tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu GIẢM tổn THẤT điện NĂNG TRÊN lưới PHÂN PHỐI điện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP








VŨ THỊ MỸ





NGHIÊN CỨU GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN



CHUYÊN NGÀNH : THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Mã số : 60.52.50



TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN – 2013
Công trình được hoàn thành tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN BÁCH


Phản biện 1:PGS.TS. ĐẶNG QUỐC THỐNG


Phản biện 2: TS. NGÔ ĐỨC MINH




Luận văn được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn cấp nhà trường họp
tại: trường ĐHKT Công nghiệp, ĐH Thái Nguyên.
Vào hồi: 16 giờ 00 ngày 24 tháng 01 năm 2013





Có thể tìm hiểu luận văn tại thư viện:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

- 1 -

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ VẤN ĐỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
1.1. VAI TRÒ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRONG HTĐ
1.2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI
1.3. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN
PHỐI ĐIỆN
1.3.1 Hiệu quả sử dụng điện
1.3.1.2.Tác động của việc sử dụng điện với môi trường.
Bảng 1.2. Tác động của tổn thất điện năng đến môi trường
Environmental
measure
Typical impact Impact due to
losses
Water use 1.25 kL/MWh 13500 ML
Ash emission 0.37 kg/MWh 4 ktonne
Coal use 480 kg/MWh 5.18Mtonne
CO2 output 900 kg/MWh 9.72 Mtonne
SOX output 7.4 kg/MWh 80 ktonne
NOX output 3.7 kg/MWh 40 ktonne
1.3.2 Tổn thất phi kĩ thuật
1.3.3.Tổn thất kĩ thuật
1.3.3.1.Các loại tổn thất kĩ thuật (dây dẫn)
1.3.3.2 .Phương pháp tiếp cận để tính tổn thất
a. Phương pháp đánh giá đầy đủ
b. Phương pháp sử dụng đồ thị phụ tải điển hình.
c.Tính toán tổn thất kĩ thuật ở các phân đoạn
d.Tổn thất trong công tơ đo đếm điện năng
Tổn thất kĩ thuật trong công tơ đo đếm điện năng là do sắt trong các cuộn dây điện

áp của công tơ đo đếm và được giả định là không đổi trong lưới điện phân phối,vì công
tơ đo đếm điện năng không phụ thuộc vào dòng điện trong lưới điện phân phối.tổn thất
trong công tơ (em)tính bằng kW/h và có thể đo được bằng cách:
em=
).(
1000
)32(.
321
ngày
kWh
iiiNp
mm
+
+
(1.10)
e.Các tổn thất liên quan đến khách hàng
Tính toán tổn thất liên quan đến khách hàng dựa trên giả định rằng chiều dài và
điện trở của dây dẫn được định nghĩa trước đó.Những tổn thất điện năng hàng ngày (er)
được cho bởi:

- 2 -


)(
1000

‡”
1
1
2

ngày
kWh
ItLRk
e
N
i
t
r
=
=
∆
(1.11)
f.Tổn thất trong lưới điện áp thấp
Phương pháp sử dụng đồ thị phụ tải điển hình,tương ứng dòng điện cho mỗi
khoảng thời gian t đo được và cấu hình mạng điện áp thấp điển hình có thể được sử
dụng để đánh giá tổn thất kĩ thuật của lưới điện áp thấp trong tất cả các nhánh của
lưới.các nhánh của lưới thể hiện trong 1.1 đâị điện cho dây dẫn điện 3 pha và một dây
nối đất.











Hình 1.1 Các nhánh lưới trong một lưới điện áp thấp

Tổng các dòng nhánh được tính từ kirhoff áp dụng cho mỗi nút mạng bằng
0,những tổn thất điện năng hàng ngày cho một nhánh (es)có thể được đánh giá bởi:

)()(
1000
1
‡”‡”
1 1
2
.
ngày
kW
tIRte
m
t
Nconđ
t
tts
∆
= =
==
(1.12)
1.3.3.3.Tổn thất trong máy biến áp phân phối
Dòng điện trong lưới điện phân khối được xác định cho tất cả các nhánh của
mạng lưới cho đến nút điện áp.do đó dòng điện trong dây pha và dây trung tính trong
mỗi khoảng thời gian t được tính từ mô hình phụ tải áp dụng cho điện áp thấp.với thông
số danh điịnh của máy biến áp ,tổn thất điện năng hàng ngày cho một máy biến áp phân
phối (et) được cho bởi:

tSpSpe

M
T
S
S
NcuNfet
N
t
∆
2
1
)( 24
‡”
=
+=
(1.13)




- 3 -

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Nội dung chương 1 đã giới thiệu tổng quan một số vấn đề cơ bản về lưới điện phân
phối bao gồm: Định nghĩa, cấu trúc và vai trò của lưới điện phân phối, đồng thời giới
thiệu về hiện trạng lưới điện tại Việt Nam. Từ đó cho thấy LPP có vai trò hết sức quan
trọng trong việc cung cấp năng lượng, đáp ứng nhu cầu trực tiếp cho phụ tải.
Vấn đề công suất phát ra phải được đưa đến và tận dụng một cách hiệu nhất, không
để lãng phí quá nhiều ảnh hưởng đến kinh tế là một bài toán được rất nhiều đề tài
nghiên cứu. Tổn hao công suất là vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng nguồn điện và kinh

tế, để giảm nó một trong những biện pháp khá hiệu quả là bù công suất phản kháng cho
lưới điện. Do đó chương 2 tác đề cập đến vấn đề lý thuyết về phương pháp bù công suất
phản kháng để giảm tổn thất trên lưới phân phối.


CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ GIẢM TỔN THẤT
ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI

2.1 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.1.1 Các vấn đề chung trong việc bù công suất phản kháng.
Việc bù công suất phản kháng gồm hai loại:
- Bù cưỡng bức:
2.1.2 Lý thuyết cơ bản về bù công suất phản kháng
2.1.2.1 Hệ số công suất
Có thể mô tả tải một pha như ở hình bên
có tổng dẫn ` được cung cấp từ một điện áp (U).
Dòng tải là I
L,
ta có:
I
L
= U(G
L
+ jB
L
) = I
R
+ jI
X

(2.1)

Cả U và I
L
là các phần tử pha và phương trình (2.1) được
thể hiện trong đồ thị pha với U là véctơ chuẩn. Dòng điện tải I
L
có một thành phần tác dụng “điện trở” I
R
cùng pha với điện áp
U và một thành phần phản kháng “điện kháng” I
X
vuông góc với
U, góc pha giữa U và I
L
là ϕ.
Công suất biểu kiến: S
L
= U.I
L
∗

S
L
= V
2
G
L
– j V
2

B
L
= P
L
+ jQ
L
(2.2)
I
R
ϕ
2
U

I
X
I
L
S
L
P
L
Q
L
ϕ
L

- 4 -

Công suất biểu kiến có một thành phần thực P
L

(tức là công suất tác dụng, công
suất hữu ích, có thể chuyển đổi thành nhiệt, công cơ học, ánh sáng hoặc các dạng khác
của năng lượng) và một thành phần phản kháng Q
L
(tức là công suất phản kháng, công
suất vô công, không thể chuyển đổi được thành các dạng năng lượng có ích nhưng
không thể bỏ qua do đây là thành phần trung chuyển điện năng thành các dạng năng
lượng khác). Quan hệ giữa S
L
, P
L
và Q
L
được thể hiện theo hình bên.
Dòng điện I
S
= I
L
do hệ thống cung cấp là lớn hơn dòng điện cần thiết để cung
cấp riêng cho công suất thực, bởi một hệ số:
I
L
/I
R
= (cosϕ)
-1
(2.3)
Như vậy, cosϕ là hệ số công suất, là phân số của công suất biểu kiến có thể
chuyển đổi một cách hữu ích thành các dạng năng lượng khác.
2.1.2.2 Điều chỉnh hệ số công suất

Nguyên tắc điều chỉnh hệ số công suất là bù công suất phản kháng, tức là cung
cấp tại chỗ bằng cách nối song song với một tải thiết bị bù có tổng dẫn phản kháng đơn
thuần - jB
L
.
Dòng điện được cung cấp bởi hệ thống tổ hợp tải và thiết bị bù trở thành:
I
S
= I
L
+ I
B
= U (G
L
+ j B
L
) – U(jB
L
) = U. G
L
= I
R
(2.4)
Với I
B
là dòng đi thiết bị bù.
Như vậy, việc bù sẽ dẫn đến dòng điện I
R
cùng pha với điện áp tạo nên sự đồng
nhất hệ số công suất tổng thể. Dòng điện cung cấp I

S
có giá trị nhỏ nhất có thể trong
việc cung cấp đầy đủ công suất P
L
ở điện áp U và tất cả nhu cầu công suất phản kháng
của tải được cung cấp tại chỗ bằng thiết bị bù. Như vậy, phụ tải được bù toàn thể. Giảm
bớt nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải, nguồn cung cấp bây giờ có khả năng
thêm để cung cấp cho các tải khác.
Dòng điện thiết bị bù được biểu diễn:
I
B
= U.Y
B
= -jU.B
L
(2.5)
Công suất biểu kiến trao đổi với hệ thống cung cấp của thiết bị bù:
S
B
= P
B
+ jQ
B
= U.I
B
*
= jU
2
. B
L

(2.6)
Do P
B
= 0 và Q
B
= U
2
. B
L
= -Q
L
, thiết bị bù không cần công suất cơ đầu vào, phần
lớn là các tải của cảm ứng có nhu cầu bù điện dung (B
B
dương và Q
B
âm).
Từ sơ đồ véctơ biểu diễn mối quan hệ giữa P
L
, Q
L
, S
L
, chúng ta thấy rằng đối với
việc bù tổng của công suất phản kháng, dung lượng công suất phản kháng của thiết bị
có quan hệ với công suất tácdụng P
L
của phụ tải là:
Q
L

= P
L
.tgϕ (2.7)
Và Q
γ
= S
L
sinϕ
L
= S
L
(
)
L
2
cos1 ϕ−
(2.8)

- 5 -








Hình 2.2: Minh hoạ ảnh hưởng của thiết bị bù đối với sự điều chỉnh hệ số công suất
Một phụ tải P
1

+ jQ
1
có hệ số công suất được xác định theo công thức sau:

2
1
2
1
1
1
QP
P
cos
+
=ϕ (2.9)
Khi được cung cấp một lượng công suất phản kháng Q
C
, hệ số công suất được cải
thiện từ cosϕ
1
thành cosϕ
2
với cosϕ
2
được xác định như sau:

2
C1
2
1

1
2
)QQ(P
P
cos
−+
=ϕ (2.10)
2.1.2.3 Điều chỉnh điện áp
a) Nguyên tắc và kết luận chung của điều chỉnh điện áp
Bắt đầu phần này, chúng ta xác định sự điều chỉnh điện áp đạt được khi không có
thiết bị bù và chỉ ra các thông số quan trọng nhất của phụ tải và hệ thống cung cấp. Sau
đó là giới thiệu khái niệm của một thiết bị bù lý tưởng mà có thể duy trì điện áp không
đổi tại điểm cung cấp bằng cách duy trì công suất phản kháng của hệ thống cung cấp
gần nhu không đổi. Các đặc tính của thiết bị bù được biểu diễn về sơ đồ lẫn toán học.

Việc điều chỉnh điện áp được xem như là thay đổi tỷ lệ (hoặc trên mỗi đơn vị) với
biên độ điện áp đi kèm với một sự thay đổi được xác định của dòng phụ tải (tức là từ
không tải đến đầy tải). Điều này gây nên bởi sự sụt áp trên tổng trở cung cấp mang dòng
điện tải. Nếu hệ thống cung cấp được biểu diễn bằng mạch tương đương Thevenin một
pha ở hình 2.3 thì việc điều chỉnh điện áp được cho bởi:

U
UE
U
UE −
=
−
(2.11)
Với U là điện áp pha chuẩn.
Khi không có thiết bị bù, sự thay đổi của điện áp cung cấp do dòng điện phụ tải I

L

gây ra được biểu diễn ở hình trên là ∆U:

LS
I.ZUEU =−=∆ (2.12)
Với
SSS
jXRZ −=
Và
U
QP
I
LL
L
−
= (2.13)
Q
1
P
1
P
1
Tải

Q
C
Q
2
= Q

1
-Q
C
Q
2
Q
C
ϕ
2
ϕ
1

- 6 -

Như vậy,

( )
U
QRPX
j
U
QXPR
U
jQP
jXRU
LSLSLSLSLL
SS
−
+
−

=
−
+=∆ (2.14)
∆U = ∆U
R
+j ∆U
X
(2.15)

Hình 2.3: a) Mạch tương đương của hệ thống và phụ tải
b) đồ thị vectơ pha cho hình a (chưa bù)
c) Đồ thị vectơ pha cho hình a (Bù cho điện áp không đổi)
Sự thay đổi điện áp có một thành phần ∆U
R
cùng pha với điện áp và một thành
phần ∆U
X
vuông góc với U, được biểu diễn trên hình 2.3. Điều này có nghĩa là biên độ
và pha của điện áp có liên quan đến điện áp cung cấp E, là các hàm số của biên độ và
R
S
+ jX
S
I
S


E

U

I
L

G
L
+ jB
L
(a)

jX
S
I
S
ϕ
L


ϕ
S


R
S
I
S
∆
U

U

E

I
L


I
L


(b)

jX
S
I
S
ϕ
L


R
S
I
S
∆
U

U

E

I
L


I
C


(c)

I
S



- 7 -

pha của dòng điện phụ tải, hay nói một cách khác, sự thay đổi điện áp phụ thuộc vào cả
công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tải.
Khi có thêm thiết bị bù nối song song với tải, có thể làm cho quan hệ về giá trị
UE = tức là làm cho sự thay đổi điện áp bằng 0 hoặc giữ cho biên độ điện áp cung cấp
không đổi ở giá trị E khi có tải. Điều này được biểu diễn trên hình 2.3 đối với một thiết
bị bù phản kháng thuần. Công suất phản kháng Q
L
ở (2.14) được thay bằng: Q
S
= Q
C
+
Q

L
và Q
C
được chỉnh định sao cho làm quay đồ thị vectơ pha ∆U cho đến khi thoả mãn
UE = .
Như vậy, từ (2.13) và (2.14) ta có:

2
LSLS
2
LSLS
2
U
QRPX
U
QXPR
UE
−
+
+
+=
(2.16)
Giá trị yêu cầu của Q
C
được tìm thấy bằng cách giải phương trình này theo Q
S
với
UE = , khi đó; Q
C
= Q

S
– Q
L
(2.17)
Biểu diễn lại phương trình (9), ta có:
0cQ.bQ.a
S
2
S
2
=++ (2.18)
Với:

22
s.Xs.Ra +=

s.X.U.2b
=


(
)
2222
2
2
UEPs.XRsPUc −++=
Do đó,

a
2

ac4bb
Q
2
S
−±−
= (2.19)
Điều quan trọng ở đây là luôn luôn có đáp số cho Q
C
bất kể giá trị nào của P
L
. Điều
này dẫn đến các kết luận quan trọng sau:
Một thiết bị bù công suất phản kháng thuần tuý có thể hạn chế sự thay đổi điện
áp nguồn cung cấp mà nguyên nhân gây ra bởi sự thay đổi công suất tác dụng và công
suất phản kháng của tải.
Miễn là có thể điều khiển dễ dàng công suất phản kháng của thiết bị bù trong một
phạm vi vừa đủ (nói chung kể cả chậm sau và vượt trước). Ở một tốc độ vừa đủ thì thiết
bị bù có thể hoạt động như một bộ phận điều áp lý tưởng. Cần phải thừa nhận rằng, chỉ
có biên độ điện áp là điều khiển được còn góc pha của nó thay đổi liên tục theo dòng
điện tải.
Như ở trên đã nói, thiết bị bù có thể giảm công suất phản kháng do hệ thống cung
cấp về không như thế nào. Đó là, thay vì làm chức năng điều chỉnh điện áp, thiết bị hoạt
động như một thiết bị hiệu chỉnh hệ số công suất. Nếu thiết bị được thiết kế để làm điều
này, chúng ta có thể thay đổi phương trình (2.14) bằng

- 8 -

Q
S
= Q

C
+ Q
L
= 0
và điện áp thay đổi là:

( )
U
P
jXR
U
QXPR
U
L
SS
LSLS
+=
+
=∆ (2.20)
Giá trị này là độc lập và không bị thiết bị bù điều khiển.
Vậy, thiết bị bù công suất phản kháng thuần tuý không thể một lúc vừa duy trì
điện áp không đổi vừa duy trì hệ số công suất đồng nhất.
Ngoại lệ duy nhất đối với quy tắc này là khi P
L
= 0, nhưng điều này nói chung là
không thực tế. Điều quan trọng cần chú ý là nguyên tắc này áp dụng cho hệ số công suất
tức thời: có thể có một thiết bị bù công suất phản kháng thuần tuý để duy trì cả điện áp
không đổi và hệ số công suất trung bình đồng nhất.
b) Công thức gần đúng cho việc điều chỉnh điện áp.
Các biểu diễn của ∆U

X
và ∆U
R
trong phương trình (2.14) đôi lúc được cho ở dạng
hữu ích như sau: Nếu hệ thống bị ngắt mạch ở thanh cái phụ thì “công suất ngắn mạch
biểu kiến là”:
S
SC
= P
SC
+ jQ
SC
= E.I*
SC
= E
2
/Z*
SC
(2.21)
Với:
Z
SC
=R
SC
+ jX
SC

I
SC
: Dòng ngắn mạch

Vì
SCSC
Z*Z = , ta có:
SCSC
2
SCS
S/sco.Esco.ZR ==
ϕ
(2.22)
Và:
SCSC
2
SCSCS
S/sin.Esin.ZX ϕ=ϕ= (2.23)
Với: tg
SC
= X
S
/R
S
Đó là tỷ số X/R của hệ thống cung cấp. Thay vào phương trình (2.12) cho R
S
và
X
S
, chuẩn hoá ∆U
X
và ∆U
R
theo U và giả thiết E/U ≈1, ta có:

∆U
R
/ U ≈ (P
L
cosϕ
SC
+ Q
L
sinϕ
SC
)/S
SC
(2.25)
∆U
X
/ U ≈ (P
L
cosϕ
SC
- Q
L
sinϕ
SC
)/S
SC
(2.26)
∆U
X
thường được bỏ qua vì nó chỉ có khuynh hướng tạo ra sự thay đổi ở một pha
tại một điện áp cung cấp (liên quan đến E), do đó, sự thay đổi về biên độ được thể hiện

bởi ∆U
R
.
Tuy các công thức mang tính gần đúng nhưng có ích vì nó được biểu diễn theo
các đại lượng mà theo cách nói thông thường: Mức độ sự cố hay mức độ ngắn mạch
S
SC
,

tỷ số X/R (tgϕ
SC
), công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tải P
L
và Q
L
.
Để có kết quả chính xác, các biểu diễn ở phương trình (2.25) phải được nhận thêm
E
2
/U
2
.

- 9 -

Lúc này các phương trình được viết ra thể hiện rất rõ ∆U gắn liền với một sự thay
đổi toàn bộ từ 0 đến P
L
hay từ 0 đến Q
L

trong phụ tải. Các phương trình 2.14, 2.15, 2.16
cũng có các giá trị đối với các thay đổi nhỏ của P
L
và Q
L
, do vậy:
∆U
R
/ U = (∆P
L
cosϕ
SC
+ ∆Q
L
sinϕ
SC
)/S
SC
(2.27)
Nếu điện trở cung cấp R
S
<< X
S
thì cho phép bỏ qua các thay đổi điện áp gây ra
bởi các thay đổi công suất tác dụng ∆P do đó điều chỉnh điện áp được thực hiện theo
phương trình:
∆U

/ U ≈ ∆U
R

/ U = Q
L
sinϕ
SC
/S
SC
(2.28)
Nghĩa là sự thay đổi hay thay đổi điện áp trên mỗi đơn vị bằng tỷ số của thay đổi
công suất phản kháng ở mức độ ngắn mạch của hệ thống cung cấp. Quan hệ này có thể
biểu diễn bằng đồ thị như ở hình 2.4 cho thấy đặc tính về điện áp của hệ thống cung cấp
(đường tải của hệ thống) gần tuyến tính. Một cách thể hiện khác là:







−≈
+
≈
SC
L
SC
L
S
Q
1.E
S
Q

1
E
U (nếu Q<<Q
SC
) (2.29)
Mặc dù đặc tính này chỉ gần đúng nhưng rất hữu ích vì cho thấy được hoạt động
của thiết bị bù sẽ trình bày ở phần dưới đây.












2.2 .PHƯƠNG PHÁP TÍNH BÙ TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI VẬN HÀNH HỞ
Tính toán để lắp đặt tối ưu cho tụ trong trường hợp tải phân bố đều.
Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán bù cho lưới phân phối, mỗi phương
pháp có một giả thiết nhất định, để đơn giản hoá việc tính toán và dĩ nhiên, khả năng áp
dụng cũng bị ràng buộc với các điều kiện giả định đó.
.
a) Trường hợp phụ tải tập trung và phân bố đều.
U

∆
U

Độ dốc =
SC
S
U
−
Q
L
Đường phụ tải HT
0
Hình 2.4:
Đặc tính gần đúng quan hệ điện áp/ công suất
phản kháng do hệ thống cung cấp.


- 10 -
Xét hình dưới 2.5, biểu diễn một xuất tuyến thực tế gồm nhiều phân đoạn với các
phụ tải phân bố đều và tập trung (hoặc gộp lại).

Giả thiết, tổn thất I
2
R được gây ra bởi dòng điện I chậm sau của đường dây chạy
qua mạch điện có điện trở R, do đó chúng được biểu diễn như sau:
(
)
(
)
(
)
30.2RsinIRcosIRI
22
2
ϕ+ϕ=
Sau khi thêm vào tụ với dòng I
C
, kết quả là dòng điện đường dây mới I
1
với tổn
thất mới I
1
2
R, như vậy:
(
)

(
)
(
)
31.2RIsinIRcosIRI
2
C
2
2
−ϕ+ϕ=
Vậy, tổn thất giảm do lắp đặt thêm tụ điện là:
(
)
32.2RIRIP
2
1
2
s1
−=∆
Từ đó ta có:
(
)
RIRsinI2P
2
C
2
s1
−ϕ=∆ (2.33)
Giả sử chiều dài của phân đoạn đường dây là 1 cho mỗi đơn vị chiều dài, như
hình 2.6 thì dạng dòng điện ở một điểm cho trước trên xuất tuyến là hàm số của khoảng

cách tính từ điểm đầu xuất tuyến. Do đó, tổn thất vi phân của I
2
R của đoạn vi phân dx
có vị trí x có thể được biểu diễn:

(
)
[
]
RdxxIII3dP
2
211s1
−−= (2.34)
Do đó, tổng tổn thất I
2
R của xuất tuyến là:

( )
[ ]
( )
∫ ∫
= =
++=−−==
1
0x
2
221
2
1
1

0x
2
211s1tt
RIIIIRdxxIII3dpP
(2.35)
Tải phân bố đồng nhất trên xuất tuyến
I
2
I
1
d
x
Phân bố dòng
I = I
1
- (I
1
- I
2
)
Dòng phản kháng (sin
Φ
)
Chậm sau
Vượt trước
x

l
0

Hình 2.5: Xuất tuyến với phụ tải gộp lại hay tập trung và các phân bố
tải đều và dạng phân bố dòng điện trước khi lắp đặt tụ.


- 11 -
a) Giảm tổn thất điện năng nhờ lắp đặt tụ:
*Trường hợp 1: Một bộ tụ điện
Việc chen thêm một bộ tụ điện trên xuất tuyến sơ cấp làm phá vỡ tính liên tục của
đường phân bố tải phản kháng, làm thay đổi dạng phân bố của dòng phản kháng, và kết
quả là giảm tổn thất như biểu diễn ở hình bên đây.

Hình 2.6: xuất tuyến với phụ tải gộp lại hay tập trung và các phân bố tải đều và
dạng phân bố dòng điện sau khi lắp đặt tụ.
Do đó, phương trình tổn thất sau khi lắp thêm 1 bộ tụ là:
P
'
1s

= 3
Rdx]Ix)II(I[
2
c21
x
0x
1
1
−−−
∫
=
+ 3 Rdx]x)I(I[

2
I1
0
xx
1
2
1
−
=
−
∫
(2.36)
Hay : P
'
1s

= (I
1
2
+ I
1
I
2
+ I
2
2
)R + 3x
1
[(x
1

- 2)I
1
I
c
– x
1
I
2
I
c
+I
c
2
]R (2.37)
Vậy , việc giảm tổn thất công suất cho mỗi đơn vị do việc lắp đặt thêm tụ :
∆P
1s
=
s1
'
s1s1
P
PP −
(2.38)
Thay (2.35) & (2.36) vào phương trình (2 .38) ta có:
∆P
1s
=
R)IIII(
R]IIIxII)2x[(x3

2
221
2
1
2
C2C1c1a1
++
+−−−
(2.29)
Chia tử và mẫu số cho I
1
2
ta có :
∆P
1s
=
R)
I
I
I
I
1(
x3
2
1
2
2
1
2
1

++
−
[(2-x
1
)
1
C
I
I
+ x
1
2
1
2C
I
II
- )
I
I
(
1
C
2
] (2.30)
Nếu C được xác định là tỉ số của lượng tụ ( C - kVAr ) đối với phụ tải phản kháng
tức là :
c = (c kVAr của tụ điện được lắp đặt ) / (Tổng phụ tải phản kháng) (2.31)

- 12 -
c =

I
2
I
I
(2.32)
Gọi λ là tỉ số của dòng phản kháng ở cuối phân đoạn đối với dòng phản kháng tại
điểm đầu phân đoạn thì :
λ = (Dòng pk tại điểm cuối phân đoạn) / (Dòng pk tại điểm đầu) (2.33)
λ =
1
2
I
I
(2.34)
Thay (2.33) & (2.34) vào (2.30) , độ giảm tổn thất của mỗi đơn vị là :
∆P
1s
=
2
1
1
3
λ
λ
+
+
x
[(2-x
1
)c + x

1
λc – c
2
] (2.35)
Hay:
∆P
1s
=
2
1
1
3
λ
λ
+
+
x
[(2-x
1
)c + x
1
λc – c
2
] (2.36)
Với X
1
: Khoảng các đơn vị bộ tụ điện tính từ điểm đầu của điểm phân đoạn.
Nếu
α
được xác định là số nghịch đảo của 1 +

λ
+
λ
2
thì :

α
=
2
1
1
λ
λ
+
+

Phương trình (2.36) có thể biểu diễn như sau :
∆P
1s
= 3
α
.c.x
1
[(2 – x
1
) +
λ
x
1
– c ] (2.37)

Các hình (2.8) đến (2.13) cho thấy việc giảm tổn thất có thể hoàn thành bằng cách
thay đổi việc lắp một tụ điện đơn với các kích cỡ dung lượng cho trước với các tỷ số bù
dọc theo xuất tuyến cho các tải khác nhau .
0.
0.
0.
0.4

0.
0.
0.
0.
0.
0

1.0

0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
C=1.0

C=
0.1

C=
0.9

C=
0.2

C=
0.8

C=
0.3

C=
0.7

C=
0.4

C=
0.5

C=
0.6

0.
Hình 2.7 :
Độ giảm tổn thất là một hàm số của vị trí lắp đặt tụ bù và tỷ số
bù tụ cho 1 phân đoạn đường dây có các phụ tải phân bố đều .

- 13 -
Ví dụ : tải phân bố đồng nhất (
λ
= 0), tập trung hay gộp lại (
λ
= 1), hay tổng hợp
của tập trung và phân bố đều (0 <
λ
< 1). Dùng các hình vẽ này trong các trường hợp
cho sẵn, các hệ số cần phải được biết trước:
1/Tổn thất ban đầu do dòng phản kháng.
2/Tỷ lệ bù tụ.
3/Vị trí lắp đặt của bộ tụ.
Hình (2.7) cho ta độ giảm tổn thất do một bộ tụ cho trước của một cỡ nào đó và
được lắp đặt ở vị trí tối ưu trên xuất tuyến với các tổ hợp của tải trên cơ sở của phương
trình (2.37).

0.3

0.1

0.2

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0

1.0

0.1

0.
3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.9

0.8

C=
0.1

C=
0.3

C=
0.9

C=
0.4

C=
0.8

C=
0.5

C=
0.6

C=
0.7

0.
2

C=
1.0

C=
0.2

đ
ộ giảm tổn thất

vị trí lắp đặt tụ bù
Hình (2.8) cho ta độ giảm tổn thất khi lắp đặt bộ tụ có dung lượng tối ưu với các tổ
h
ợp các loại tải.


- 14 -

Hình 2.12 : Độ giảm tổn thất do lắp đặt tụ bù tại vị trí tối ưu cho 1 phân đoạn
đường dây có nhiều tổ hợp tải tập trung và phân bố đều .
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
C=0.1
C=0.2
C=0.3
C=0.4
C=0.5
C=0.6
C=0.7
C=0.8
C=0.9
C=1.0
đ
ộ giảm tổn thất
p.u

0.1

0.
3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.9

0.8

0.
2

1.0

ג
=1/4
ג
=1/2

ג
=3/4
0.3

0.1

0.2

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0

1.0

ג
=0

ג
=1
Hình 2.11
: Độ giảm tổn thất là một hàm của vị trí lắp đặt và tỷ số bù t
ụ cho 1
phân đo

ạn đường dây với một tổ hợp phụ tải tập trung và phân bố đều .


- 15 -




















Hình 2.13 : Độ giảm tổn thất do lắp đặt tụ bù tại vị trí tối ưu cho 1 phân đoạn
đường dây có nhiều tổ hợp tải tập trung và phân bố đều .

2.3 PHÂN TÍCH KINH TẾ BÀI TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.3.1 Tiền lãi NPV và thời gian thu hồi vốn đầu tư (Thv)
a) Tiền lãi sau n năm vận hành tụ bù (NPV – Net Present Value)

Do ở Việt Nam không tính đến chi phí cho công suất nên chỉ xét đến lợi ích do
giảm tổn thất điện năng, vì lẽ đó, ta có:

( )
∑
=
−
+
=
n
1i
b0
t
At
Q.V
r1
1
c.DANPV (1)
b) Thời gian thu hồi vốn (Thv)
Thời gian thu hồi vốn là số năm để NPV lớn hơn tổng giá trị đầu tư ban đầu:
NPV ≥ V = V
0
.Q
b

Với NPV tính theo công thức (1) trên là hàm luận chứng kinh tế.
Nếu NPV ≥ 0 là đầu tư có lãi về mặt tổng quát, về mặt xã hội.
2.3.2 Phương pháp tính độ giảm tổn thất điện năng (DA)
Độ giảm tổn thất điện năng do lắp đặt tụ bù là:
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9

1.0
ג
=1/4

ג
=0

ג
=1/2

ג
=3/4

ג
=1

đ
ộ giảm tổn thất b
ù

vị trí lắp đặt tụ bù

- 16 -

(
)
2
dm
2'
b

'
b
'
tb
U1000
QQ.Q2R.T
DA
−
=
(2)

(
)
2
dm
2'
bi
'
bi
'
tbii
i
U1000
QQ.Q2R.T
DA
−
=
(3)
Trong đó:
- Lần thứ hai: tính công suất bù đi qua các nhánh.

Công thức giản ước tính toán lưới điện trung áp:

∑
∈
=
i
Cj
'
tbitb
QQ
(4)
Với C
i
: tập các phụ tải được cấp điện qua nhánh i.
Và
∑
∈
=
bi
Cj
'
tbibi
QQ
(5)
Với C
bi
: tập các nút bù được cấp điện qua nhánh i
Sau khi tính được Q
tbi
và Q

bi
, áp dụng công thức (2) để tính DA
i
và tính DA cho
toàn lưới như sau:
∑
=
i
i
DADA
(6)
2.3.3 Phân tích kinh tế cho bài toán bù tối ưu.
2.4: Mô hình tổng quát bài toán bù
2.4.1. Hàm mục tiêu.
S = F
1
[ n,l,Q
bi
, T
bi
,Q
bi
(t) ] + F
2
[ n, l
i,
Q
bi
] + F
3

(Q
bi
) + F
4
(Q
b
) – F
5
(n,Q
bi
) – F
6
[n,
Q
bi
, T
bi
]
Ý nghĩa của các thành phần như sau:
F
1
[ n,l,Q
bi
, T
bi
,Q
bi
(t) là lợi ích thu được do giảm tổn thất điện năng so với trước
khi đặt bù: F
1

[ n,l,Q
bi
, T
bi
,Q
bi
(t) =C
A
.DA
Trong đó C
A
là chi phí biên cho 1kWh tổn thất điện năng.
DA là độ giảm tổn thất điện năng so với trước khi bù. DA phụ thuộc cấu trúc
lưới, đồ thị phụ tải công suất phản kháng, cấu trúc trạm bù, số lượng, vị trí, chế độ vận
hành tụ bù.
F
2
[ n, l
i,
Q
bi
] là lợi ích thu được trên hệ thống điện do giảm được yêu cầu công
suất tác dụng ở thời điểm đỉnh của phụ tải do giảm được tổn thất công suất tác dụng do
bù: F
2
[ n, l
i,
Q
bi
] = C

p
.K
tđ
.DP
122
)1.(
t
pQP ++ =N


Từ đây t
1
=
)1ln(.2
)ln(ln.2
22
p
QPN
+
+−
(2.8)
t
2
=
)1ln(.2
))(ln(ln.2
2
0
2
p

QQPN
+
−+−
(2.9)

- 17 -
DK =
















+
+
−









+
+
2
1
1
1
1
1
1
1
tt
T
g
f
g
f
K
Và lợi ích 1 năm là f
3
[Q
b
] = a.DK (2.10)
2. Phụ tải đỉnh của trạm sau khi bù là:
S’ =
22
)(

b
QQP −+
Phụ tải giảm được sau khi bù là:

∆S =
222222
)()(
bb
QQPSQQPQP −−−=−−−+ (2.11)
f
3
(Q
b
) = C
S
.∆S (2.12)
F
4
(Q
b
) là lợi ích của hệ thống điện do đặt bù tính từ thanh cái cao áp của trạm khu
vực trở lên. F
4
(Q
b
) = C
q
.Q
b
(2.13)

C
q
là lợi ích năm của heejthoongs điện do đặt bù (đ/kVAr)
F
5
(n,Q
bi
) là chi phí năm để đặt thiết bị bù.
- Chi phí cho một trạm bù Q
bi
(kVAr)
K
bi
= K
0i
+ C
b
(Q
bi
).Q
bi
Chi phí cho trạm bù
∑∑∑
===
+=
n
i
bibib
n
i

i
n
i
bi
KQCKK
11
0
1
)(
K
0i
là thành phần cố định của 1 trạm bù. C
b
(Q
b
) là giá đơn vị công suất tụ bù là
hàm phụ thuộc công suất bù, là hàm phi tuyến, rời rạc của Q
b
.
Chi phí 1 năm sẽ là tích của chi phí đặt bù với lợi nhuận yêu cầu của vốn
đầu tư a:
F
5
(n,Q
bi
) =
( )







+
∑∑
==
n
i
bi
n
i
bibi
KQCKa
11
0
.
( 2.14)
Trong các bài toán cụ thể có thể áp dụng 2 giản ước:
- Coi C
b
(Q
b
) = C
b
= const
- F
5
(n,Q
bi
) = a.[ ∑K

oi
+ C
b
∑Q
bi
] (2.15)
- Bỏ qua K
oi
và coi C
b
= const
- F
5
(n,Q
bi
) = a.C
b
.∑Q
bi
= K
C
.Q
b
(2.16)
- F
6
(Q
b
) là tổn thất điện năng trong thiết bị bù:
- F

6
(Q
b
) =
bi
n
i
biA
TQC
1
∑
=
ε (2.17)
2.4.2. Các hạn chế
Theo hãng ABB, đối với lưới điện có độ không sin cao, để tránh cộng hưởng,
công suất bù ở thanh cái hạ áp bị hạn chế bởi công thức sau:
Q
b
<
%.
%100.
2
N
dm
UV
S


- 18 -
Trong đó V là số của sóng hài bậc cao được xét đến.

2.5. Tính toán để xác định việc lắp đặt tụ điện tối ưu cho trường hợp tải phân
bố đều
Hiện nay có nhiều phương pháp tính bù công suất phản kháng cho lưới điện phân
phối, mỗi phương pháp có một giả thiết nhất định để đơn giản việc tính toán và dĩ nhiên
khả năng áp dụng cũng bị ràng buộc với các điều kiện giả định đó. Ở đây chúng ta xem
xét các phương pháp tính bù với tụ điện được lắp đặt rải trên lưới, vì việc bù rải trên
lưới mang nhiều hiệu quả trong việc cải thiện phân bố điện áp và nâng cao hệ số cosφ
cục bộ cho các phụ tải tốt hơn là bù tập trung để chứng minh ta xét các trường hợp sau:













0

Giả thiết tổn thất công suất tác dụng I
2
R bị gây ra bởi dòng điện phản kháng I
chậm pha sau của đường dây chạy qua mạch có điện trở R, do đó chúng được biểu diễn
như sau:
I
2
R = (I.cosφ)
2
.R + (I.sinφ)
2
.R (2.18)
Sau khi lắp đặt thêm tụ bù vào với dòng I
c
kết quả dòng điện trên
đường dây lúc đó sẽ là:
x

Phụ tải phân bố đều

L=1.0 pu chiều dài

Tải tập trung

dx
Phân bố dòng
i= xIII )(
211
−−
2

I
2
I
1
I
Hình 2.3: Xuất tuyến sơ cấp với các phụ tải phân bố đều và tập trung,
phân phối dòng điện phản kháng trước khi lắp đặt tụ bù
1
I
Vượt trước Chậm sau

- 19 -
I
2
R = (I.cosφ)
2
.R + (I.sinφ - I
c
)
2
.R (2.19)
Ta thấy tổn thất công suất giảm đi do lắp đặt thêm tụ bù một lượng là:
∆P
ls
= I
2
R – I
2
l
R (2.20)

∆P
ls
= 2.(I.sinφ)
2
I
c
R – I
2
c
R (2.21)
dP
ls
= 3[I
1
- (I
1
– I
2
).x]
2
R.dx (2.22)
Do đó tổng tổn thất công suất của xuất tuyến :
P
ls
=
[ ]
lRIIIIdxRxIIIPd
x x
.) ( ).(.3
2

221
2
1
1
0
1
0
2
211
++=−−=∆
∫ ∫
= =
(2.23)
2.5.1. Trường hợp mắc 1 tụ điện

Phương trình tổn thất công suất sau khi lắp đặt thêm 01 bộ tụ bù như sau:
P’
ls
=
( )
[ ]
( )
[ ]
dxRxIIIdxRIxIII
xx
x
x
C
3 3
1
1
2
211
1
0
2
211
∫∫

==
−−+−−−
(2.24)
Hay: P’
ls
= (I
1
2
+ I
1
.I
2
+ I
2
2
).R + 3.x
1
[ (x
1
– 2)I
1
.I
C
– x
1
.I
C
+ I
2
C

].R (2.25)
Phụ tải phân bố đều

L=1.0 pu chiều dài

Tải tập trung
X1
2
I
2
I
1
I
0

X1
C
I
1
I
Phân bố dòng mới
xIIIi )(
211
−−=
Phân bố dòng cũ
Hình 2.4: Giảm tổn thất công suất với 1 bộ tụ bù
Vượt trước Chậm sau
CC
IxIIIIiI −−−=−= )(
2111

- 20 -
∆P =
ls
lsls
P
PP
'
−
(2.26)
Thay (2.23) vào (2.24) ta có:
∆P
ls
=
[
]
RIIII
RIIIxIIxx
CCC
).(
)2(3
2
221
2
1
2
21111
++
+−−−

(2.27)
∆P
ls
=
















−+−








++

−
2
111
2
1
1
1
2
1
2
1
2
1
).2(.
3
I
I
I
I
I
I
x
I
I
x
I
I
I
I
I

x
CCC
(2.28)
Nếu c được xác định là tỷ số của lượng tụ C(kVA) đối với phụ tải phản kháng:
c = CkVA của tụ điện được lắp đặt / tổng phụ tải phản kháng
c = I
C
/ I
1
(2.29)
λ = I
2
/ I
1
(2.30)
∆P
ls
=
[ ]
2
11
2
1
).2(.
1
3
ccxcx
x
−+−
+

+
λ
λ
λ
(2.31)
2.5.2. Trường hợp lắp 2 bộ tụ điện.






















Vư
ợt tr

ư
ớc

Chậm sau
Phụ tải phân bố
đều


Tải tập trung
2
I
2
I
1
I
0

X2
1
I
Phân bố dòng
mới
I
I
I
i
)
(
2
1

1
−
−
=
Hình 2.5: Giảm tổn thất với 2bộ tụ điện
C
I
C
I
1.0pu
C
I2
xIIIi −−−= )(1
2
1
1
xIIIi
2
)(2
2
1
1
−−−=
C
I
C
I

- 21 -

[ ]
[ ] [ ]
∫ ∫
∫
= =
=
−−−+−−+
+−−−=
0
1
0
2
2
211
2
211
1
0
2
211
'
) ).(.3 ).(.3
).(.3(
xx xx
CC
x
x
Cls
dxRxIxIIIdxRIxIII
dxRIxIIIP

(2.32)
∆P
ls
= 3.α.c.x
1
[ (2 – x
1
) + λx
1
– 3c] + 3.α.c.x
2
[(2 – x
2
) + λx
2
– c] (2.33)
Hay ∆P
ls
= 3.α.c.{x
1
[ (2 – x
1
) + λx
1
– 3c] + x
2
[(2 – x
2
) + λx
2

– c]} (2.34)
2.5.3. Trường hợp lắp 3 bộ tụ điện.
























c]}
(2.35)
2
I

Phụ tải phân bố

đều



Tải tập trung
2
I
1
I

0

X3

1
I
Phân bố dòng mới
xIIIi )(
211
−−=
Hình 2.6: Giảm tổn thất với 3 bộ tụ điện
C
I
C
I
1.0pu
X2

C
I
X1

C
I
C
IxIIIi −−−=
)2111
(
C
I
C
IxIIIi 3)(
2113
−−−=
I
xIIIi 2)(2
211
−−−=

C
I
Vư
ợt tr
ư
ớc

Chậm sau

- 22 -
2.5.4. Trường hợp lắp 4 bộ tụ điện
Giả sử có 4 bộ tụ cùng kích cỡ được lắp đặt như trên hình 2.7 phương trình giảm
tổn thất trên một đơn vị là:
∆P
ls
=
[
]
[
]
[ ] [ ]






−+−+−+−
+−+−+−+−
cxxxcxxx
cxxxcxxx
c
444333
222111
)2(3)2(
5)2(7)2(
3
λλ
λλ

α
(2.36)


























Hình 2.7. Giảm tổn thất với 4 bộ tụ điện

2.5.5. Trường hợp lắp n bộ tụ điện

C
I

Ph
ụ tải phân bố

đ
ều

Tải tập trung
2
I
2
I
1
I

0

1
I
phân bố dòng mới
xIIIi )(
211
−−=
1.0pu
x

2

C
I

C
IxIIIi −−−=
)2111
(

C
IxIIIi 3)(
2113
−−−=

C
IxIIIi 2)(2
211
−−−=
C
I

x
4

x
3

x
C

I

C
I

C
I

C
I

C
I

C
IxIIIi 4)(4
211
−−−=
Vượt mức
Chậm sau

- 23 -
CHƯƠNG 3
ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PSS/ADEPT TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG CHO ĐƯỜNG DÂY 22 KV SAU THANH GÓP TRẠM E64 –
THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN

3.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM PSS/ADEPT
3.2 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN TRONG PHẦN MỀM PSS/ADEPT
3.2.1 Bước 1 thiết lập thông số của mạng điện

3.2.1.1 Xác định thư viện dây dẫn
3.2.1.3. Xác định hằng số kinh tế của lưới điện
3.2.2 Bước 2 tạo sơ đồ cho lưới điện
3.2. 3.Bước 3 chạy các chức năng tính toán
3.2.4 Bước 4 lập báo cáo
3.2.4.1 Xem hiển thị kết quả phân tích ngay trên sơ đồ
3.2.4.2 Xem hiển thị kết quả tính toán trên cửa sổ Progress View
3.2.4.3 Xem hiển thị kết quả tính toán chi tiết từ phần report của phần mềm
PSS/ADEPT
3.3. ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PSS/ADEAPT TÍNH TOÁN BÀI TOÁN
CHỌN VỊ TRÍ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TỐI ƯU CHO MỘT XUẤT
TUYẾN 22KV TRẠM E64 – THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
3.3.1. Giới thiệu về lưới điện phân phối thành phố thái nguyên
3.3.1.1 Giới thiệu chung
3.3.1.2. Giới thiệu chung về trạm biến áp 110/22 kV Thịnh Đán
3.3.2. Tính toán chọn vị trí bù công suất tối ưu.
3.3.2.1. Các thông số của đường dây