tối ưu các giải pháp vận hành cho lưới điện 22kv tp cà mau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HOÀNG TỶ

TỐI ƯU CÁC GIẢI PHÁP VẬN HÀNH
CHO LƯỚI ĐIỆN 22KV TP. CÀ MAU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 4 5 0 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HOÀNG TỶ

TỐI ƯU CÁC GIẢI PHÁP VẬN HÀNH CHO LƯỚI ĐIỆN
22KV TP. CÀ MAU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Hướng dẫn khoa học:
TS. HUỲNH CHÂU DUY

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC
Họ và tên: Nguyễn Hoàng Tỷ

Giới tính: Nam;

Ngày, tháng, năm sinh: 26-02-1985

Nơi sinh: Cà Mau;

Quê quán: tỉnh Cà Mau

Dân tôc: Kinh;

Chổ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Công ty Điện lực Cà Mau, 288A đường Trần
Hưng Đạo, Phường 5, TP. Cà Mau, tỉnh Cà Mau;
Điện thoại cơ quan: 07803.700718

Điện thoại nhà riêng: 0916 331226

Fax: 07803. 551188

E-mail: ;

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO :
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 2003 đến 2005;

Nơi học: Trường Cao đẳng Điện lực TP.HCM, 554 đường Hà Huy Giáp,
Phường Thạnh Lộc, Q12, TP. HCM;
Ngành học: Phát Dẫn Điện;
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Không chính quy

Thời gian đào tạo từ 10/2007 đến 10/2012;

Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, 268 Lý Thường Kiệt, Phường
14, Q10, TP. HCM;
Ngành học: Điện – Điện tử (Điện năng);
Tên luận án tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện có xét tới tiết kiệm năng lượng
cho Công Ty TNHH Đại Phát;
Ngày & nơi bảo vệ luận văn tốt nghiệp: tháng 6/2012 tại trường Đại học Bách
Khoa TP.HCM.
Người hướng dẫn: Th.s Trần Anh Dũng.

i


III.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Từ 2005 - 2015

Công ty Điện lực Cà Mau

Cán bộ kỹ thuật

Học cao học tại trường
Từ 2013 - 2015

Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật TP. HCM

i

Học viên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2015

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Hoàng Tỷ

ii


CẢM TẠ
Trải qua thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, nay tôi đã hoàn thành đề
tài tốt nghiệp của mình. Để có được thành quả này tôi đã nhận được rất nhiều sự hỗ
trợ và giúp đỡ tận tình từ Thầy Cô, gia đình, bạn bè, và đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Huỳnh Châu Duy, người đã định hướng,
tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và truyền đạt kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời
gian học tập và thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Quyền Huy Ánh đã giúp đỡ chúng tôi
trong suốt thời gian học tập tại trường cũng như trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.Hồ Chí Minh đã truyền đạt một lượng kiến thức bổ ích, đặc biệt là quý thầy cô
Khoa Điện – Điện Tử đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học.
Tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình tôi đã tạo mọi điều kiện tốt nhất, hỗ trợ
về tinh thần và vật chất trong suốt quá trình học tập. Cám ơn bạn bè, đồng nghiệp
đã giúp đỡ và dành những tình cảm quý báu cho tôi trong suốt thời gian vừa qua.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

Học viên

Nguyễn Hoàng Tỷ

iii

năm 2015


ABSTRACT
Electricity distribution networks play an important role in the distribution of
power. To ensure the distribution grid operation reliability, quality and high
efficiency is always a matter of concern by organizations and individuals working
in the management and operation of electricity distribution network.
Due to geographical features as well as the distribution of population is not
evenly distributed grid to Ca Mau distributed on a large scale, with large radii
power supply quality power supply remains limited, large losses is issues needed
attention overcome.
The theme "Optimal solutions for power grids operators 22kV Ca Mau City"
aims to: Research, calculations suggested the operators solutions for the efficient
operation of most practical use for power grids in the Ca Mau City to ensure that
power grids operator with the following criteria:
+ Ensuring trusted power supply.
+ Power loss and power loss in the entire electrical network is the smallest.
+ Power quality Assurance: operating voltage at the node within the allowable
range.
+ Reduce short circuit when trying to choose the installation of appropriate
protective equipment, reduce investment costs.
Thesis offer solutions for optimal operator of the power grids 22kV Ca Mau
City and the results are reliable for practical use in the management and operation
of power grids.
+ Calculate, connectivity options loop and find the optimal open point.

+ Calculation, placement selection and installation capacity of optimal
capacitor.
+ The study calculated and proposed solutions to reduce the short-circuit
current value.

iv


TÓM TẮT
Lưới điện phân phối giữ một vai trò quan trọng trong khâu phân phối điện
năng. Để đảm bảo lưới điện phân phối vận hành tin cậy, chất lượng và đạt hiệu quả
cao là một vấn đề luôn được quan tâm bởi các tổ chức, cá nhân làm công tác quản
lý và vận hành lưới điện phân phối.
Do đặc điểm địa lý cũng như sự phân bố dân cư chưa đồng đều nên lưới điện
phân phối tỉnh Cà Mau phân bố trên diện rộng, có bán kính cấp điện lớn nên chất
lượng cung cấp điện vẫn còn hạn chế, tổn thất lớn là điều đang rất cần quan tâm
khắc phục.
Đề tài “Tối ưu các giải pháp vận hành cho lưới điện 22kV TP. Cà Mau” nhằm
mục đích: Nghiên cứu, tính toán, đề xuất các giải pháp vận hành sau cho hiệu quả
nhất để áp dụng thực tế cho lưới điện tại TP. Cà Mau nhằm đảm bảo lưới điện vận
hành với các tiêu chí sau:
+ Đảm bảo độ tinh cậy cung cấp điện.
+ Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong toàn mạng điện là nhỏ nhất.
+ Đảm bảo chất lượng điện năng: Điện áp vận hành tại các nút nằm trong
phạm vi cho phép.
+ Giảm được dòng ngắn mạch khi sự cố để lựa chọn lắp đặt các thiết bị bảo vệ
phù hợp, giảm chi phí đầu tư.
Luận văn đưa ra các giải pháp vận hành tối ưu cho lưới điện 22kV TP. Cà
Mau và kết quả là đáng tin cậy để áp dụng thực tế trong quản lý vận hành lưới điện.
+ Tính toán, lựa chọn kết nối mạch vòng và tìm điểm mở tối ưu.

+ Tính toán, lựa chọn vị trí và dung lượng lắp đặt tụ bù tối ưu.
+ Nghiên cứu tính toán và đề xuất các giải pháp giảm giá trị dòng ngắn mạch.

iv


MỤC LỤC
Trang
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân

i

Lời cam đoan

ii

Cảm tạ

iii

Tóm tắt

iv

Mục lục

v

Danh sách các chữ viết tắt

vi

Danh sách các hình

vii

Danh sách các bảng

viii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu các kết quả nghiên cứu trong và ngoài
nước đã công bố

1

1.1.1 Đặt vấn đề

1

1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố

2

1.2 Mục đích của đề tài

3

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài

4

1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài

4

1.3.2 Giới hạn đề tài

4

1.4 Phương pháp nghiên cứu

4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

5

2.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối

5

2.1.1 Hệ thống điện phân phối

5

2.1.2 Đặc điểm của hệ thống điện

6

2.1.3 Vận hành hệ thống điện

6

2.1.4 Nhiệm vụ vận hành hệ thống điện

6

2.1.5 Các mục tiêu vận hành hệ thống điện

7

2.2 Các phương pháp tính toán trong hệ thống điện
2.2.1 Giải tích mạng điện bằng phương pháp lập Gauss – Seidel
v

7
8


2.2.2 Giải tích mạng điện bằng phương pháp lập Newton – Raphson

11

2.3 Cách tính dung lượng bù công suất phản kháng cho lưới phân phối

15

2.4 Các phương thức nối đất trung tính lưới trung thế

17

2.4.1 Trung tính nối đất trực tiếp

17

2.4.2 Trung tính cách ly

20

2.4.3 Trung tính nối đất qua tổng trở Zn (qua điện trở R hoặc điện kháng X) 21
2.4.4 Trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang (cuộn Petersen)

25

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU LƯỚI ĐIỆN 22KV TP. CÀ MAU

28

3.1 Đặc điểm chung của lưới điện phân phối

28

3.2 Đặc điểm và thực trạng lưới điện phân phối 22kV tỉnh Cà Mau

29

3.3 Phương thức vận hành hiện tại của lưới điện phân phối tỉnh Cà Mau

30

3.4. Nhận xét lưới điện 22kV tỉnh Cà Mau

32

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LƯỚI
ĐIỆN 22KV TP. CÀ MAU

34

4.1. Tính toán, lựa chọn kết nối mạch vòng và tìm điểm mở tối ưu

34

4.1.1 Chọn sơ đồ lưới điện dùng để tính toán chọn điểm mở tối ưu

34

4.1.2 Phương pháp chọn điểm mở mạch vòng tối ưu

35

4.1.3 Tính toán tìm điểm mở tối ưu

37

4.2 Tính toán, lựa chọn vị trí lắp đặt, dung lượng tụ bù cố định và ứng động

42

4.2.1 Mục đích và phương pháp tính toán bù công suất phản kháng

42

4.2.2 Cách PSS/ADEPT tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu

45

4.2.3 Tính toán các giá trị tổn thất trên lưới điện với việc lắp đạt tụ bù tại vị trí,
dung lượng hiện tại

47

4.2.4 Tính toán, xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu

48

4.3 Nghiên cứu tính toán và đề xuất giải pháp giảm giá trị dòng điện ngắn mạch 50
4.3.1 Hiện trạng trạm 110/22kV TP.Cà Mau

50

4.3.2 Tính toán các giải pháp giảm giá trị dòng ngắn mạch

52

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN, TỐI ƯU CÁC GIẢI PHÁP VẬN
HÀNH CHO LƯỚI ĐIỆN 22KV TP. CÀ MAU

57

5.1 Kết quả tính toán khi kết nối mạch vòng đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

57

v


5.1.1 Vị trí kết nối mạch vòng đã đề xuất kết nối mới

57

5.1.2 Kết quả tổn thất sau khi chọn vị trí điểm mở tối ưu

58

5.2 Kết quả tính toán khi tối ưu vị trí và dung lượng tụ bù cần lắp đặt

59

5.2.1 So sánh vị trí và dung lượng tụ bù trước và sau khi tối ưu giải pháp lắp
đặt tụ bù

59

5.2.2 So sánh tổn thất công suất trước và sau khi tối ưu giải pháp lắp đặt tụ bù60

5.3 Kết quả tính toán và tính khả thi của giải pháp giảm dòng điện ngắn mạch được
đề xuất

62

5.3.1 Kết quả khi áp dụng giải pháp giảm dòng điện ngắn mạch đã đề xuất 62
5.3.2 Đánh giá tính khả thi của các giải pháp giảm dòng điện ngắn mạch

66

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO TƯƠNG LAI

71

6.1 Kết luận

71

6.2 Kiến nghị và hướng phát triển cho tương lai

71

TÀI LIỆU THAM KHẢO

73

PHỤ LỤC

74

v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
PSS/ADEPT

(The

Power

System

Engineering Productivity Tool).
TOPO (Tie Open Point Optimization).
CAPO (Optimal Capacitor Placement).
DS (disconnector switch).
MC (Master of Ceremonies).

vi

Simulator/Advanced

Distribution


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình

Trang

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý lưới điện trung tính nối đất trực tiếp có kéo dây trung
tính

17

Hình 2.2: Sự cố chạm đất một pha ở lưới trung áp

22

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý lưới điện có trung tính nối đất qua máy biến áp tạo trung
tính

23

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý lưới điện trung điểm nối đất qua cuộn dập hồ quang

26

Hình 3.1: Sơ đồ đơn tuyến tổng thể lưới điện TP. Cà Mau

32

Hình 4.1: Thuật toán tìm điểm mở tối ưu

36

Hình 4.2: Thuật toán tìm vị trí, dung lượng tụ bù tối ưu

43

Hình 4.3: Thông số kinh tế cho lắp đặt tụ bù

46

Hình 5.1: Đồ thị dòng ngắn mạch khi nối đất trung tính qua điện trở R

63

Hình 5.2: Đồ thị dòng ngắn mạch khi nối đất trung tính qua cuộn kháng X

63

Hình 5.3: Đồ thị dòng ngắn mạch khi nối đất trung tính qua điện trở R (sau khi đã
áp dụng giải pháp 1, 2)

65

Hình 5.4: Đồ thị dòng ngắn mạch khi nối đất trung tính qua cuộn kháng X (sau khi
đã áp dụng giải pháp 1, 2)

66

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

Trang

Bảng 3.1: Khối lượng đường dây và TBA toàn tỉnh Cà Mau

29

Bảng 3.2: Sản lượng điện tiêu thụ toàn tỉnh Cà Mau

30

Bảng 4.1: Vị trí điểm mở hiện tại của các mạch vòng

38

Bảng 4.2: Kết quả tính toán tổn thất với điểm mở mạch vòng hiện tại

39

Bảng 4.3: Kết quả tính toán chọn điểm mở tối ưu

40

Bảng 4.4: Kết quả tính toán tổn thất với điểm mở mạch vòng tối ưu

42

Bảng 4.5: Vị trí, dung lượng tụ bù hiện tại

47

Bảng 4.6: Thiết lập thông số kinh tế cho lắp đặt tụ bù

48

Bảng 4.7: Vị trí, dung lượng sau khi bù tối ưu

48

Bảng 4.8: Kết quả tổn thất sau khi bù tối ưu

50

Bảng 4.9: Kết quả tính toán dòng ngắn mạch 1 pha và 3 pha với trung tính máy
biến áp phía trung thế nối đất trực tiếp

51

Bảng 4.10: Kết quả tính toán dòng ngắn mạch 1 pha trạm đất khi trung tính máy
biến áp phía trung thế nối đất qua điện trở

53

Bảng 4.11: Kết quả tính toán dòng ngắn mạch 1 pha trạm đất khi trung tính máy
biến áp phía trung thế nối đất qua cuộn kháng

53

Bảng 5.1: Tổng hợp điểm mở mạch vòng tối ưu và điểm mở hiện hữu

57

Bảng 5.2: Tổng hợp tổn thất công suất với điểm mở mạch vòng tối ưu và điểm mở

hiện hữu

58

Bảng 5.3: Tổng hợp vị trí và dung lượng tụ bù trước và sau khi tối ưu

59

Bảng 5.4: Tổng hợp tổn thất công suất với vị trí và dung lượng tụ bù trước và sau
khi tối ưu

61

Bảng 5.5: Tổng hợp tổn thất công suất khi áp dụng đồng thời 2 giải pháp

62

viii


Bảng 5.6: Kết quả dòng ngắn mạch 1 pha trạm đất khi trung tính máy biến áp phía
trung thế nối đất qua điện trở R (sau khi đã áp dụng giải pháp 1, 2)

64

Bảng 5.7: Kết quả dòng ngắn mạch 1 pha trạm đất khi trung tính máy biến áp phía
trung thế nối đất qua điện trở X (sau khi đã áp dụng giải pháp 1, 2)

viii

65


GVHD: TS. Huỳnh Châu Duy

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc đã công bố
1.1.1 Đặt vấn đề
Điện năng là một loại hàng hóa đặc biệt và giữ một vai trò quan trọng trong
việc đảm bảo sự ổn định và phát triển kinh tế xã hội, an ninh chính trị của mỗi quốc
gia. Nếu xét về mặt kinh tế, điện năng được cung cấp bởi các công ty điện lực đến
khách hàng sử dụng điện phải có giá thành rẻ nhất, chất lượng điện năng phải tốt
nhất. Điều này có nghĩa quan trọng và quyết định đến sự tồn tại và phát triển của
các công ty điện lực Việt Nam khi tiến hành thị trường hóa ngành điện. Để thực
hiện được mục tiêu này các công ty điện lực, các nhà khoa học đã không ngừng tìm
kiếm, nghiên cứu đưa ra các giải pháp mới như tạo ra nguồn năng lượng mới, thiết
kế, xây dựng, và vận hành lưới điện thông minh vv ...
Sự phát triển của Ngành điện đi cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế của
Đất Nước, sự biến động của Ngành điện sẽ mang lại những ảnh hưởng không nhỏ
đến tình hình kinh tế, chính trị, xã hội của Quốc gia.
Cùng với sự phát triển chung của hệ thống điện Việt Nam, lưới điện TP. Cà
Mau cũng đã phát triển không ngừng, phụ tải luôn tăng trưởng rất cao, lưới điện
ngày càng được mở rộng và hiện đại hoá. Do vậy, việc đảm bảo cung cấp điện một
cách tin cậy và chất lượng song song với việc nâng cao hiệu quả kinh tế trong vận
hành là một yêu cầu hết sức cần thiết đối với lưới điện phân phối (LĐPP) hiện nay.
Vấn đề đặt ra cho ngành điện nói chung và Công ty Điện lực Cà Mau nói riêng
hiện nay là với sự phát triển nguồn và lưới điện trong tương lai là rất lớn mạnh, làm

sao cho chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng luôn đảm bảo trong phạm vi
cho phép, đồng thời giảm tổn thất công suất (P) trên lưới điện phân phối ở mức
thấp nhất để đem lại hiệu quả kinh tế cho ngành điện. Ngày nay, vấn đề giảm tổn
thất công suất trên lưới đã trở thành mục tiêu và nhiệm vụ quan trọng hàng đầu

HVTH: Nguyễn Hoàng Tỷ

1


GVHD: TS. Huỳnh Châu Duy

trong sản xuất kinh doanh của ngành điện. Để giải quyết vấn đề này cần phải thực
hiện nhiều giải pháp khác nhau, trong đó việc tính toán và lựa chọn phương pháp
vận hành thích hợp cho lưới điện phân phối sẽ mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho
ngành điện như: giảm tổn thất điện năng trên lưới, đảm bảo điện áp tại các nút thay
đổi trong phạm vi cho phép.
1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố
Trong nƣớc:
1. Đinh Thành Việt, Nguyễn Hồng, “Tính toán lựa chọn phương án kết lưới
hiệu quả lưới điện cáp ngầm 22kV khu du lịch Bãi Dài - Cam Ranh”.
Bài báo trình bày một phương pháp tiếp cận để giải quyết bài toán tìm cấu trúc
tối ưu của lưới điện phân phối cáp ngầm bằng phương pháp kết hợp giữa phân tích
với kinh nghiệm thực tế của các chuyên gia về quy hoạch lưới điện trên thế giới
đồng thời xây dựng chương trình tính toán tìm cấu trúc tối ưu trên máy tính và ứng
dụng để tính chọn phương án kết lưới hiệu quả cho lưới điện 22kV cáp ngầm ở khu
du lịch Bãi Dài, huyện Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa.
2. Trương Việt Anh, “Hê ̣ Chuyên gia Mờ vâ ̣n hành hê ̣ thố ng điê ̣n phân phố i” ,
2005.
Luận án đã đưa ra được hai giải thuật mới là kết nối và vòng kín, và đã giải

quyết được một số vấn đề giữa mô hình toán và thực tế. Mô tả tính chất quan hệ phi
tuyến giữa các hàm mục tiêu đơn lẻ với nhau và các điều kiện vận hành bằng quan
hệ mờ khi giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối theo hàm đa mục tiêu.
3. Ngô Văn Dưỡng, Nguyễn Dương Long, “Tính toán lựa chọn cấu trúc hợp lý
cho lưới phân phối 22kV tại khu vực miền Trung và Tây Nguyên”.
Bài báo trình bày phương pháp tính toán, phân tích để lựa chọn cấu trúc hợp lý
cho lưới điện phân phối 22kV. Qua tìm hiểu ưu nhược điểm các dạng cấu trúc lưới
điện phân phối đang sử dụng trên Thế Giới, đề xuất sử dụng kết hợp cấu trúc theo
chuẩn Châu Âu và chuẩn Bắc Mỹ cho lưới điện phân phối tại khu vực Miền Trung
và Tây Nguyên.
4. Lê Quang Trường, Đinh Thành Việt, “Khảo sát ảnh hưởng của các nguồn
thuỷ điện vừa và nhỏ đến chế độ vận hành của lưới điện phân phối tỉnh Gia Lai”.

HVTH: Nguyễn Hoàng Tỷ

2


GVHD: TS. Huỳnh Châu Duy

Bài báo trình bày thuật toán, phương pháp tìm điểm mở tối ưu các mạch vòng,
phân tích và lựa chọn các phương thức vận hành hợp lý và khảo sát ảnh hưởng của
các nguồn thuỷ điện vừa và nhỏ đến lưới điện phân phối tỉnh Gia Lai.
Ngoài nƣớc:
1. Kai Heussen, Student-Member, IEEE and Morten Lind, “Decomposing
Objectives and Functions in Power System Operation and Control Kai Heussen,
Student-Member, IEEE and Morten Lind”: Mục tiêu và chức năng phân rã trong
vận hành và điều khiển hệ thống điện.
Bài báo này trình bày một góc độ trung bình, kết thúc và phân tích các cấu trúc
điều khiển và mô hình hoạt động trong hệ thống điện hiện nay. Trong một cách tiếp

cận từ trên xuống, cơ chế theo tần số truyền thống và khu vực điều khiển được
chính thức hóa. Nó đã chứng minh rằng mô hình hoạt động hệ thống điện trong
tương lai với chế độ điều khiển thế hệ khác nhau và nhu cầu điều khiển có thể được
mô hình hóa một cách chặt chẽ. Cuối cùng, các cuộc thảo luận được mở ra một cách
chính thức của dịch vụ trao đổi giữa các nhu cầu khách hàng.
1.2 Mục đích của đề tài
Mục tích của đề tài: “Tối ưu các giải pháp vận hành cho lưới điện 22kV TP.
Cà Mau”, như sau:
- Xác định các giải pháp vận hành lưới điện 22kV hiện tại TP. Cà Mau đang
áp dụng vận hành, nhằm giải quyết vấn đề điều khiển, quản lý vận hành lưới điện
phân phối 22kV.
- Nghiên cứu, tính toán đề xuất giải pháp vận hành sau cho hiệu quả nhất để áp
dụng thực tế tại TP. Cà Mau nhằm đảm bảo lưới điện vận hành với các tiêu chí sau:
+ Đảm bảo độ tinh cậy cung cấp điện.
+ Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong toàn mạng điện là nhỏ nhất.
+ Đảm bảo chất lượng điện năng: Điện áp vận hành tại các nút nằm trong
phạm vi cho phép.
+ Giảm được dòng ngắn mạch khi sự cố để lựa chọn lắp đặt các thiết bị bảo
vệ phù hợp, giảm chi phí đầu tư.

HVTH: Nguyễn Hoàng Tỷ

3


GVHD: TS. Huỳnh Châu Duy

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài
- Xác định các giải pháp vận hành lưới điện 22kV hiện tại TP. Cà Mau đang

áp dụng vận hành.
- Tính toán đề xuất giải pháp vận hành sau cho hiệu quả nhất để áp dụng thực
tế tại TP. Cà Mau.
- Tính toán dòng ngắn mạch sự cố trên lưới điện phân phối hiện tại, đề xuất
các giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới phân phối.
- Tính toán, lựa chọn kết nối mạch vòng và tìm điểm mở tối ưu lưới điện 22kV
TP. Cà Mau.
1.3.2 Giới hạn đề tài
- Do Mật độ dân cư tập trung không đồng đều, cư trú tại các vùng sâu, vùng xa
nên lưới điện cung cấp với chiều dài lớn, bán kính rộng, việc đầu tư mạch vòng hay
giảm dòng ngắn mạch … là tốn kém nhiều chi phí và không đem lại hiệu quả cao.
Nên đề tài này chỉ tính toán lưới điện 22kV cho khu vực TP. Cà Mau.
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Thu thập số liệu thực tế lưới điện 22kV TP. Cà Mau từ Điện lực TP. Cà Mau.
- Xác định các giải pháp vận hành lưới điện 22kV hiện tại TP. Cà Mau đang
áp dụng vận hành.
- Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán và xử
lý số liệu phân bố công suất, tổn thất công suất, tính toán vị trí bù công suất phản
kháng tối ưu, tính ngắn mạch … ; phần mềm MATLAB tìm các giá trị điện trở, điện
kháng nối đất, … nhằm lựa chọn giải pháp vận hành tối ưu nhất.

HVTH: Nguyễn Hoàng Tỷ

4


GVHD: TS. Huỳnh Châu Duy

Chƣơng 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Đặc điểm của lƣới điện phân phối
2.1.1 Hệ thống điện phân phối
Là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp từ các trạm biến áp trung gian đến
khách hàng. Đường dây truyền tải thường được vận hành mạch vòng hay hình tia,
còn các đường dây phân phối điện luôn được vận hành hở trong mọi trường hợp.
Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng loại relay quá
dòng. Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết các tuyến dây đều có
các mạch vòng liên kết với các đường dây kế cận được cấp điện từ một trạm biến áp
trung gian khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố. Việc khôi phục
lưới được thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các thiết bị bảo vệ hiện có trên
lưới.
Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (ánh sáng sinh
hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp …) và các phụ tải này được phân bố không
đồng đều giữa các đường dây. Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và
luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì vậy, trên các đường dây,
đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ. Điều
này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối.
Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, ngoài việc thay đổi cấu trúc lưới
điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện hiện có trên lưới thì
việc sử dụng các nguồn phân tán là một trong những giải pháp cần xem xét. Vì vậy,
trong quá trình thiết kế các loại khoá điện (Recloser, LBS, DS…) sẽ được lắp đặt tại
các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khoá này vừa có thể giảm chi phí
vận hành và vừa giảm tổn thất năng lượng.
Bên cạnh đó, trong quá trình phát triển, phụ tải liên tục thay đổi, vì vậy xuất
hiện nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối để phù hợp với tình hình cụ thể.

HVTH: Nguyễn Hoàng Tỷ

5

GVHD: TS. Huỳnh Châu Duy

2.1.2 Đặc điểm của hệ thống điện
- Được sản xuất, phân phối và biến đổi thành các dạng năng lượng khác trong
cùng một thời điểm.
+ Cấu trúc vận hành hở.
+ Không dự trữ được.
+ Toàn thể các phần tử trong hệ thống điện là một hệ thống nhất.
+ Tổng năng lượng phát bằng tổng năng lượng tiêu thụ.
- Các quá trính quá độ xảy ra nhanh chóng.
- Gắn liền với sự phát triển của công nghiêp, sinh hoạt, thông tin, giao thông ..
+ Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
+ Chất lượng điện năng được đảm bảo.
2.1.3 Vận hành hệ thống điện
Là tập hợp các thao tác nhằm duy trì chế độ làm việc bình thường của hệ
thống điện đáp ứng các yêu cầu chất lượng, tin cậy và kinh tế. Như đã biết, hệ thống
điện bao gồm các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Sự làm việc tin cậy và
kinh tế của hệ thống xuất phát từ sự tin cậy và chế độ làm việc kinh tế của từng
phần tử. Cùng với sự ra đời của các thiết bị công nghệ mới, những yêu cầu về vận
hành các thiết bị điện nói riêng và hệ thống điện nói chung ngày càng trở nên
nghiêm ngặt. Cũng như đối với tất cả các thiết bị, vấn đề vận hành hệ thống điện
trước hết cần phải được thực hiện theo đúng quy trình quy phạm. Các quy trình sử
dụng thiết bị do các nhà chế tạo cung cấp và hướng dẫn. Quy trình vận hành các
phần tử của hệ thống điện được xây dựng trên cơ sở các quy trình sử dụng thiết bị
có xét đến những đặc điểm công nghệ của hệ thống.
2.1.4 Nhiệm vụ vận hành hệ thống điện
Các phần tử trong hệ thống điện có làm việc được tốt và tin cậy hay không
phần lớn là do quá trình vận hành quyết định, khi vận hành các phần tử cần phải

hoàn thành các nhiệm vụ:
- Đảm bảo cung cấp điện liên tục, tin cậy cho các hộ tiêu thụ và đảm bảo sự
làm việc liên tục của thiết bị.

HVTH: Nguyễn Hoàng Tỷ

6


GVHD: TS. Huỳnh Châu Duy

- Giữ được chất lượng điện năng cung cấp: tần số và điện áp của dòng điện ..
phải luôn được giữ trong giới hạn cho phép.
- Đáp ứng được đồ thị phụ tải hàng ngày một cách linh hoạt, cung cấp đầy đủ
điện năng chất lượng cho mọi khách hàng.
- Đảm bảo được tính kinh tế cao của thiết bị làm việc, đồ thị phụ tải phải được
san bằng tốt nhất đến mức có thể. Đảm bảo giá thành sản xuất, truyền tải và phân
phối thấp nhất đến mức có thể.
2.1.5 Các mục tiêu vận hành hệ thống điện
- Chi phí vận hành bé nhất: So sánh chi phí chuyển tải và mức giảm tổn thất
công suất. Dùng cho LĐPP có chi phí chuyển tải bé, không mất điện khi chuyển tải.
- Tổn thất năng lượng bé nhất: Cấu trúc lưới rất ít thay đổi, thời gian vận hành
thường kéo dài với chu kỳ trong tuần hay trong tuần. Dùng cho LĐPP có chi phí
chuyển tải lớn, gây mất điện khi chuyển tải – phù hợp với lưới Việt Nam.
- Tổn thất công suất bé nhất: Dùng làm modul để giải tất cả các bài toán tái
cấu trúc.
- Cân bằng tải đường dây và máy biến thế: Chống quá tải đường dây, máy biến
thế, nâng cao khả năng tải của lưới. Dùng cho LĐPP thường xuyên bị quá tải và là
modul giải khôi phục cung cấp điện.
- Khôi phục cung cấp điện: Số thao tác chuyển tải ít nhất, số khách hàng bị

mất điện ít nhất và không quá tải đường dây. Dùng cho mọi LĐPP sau sự cố hay
sửa chữa.
- Đa mục tiêu: Các mục tiêu = Cân bằng tải +  Pmin +  Umin +  min.
2.2 Các phƣơng pháp tính toán trong hệ thống điện
Các công thức cơ sở:
Tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng:
PR  QX
.103[kV ]
U

(2.1)

P2  Q2
( R  jX ).103[kVAr ]
2
U

(2.2)

U 


S 

A  Pmax . [kWh]

HVTH: Nguyễn Hoàng Tỷ

(2.3)

7


GVHD: TS. Huỳnh Châu Duy

A  Pmax . max [kWh]

(2.4)

Trong đó:
Tmax : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất


: Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, được tính toán

thống kê theo Tmax của đồ thị phụ tải.
2.2.1 Giải tích mạng điện bằng phƣơng pháp lập Gauss – Seidel
2.2.1.1 Phƣơng pháp lập Gauss – Seidel
Phương pháp này được hiểu như là phương pháp thay thế liên tiếp:
f(x) = 0

(2.5)

Phương trình được viết lại như sau:
x = g(x)

(2.6)

Nếu x(0) là giá trị được gán ban đầu của biến x, phương trình lặp được viết như
sau:

x(1)  g ( x(0) )

(2.7)

…………..
x( k 1)  g ( x( k ) )

(2.8)

Quá trình giải kết thúc khi sự chênh lệch giữa x(k+1) và xk nhỏ hơn giá trị sai số
yêu cầu:
x( k 1)  x( k )  

(2.9)

 : là sai số yêu cầu.

2.2.1.2 Giải bài toán phân bố công suất bằng Phƣơng pháp lập Gauss – Seidel
Trong nghiên cứu phân bố công suất, cần giải hệ phương trình phi tuyến với 2
ẩn chưa biết ở mỗi nút. Trong phương pháp Gauss – Seidel, tìm điện áp Vi với các
bước lập như sau:

(2.10)

HVTH: Nguyễn Hoàng Tỷ

8


GVHD: TS. Huỳnh Châu Duy

Với yij là tổng dẫn trong hệ đơn vị tương đối, P sch và Q sch là công suất tác
dụng và phản kháng trong hệ đơn vị tương đối. Theo định luật Kirchoff, dòng vào
nút i được giả thuyết mang dấu (+), vì thế với công suất tác dụng và phản kháng
P sch và Q sch đi vào nút, như các nút nguồn, mang dấu (+). Với nút phụ tải công suất

tác dụng và phản kháng đi ra từ nút, P sch và Q sch khi đó mang dấu (-). Nếu giải với
ẩn Pi và Qi thì:

(2.11)

(2.12)
Phương trình phân bố công suất thường được mô tả với các thành phần ma
trận tổng dẫn. Khi đó thành phần tổng dẫn phía trên và phía dưới của đường chéo
chính của ma trận tổng dẫn Ybus là Yij   yij và thành phần tổng dẫn riêng
n

Yij   y ij , khi đó:
j 0

(2.13)

(2.14)

(2.15)

HVTH: Nguyễn Hoàng Tỷ

9

GVHD: TS. Huỳnh Châu Duy

Yii bao gồm tổng dẫn so với đất của đường dây hay bất kỳ các tổng dẫn hổ

cảm khác so với đất.
Với nút P-Q, giá trị công suất tác dụng và phản kháng P sch và Q sch đã biết. Bắt
đầu bằng công việc ước lượng giá trị gán ban đầu, từ đó tính được các thành phần
thực và phức của điện áp. Với các nút điều khiển điện áp (nút P-V) thì P sch và Vi
đã có, từ đó tính Qi( k 1) , và sau đó tính Vi ( k 1) . Tuy nhiên, từ giá trị Vi đã biết, chỉ có
thành phần ảo của Vi ( k 1) là được giữ lại, và thành phần thực đã được lựa chọn để
thoả điều kiện:

(2.16)
Hay:

(2.17)
Ở đây: ei( k 1) và fi ( k 1) lần lượt là thành phần thực và ảo của Vi ( k 1) trong quá
trình lập.
Tốc độ hội tụ được gia tăng bằng cách sử dụng hệ số gia tăng tốc độ hội tụ với
sự xấp xỉ nghiệm ở mỗi bước lập.

(2.18)
 là hệ số gia tăng tốc độ hội tụ. Giá trị này tuỳ thuộc vào hệ thống. Đối với

các hệ thống thông thường  được chọn vào khoảng 1.3 đến 1.7.
Giá trị áp được cập nhật tức thì thay thế giá trị trước đó trong quá trình giải
tuần tự các phương trình. Quá trình này được tiếp tục thực hiện đến khi các thành
phần thực và ảo của áp tại các nút giữa 2 bước lập liên tiếp đạt được sai số yêu cầu,
nghĩa là:

HVTH: Nguyễn Hoàng Tỷ

10