1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LÊ QUANG TUÂN
PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ CỦA LƯỚI PHÂN
PHỐI VÀ GIẢI BÀI TOÁN BÙ TỐI ƯU
Chuyên ngành :KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số :60520202
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN – NĂM 2014
2
Công trình được hoàn thành tại:TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG
NGHIỆP THÁI NGUYÊN
Người HDKH: GS.TS LÃ VĂN ÚT
Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN HỮU CÔNG
Phản biện 2: TS TRẦN XUÂN MINH
Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại:TRƯỜNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN
Vào hồi 15 giờ 30 ngày 18 tháng 08 năm 2014
Có thể tìm đọc luận văn tại thư viện:Trung tâm học liệu Đại học Thái
Nguyên, Thư viện trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên
3
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Thực tế Lưới điện phân phối ở nước có sự phân bố rộng khắp các khu vực
lãnh thổ do vậy lưới điện phân phối chiếm vị trí quan trọng và nó quyết định tới
chất lượng điện năng tại nơi tiêu thụ.Với sự phát triển nhanh chóng phức tạp của
lưới điện phân phối thì yêu cầu về chất lượng điện năng và hiệu quả kinh tế của
lưới điện ngày càng cao.
Trong khi đó một trong những biện pháp hiệu quả để giảm tổn thất điện
năng,vận hành kinh tế và cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật của lưới điện phân phối là
đặt thiết bị bù.
Mặt khác hiện nay xuất hiện nhiều phương tiện bù khác nhau có chất lượng
cao ví dụ như bù tụ điện có thể điều chỉnh tự động dung lượng, hoặc sử dụng thiết
bị SVC_là thiết bị bù ngang tĩnh được lắp đặt ở các nút để nhanh chóng điều chỉnh
điện áp, và cũng có tác dụng nâng cao ổn định.
Do vậy áp dụng thiết bị bù là cấp thiết và có ý nghĩa kinh tế quan trọng.
Cũng vì lý do này mà đề tài: “ Phân tích ,tính toán chế độ của lưới điện phân phối
và giải bài toàn bù tối ưu” được chọn xuất phát từ ý tưởng nêu trên.
2. Mục tiêu nghiên cứu:
Tổng quan các phương pháp tính toán phân tích tổn thất, các phương pháp
hiệu quả bù kinh tế và lựa chọn phương pháp hiệu quả và phù hợp nhất để ứng
dụng vào thực tế cho một mạng phân phối.
Luận văn sẽ áp dụng cụ thể vào một số nhánh của lưới điện thành phố Thái
Nguyên để đánh giá hiệu quả của phương pháp bù.
3. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa lý thuyết với tính toán và kiểm tra trên sơ đồ cụ thể. Về lý
thuyết, nghiên cứu các tài liệu tham khảo, đặc biệt là các tài liệu chuyên ngành về
4
thiết bị bù, phương pháp bù, nâng cao chất lượng điện năng. Sử dụng phần mềm
để tính toán bài toán bù.
Đánh giá hiệu quả bù dùng phương pháp so sánh tổn thất trước và sau bù, so
sánh các phương pháp khác nhau để lựa chọn được phương pháp phù hợp và hiệu
quả nhất để áp dụng vào lưới điện cụ thể.
Các phương pháp chủ yếu hiện nay để tính toán phương pháp bù:
-Phương pháp đặt bù theo chi phí tính toán cực tiểu Z
min
.
-Áp dụng thuật toán quy hoạch toán học để cực đại hóa lợi nhuận trong khoảng
thời gian tính toàn định trước.
-Phương pháp cực tiểu hóa thời gian thu hồi vốn của thiết bị bù.
Dự kiến sẽ sử dụng phương pháp cực tiểu hóa thời gian thu hồi vốn của thiết
bị bù. Phương pháp này có lợi thế là rất dễ đánh giá hiệu quả của thiết bị bù. Nếu
thời gian thu hồi vốn nhỏ hơn thời gian định trước thì nên đặt thiết bị bù. Nếu thời
gian thu hồi vốn lớn hơn thời gian định trước thì không nên đặt thiết bị bù. Chỉ đặt
thiết bị bù khi thời gian thu hồi vốn nhỏ hơn thời gian quy định.
4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
4.1. Ý nghĩa khoa học
Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ,
lượng tổn thất điện năng trong quá trình này là rất lớn, các khảo sát, báo cáo gần
đây cho thấy tổn thất điện năng trong lưới phân phối chiếm tỉ lệ cao (5-7)%. Chất
lượng điện áp trong lưới phân phối tại một số nút không đáp ứng được tiêu chuẩn.
Trong khi đó nước ta đang trong giai đoạn hội nhập, mở cửa, thực hiện công
nghiệp hóa, hiện đại hóa, nhu cấu sử dụng điện tăng nhanh, tình hình thiếu điện
ngày càng trầm trọng. Do vậy việc thực hiện giảm tổn thất điện năng lưới điện
phân phối góp phần năng cao chất lượng điện năng, giúp hệ thống hoạt động hiệu
quả hơn góp phần tích cực đưa nền kinh tế đất nước phát triển bền vững.
5
4.2. Tính thực tiễn của đề tài.
Đề tài nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tế của lưới điện phân phối Sông
Công - Thái Nguyên do vậy kết quả mang tính chất thực tiễn có thể áp dụng rộng
rãi.
Các nội dung chính:
Chương 1: Tổng quan về tổn thất điện năng và phương pháp bù kinh tế
trong lưới điện phân phối.
Chương 2: Phương pháp tính toán lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối
ưu.
Chương 3: Nghiên cứu áp dụng bù kinh tế cho lưới điện phân phối chi
nhánh điện Sông Công - Thái Nguyên
Kết luận chung
Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo GS.TS LÃ VĂN
ÚT – người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này.
Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban
Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuận
lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học.
6
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP BÙ KINH TẾ TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.1. Tổn thất điện năng trong hệ thống điện và vấn đề giảm tổn thất
khi vận hành
1.1.1. Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong HTCCĐ
Tổn thất điện năng trong hệ thống điện luôn luôn tồn tại do nhiều nguyên
nhân khác nhau: mất mát năng lượng do hiệu ứng Joule, tổn thất từ trễ và dòng
Foucault trong lõi từ của máy điện, tổn thất vầng quang trên các đường dây truyền
tải điện, tổn thất do sai số trong hệ thống đo đếm, tổn thất do gian lận sử dụng
v.v… Những nguyên nhân này có thể được chia thành 2 nhóm: tổn thất kỹ thuật và
tổn thất phi kỹ thuật.
a.Tổn thất kỹ thuật
- Tổn thất trên điện trở của mọi phần tử có dòng điện chạy qua
- Các tổn thất không tải do phần tử mang điện áp
- Tổn thất vầng quang
- Tổn thất ở lưới truyền tải:
- Tổn thất ở lưới phân phối:
b. Tổn thất phi kỹ thuật
- Tổn thất do sai số của thiết bị đo đếm
- Tổn thất do lỗi trong việc tính toán hóa đơn điện năng tiêu thụ
- Tổn thất do gian lận, ăn trộm điện của người sử dụng
1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất và khả năng giảm thiểu tổn thất
a. Điện áp làm việc của trang thiết bị
Làm việc với điện áp càng cao, dòng điện càng bé, vì thế chọn cấp điện áp khi
thiết kế (đường dây, máy biến áp) và điều chỉnh điện áp lúc vận hành đều có ảnh
hưởng mạnh đến trị số tổn thất công suất và điện năng.
- Nâng cấp điện áp định mức của lưới điện.
7
- Điều chỉnh điện áp tại máy biến áp
b. Truyền tải công suất phản kháng
Cân bằng công suất phản kháng nút là điều kiện cần để đảm bảo chất lượng
điện năng. Mất cân bằng công suất phản kháng điện áp nút sẽ thay đổi. Trong
HTĐ luôn luôn tồn tại quá trình truyền tải công suất phản kháng (kèm theo với
công suất tác dụng), dòng điện tăng lên, làm tăng cao trị số tổn thất công suất tác
dụng
- Ảnh hưởng của các thiết bị bù
- Điện dung tự nhiên của đường dây
2
BUQ =
1.1.3. Vấn đề áp dụng các biện pháp giảm thiểu tổn thất trong điều kiện vận
hành
- Lắp đặt thiết bị bù và điều khiển thiết bị bù (nếu có điều kiện);
- Trang bị các bộ điều áp dưới tải và thiết bị tự động điều áp dưới tải;
- Tạo các mạch vòng cung cấp dạng lưới kín vận hành ở và điều khiển điểm cắt
Biện pháp phổ biến và hiệu quả cao phải kể đến là bù kinh tế. Thực chất đó
là các lắp đặt thiết bị bù tối ưu theo chỉ tiêu theo hiệu quả kinh tế. Khi lắp đặt thiết
bị bù vào những vị trí hợp lí, chi phí cho tổn thất điện năng hàng năm giảm được
nhiều trong khi vốn đầu tư không lớn. Nếu 2 đến 3 năm vốn đầu tư đã được thu hồi
thì việc đặt thiết bị bù được coi là có hiệu quả kinh tế. Trong trường hợp này việc
lựa chọn vị trí và dung lượng bù tỏ ra quan trọng.
Luận văn đi sâu tìm hiểu về biện áp bù tối ưu công suất phản kháng trong
LĐPP. Đánh giá hiệu quả bù trên lưới điện cụ thể dựa trên phương pháp tính toán
phù hợp nhất.
8
1.2. Hiệu quả giảm tổn thất bằng biện pháp bù CSPK
1.2.1. Khái niệm về CSPK
1.2.2 Hệ số công suất và quan hệ với bù CSPK
1.3 Các phương tiện bù CSPK
1.3.1. Máy bù đồng bộ
Xét đường dây trên hình sau:
1.3.2. Tụ bù tĩnh cố định
1.3.3. Tụ bù tĩnh điều chỉnh theo chế độ làm việc
1.4 Tổng quan về mô hình và phương pháp bù kinh tế trong LĐPP
Trước hết cần phân biệt bài toán bù CSPK trong lưới điện truyền tải (LĐTT)
và LĐPP. Với LĐTT bài toán bù thường được đặt ra hơn đó là bù nhằm đảm bảo
điện áp nút, bù nhằm nâng cao giới hạn ổn định, còn được gọi là bù kĩ thuật. Bài
toán bù kinh tế ít được đặt ra trong LĐTT hoặc chỉ được đặt ra như một khả năng
kết hợp với bù kỹ thuật. Vấn đề là ở chỗ tỉ lệ tổn thất trong LĐTT tương đối thấp
(2-4)% lại có rất nhiều nguồn CSPK (máy phát, các đường dây cao áp với CSPK
tự nhiên).
Ngược lại trong LĐPP tỉ lệ tổn thất khá cao (>5%), có khi tới hàng chục
phần trăm như một số khu vực lưới điện Việt Nam. Lưới hình tia xa nguồn, nhận
CSPK từ LĐTT qua trạm trung gian thường rất hạn chế. Công suất điện dung tự
nhiên do các đường dây trung áp sinh ra không đáng kể. Trong trường hợp này bù
Hình 1.5.Đường dây truyền tải có đặt máy bù đồng bộ
X
R
•
2
S
•
2
U
MB
b
Q
•
1
U
1
2
~
9
CSPK làm giảm đáng kể tổn thất do không phải truyền tải CSPK qua lưới. Vấn đề
là vị trí đặt bù có hiệu quả rất khác nhau nên bài toán tìm vị trí và dung lượng bù
tối ưu có ý nghĩa lớn. Các bài toán được đặt ra theo một số dạng khác nhau.
1.4.1. Bài toán bù kinh tế áp dụng thuật toán quy hoạch toán học cực đại hóa
lợi nhuận trong khoảng thời gian tính toán định trước
a. Thành phần lợi ích Z
1
thu được do giảm tổn thất điện năng hàng năm sau
khi đặt thiết bị bù
b. Thành phần chi phí do đầu tư lắp đặt thiết bị bù Z
2
c. Thành phần chi phí cho tổn thất trong bản thân thiết bị bù Z
3
1.4.2 Bài toán bù kinh tế với phương pháp đặt bù theo chi phí tính toán cực
tiểu Z
min
.
1.4.3. Bài toán bù kinh tế với hàm mục tiêu là cực đại hóa lợi nhuận hàng năm
do đặt thiết bị bù
1.5. Kết luận chương 1
1- Công suất phản kháng luôn tồn tại trang HTĐ, có ảnh hưởng mạnh đến
tổn thất điện năng và tính kinh tế vận hành các hệ thố ng cung cấp điện.
2- Để giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu quả kinh tế khi vận hành
LĐPP có thể áp dụng các thiết bị bù để giảm CSPK truyền tải. Tuy nhiên, hiệu quả
chỉ đạt được khi giải bải toán lựa chọn tối ưu vị trí và dung lượng bù.
10
Chương 2
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ DUNG
LƯỢNG BÙ TỐI ƯU
2.1. Đặt vấn đề
Như đã tổng quan trong chương 1, với LĐPP có thể áp dụng các phương
pháp khác nhau để xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu tùy theo cách mô tả bài
toán. Các dạng bài toán thường được quan tâm như: bài toán tìm dung lượng bù
với mục tiêu là cực đại hàm lợi ích (NPV), cực tiểu hàm chi phí tính toán, Thực
chất là đưa bài toán về dạng quy hoạch toán học nhằm giải theo các thuật toán
quen biết. Tuy nhiên, các mô hình này về mặt hình thức có vẻ chặt chẽ và chính
xác nhưng khi ứng dụng lại tỏ ra kém hiệu quả. Có thể kể ra một số hạn chế:
- Không xét chính xác được phân bố công suất tác dụng và phản kháng trên
các phần tử của lưới điện, đặc biệt khi phụ tải các nút thay đổi không đồng nhất
theo biểu đồ. Để thiết lập biểu thức hàm chi phí (phụ thuộc công suất bù các nút)
các mô hình phải áp dụng hàng loạt các giả thiết đơn giản hóa.
- Khi sơ đồ lưới điện và phụ tải tăng trưởng theo thời gian, mô hình bài toán
bị thay đổi cơ bản, rất khó áp dụng để phân tích hiệu quả bù trong những khoảng
thời gian dài.
- Rất khó đưa thêm các điều kiện phụ mang tính chuyên gia vào mô hình, ví
dụ xử lí lựa chọn vị trí bù khi có nhiều nút gần nhau có cùng hiệu quả, các hạn chế
bởi điều kiện kỹ thuật
Thực ra, bài toán bù kinh tế chứa đựng nhiều yếu tố bất định cũng như đòi hỏi
tính chuyên gia của người quản lí. Chính vì vậy một thuật toán mềm dẻo mang tính
tư vấn hơn là quyết định sẽ cho phép ứng dụng hiệu quả hơn trong thực tế.
Luận văn đi sâu nghiên cứu giải quyết bài toán theo hướng này. Phương pháp
dựa trên cơ sở tính toán một chỉ tiêu gắn liền với hiệu quả bù đặt tại các nút khác
nhau, gọi là suất giảm chi phí tổn thất khi đặt thêm dung lượng bù vào nút.
11
2.2. Hiệu quả kinh tế lắp đặt thiết bị bù trong LPP
2.2.1. Hiệu quả làm giảm tổn thất do lắp đặt thiết bị bù
2.2.2. Hiệu quả kinh tế lắp đặt thiết bị bù
2.2.3. Suất giảm chi phí tổn thất và thời gian thu hồi vốn của dung lượng bù
đặt thêm
2.3. Giải bài toán bù tối ưu CSPK trong LĐPP
Có thể chia ra các nội dung sau, khi thực hiện cho một LĐPP cụ thể.
Hình 2.4. Lưới hình tia phức tạp
∆C
0
Q
b gh
Q
∆p
Hình 2.2. Hiệu quả giảm tổn thất của thiết bị bù
Q
b
V C
αV
ΔC
Q
b
Q
b min
Q
b max
αV
0
Q
op
Hình 2.3. Hiệu quả kinh tế
7
A 1 2
4
5
3 6
Q
b4
12
2.3.1. Đánh giá hiệu quả bù tại các nút của LĐPP
2.3.2. Xác định dung lượng bù tối ưu tại các nút theo hàm mục tiêu là cực đại
hóa lợi nhuận thu được hàng năm
Hình 2.5. Sơ đồ thuật toán
Tính toán CĐXL
(xác định phân bố CS
nhánh,điện áp nút)
Tính β
j
theo (2.7)
Tính T
thj
= theo (2.8)
j = 1, 2, , n
Tìm k
β
k
= max(β
j
)
In kết quả
Q
bj
; j =1, 2, ,n
Số liệu kinh tế
g, K
0
,τ
Số liệu lưới
R
i
,X
i
,P
t
,Q
t
Tìm s
T
ths
= max(T
thj
)
T
th s
< T
th đm
Thay đổi
Q
bk
= Q
bk
+ΔQ
b
Kết thúc
Q
bk
= Q
bk
- ∆Q
b
1
0
13
Bước 1: Tính suất giảm chi phí tổn thất
bj
j
Q
C
∂
∆∂
=β
cho mọi nút lựa chọn đặt bù theo
biểu thức chung (2.5). Với các nút có β > 0 tính thời gian thu hồi vốn tương ứng:
0
. .
j
đm
j bj
k
T
P T g
β
=
− ∆
, năm;
Trong đó K
0
- suất vốn đầu tư cho một đơn vị công suất bù đặt thêm.
Bước 2: Xác định nút k có hiệu quả bù cao nhất (
k
β
lớn nhất) và nút s có thời gian
thu hồi vốn
ths
T
lớn nhất (kém hiệu quả nhất).
Bước 3: So sánh thời gian thu hồi vốn của nút kém hiệu quả nhất
ths
T
với thời hạn
thu hồi vốn đầu tư định mức
đm th
T
. Nếu
ths
T
<
đm th
T
thì tăng thêm dung lượng bù cho
nút k (nút có hiệu quả bù cao nhất) một lượng
b
Q
∆
và quay lại thực hiện bước 1.
Ngược lại, nếu T
ths
>T
th đm
thì quá trình kết thúc, in dung lượng bù các nút ở bước
cuối cùng (loại bỏ
b
Q
∆
ở bước tăng cuối cho nút k). Trị số
b
Q
∆
tăng thêm ở mỗi
bước cần đủ nhỏ, ví dụ lấy
b
Q
∆
=
)105(
÷
kVAr. Quá trình dung lượng bù các nút
tăng thêm làm giảm dần trị số
b
Q/C
∂∆∂=β
, do đó thời gian thu hồi vốn
th
T
tăng
lên. Quá trình tính toán kết thúc sau một số hữu hạn bước lặp, khi
sth
T
>
đm th
T
. Trị
số dung lượng bù tích lũy được cho đến bước cuối cùng được nhận làm dung
lượng bù kinh tế. Với các dung lượng này thời gian thu hồi vốn đầu tư thiết bị bù
cho mọi nút xấp xỉ nhau, gần với trị số định mức, tương ứng với điều kiện tối ưu
(2.9) và (2.10).
2.3.3. Xác định dung lượng bù tối ưu cho một số ít nút đã chọn
Xét đến các đặc điểm này bài toán bù kinh tế LĐPP cần thực hiện theo các
bước sau:
1) Xác định hiệu quả bù cho tất cả các nút, thực chất là tính biểu thức (2.4)
ứng với dung lượng đã có của thiết bị bù. Chọn N nút có hiệu quả bù cao nhất.
2) Thực hiện tính toán xác định dung lượng bù kinh tế tương tự bài toán trên
(trong mục 2.3.2).
14
3) Dựa vào dung lượng bù kinh tế nhận được, chọn lại các nút tính toán (loại
bỏ các nút có dung lượng nhỏ, giảm bớt các nút bù cạnh nhau có dung lượng bù
không lớn).
4) Tính toán lại cho đến phương án hợp lý.
2.3.4. Ưu điểm của thuật toán đề xuất
1) Thuật toán cho phép xét chính xác chế độ thực của lưới bằng cách kết
hợp với một chương trình tính toán CĐXL.
2) Phép tính khá đơn giản theo một số biểu thức giải tích (có thể tính bằng
tay hoặc phần mềm Exel), hoặc kết hợp trong chương trình tính CĐXL.
3) Cho phép so sánh đánh giá hiệu quả bù giữa các nút nhờ đó có thể lựa
chọn mềm dẻo nút bù tối ưu kết hợp với các điều kiện kỹ thuật khác.
4) Dễ dàng theo dõi, đánh giá hiệu quả bù khi sơ đồ thay đổi, phụ tải tăng
theo thời gian.
2.4. Giới thiệu một số chương trình tính toán chế độ xác lập, có thể
kết hợp tính toán lựa chọn vị trí và dung lường bù
Như trên đã nói để áp dụng thuật toán đề xuất cần phải kết hợp với một phần
mềm tin cậy cho phép các định được phân bố công suất trên các nhánh và điện áp
các nút.
2.4.1. Phần mềm CONUS
Phần mềm CONUS là phần mềm tính chế độ hệ thống điện do các cán bộ
của khoa Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội xây dựng. Mô hình
HTĐ được thiết lập trong chương trình tương thích tính toán cho sơ đồ phức tạp
bất kỳ, có xét đến các yếu tố giới hạn vận hành máy phát và tác động điều chỉnh
điều khiển. Vào những năm 1991-1992, chương trình đã phục vụ kịp thời cho việc
tính toán thiết kế đường dây siêu cao áp (ĐDSCA) 500 KV Bắc - Trung - Nam.
Các chức năng mô phỏng ĐDSCA, tính giới hạn truyền tải công suất theo điều
kiện ổn định tĩnh là thế mạnh của chương trình.
Phương pháp tính toán: Sử dụng Newton-Raphson và có tính năng sử dụng
sau: Tính toán các thông số chế độ xác lập của hệ thống điện đơn giản cũng như
15
phức tạp, đánh giá ổn định hệ thống, tính toán bù công suất phản kháng trong lưới,
. . .
Ưu điểm: Kết quả tính toán thể hiện khá chi tiết, thuận lợi cho việc tổng
hợp; Tính toán cho từng xuất tuyến, từng trạm từ đó kết nối được thành hệ thống
chung; chương trình được Việt hoá nên dễ sử dụng, tính toán cho cả lưới truyền tải
và lưới phân phối; có khả năng làm việc với sơ đồ mô phỏng hệ thống điện; liên
kết, mở rộng được với các modul chương trình do người sử dụng tạo ra để phục vụ
tính toán theo yêu cầu.
Nhược điểm: Thiếu sự kết hợp với các mô dun tính toán ngắn mạch và ổn
định động. Để giải các bài toán này cần sử dụng chương trình khác.
2.4.2. Phần mềm PSS/E ( Power Sytem Simulato for Engineering)
2.4.3. Phần mềm PSS/ADEPT
2.4.4. Phần mềm POWER WORLD
Nhận xét:
Việc tính toán vị trí bù và dung lượng bù tối ưu nhất rất phực tạp, để tài đã
đưa ra môt số phương pháp tính toán, tùy thuộc vào tình hình lưới và mục đích bù
CSPK mà lựa chọn phương án phù hợp.
Trong các phương pháp đó, phương pháp bù để nâng cao hệ cosφ là đơn giản
nhất và được áp dụng nhiều nhất trong thực tế để tính toán bù tại các trạm biến áp
tiêu thụ của các nhà máy sản xuất công nghiêp.
Phương pháp tính toán vị trí tối ưu là khá phức tạp vì vậy nên ứng dụng phần
mềm trên máy tính để xác định vị ví này.
Sau khi tiến hành phân tích hiệu quả bù thấy rằng:
- Việc bù công suất phản kháng rất cần thiết cho lưới điện để giảm hao tổn,
và giảm vốn đầu tư.
- Hiệu quả bù sẽ cao khi: Phụ tải phản kháng trong mạng điện lớn (Q lớn),
vị trí của cơ cấu bù cách xa nguồn (R lớn), điện áp của mạng điện thấp.
16
- Quá trình bù để nâng cao hệ số cosφ chỉ đến một giá trị cosφ = 0,92 thì
hiệu quả nhất, nếu bù cosφ cao hơn thì hiệu quả bù lại giảm, và gây thiệt hại kinh
tế.
Mỗi chương trình có thế mạnh riêng với những ưu nhược điểm nhất định do
đó cần lựa chọn áp dụng theo mục đích. Luận văn, sử dụng phần mềm CONUS
của bộ môn HTĐ trường ĐHBK Hà Nội để kết hợp giải bài toán xác định vị trí và
dung lượng bù tối ưu. Lí do, đã có sẵn nhiều mô-đun phù hợp: như tính suất giảm
chi phí tổn thất khi đặt bù vào các nút. Tính lặp để nhận được dung lượng bù đảm
bảo thời gian thu hồi vốn bằng hoặc xấp xỉ với thời gian định mức.
2.5. Kết luận chương 2
1- Để việc lắp đặt thiết bị bù đem lại hiệu quả kinh tế cao cần xây dựng mô
hình và thuật toán lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu. Tuy nhiên, đây là bài
toán khá phức tạp bởi lời giải phụ thuộc rất nhiều yếu tố.
2- Các mô hình giải bài toán bù tối ưu xây dựng theo quy hoạch toán học có
ý nghĩa lí thuyết chặt chẽ, tuy nhiên rất khó ứng dụng trong thực tế do mô hình
phức tạp, cần áp dụng các giải pháp gần đúng.
3- Dựa trên khái niệm suất giảm chi phí tổn thất tính cho dung lượng bù đặt
thêm tại các nút có thể xây dựng các thuật toán lặp đơn giản (phải kết hợp với một
chương trình tính chế độ xác lập) để tìm được vị trí và dung lượng bù tối ưu.
4- Thuật toán có thể áp dụng cho LĐPP sơ đồ phức tạp bất kì phù hợp với
các lưới điện phân phối thực tế. Luận văn áp dụng thuật toán này xác định vị trí và
dung lượng bù kinh tế cho lộ 373 E6.3 lưới điện Sông Công Thái Nguyên.
5- Luận văn cũng đề xuất thuật toán điều khiển tối ưu dung lượng bù khi
phụ tải thay đổi (cho thiết bị bù có thể thay đổi tự động theo nấc)
17
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG BÙ KINH TẾ CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
CHI NHÁNH ĐIỆN SÔNG CÔNG THÁI NGUYÊN
3.1. Tổng quan về đặc điểm tự nhiên, kinh tế- xã hội
3.1.1 Đặc điêm tự nhiên
3.1.2. Đặc điểm kinh tế- xã hội
3.2. Đặc điểm lưới điện phân phối và sự tiêu thụ công suất phản
kháng
3.2.1. Vai trò của lưới điện phân phối
a. Tổng quát
b. Đặc điểm chung của lưới phân phối
3.2.2 Sự tiêu thụ và các nguồn phát công suất phản kháng
a. Sự tiêu thụ công suất phản kháng
b. Các nguồn phát công suất phản kháng
3.3 Hiện trạng nguồn và lưới điện chi nhánh điện Sông Công.
3.3.1 Các nguồn cung cấp điện.
3.3.2 Lưới điện trung áp và các trạm biến áp.
a. Hiện trạng tải của các máy biến áp phân phối.
b. Trạm biến áp.
3.4. Tình hình sử dụng điện hiện tại.
18
3.5. Tính toán chế độ xác lập, đánh giá tổn thất và nhu cầu bù kinh
tế
3.5.1 Tính toán chế độ xác lập
3.5.2. Kết quả tính toán chế độ xác lập ban đầu (trạng thái hiện tại)
a. Cập nhật số liệu LĐPP vào chương trình tính toán
Cập nhật số liệu của lộ 373 E6.3 cho chương trình conus ta có kết quả sau:
Hình 3.1. Số liệu tất cả các nút:
Hình 3.2. Số liệu đường dây:
Hình 3.3. Số liệu MBA:
19
-Bảng thông số MBA:
Hình 3.4. thông số MBA:
20
b. Kết quả tính toán
Chạy chương trình ta thu được kết quả kết quả tổng hợp như trong phụ lục.
1. Phân bố điện áp các nút
Điện áp các nút phía 10kV được tổng kết trong bảng 3.11, phía 0,4kV có
phân bố điện áp như trong bảng 3.12. Từ thông số trên bảng ta thấy đa số điện áp
của các nút hạ áp đều nằm trong giới hạn cho phép ( ∆U
cp
≤ 5%). Nhìn lưới có chế
độ làm việc hợp lí.
2. Tổn thất công suất trong lưới
Kết quả tính toán bằng chương trình cho phép nhận được tổn thất công suất
trên mọi nhánh của sơ đồ, kể cả nhánh tổn thất không tải trong của MBA. Ngoài
ra, chương trình còn tổng hợp trị số tổn thất công suất tác dụng trong lưới.
Kết quả từ chương trình:
* CONG SUAT YEU CAU 3.992 MW .
* TON THAT TRONG LUOI 0.147 MW .
* TAN SO TRONG LUOI 50.00 HZ .
21
Như vậy tỉ lệ tổn thất công suất trong lưới là:
(0,147/3,992).100% = 3,68% ;
Đây là một lưới có tỉ lệ tổn thất tương đối nhỏ.
3.5.3. Đánh giá nhu cầu đầu tư lắp đặt thiết bị bù kinh tế của LĐPP
a. Cài đặt các thông số tính toán cho bài toán bù kinh tế
Các thông số đặt cho chương trình được cấp từ Điện lực sông công như sau:
- Giá bán điện bình quân: c = 1600 (đồng/kWh)
- Thời gian tổn thất công suất: τ = 4000 ( h)
- Giá thiết bị bù cấp 10 kV: k
0
= 300 000 (đồng/kVAr)
- Giá thiết bị bù cấp 0.4 kV: k
0
= 400 000 (đồng/kVAr)
b. Đánh giá hiệu quả bù thông qua tính toán suất giảm chi phí tổn thất và thời
gian thu hồi vốn đầu tư thiết bị bù
Kết quả tính toán các thông số này cho các nút khi đặt bù nhận được
như sau:
1. Hiệu quả bù phía cao áp 10kV
PHAN TICH HIEU QUA BU
*******************
Nut Suat giam CP ton that Thoi gian thu hoi von
(ng.dong/kVar.nam) (nam)
2 0.4 841.70
5 16.1 18.66
8 24.7 12.16
11 37.8 7.93
14 60.6 4.95
16 124.5 2.41
19 213.8 1.40
21 212.9 1.41
24 215.2 1.39
28 219.2 1.37
30 221.3 1.36
33 47.9 6.26
35 47.3 6.34
37 48.4 6.20
39 52.1 5.76
22
41 50.0 6.00
45 132.3 2.27
47 133.7 2.24
50 137.8 2.18
53 164.0 1.83
57 176.7 1.70
60 190.2 1.58
63 194.9 1.54
65 194.7 1.54
68 178.9 1.68
70 190.5 1.57
72 192.9 1.55
74 191.8 1.56
4 15.5 19.42
7 23.9 12.55
10 36.3 8.26
13 60.0 5.00
15 118.0 2.54
18 212.0 1.42
23 214.1 1.40
27 218.6 1.37
32 45.6 6.58
43 130.9 2.29
44 132.0 2.27
49 134.8 2.23
52 162.9 1.84
55 168.4 1.78
56 176.1 1.70
59 189.0 1.59
62 193.7 1.55
67 178.2 1.68
Bảng 3.13. Phân tích hiệu quả bù phía cao áp 10kV
2. Hiệu quả bù phía hạ áp 0.4kV
PHAN TICH HIEU QUA BU
*******************
Nut Suat giam CP ton that Thoi gian thu hoi von
(ng.dong/kVar.nam) (nam)
3 57.0 8.77
6 70.5 7.09
9 85.1 5.88
12 116.9 4.28
23
76 112.4 4.45
17 177.4 2.82
20 263.7 1.90
22 274.9 1.82
25 270.3 1.85
29 282.1 1.77
31 337.0 1.48
34 111.9 4.47
36 109.3 4.57
38 92.7 5.40
40 100.1 5.00
42 92.3 5.42
46 174.8 2.86
48 180.2 2.77
51 212.5 2.35
54 222.5 2.25
58 226.8 2.20
61 246.0 2.03
64 240.5 2.08
66 283.9 1.76
69 226.9 2.20
71 235.7 2.12
73 242.0 2.07
75 246.0 2.03
41 50.0 10.00
Bảng 3.14. Phân tích hiệu quả bù phía hạ áp 0.4kV
Nhận xét:
- Trị số β (suất giảm chi phí tổn thất) đều có trị số dương với mọi nút (cả phía cao
áp và hạ áp). Như vậy đặt bù vào các nút đều có hiệu quả giảm tổn thất.
- Kết quả tính toán T
th
(thời gian thu hồi vốn đặt thêm dung lượng bù) cho thấy
nhiều vị trí đăt bù cho thời gian thu hồi ngắn (dưới 2 năm), thể hiện tính kinh tế
cao khi đầu tư đặt bù (bảng 3.13).
- So sánh kết quả cho thấy bù phía cao áp các TBA phân phối có hiệu quả kinh tế
cao hơn, thể hiện nhiều nút có thời gian thu hồi ngắn hơn. Lí do là tụ bù hạ áp
giảm được thêm tổn thất trong MBA nhưng giá cho 1 kVar dung lượng bù lại cao
hơn do vậy bù phía 10kv có lợi hơn.
24
-Trong số những nút bù thì hiệu quả bù được đánh giá trên những nút có thời gian
thu hồi vốn thấp. Trong hình 3.5 là các nút phía cao áp của các trạm phân phối
hiệu quả đặt bù cao với thời gian thu hồi vốn dưới 2 năm.Các thông số này đã
được tập hợp lại từ bảng 3.13 lấy các nút có thời gian thu hồi vốn dưới 2 năm để
cập nhật trở lại chương trình và chạy ta được kết quả như hình 3.5.
Hình 3.5. Các nút có hiệu quả bù cao trong LĐPP
3.6. Xác định dung lượng bù tối ưu cho các nút của LĐPP
3.6.1. Kết quả tính sơ bộ cho mọi nút có khả năng đặt bù
Trước hết ta xét bài toán lựa chọn dung lượng bù tối ưu cho mọi nút có thời
gian thu hồi vốn ngắn dưới 2 năm như bảng trên. Đây là phương áp bù cao với
phạm vi đặt bù không hạn chế (phân bố rải ra nhiều nút).
25
Hình 3.6. Kết quả bù tối ưu phương án cao
Nhận xét:
- Hiệu quả bù nhận được khá cao, với tổng dung lượng bù cần đặt thêm là 420
kVar, và sau 1.76 năm sẽ thu hồi vốn.
Tỉ lệ tổn thất sau bù: (0.136/3.992).100% = 3.4%
Tỉ lệ tổn thất sau bù 3.4 % so với tỉ lệ tổn thất trước bù 3.68 %
Tuy nhiên dung lượng bù phân bố trên khá nhiều nút, theo sơ đồ có vài nút là
gần nhau và có các nút dung lượng bù nhỏ do vậy ta giảm bớt các nút bù.
Theo bảng thống kê và đặc điểm sơ đồ có thể bỏ bớt dung lượng bù các nút 28;
63; 72 tập chung bù vào các nút còn lại 30; 65; 74.
3.6.2. Kết quả tính toán với số nút bù đã được giảm bớt
Giảm bớt số nút theo lựa chọn trong mục trên ta tính lại dung lượng bù tối
ưu. Kết quả nhận được như hình 3.7.
Hình 3.7. Kết quả bù tối ưu phương án hạn chế số nút
