghệ được sử dụng cho quá trình biến đổi năng lượng mà chất lượng cung cấp điện của mạng lưới phân phối có thể bị ảnh hưởng.Sự giảm sút chất lượng điện năng cung cấp có thể ảnh hưởng đến việc đấu nối của các lưới sử dụng (lấy điện từ mạng phân phối) và ngăn cản bộ phận quản lí điều khiển mạng lưới phân phối đạt được các mục tiêu mong muốn Tác động của hiện tượng này phụ thuộc rất lớn vào năng lượng ngắn mạch có tại điểm kết nối của các DG và

do đó trên các đường dây “yếu”, số lượng các DG kết nối vào mạng lưới có thể

bị hạn chế Tác động cũng phụ thuộc vào công nghệ được sử dụng, đặc biệt là cho việc kết nối với mạng đường dây: ví dụ, hệ thống kết nối sử dụng một giao diện điện tử có thể giúp để giới hạn hoặc ngay cả việc ngăn ngừa sự nhấp nháy hoặc dao động điện áp nhưng nó có thể mang một số rủi ro do việc nhiễm các sóng hài Sự dao động của năng lượng được cung cấp bởi các DG, chuyển giao điều khiển (khởi động), biến đổi năng lượng (ví dụ như hiệu ứng bóng của tháp tuabin gió) và sự biến đổi năng lượng bằng các thiết bị điện tử công suất có thể gây ra:

2.1.3 Điều khiển điện áp và công suất phản kháng:

Việc kết nối một DG vào mạng lưới phân phối sẽ kéo theo những thay đổi

về điện áp trên lưới do sự thay đổi dòng công suất tác dụng và phản kháng trong lưới Một cách tổng quát, điện áp sẽ tăng lên tại điểm kết nối và các lộ đường dây

ra, điều này kéo theo sẽ có những thay đổi về điện áp tại các điểm khác trên lưới Chính vì vậy, việc điều khiển điện áp và công suất phản kháng trên lưới là một vấn đề quan trọng của bộ phận điều hành mạng lưới phân phối (DNO – Distribution Network Operator) dẫn đến một loạt các yêu cầu liên quan của các

DG trong quá trình này Với công suất của DG càng lớn, tác động của nó đến mạng đường dây sẽ càng lớn và do đó có khả năng đóng góp vào việc điều khiển điện áp cao hơn Kết quả là, các nguồn phát điện phân tán lớn về tổng quát phải được yêu cầu những đóng góp mang tính “phức tạp” hơn là các nguồn phát nhỏ

2.1.4 Tính ổn định và khả năng của DG để chống chịu các nhiễu loạn:

Sự ổn định của các máy phát điện phân tán và khả năng của nó để chống chịu các nhiễu loạn trở thành một vấn đề ngày càng quan trọng Khi các nhiễu loạn xuất hiện trên mạng lưới (ngắn mạch, đường dây quan trọng hỏng hóc, sụt

áp, sự cố gây đến sự hỏng hóc của máy phát hoặc các biến động của các tải quan trọng), có thể dẫn tới việc mất mát, hỏng hóc của các DG và gây ra sự mất mát

của nguồn nuôi cho mạng lưới Tùy vào lượng mất mát của các DG, tình trạng mạng lưới đường dây có thể xấu hơn và trong một số trường hợp có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng về ổn định.Trong các tiêu chuẩn kết nối của mạng lưới phân phối, các yêu cầu thường xuyên nhắm tới khả năng của DG để vận hành trong một dải điện áp và tần số nhất định mà có thể xuất hiện trong điều kiện suy giảm tính ổn định của mạng lưới

2.1.5 Các vấn đề về bảo vệ:

Kết nối của các máy phát điện phân tán có thể ảnh hưởng đến độ nhạy và

độ chọn lọc của toàn bộ hệ thổng bảo vệ.Ví dụ một số sự cố có thể không được phát hiện hoặc việc xử lí các sự cố đó cần đến việc cắt điện của một khu vực lớn hơn mức cần thiết Bên cạnh đó, việc xuất hiện của các DG phải nhất thiết không được dẫn đến các lần ngắt không mong muốn của một phần nào đó trên lưới (ví

dụ như các đầu ra lân cận không bị ảnh hưởng bởi sự cố) và nó không nên ngăn cản sự vận hành đúng của các quy trình đóng lại tự động hoặc bằng tay có thể được cài đặt Một cách khái quát, các trường hợp chi tiết được đưa ra từ các nghiên cứu phải được nghiên cứu đầy đủ để xác định xem hệ thống bảo vệ có hoạt động tốt hay không sau khi kết nối DG vào hệ thống

2.1.6 Cách ly và chế độ vận hành cách ly:

Một sự cách ly ngoài ý muốn không phải là điều mong chờ bởi vì nó có thể gây ra một sự biến đổi lớn về điện áp và tần số trên vùng cách ly và năng lượng cung cấp cho khách hàng dưới điều kiện không bình thường cho đến khi mà hệ thống sụp đổ hoàn toàn (hoặc DG bị tách ra) hoặc việc đạt được sự cân đối giữa năng lượng tạo ra và năng lượng tiêu dùng Khi mà việc phát hiện sự cách ly các

DG là không dễ và các tiêu chuẩn chống lại sự cách ly dựa trên sự biến đổi của các đại lượng điện có thể do các hiện tượng khác gây ra và sau đó có thể dẫn đến các lệnh ngắt gây thiệt hại cho mạng lưới Tuy nhiên, khả năng mà sự cách ly không được phát hiện và trong trường hợp đó sẽ tồn tại các rủi ro cho người và thiết bị

Trên phương diện khác, chế độ vận hành cách ly có thể một lúc nào đó lại

có ích và có thể còn là mong muốn.Ví dụ, trong trường hợp mất điện hoặc cắt điện trong thời gian dài của nguồn cung cấp cho các xuất tuyến phân phối (do các vấn đề quan trọng trên mạng lưới truyền tải), vận hành cách ly có thể sẽ cho phép

cung cấp năng lượng đến người tiêu dùng cho đến khi hệ thống được khôi phục.Một ví dụ khác là trong một vùng nhất định, nơi mà mạng lưới truyền tải thường xuyên gặp các nhiễu loạn (ví dụ như sét đánh) và sụt giảm điện áp, vận hành cách ly có thể được quan tâm để cung cấp chất lượng phục vụ tốt hơn

Kết luận: Ảnh hưởng của việc kết nối nguồn điện phân tán tới lưới phân

phối điện được xem xét trên nhiều khía cạnh Sau đây ta sẽ đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của việc kết nối nguồn phân tán tới sự làm việc của hệ thống bảo vệ rơle của lưới phân phối dựa trên kết quả của dòng ngắn mạch được tính toán nhờ phần mềm Digsilent của hãng Digsilent GmHB

2.2 Tác động của nguồn điện phân tán tới hệ thống bảo vệ của lưới phân phối:

Như đã phân tích ở chương 1, việc thêm các nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối làm xuất hiện các trạng thái vận hành trước đây lưới điện phân phối chưa bao giờ gặp phải Đối với hệ thống bảo vệ của lưới phân phối những vấn đề đó là:

- Lưới điện được thiết kế có dạng hình hình tia, với công suất và cách thức phát hiện sự cố theo một hướng

- Hệ thống bảo vệ rơle đối với lưới điện hình tia sẽ thiếu các bảo vệ có hướng, thiếu sự phối hợp đối với các sự cố trong vùng bảo vệ và thiếu độ nhạy để phát hiện các sự cố trong vùng bảo vệ

- Sự an toàn của thiết bị cũng như người vận hành

- Tác động đến điều chỉnh điện áp trong lưới điện

- Tình trạng vận hành cô lập của các nguồn điện phân tán

- Sự phối hợp tự động đóng lại giữa rơle tự đóng lại và cầu chì

- Tác động đến sự ổn định của lưới điện một vùng

- Ảnh hưởng đến sự tác động sai của các máy cắt

Các vấn đề trên xuất hiện ở các lưới điện phân phối có nguồn điện phân tán kết nối vào bởi vì: hiện nay hầu hết các lưới điện phân phối đều được vận hành với kết cấu hình tia, nghĩa là dòng công suất chạy theo một chiều nhất định Sự kết nối nguồn điện phân tán vào lưới điện làm thay đổi kết cấu của lưới điện và công suất sẽ chạy theo nhiều hướng khác nhau Tác động của hiện tượng này

khiến cho hệ thống bảo vệ rơle đang được trang bị cho lưới phân phối này không phải lúc nào cũng làm việc tốt khi có thêm nguồn điện phân tán

2.2.1 Ảnh hưởng của máy biến áp kết nối ở đầu ra của nguồn điện phân tán

Việc lựa chọn máy biến áp của nguồn điện phân tán kết nối với lưới điện sẽ

có ảnh hưởng quyết định đến việc nguồn điện phân tán sẽ tương tác như thế nào đối với lưới điện Không có một cách kết nối như thế nào là tốt nhất trong mọi trường hợp, mỗi cách kết nối đều có những ưu điểm cũng như nhược điểm riêng

và tác động đến hệ thống theo những cách khác nhau Có ít nhất 5 cách kết nối nguồn điện phân tán vào lưới điện, ứng với các máy biến áp có các tổ đấu dây khác nhau là ( cao áp/ hạ áp): Δ / Δ; Δ / Y0 ; Δ / Y ; Y0 / Δ; Y0 / Y0

a Máy biến áp có cuộn cao áp có tổ đấu dây là tam giác hoặc sao cách điện với đất

Tổ đấu dây của máy biến áp có thể là Δ / Δ; Δ / Y0 ; Δ / Y Ưu điểm của máy biến áp có tổ đấu dây như thế này là trong chế độ sự cố không có thành phần

sự cố thứ tự không từ các nguồn điện phân tán tác động đến rơle bảo vệ quá dòng chạm đất Tuy nhiên nhược điểm của máy biến áp có tổ đấu dây này là điện áp tại các pha không xảy ra sự cố lại tăng cao

b Máy biến áp có tổ đấu dây Y0 / Δ

MBA có tổ đấu dây như thế này có ảnh hưởng đến sơ đồ thứ tự không của lưới điện, do đó có ảnh hưởng đến sự phối hợp của hệ thống rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất của lưới điện Ta xét ví dụ như hình vẽ:

Hình 2 1: Sơ đồ nguồn điện phân tán kết nối với lưới điện thông qua máy

biến áp Y0/ Δ

Nếu có sự cố ngắn mạch một pha xảy ra tại điểm N1 thì dòng điện thứ tự không là tổng hợp của hai dòng điện: một từ phía máy biến áp kết nối với hệ thống chạy đến và một từ máy biến áp của nguồn điện phân tán chạy đến Do đó dòng điện thứ tự không vừa phụ thuộc vào lưới điện vừa phụ thuộc vào tổng trở