Các giải pháp kỹ thuật giảm tổn thất công suất và điện năng

Khoá luận tốt nghiệp
Phần 1: Mở đầu
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay đất nước ta đã bước vào quá trình công nghiệp hoá - hiện đại
hoá đất nước và đặc biệt chúng ta bước vào quá trình hội nhập Quốc tế WTO
đó là thời cơ mới để đưa đất nước ta ngày càng phát triển.
Để đưa đất nước ta phát triển thì phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: con
người, nguồn tài nguyên thiên nhiên, vị trí địa lý, khí hậu và đặc biệt hơn
nữa nhờ có nguồn tài nguyên điện năng đã và sẽ đưa đất nước ta ngày càng
văn minh tiến bộ và phát triển
Ngày nay điện năng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp,
giao thông vận tải, nông lâm nghiệp,thông tin liên lạc và dịch vụ.. vì có ưu
điểm hơn ngành năng lượng khác: sản xuất điện năng tập trung với những
nguồn công suất lớn, phân phối đến tận nơi tiêu thụ với tổn hao nhỏ. Điện
năng rất quan trọng cho cơ khí hoá, điện khí hoá và tự động hoá là nguồn
năng lượng cao cấp tác động lên các nguồn tài nguyên khoáng sản không
kim loại ( các loại đá, cát, muối), kim loại ( bôxit, thiếc, đồng, sắt) để tạo ra
của cải vật chất cho xã hội cho sự phát triển của nên kinh tế quốc dân
Như vậy điện năng được sử dụng rất rộng rãi làm cho nguồn điện năng
ngày càng bị cạn kiệt không đáp ứng đủ nhu cầu của toàn xã hội. Vậy phải
làm thế nào để tiết kiệm nhiên liệu và tăng nguồn điện cho phụ tải đây chính
là vấn đề cấp thiết được Đảng và Nhà nước ta đặt lên hàng đầu. Qua nhiều
năm nghiên cứu các nhà khoa học đã đưa ra các giải pháp để tiết kiệm nhiên
liệu và tăng nguồn điện cho phụ tải.
Chính vì lý do trên tôi đã mạnh dạn nghiên cứu đề tài Các giải pháp kỹ
thuật giảm tổn thất công suất và điện năng với hi vọng sẽ giúp cho nguồn
điện năng chúng ta đang sử dụng không bị cạn kiệt

Phạm Thị Bình An

1

Khoá luận tốt nghiệp
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Một số giải pháp kỹ thuật giảm tổn thất công suất và điện năng.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
Khảo sát về phương diện lý thuyết một số giải pháp kỹ thuật giảm tổn
thất công suất và điện năng
3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
3.1. Mục đích nghiên cứu
Giảm tổn thất công suất và điện năng trong các mạng điện là biện pháp
quan trọng để tiết kiệm nhiên liệu và tăng nguồn nhiên liệu cho phụ tải.
3.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
Muốn đạt được mục đích trên đề tài cần thực hiện nhiệm vụ sau
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của các giải pháp kỹ thuật để giảm tổn thất
công suất và điện năng.
- Trên cơ sở lý thuyết ứng dụng các phương pháp trên vào thực tế để thấy
được ưu điểm của các phương pháp này.
4. phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.

Phạm Thị Bình An

2


Khoá luận tốt nghiệp
PHầN 2: NộI DUNG
ChƯƠNG 1: CƠ Sở Lý LUậN

1. Khái niệm chung
1.1.Tầm quan trọng của giảm tổn thất công suất và điện năng
Giảm tổn thất công suất và điện năng trong các mạng điện là một trong các
biện pháp quan trọng để tiết kiệm nhiên liệu và tăng nguồn điện cho phụ tải.
1.2. Phân loại tổn thất điện năng
Tổn thất điện năng trong mạng điện có thể chia thành hai phần: tổn thất
kỹ thuật và tổn thất thương mại.
1.2.1. Tổn thất kỹ thuật trong các mạng điện là cực kỳ quan trọng, bởi vì nó
dẫn đến tăng vốn đầu tư để sản xuất và truyền tải điện năng, cũng như chi phí
về nhiên liệu. Tổn thất kỹ thuật được xác định theo các thông số chế độ và
thông số của các phần tử trong mạng điện. Tổn thất kỹ thuật gồm có tổn thất
điện năng do đốt nóng các dây dẫn trong mạng điện, tổn thất trong các máy
biến áp và các tổn thất khác (tiếp xúc, dò điện ...).
1.2.2. Tổn thất thương mại có thể do sự không hoàn thiện của hệ thống đo
đếm điện năng sai số của các thiết bị dùng để tính điện năng, thất thu tiền
điện, gian lận v v....Vì để nâng cao chỉ tiêu kinh tế của hệ thống điện cần sử
dụng các giải pháp giảm tổn thất công suất hay là điện năng trong các mạng
điện.
2. Các phương pháp giảm tổn thất công suất và điện năng
Các biện pháp giảm tổn thất công suất và điện năng được áp dụng trong
khi thiết kế, cũng như trong khi vận hành hệ thống. Dưới đây là một số giải
pháp: đặt các thiết bị bù công suất phản kháng (máy bù đồng bộ, các bộ tụ
tĩnh các thiết bị bù điều khiển tĩnh); vận hành kinh tế các trạm biến áp; tối ưu
hoá sự phân công công suất trong các mạng kín không đồng nhất; nâng cao

Phạm Thị Bình An

3

Khoá luận tốt nghiệp
điện áp danh định của mạng điện: chọn cấu trúc hợp lí của sơ đồ mạng điện;
cải tạo, xây dựng các mạng điện thay thế và đặt các thiết bị bổ xung; hoàn
thiện hệ thống đo đếm điện năng; nâng cao chất lượng phục vụ (kiểm tra và
sửa chữa các mạng điện); điều chỉnh đồ thị phụ tải ngày và giảm các đỉnh phụ
tải trong các giờ cao điểm,vv...

Phạm Thị Bình An

4


Khoá luận tốt nghiệp
CHƯƠNG 2: các giảI pháp kỹ thuật giảm tổn thất công
suất và điện năng
1. Giảm tổn thất công suất và điện năng bằng sử dụng các thiết bị bù
1.1. Tối ưu hóa công suất của các thiết bị bù.
Tối ưu hoá công suất của các thiết bị bù là xác định công suất tối ưu và
vị trí đặt các thiết bị bù. Mục tiêu của bài toán là tìm công suất của các thiết bị
bù để đạt được hiệu quả kinh tế cực đại khi thoả mãn tất cả các điều kiện kỹ
thuật trong chế độ làm việc bình thường của các mạng điện và các thiết bị sử
dụng điện. Chỉ tiêu hiệu quả kinh tế là các chi phí quy đổi. Các yêu cầu kỹ
thuật và hạn chế về chế độ điện áp về khả năng tải của các phần tử trong mạng
điện về công suất và các thiết bị bù.
1.1.1. Các giả thiết khi xét tối ưu hoá công suất của các thiết bị bù
1. Điện áp tại các nút trong mạng điện được lấy bằng điện áp danh định
của các mạng điện. Đồng thời các phương trình của chế độ xác lập là tuyến
tính và dòng điện tại các nút có giá trị không đổi, nghĩa là không phụ thuộc
vào điện áp nút.
2. Không xét ảnh hưởng của các thiết bị bù đến chế độ điện áp.

3. Không xét sự thay đổi giá của tổn thất công suất C0 khi tăng công
suất của thiết bị bù, nghĩa là C0 được lấy cố định.
4. Giá của các thiết bị bù được lấy tỷ lệ thuận với công suất của chúng.
1.1.2. Bài toán tối ưu hoá công suất của các thiết bị bù đối với sơ đồ
đơn giản
Xét mạng điện đơn giản có sơ đồ như hình 1.1a
Các thông số cho trước:
Đường dây có điện áp danh định là Udđ và tổng trở Z = R +jX.
Công suất của phụ tải S2 =P2 + j Q2.

Phạm Thị Bình An

5


Khoá luận tốt nghiệp

a)

b)
Hình 1.1 - Sơ đồ mạng điện đơn giản.

a- đường dây; b - sơ đồ tính bù công suất phản kháng của đường dây.
Tìm công suất tối ưu Qbt của thiết bị bù đặt tại thanh góp 2 của sơ đồ.
Chúng ta ký hiệu công suất của thiết bị bù đặt ở thanh góp 2 (hình 1.1b)
là Qb Như vậy chi phí về thiết bị bù có thể xác định theo công thức:
Z1 = k0Qb

(1.1)

Trong đó k0 - suất đầu tư cho thiết bị bù, đ/kVAr.
Qb- công suất của thiết bị bù kVAr
Chí phí về tổn thất công suất tác dụng trong thiết bị bù được tính theo
biểu thức:
Z2 = P0.Qb.C0

(1.2)

Trong đó P0 - suất tổn thất công suất tác dụng trong thiết bị bù
kW/kVAr
C0 - suất chi phí về tổn thất công suất tác dụng.
Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện sau khi bù công suất
phản kháng:
2

P =

Phạm Thị Bình An

P2 (Q 2 Q b ) 2
2
U dd

6

.R

(1.3)

Khoá luận tốt nghiệp
Bởi vì thành phần

P2

2

2
U dd

.R dường như không thay đổi theo công suất Qb,

cho nên không cần xét đến trong biểu thức của P. Vì vậy chi phí về tổn thất
công suất tác dụng lên đường dây sau khi bù có giá trị:
Z3 =

(Q 2 Q b ) 2
2
U dd

.R.C0

(1.4)

Hàm mục tiêu gồm có chi phí về thiết bị bù và chi phí về tổn thất công
suất tác dụng trong mạng điện sau khi đặt bù công suất phản kháng, nghĩa là
bằng:
Z = k0 Q0 + P0QbC +

(Q 2 Q b ) 2

2
U dd

.R.C0

(1.5)

Giải bài toán tối ưu hoá công suất của thiết bị bù đối với mạng điện ở
hình 1.1 là xác định giá trị công suất Qbt của thiết bị tương ứng với cực tiểu
của hàm mục tiêu (1.5). Giá trị tối ưu Qbt được xác định từ điều kiện
RC
Z
=k0 + P0C0 - 2(Q2 - Qbt) + 2 0 = 0
Q b
U dd

(1.6)

Sau khi giải phương trình (1.6) ta được:

Qbt = Q2-

(k0 P0C0 ).U dd2
2 RC0

(1.7)

Phương trình (1.7) cho phép xác định giá trị tối ưu Qbt của thiết bị bù
đặt của thanh góp 2 của mạng điện đã cho.
Nếu như Qbt có giá trị âm (Qbt< 0), trong trường hợp này đặt thiết bị bù

là không hợp lý về kinh tế. Khi Qbt > Q2, chỉ nên bù đến hệ số công suất cos
= 0.95 - 0.97. Bởi vì sau đó công suất phản kháng ảnh hưởng không đáng kể
đến tổn thất công suất tác dụng lên đường dây.

Phạm Thị Bình An

7


Khoá luận tốt nghiệp
Bài toán tối ưu hoá công suất của các thiết bị bù đối với mạng điện phức
tạp được giải quyết tương tự.
1.1.3. Đối với mạng điện phức tạp hơn sơ đồ hình 1.1a
Các thiết bị bù ở kiểu khác nhau có thể đặt ở hàng loạt nút. Các bộ tụ
đặt trong các nút khác nhau có suất đầu tư khác nhau. Bài toán tối ưu hoá trở
nên không tuyến tính và phức tạp bởi vì phải tính đến điện áp và quan hệ phi
tuyến của giá thành các thiết bị bù. trong trường hợp tổng quát đây là bài toán
tối ưu hoá rời rạc vì công suất của các thiết bị bù (các bộ tụ) thay đổi rời rạc.
Ví dụ 1.1.
Xác định công suất bù tối ưu ở bộ tụ đặt ở thanh góp 10 kV của mạng
điện (hình 1.2.a) Công suất của phụ tải (MVA), chiều dài đường dây (km) và
tiết diện dây dẫn cho trên hình 1.2. Máy biến áp hạ áp có kí hiệu TDH
25000/110. Suất tổn hao công suất tác dụng trong bộ tụ P0 = 0,005 kw/kVAr.
Suất đầu tư cho bộ tụ K0 = 150 . 103 đ/kVAr. Suất chi phí cho tổn thất công
suất tác dụng C0 = 15.106 đ/kw.

a)

b)
Hình 1.2. Sơ đồ mạng điện

a- Sơ đồ nối điện ; b- Sơ đồ thay thế khi tính bù

Giải:
Tính điện trở tác dụng của đường dây và máy biến áp. Theo bảng B.2 ở
phụ lục. Dây dẫn AC-150 có điện trở đơn vị r0= 0,21om/km. Vì vậy điện trở
tác dụng của đường dây bằng Rđ=r0.l = 0,21.60 = 12,6 om

Phạm Thị Bình An

8


Khoá luận tốt nghiệp
Theo bảng B.16 của phụ lục máy biến áp TDH - 25000/110 có điện trở
tác dụng Rb = 2,54 om.
Sơ đồ thay thế trong khi tính bù của mạng điện đã cho có dạng như hình
1.2,b
Chúng ta ký hiệu công suất của bộ tụ đặt ở thanh góp 10 kVcủa mạng
điện là Qb , MVAr. Như vậy chi phí về thiết bị bù có giá trị
Z1 = k0 Qb = 150.106 Qb
Chi phí về tổn thất công suất tác dụng trong bộ tụ bằng:
Z2 = P0QbC0 = 0.005.15.109. Qb = 75.106 Qb
Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện sau khi đặt thiết bị bù
bằng
P =

=

(Q Q b ) 2
2

U dd

(15 Q b ) 2
110 2

.(Rđ + Rb )=

(15 Q b ) 2
110 2

.(12,6 + 2,54)

.(15,14) MW

Chi phí về tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện sau khi đặt bù
có giá trị:
Z3= PC0=

(15 Q b ) 2
110

2

.15,14.15.109 = 18,76.106(15 - Qb)2

Hàm mục tiêu Z có giá trị
Z = Z1 + Z2 + Z3 = 150.106 Qb + 75.106 Qb + 18,76.106 (15-Qb)2
= 225.106.Qb + 18,76. (15 - Qb)2 .
Công suất bù tối ưu Qbt của bộ tụ được xác định từ điều kiện:
Z

=225.106 - 2. 18,76.10 6 (15 Q bt ) = 0
Q b



Phạm Thị Bình An



9


Khoá luận tốt nghiệp
Sau khi giải phương trình trên sẽ nhận được Qbt = 9 MVAr
Như vậy công suất bù tối ưu đặt ở thanh góp 10 kV của mạng điện bằng
9 MVAr.
1.2. Bù công suất phản kháng trong mạng điện phân phối
Một trong những giải pháp thường được áp dụng để giảm tổn thất công
suất và điện năng trong hệ thống điện là bù công suất phản kháng trong các
mạng điện phân phối. Do đó xuất hiện bài toán phân phối tối ưu công suất của
các thiết bị bù giữa các nút trong mạng điện.
1.2.1. Xét sơ đồ mạng điện phân phối có một cấp điện áp danh định sơ
đồ (hình 1.3)
Biết tổng công suất của các thiết bị bù Qb , cần phân phối Qb giữa các
nút trong mạng điện sao cho tổn thất công suất tác dụng trong mạng đạt cực
tiểu.

Hình.1.3. Sơ đồ mạng điện phân phối hình tia
Hàm mục tiêu của bài toán tối ưu hoá sự phân bố thiết bị phù có dạng.
P P(Q b1 , Q b2 ,...Q bn )

(1.8)

Trong đó P - tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện sau khi đặt
các thiết bị bù; Qb1, Qb2,..., Qbn - công suất phản kháng của các thiết bị bù ở
các nút phụ tải; n - số nút trong mạng điện.
Vì vậy có thể diễn đạt bài toán tối ưu hoá như sau
min P = min P(Qb1, Qb2,..., Qbn,)
Với các hạn chế:

Phạm Thị Bình An

10

(1.9)


Kho¸ luËn tèt nghiÖp
n


i 1

Qbi = Qb 

(1.10)

H×nh 1.4. C¸c s¬ ®å cña m¹ng ®iÖn h×nh tia .
Qbi  0

(1.11)

Uimin  Ui  Uimax

(1.12)

Qbi  Qimax

Ph¹m ThÞ B×nh An

(1.13)

11


Khoá luận tốt nghiệp
điều kiện (1.10) có nghĩa là, công suất của tất cả các thiết bị bù cần
phải bằng công suất tổng đã cho. Hạn chế (1.11) chỉ ra rằng, công suất của
các thiết bị bù không âm. Điều kiện (1.12) được sử dụng để kiểm tra điện áp ở
các nút. Hạn chế (1.13) dùng trong trường hợp không cho phép bù công suất
phản kháng ở các nút.
Để giải bài toán này cần áp dụng các phương pháp quy hoạch phi tuyến.
1.2.1.1. Bù công suất phản kháng đối với mạng điện gồm có n đường
dây hình tia với các phụ tải ở cuối đường dây (hình1.4a)
Giả thiết cần phân phối công suất tổng của các thiết bị bù Qb giữa
các nút phụ tải để tổn thất công suất tác dụng trong mạng đạt giá trị cực tiểu.
Nếu như mạng điện chỉ có hai đường dây hình tia, khi đó tổn thất công
suất tác dụng các phụ tải phản kháng gây ra trong mạng được xác định theo
công thức:
P=

1
(Q1 Q b1 ) 2 R 1 (Q 2 Q b 2 ) 2 R 2
2
U dd





(1.14)

Trong đó Q1 , Q2 - phụ tải phản kháng của hộ tiêu thụ ở các nút 1 và 2
của mạng điện; Qb1 , Qb2 - công suất phản kháng cần tìm của các thiết bị bù ở
các nút 1 và 2 ; R1 R2 - điện trở tác dụng của các đường dây.
Từ điều kiện (1.10) có thể viết được biểu thức
Qb = Qb1 + Qb2
Do đó :

(1.15)

Qb2 = Qb - Qb1

(1.16)

Sau khi thay (1.16) vào (1.14) sẽ nhận được
P=

1
(Q1 Q b1 ) 2 R1 (Q 2 Q b 2 ) 2 R2

2
U dd

Phạm Thị Bình An

12

(1.17)


Khoá luận tốt nghiệp
Công suất tối ưu Qb1 tìm được từ biểu thức:
2
P
= 2 (Q1 Qb1 )R1 (Q 2 (Q b Qb1 ))R 2 =0

Q b1 U dd

(1.18)

Từ (1.18) có
(Q1-Qb1) R1 = (Q2 - Qb2)R2

(1.19)

Sau khi biến đổi biểu thức (1.19) chúng ta nhận được.
R
Q1 Q b1
+1 = 1 + 1
R2

Q 2 Q b2
Q1 Q 2 Q b1 Q b 2 R 1 R 2
=
R 1R 2
(Q 2 Q b 2 ) R

Hay là:

Chúng ta kí hiệu Q1 + Q2 = Q

(1.20)
(1.21)

Sau khi thay (1.15) và (1.21) vào (1.20) nhận được
Q Qb

1
1
1

=
+
=
R1
(Q 2 Q b 2 ) R 2
R 2 R td

(1.22)

Từ công thức (1.22) chúng ta có quan hệ

(Q - Qb )Rtd = (Q2 - Qb2)R2

(1.23)

Vì vậy:
(Q1 - Qb1)R1 = (Q2 - Qb2)R2 = (Q - Qb )Rtd

(1.24)

Đối với mạng điện có n đường dây hình tia (hình 1.3a) chúng ta có quan
hệ sau:
(Q1 - Qb1)R1 = (Q2 - Qb2)R2 = ... (Qn - Qbn)Rn = (Q - Qb )Rtd. , (1.25)
Do đó:

1
Rtd

=

1
1
+
+...+
R1
R2

Phạm Thị Bình An

1
Rn

13

(1.26)


Khoá luận tốt nghiệp
Khi đó công suất tối ưu của các thiết bị bù ở các nút mạng điện được
xác định theo các công thức.
Qb1 = Q1 - (Q - Qb )

R td
;
R1

Qb2 = Q2 - (Q - Qb )

R td
;
R2

(1.27)

. . . . . .
Qbn=Q1 - (Q - Qb )

R td
;
Rn

Nếu như công suất tối ưu ở một nút i nào đó có giá trị âm (Qbi < 0) thì
điều đó chỉ ra rằng, đặt thiết bị bù ở nút này không hợp lí về kinh tế. Khi đó
cần tính lại điện trở tương đương Rtd không có đường dây thứ i và tính lại công
suất của các thiết bị bù.
Thuật toán xét ở trên có thể áp dụng để giải bài toán phân phối hợp lý
các thiết bị phù trong mạng điện chính có các đường dây nhánh (hình1.4b).
Điện trở tương đương Rtd đối với mỗi một nút của mạng điện này được
xác định theo công thức Rtdn = Rn
1
Rtd ( n 1)

=

1
1
+
;
R n 1 R n (n 1) R n

(1.28)

1
1
1
=
+
;
R i(i1) R td(i1)
R tdi
Ri

1
Rtd1

=

1
1
+
;
R1
R12 Rtd 2

Từ biểu thức (1.25) đối với nút 1 có thể nhận được quan hệ
(Q1 - Qb1)R1 = (Q - Qb )Rtd1
n

Trong đó Q =

Qi
i 1

Phạm Thị Bình An

14

(1.29)


Khoá luận tốt nghiệp
Đối với nút 2:

(Q2-Qb2)R2 = (Q Q1 ) (Qb Qb1 ) R td 2 = (Q1 Qb1)Rtd2




(1.30)

Đối với nút thứ i :
(Qi-Qbi)Ri = (Qi-1 Qb(i-1))Rtdi

(1.31)

Trong đó Qi- phụ tải nối vào cuối đường dây có điện trở Ri và đường
dây đi ra từ nút thứ i;
Qi-1 - phụ tải nối sau nút (i-1) của mạng điện chính
Qb(i-1) công suất của thiết bị bù để phân phối sau nút (i 1)
Rtdi - điện trở tương đương ở nút thứ i
Công suất tối ưu của các thiết bị bù được xác định theo công thức
Qb1 = Q1 - (Q - Qb )
Qb2 = Q2- (Q1 Qb1)
.

.

. .

Rtd 1
;
R1

Rtd 2
R2

(1.32)

.

Qbi = Qi - (Qi-1 Qb(i-1))

Rtdi
;
Ri

Trong trường hợp đặc biệt của mạng điện chính, khi R1= R2= ...= Rn= 0
nghĩa là, các phụ tải nối trực tiếp vào mạng điện chính, sự phân bố kinh tế của
các thiết bị bù được xác định như sau: trước hết ta cần bù toàn bộ công suất Qn
ở nút xa nhất, sau đó nếu như Qb > Qn tiến hành bù công suất Qn-1 vv...
Phương pháp xét ở trên cũng có thể áp dụng để giải bài toán phân phối
các thiết bị bù trong mạng điện hỗn hợp (hình 1.4c). Để xác định điện trở
tương đương của đường dây chính D1 có các nhánh cần áp dung công thức
(1.28) còn đối với đương dây chính D2 không có các nhánh điện trở tương
đương có thể xác định theo công thức:

Phạm Thị Bình An

15


Khoá luận tốt nghiệp
Q 32 R 23 (Q 3 Q 2 ) 2 R 12 (Q 3 Q 2 Q1 ) 2 R 01

Rtđ D2 =
(Q 3 Q 2 Q1 ) 2

(1.33)

Điện trở tương đương của các đường dây chính có số phụ tải lớn hơn 3
được xác định tương tự.
1.2.1.2. Bù công suất phản kháng đối với mạch điện có 3 phụ tải

Sơ đồ mạng điện như hình 1.5

Hình 1.5. Sơ đồ mạng điện có 3 phụ tải
Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp cho các phụ tải trong chế
độ phụ tải cực đại là Q = 49MVAr.Chiều dài và tiết diện các đường dây cho
trên hình.1.5 Xác định sự phân phối tối ưu công suất các thiết bị bù giữa các
hộ tiêu thụ trong mạng điện.
Đầu tiên : Tính điện trở tác dụng của các đường dây 1,2 và 3. Từ B.2
của phụ lục tìm được:
R01 = 0,21 om/km;

r02 = 0,23 om/km;

r03 = 0,65 om/km;

Như vậy điện trở tác dụng của các đường dây có giá trị
R1 = 0,21x 80 = 16,8 om
R2 = 0,23x 70 = 23,1 om
R3 = 0,65x 40 = 26 om

Phạm Thị Bình An

16


Khoá luận tốt nghiệp
Tính điện trở tương đương của mạng điện

1
R td

=

1
1
1
1
1
1
1
+
+
=
+
+
= 0,14
16,8 23,1 26
om
R1
R2 R3

Do đó điện trở tương đương của mạng điện có giá trị
Rtđ = 7,14 om
Tổng công suất của các thiết bị bù được tính theo công thức
Qb = (Q1 + Q2 + Q3) - Qc = (45 + 21,7 + 15,7) - 49 = 33 MVAr
Theo công thức (1.27) chúng ta xác định được công thức tối ưu của các
thiết bị bù ở các nút mạng điện.
Đối với nút 1:
Qb1 = Q1 - (Q - Qb )

R td
;
R1

Trong đó Q = Q1 + Q2 + Q3 = 45 + 21,7 + 15,7 = 82,4 MVAr
Vì vậy:
Qb1= 45 - (82,4 - 33)

7,14
= 24MVAr
16,8

Tương tự tính được công suất tối ưu của các nút 2 và 3.
Qb2 = 7MVAr ;

Qb3= 2MVAr

2. Giảm tổn thất công suất và điện năng bằng chế độ vận hành kinh tế
của các máy biến áp và tối ưu hoá chế độ của mạng điện.
2.1. Chế độ vận hành kinh tế của máy biến áp
2.1.1. Nhận xét tổng quan về chế độ làm việc của các máy biến áp

Chế độ làm việc hợp lí về kinh tế của các máy biến áp trong các trạm là
một giải pháp hiệu quả để giảm tổn thất công suất và điện năng trong hệ thống
điện.

Phạm Thị Bình An

17


Khoá luận tốt nghiệp
Trong các trạm biến áp cung cấp cho các hộ tiêu thụ loại I và II,
cũng như trong các trạm khu vực thường có nhiều máy biến áp. Các máy biến
áp này có thể làm việc độc lập hay là song song.
Khi làm việc độc lập mỗi một máy biến áp được nối vào một phân đoạn
thanh góp riêng biệt. Vì vậy giảm được các dòng ngắn mạch sau các máy biến
áp. Do đó giảm nhẹ sự làm việc của thiết bị và các dụng cụ đóng cắt.
Nhưng chế độ làm việc độc lập của các máy biến áp không kinh tế so với chế
độ làm việc song song của chúng.
Chế độ kinh tế nhất của các máy biến áp tương ứng với phụ tải, tỉ lệ với
công suất danh định của chúng. Sự phân phối kinh tế của các phụ tải giữa các
máy biến áp đạt được trong trường hợp, nếu như các thông số của chúng giống
nhau. Nhưng trong thực tế điều kiện này thường không đạt được.
Các máy biến áp kiểu khác nhau cho phép làm việc song song nếu như tỉ số
các công suất của chúng không lớn hơn 1:3, các điện áp ngắn mạch khác nhau
không lớn hơn 10%, các điện áp của các đầu điều chỉnh khác nhau không lớn
hơn 0,5% và các tổ nối của các cuộn dây giống nhau. Trong trường hợp này
phụ tải của các máy biến áp sẽ khác phụ tải kinh tế một ít do xuất hiện các
dòng điện cân bằng.
Tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp gồm có tổn thất trong lõi
thép và trong các cuộn dây của máy biến áp. Tổn thất công suất trong một lõi

thép không phụ thuộc vào phụ tải, còn tổn thất trong các cuộn dây phụ thuộc
vào phụ tải của máy biến áp. Trong các chế độ phụ tải lớn tổn thất công suất
trong các cuộn dây lớn hơn nhiều tổn thất trong lõi thép máy biến áp, còn
trong các chế độ phụ tải nhỏ tổn thất trong lõi thép lớn đáng kể so với tổn thất
trong các cuộn dây máy biến áp. Vì vậy để giảm tổn thất công suất và điện
năng cần phải cắt một phần các máy biến áp làm việc song song khi các phụ
tải nhỏ.
2.1.2. Phương pháp xác định số lượng hợp lí về kinh tế của các máy biến áp
làm việc trong các trạm.

Phạm Thị Bình An

18


Khoá luận tốt nghiệp
2.1.2.1. Trường hợp trong trạm có hai máy biến áp giống nhau và công suất
danh định của mỗi một máy là Sdđ
Nếu như hai máy biến áp làm việc song song thì tổn thất công suất tác
dụng trong trạm có giá trị:
P 2 = 2 P0 +

S 2
1
)
Pn(
2
Sdd

(1.34)

Trong đó P0- tổn thất công suất trong lõi thép máy biến áp
Pn- tổn thất công suất ngắn mạch

S - phụ tải của trạm.
Khi cắt một máy biến áp tổn thất trong trạm bằng
P1 = P0 + Pn(

S 2
)
Sdd

(1.35)

Từ các công thức (1.34) và (1.35) có thể nhận thấy rằng, cắt một
máy biến áp sẽ hợp lí về kinh tế nếu như tổn thất công suất P1 nhỏ hơn P2,
nghĩa là :
P0 + Pn (

S 2
S 2
1
) < 2 P0+ Pn(
)
2
Sdd
Sdd

(1.36)

Từ biểu thức (1.36) nhận được:
S < Sdđ 2P0
Pn

(1.37)

Bất đẳng thức (1.37) chính là điều kiện để cắt hợp lí một máy biến áp
trong trạm có hai máy biến áp.
Tương tự có thể chứng minh rằng, khi trong trạm có m máy biến áp làm
việc song song, cắt một máy biến áp sẽ hợp lý về kinh tế nếu như thoả mãn
điều kiện sau:

Phạm Thị Bình An

19


Khoá luận tốt nghiệp
S < Sdđ P0 m(m 1)

(1.38)

Pn

Ngoài ra bằng phương pháp xây dựng các đường cong tổn thất công
suất trong trạm có nhiều máy biến áp, chúng ta cũng có thể xác định được các
chế độ làm việc kinh tế của các máy biến áp trong trạm.
2.1.2.2. Trường hợp trạm có m máy biến áp công suất như nhau Sdđ .
Tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép của mỗi máy biến áp P0,
tổn thất công suất trong các cuộn dây ở chế độ tải danh định Pn khi thay đổi

phụ tải S, các đường cong tổn thất Pt=f(S) đối với số lượng các máy biến áp
làm việc khác nhau có dạng như hình 1.6

đường 1- có một máy biến áp làm việc;
đường 2- hai máy biến áp làm việc song song;
đường 3- ba máy biến áp làm việc song song.
Từ hình 1.6 nhận thấy rằng khi phụ tải nhỏ hơn S1 - một máy biến áp
làm việc là kinh tế . Khi phụ tải ở trong khoảng từ S1 đến S2 - hai máy biến áp
làm việc là kinh tế. Khi phụ tải lớn hơn S3 cần phải vận hành cả 3 máy biến áp.
Các giá trị S1 và S2 là các phụ tải giới hạn được sử dụng để xác định các chế
độ làm việc kinh tế của các máy biến áp trong trạm có nhiều máy biến áp.

Phạm Thị Bình An

20


Khoá luận tốt nghiệp
2.2. Tối ưu hoá chế độ của mạng điện không đồng nhất
2.2.1. Phân phối tự nhiên và kinh tế của công suất trong mạng điện kín
không đồng nhất.
Tối ưu hoá chế độ của mạng kín không đồng nhất là một giải
pháp hiệu quả để giảm tổn thất công suất và điện năng trong các hệ thống
điện.
Trong mạng điện không đồng nhất các tỉ số giữa các điện trở tác
dụng và điện kháng của các đoạn đường dây có giá trị khác nhau. Phân phối tự
nhiên của công suất trong các mạng kín được xác định theo các công thức
n

Si Z*iB



SA1

i 1

Z*AB
n



Si Z*iA



SBn

i 1

Z*AB



Trong đó: Si - công suất của phụ tải ở nút thứ i
Z*iB ,

Z*iA - các tổng trở phức liên hợp kể từ nút thứ i đến các nguồn

cung cấp A và B.

Z*AB - tổng trở liên hợp của tất cả các đoạn đường dây trong mạng điện
n số nút trong mạng điện
và:
n


SA1

n



*
i

S Z
i

i 1

; SAn

Z*k

*

S Z
j

j

i1

Z*k



Trong đó: Si , S j - công suất của phụ tải của nút i và j tương ứng; Z*i tổng trở liên hợp của các nhánh từ nút i đến nút A khi chiều đi vòng trùng với

Phạm Thị Bình An

21


Khoá luận tốt nghiệp


chiều công suất SA1 ; Z* j - tổng trở liên hợp của các nhánh từ nút j đến nút A


khi chiều đi vòng trùng với chiều công suất SAn ; Z*k - tổng trở liên hợp của
tất cả các nhánh trong vòng; n: số lượng các nút trong vòng trừ nút cân bằng

công suất A.
Phân phối công suất trong mạng kín tương ứng với cực tiểu của tổn thất
công suất tác dụng được gọi là phân phối kinh tế của công suất. Chúng ta xét
xem phân phối tự nhiên của công suất trong mạng điện không đồng nhất có
phải là phân phối kinh tế hay không, nghĩa là nó có phù hợp với cực tiểu của
tổn thất công suất tác dụng hay không
2.2.1.1. Tối ưu hoá chế độ mạng điện không đồng nhất đơn giản có sơ đồnhư
hình 1.7

Hình 1.7. Sơ đồ mạng điện kín
Khi phân phối tự nhiên dòng công suất chạy trên đoạn đường dây 12
được xác định theo công thức sau.





S12 = P12



*
*
S2 (Z*23 Z13
) S3 Z13
+ j Q12 =
*
*
Z12
Z*23 Z13

Phạm Thị Bình An

22

(1.39)


Khoá luận tốt nghiệp




Giả thiết rằng S12 > S2 , như vậy công suất chạy trên đoạn 23 bằng






S23 = P23 + jQ23 = S12 - S2 =(P12 - P2) + j(Q12 - Q2) (1.40)
Dòng công suất chạy trên đoạn 13 có thể xác định theo công thức

S13 = P13 + j Q13 = ( S2 + S3 ) - S12
= ( P2 + P3 - P12) + j(Q2+Q3 - Q12)

(1.41)

Tổng công suất trong mạng điện bằng
2
2
P232 Q 223
P132 Q13
P122 Q12
P =
R12 +
R23 +
R13
2
2
U dd
U 223
U13

(1.42)

Trong đó Udđ - điện áp danh định của mạng điện.
Nếu như biểu diễn công suất chạy trên các đoạn đường dây 23 và 13
theo công suất chạy trên đoạn 12 và công suất các phụ tải S2 và S3, khi đó biểu
thức (1.42) có dạng sau.
2
(P12 P2 ) 2 (Q12 Q 2 ) 2
P122 Q12

R12 +
R23
P =
2
2
U dd
U dd

(P2 P3 P12 ) 2 (Q 2 Q 3 Q12 ) 2
+
R13
2
U dd

(1.43)

Để xác định các dòng công suất phù hợp với tổn thất cực tiểu, cần phải
lấy các đạo hàm riêng của P theo P12 và Q12 và cho bằng không.
P
1
= 2 2P12 .R 12 2(P12 P2 )R 23 2( P2 P3 P12 )R 13 = 0
P12 U dd

(1.44)

P
1
= 2 2Q12 .R 12 2(Q12 Q 2 )R 23 2(Q 2 Q 3 Q12 )R 13 = 0 (1.45)
Q12 U dd

Phạm Thị Bình An

23


Khoá luận tốt nghiệp
Sau khi giải các phương trình (1.44) và (1.45) chúng ta sẽ tìm được các
giá trị công suất kinh tế P12kt và Q12kt
P12kt =

Q12kt =

P2 (R 23 R 13 ) P3 R 13
R 12 R 23 R 13

(1.46)

Q 2 (R 23 R 13 ) Q 3 R 13
R 12 R 23 R 13

(1.47)

Do đó công suất toàn phần




S 12kt = P12kt + j Q12kt

S (R R 13 ) S3 R 13
= 2 23
R12 R 23 R 13

(1.48)

So sánh các dòng công suất tính theo các biểu thức (1.39) và (1.48) có
thể kết luận rằng, trong mạng điện không đồng nhất phân phối tự nhiên của
công suất không phải là phân phối kinh tế. Khi phân phối kinh tế các dòng
công suất trên các đoạn đường dây được xác định theo các điện trở xác định.
2.2.1.2. Tối ưu hoá chế độ mạng điện không đồng nhất tổng quát.
Xét mạng điện có sơ đồ hình 1.8
Các dòng công suất kinh tế trên các đoạn đầu của mạng điện không
đồng nhất được xác định theo công thức:
n


SA1kt =

PA1kt + jQA1kt =

i 1



S R
j

PAnkt + jQAnkt =

(1.49)

Rk
n

SAnkt =



Si R i

j

i 1

Rk

(1.50)

Trong đó Si , SJ - phụ tải các nút i và j tương ứng;
Ri - điện trở tác dụng của các nhánh từ nút i đến nút A khi chiều đi


vòng với chiều công suất SA1kt

Phạm Thị Bình An

24


Khoá luận tốt nghiệp
RJ - điện trở của các nhánh từ nút j đến nút A khi chiều đi vòng trùng với
chiều công suất

Hình 1.8. Sơ đồ mạng điện kín


SAnkt ; Rk - tổng các điện trở của tất cả các nhánh trong mạch vòng; n - số
lượng các nút trong mạch vòng trừ nút cân bằng A.
Trong mạng điện không đồng nhất phân phối tự nhiên không trùng với
phân phối dòng kinh tế, vì vậy để giảm tổn thất kinh tế tác dụng trong mạch
cần tiến hành tối ưu hoá chế độ của nó. Tối ưu hoá chế độ của mạng không
đồng nhất có thể thực hiện bằng: các máy biến áp có điều chỉnh nối tiếp và nối
tiếp- song song; các thiết bị bù nối tiếp; cắt hở các mạch vòng của mạch điện.
2.2.2. Chọn các thông số của máy biến áp có điều chỉnh nối tiếp - song
song
Chế độ kinh tế của mạng điện kín có thể nhận được nếu như thực hiện
phân phối cưỡng bức công suất bằng cách đặt các sức điện động vào mạch
vòng. Sức điện động nối tiếp được tạo ra bằng các đầu điều chỉnh điện áp của
các máy biến áp trong mạch vòng, còn để nhận được các sức điện động song
song hay các sức điện động nối tiếp - song song người ta thường dùng các
máy biến áp điều chỉnh bổ sung.

Phạm Thị Bình An

25