tối ưu hóa vị trí thiết bị bù trong mạng phân phối

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN PHƯỚC LỘC

TỐI ƯU HÓA VỊ TRÍ THIẾT BỊ BÙ TRONG MẠNG PHÂN PHỐI

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 4 4 3 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN PHƢỚC LỘC

TỐI ƢU HÓA VỊ TRÍ THIẾT BỊ BÙ
TRONG MẠNG PHÂN PHỐI

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 60520202

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN PHƢỚC LỘC

TỐI ƢU HÓA VỊ TRÍ THIẾT BỊ BÙ
TRONG MẠNG PHÂN PHỐI

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 60520202
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. QUYỀN HUY ÁNH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC.
Họ và tên: Nguyễn Phƣớc Lộc

Giới tính: Nam.

Ngày, tháng, năm sinh: 16/11/1973

Nơi sinh: An Giang.

Quê quán: An Giang

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Ấp đông sơn 2, Thị trấn Núi Sập, huyện
Thoại Sơn, tỉnh An Giang.
Điện thoại: 0918 067 624.

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO.
2.1. Hệ đại học.
Hệ đào tạo: chính quy.

Thời gian đào tạo: 1993 đến 1998.

Trƣờng Đại Học ĐSPKT TP.HCM, Võ văn Ngân, Quận Thủ Đức, TP HCM.
Ngành học: Điện khí hóa- cung cấp điện.
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: luận văn “Mô phỏng mạch điện
bằng phần mềm Matlab”.
Ngƣời hƣớng dẫn: Nguyễn Minh Tâm
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC.
Thời gian

Nơi công tác

10/1998 – 10/2007 Phòng KHKT – Điện lực Thoại Sơn
10/2007 đến nay Phòng Kinh Doanh – Điện lực Thoại Sơn

i

Công việc đảm nhiệm

Cán bộ kỹ thuật
Trƣởng phòng
Kinh doanh


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 chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014.
Ngƣời cam đoan

Nguyễn Phƣớc Lộc

ii


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS, TS. Quyền Huy Ánh đã tận tình
hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này.
Chân thành cảm ơn quí thầy, quí cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM và quí thầy, quí cô Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã giảng dạy
tôi trong suốt hai năm học.
Và cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã
động viên tôi trong suốt quá trình học tập.

iii


TÓM TẮT

Luận văn “Tối ưu hóa vị trí thiết bị bù trong mạng phân phối” trình bày
tổng quan các phƣơng pháp tối ƣu hóa vị trí và công suất bù trong mạng phân phối,
đặc biệt quan tâm đến phƣơng pháp phân tích động theo dòng tiền tệ.
Để xác định các vị trí bù tối ƣu trong lƣới phân phối sử dụng phần mềm mô
phỏng tính toán lƣới điện phân phối PSS/ADEPT, đƣợc chuẩn hóa tại các Công ty
điện lực của Việt Nam.
Ngoài ra, ảnh hƣởng của việc đóng cắt tụ bù đến vận hành lƣới phân phối
nhƣ: hiện tƣợng quá độ, hiện tƣợng quá áp cũng đƣợc khảo sát và đề xuất các biện
pháp khắc phục.
Giá trị thực tiễn của luận văn thể hiện ở kết quả giải bài toán xác định vị trí
lắp đặt bù tối ƣu trên xuất tuyến 480LX 22kV tại Công ty Điện lực An Giang, qua
đó đề xuất các phƣơng án bù hợp lý để vận hành lƣới điện kinh tế.
Luận văn mong muốn giới thiệu công cụ mô phỏng hữu ích với phần mềm
thông dụng PSS/ADEPT cho các nhà nghiên cứu, các kỹ sƣ, sinh viên… trong việc
nghiên cứu tính toán giải các bài toán trong lĩnh vực hệ thống điện.

iv


ABSTRACT
The thesis "Optimize the location of Var compensator in the distribution
network" presents an overview of methods to optimize the location and capacity of
Var compensators in the distribution network, special attention to the dynamic
analysis method under cash flow currency.
To determine the optimal position of Var compensators in the distribution
network using simulation software PSS / ADEPT, standardized at the power
companies in Vietnam.
In addition, the vinfluence of capacitor switching to the operation of the
distribution network, such as transient and overvoltage phenomena, also was
surveyed and was proposed remedial measures.

Practical value of the thesis presented in the results of the problem of
optimization of location of Var compensators, installed on feeders 480LX 22kV in
An Giang Electricity Company, which proposed the compensation plan to operate
reasonably economy electrical network.
Thesis desire to introduce useful and popular simulation tool PSS/ADEPT
for researchers, engineers, and students…in the computational research in solving
problems in the field of electrical power systems.

v


MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Quyết định giao đề tài
LÝ LỊCH KHOA HỌC ................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii
TÓM TẮT .................................................................................................................. iv
ABSTRACT ................................................................................................................ v
MỤC LỤC .................................................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... xi
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................xii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .............................................. xiv
CHƢƠNG 0 MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1
1. Đặt vấn đề ............................................................................................................... 1
2. Nhiệm vụ của luận văn ............................................................................................ 2
3. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................. 2

4. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 2
5. Điểm mới của luận văn ........................................................................................... 2
6. Giá trị thực tiễn của đề tài ....................................................................................... 2
7. Nội dung luận văn ................................................................................................... 3
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG LƢỚI PHÂN PHỐI VÀ THIẾT BỊ
BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG .......................................................................... 4
1.1. Lƣới phân phối ..................................................................................................... 4
1.1.1. Vai trò của lƣới phân phối ............................................................................. 4
1.1.1.1 Phân phối theo một cấp điện áp trung áp (Hình 1-1)............................... 4
1.1.1.2 Phân phối theo hai cấp điện áp trung áp (Hình 1-2) ................................ 5
1.2. Đặc điểm chung của lƣới phân phối..................................................................... 5
1.3. Hiện trạng bù công suất phản kháng trong lƣới phân phối .................................. 6

vi


1.3.1. Tình hình bù công suất phản kháng ở nƣớc ta .............................................. 6
1.3.2. Vấn đề bù công suất phản kháng ở một số nƣớc trên thế giới ...................... 9
1.4. Mục đích của việc bù CSPK trong lƣới phân phối ............................................ 11
1.4.1 Giảm đƣợc tổn thất công suất trong mạng điện. ......................................... 11
1.4.2. Giảm đƣợc tổn thất điện áp trong mạng điện .............................................. 11
1.4.3 Tăng khả năng truyền tải của đƣờng dây và máy biến áp ........................... 12
1.5. Các thiết bị phát công suất phản kháng trên lƣới phân phối .............................. 12
1.5.1 Các nguồn phát công suất phản kháng trên lƣới ......................................... 13
1.5.1.1. Máy bù đồng bộ .................................................................................... 13
1.5.1.2. Tụ điện tĩnh ........................................................................................... 13
1.5.2 Ƣu nhƣợc điểm của các nguồn phát công suất phản kháng ........................ 15
1.5.2.1. Ƣu điểm của tụ điện so với máy bù đồng bộ ........................................ 15
1.5.2.2. Nhƣợc điểm của tụ điện so với máy bù đồng bộ .................................. 15
1.6. Các tiêu chí bù công suất phản kháng trên lƣới phân phối ................................ 16

1.6.1 Tiêu chí kỹ thuật .......................................................................................... 16
1.6.1.1. Yêu cầu về cosφ .................................................................................... 16
1.6.1.2. Đảm bảo mức điện điện áp cho phép.................................................... 17
1.6.1.3 Làm tăng tổn thất công suất và tăng đốt nóng dây dẫn: ........................ 18
1.6.2 Tiêu chí kinh tế ............................................................................................ 19
1.6.2.1. Lợi ích khi đặt bù .................................................................................. 19
1.6.2.2. Chi phí khi đặt bù ................................................................................. 19
CHƢƠNG 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH DUNG
LƢỢNG VỊ TRÍ THIẾT BỊ BÙ CSPK TRÊN LƢỚI PHÂN PHỐI .................. 22
2.1 Các phƣơng pháp xác định dung lƣợng thiết bị bù trong lƣới phân phối ........... 22
2.1.1. Xác định dung lƣợng bù điều kiện nâng cao hệ số công suất cosφ ............. 22
2.1.2. Xác định dung lƣợng bù theo điều kiện cực tiểu tổn thất công suất ........... 22
2.1.2.1 Phân phối dung lƣợng bù trong mạng hình tia ...................................... 22
2.1.2.2. Phân phối dung lƣợng bù trong mạng phân nhánh ............................... 24
2.1.3. Xác định dung lƣợng bù theo điều kiện điều chỉnh điện áp ........................ 25

vii


2.1.3.1. Xác định dung lƣợng bù khi đặt thiết bị bù tại 1 trạm .......................... 25
2.1.3.2. Xác định dung lƣợng bù CSPK khi đặt thiết bị bù tại nhiều trạm ........ 29
2.1.4. Xác định dung lƣợng bù theo quan điểm kinh tế ........................................ 32
2.1.4.1. Xác định dung lƣợng bù kinh tế ........................................................... 32
2.1.4.2. Phân phối dung lƣợng bù phía sơ cấp và thứ cấp máy biến áp ............ 36
2.2 Phƣơng pháp tính toán xác định vị trí bù tối ƣu trong lƣới phân phối ............... 38
2.2.1 Tính toán bù trên đƣờng dây có phụ tải tập trung và phân bố đều ............... 39
2.2.1.2. Trƣờng hợp sử dụng một bộ tụ bù ........................................................ 39
2.2.1.2. Trƣờng hợp sử dụng hai bộ tụ bù ......................................................... 42
2.2.2. Xác định vị trí tối ƣu của tụ bù ................................................................... 44
CHƢƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN BÙ TỐI ƢU CSPK TRÊN

LƢỚI PHÂN PHỐI ................................................................................................. 47
3.1 Mô hình tính toán bù công suất phản kháng ....................................................... 47
3.1.1. Mô hình tính bù CSPK theo cực tiểu tổn thất công suất ............................. 47
3.1.2. Mô hình tính bù CSPK theo điều kiện cực tiểu tổn thất điện năng: ............ 47
3.1.3. Mô hình tính bù CSPK theo điều kiện cực tiểu các chi phí ........................ 48
3.1.4. Mô hình tính bù CSPK theo tối đa hoá tiết kiệm chi phí ........................... 48
3.1.5. Mô hình tính bù CSPK theo giá trị hệ số COSφ2 cần đạt đƣợc ................. 49
3.2. Phƣơng pháp tính toán bù CSPK của lƣới phân phối ........................................ 50
3.2.1. Phƣơng pháp toán toán chế độ xác lập (CĐXL) của LPP ........................... 50
3.2.2 Tính toán bù tối ƣu theo phƣơng pháp phân tích động theo dòng tiền tệ .... 53
3.3. Giới thiệu chƣơng trình mô phỏng tính toán lƣới phân phối PSS/ADEPT ....... 56
3.3.1. Các chức năng ứng dụng chƣơng trình ....................................................... 57
3.3.2. Các cửa sổ ứng dụng ................................................................................... 58
3.3.2.1 Khóa cứng .............................................................................................. 58
3.3.2.2 Các cửa sổ View .................................................................................... 59
3.3.2.3 Diagram View ........................................................................................ 59
3.3.2.4 Cửa sổ Equipment List View ................................................................. 59
3.3.2.5 Cửa sổ Progress View ........................................................................... 60

viii


3.3.2.6 Cửa sổ Report Preview .......................................................................... 60
3.2.3. Thiết lập các thống số của lƣới điện phân phối trong chƣơng trình ............ 60
3.3.4 Xác định vị trí bù tối ƣu trong lƣới phân phối ............................................ 66
3.3.5 Tính toán kinh tế cho các phƣơng án bù ..................................................... 68
CHƢƠNG 4 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BÙ TỐI ƢU TRÊN TUYẾN 480LX LPP
22kV THUỘC ĐIỆN LỰC THOẠI SƠN- CÔNG TY ĐIỆN LỰC AN GIANG
VỚI PHẦN MỀM PSS/ADEPT ............................................................................ 69
4.1. Đặc điểm của lƣới điện nghiên cứu ................................................................... 69

4.1.1. Đặc điểm địa lý, kinh tế và xã hội ............................................................... 69
4.1.2. Đặc điểm lƣới điện ...................................................................................... 69
4.2. XÂY DỰNG CÁC THÔNG SỐ LƢỚI ĐIỆN TUYẾN 480LX VÀO CHƢƠNG
TRÌNH PSS/ADEPT ................................................................................................. 70
4.2.1. Các thông số chung phần mềm PSS/ADEPT .............................................. 70
4.2.2 Xây dựng sơ đồ lƣới điện tuyến 480LX trên PSS/ADEPT .......................... 71
4.2.3 Cập nhật thông số thực tế bằng cách vẽ và định nghĩa các nút trên lƣới điện
vào chƣơng trình .................................................................................................... 72
4.3 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ DUNG LƢỢNG BÙ TỐI ƢU............................................ 78
4.3.1. Tính toán phân bố công suất tuyến 480LX chƣa lắp bù .............................. 79
4.3.2. Tính toán xác định vị trí dung lƣợng bù tối ƣu ........................................... 80
4.3.2.1 Thiết lập các thông số kinh tế cho chƣơng trình.................................... 80
4.3.2.2 Xác định vị trí dung lƣợng cho các phƣơng án cụm bù có dung lƣợng
khác nhau ........................................................................................................... 80
4.3.2.3 Hiệu chỉnh vị trí dung lƣợng bù để xác định bù tối ƣu .......................... 89
CHƢƠNG 5 KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA ĐÓNG CẮT TỤ BÙ ĐẾN VẬN
HÀNH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ......................................................................... 91
5.1 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI TỤ BÙ TĨNH ........................................................................ 91
5.1.1. Nối tụ điện theo sơ đồ hình tam giác (∆)..................................................... 91
5.1.2. Nối tụ điện theo sơ đồ hình sao (Y) ............................................................ 92
5.1.3. Các kiểu đấu nối bộ tụ điện ba pha ............................................................. 92

ix


5.2 ẢNH HƢỞNG QUÁ ĐỘ CỦA QUÁ TRÌNH ĐÓNG CẮT TỤ BÙ ĐẾN CHẾ
ĐỘ ĐIỆN ÁP ............................................................................................................ 93
5.2.1 Quá độ khi đóng điện vào trạm tụ làm việc độc lập ..................................... 94
5.2.2 Quá độ khi đóng điện vào trạm tụ làm việc song song ................................ 96
CHƢƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ......... 101

6.1. Kết luận ............................................................................................................ 101
6.2. Hƣớng nghiên cứu phát triển của đề tài ........................................................... 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 103
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 104

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng số

Tên bảng

Trang

Bảng 4.1

Thông số đƣờng dây của của tuyến 480LX

74

Bảng 4.2

Thiết lập các thông số MBA

75

Bảng 4.3

Thông số phụ tải và nhóm phụ tải.

77

Bảng 4.4

Kết quả tính toán tổn thất công suất chƣa lắp bù

79

Bảng 4.5

Các thông số kinh tế thiết lập khi tính bù

80

Bảng 4.6

Kết quả xác định vị trí dung lƣợng bù khi chọn từng cụm bù

85

Bảng 4.7

Kết quả tổn thất công suất đƣờng dây sau khi chọn từng cụm bù 87

Bảng 4.8

Bảng so sánh tổn thất công suất trƣớc bù và sau bù

87

Bảng 4.9

Bảng tính giá trị lợi nhuận sau khi chọn cụm bù

88

Bảng 4.10

Hiệu chỉnh nút lắp đặt cụm bù phù hợp thực tế

89

Bảng 4.11

Tổn thất công suất sau khi hiệu chỉnh vị trí cụm bù

89

Bảng 4.12

Tính lợi nhuận sau khi hiệu chỉnh vị trí cụm bù

90

xi


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình số

Tên hình

Trang

Hình 1-1

Phân phối theo một cấp điện áp trung áp

4

Hình 1-2

Phân phối theo hai cấp điện áp trung áp

5

Hình 1-3

Sơ đồ lƣới điện phân phối hiện nay

7

Hình 1-4

Các phƣơng án đặt thiết bị bù công suất phản kháng

9

Hình 2-1

Phân phối dung lƣợng trong mạng hình tia.

23

Hình 2-2.

Phân phối dung lƣợng bù trong mạng phân nhánh

24

Hình 2-3.

Sơ đồ mạng điện dùng máy bù đồng bộ để điều chỉnh điện áp

25

Hình 2-4.

Sơ đồ mạng điện có phân nhánh

28

Hình 2-5.

Sơ đồ mạng điện kín

29

Hình 2-6.

Mạng điện có đặt bù tụ điện tại hai trạm biến áp Tb và Tc

29

Hình 2-7

Điều chỉnh điện áp trong mạng điện kín bằng tụ điện

31

Hình 2-8.

Sơ đồ mạch tải điện có đặt thiết bị bù

32

Hình 2-9.

Đồ thi phụ tải phản kháng năm

34

Hình 2-10.

Sơ đồ tính toán dung lƣợng bù tại nhiều điểm

35

Hình 2-11

Đƣờng dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung

38

Hình 2-12.

Đƣờng dây phụ tải tập trung và phân bố đều có một bộ tụ

39

Hình 2-13.

Các đƣờng biểu thị độ giảm tổn thất công suất ứng với các độ

41

Hình 2-14.

Đƣờng dây phụ tải tập trung và phân bố đều có bù 2 bộ tụ

42

Hình 2-15.

Đƣờng dây phụ tải tập trung và phân bố đều có bù 3 bộ tụ

43

Hình 2-16.

Đƣờng dây phụ tải tập trung và phân bố đều có bù 4 bộ tụ

43

Hình 2-17. So sánh độ giảm tổn thất đạt đƣợc khi số tụ bù n = 1,2,3 và ∞ trên
đƣờng dây có phụ tải phân bố đều (λ = 0)

46

Hình 3.1.

Đồ thi phụ tải phản kháng Q(t)

47

Hình 3-2

Sơ đồ tính bù theo chỉ tiêu tối đa hóa tiết kiệm

48

Hình 3-3

Nút tiêu biểu của hệ thống điện mạng hình tia

50

Hình 3-4

Lƣu đồ phƣơng pháp tìm kiếm thực nghiệm

57

xii


Hình 3-5

Cửa sổ giao diện PSS/ADEPT

58

Hình 3-6

Thiết lập thông số nguồn

60

Hình 3-7

Tạo đƣờng dẫn cho file thƣ viện lƣới điện

61

Hình 3-8

Thiết lập thông số lƣới điện

62

Hình 3-9

Thiết lập thông số MBA

62

Hình 3-10

Thiết lập thông số phụ tải

63

Hình 3-11

Thiết lập nhóm phụ tải

63

Hình 3-12

Thiết lập biểu đồ phụ tải

64

Hình 3-13

Thiết lập nút lƣới, thanh cái tại trạm trung gian

64

Hình 3-14

Thiết lập thiết bị bảo vệ.

65

Hình 3-15

Thiết lập thiết bị trạm bù

65

Hình 3-16

Tính phân công suất chƣa lắp bù

66

Hình 3-17

Thiết lập các thông số kinh tế tính bài toán Capo

67

Hình 3-18

Kết quả xác định vị trí dung lƣợng bù

67

Hình 4-1

Lập biểu đồ phụ tải cho từng nhóm tải

78

Hình 4-2

Chạy phân bố công suất chƣa lắp bù từng thời điểm

79

Hình 4-3

Bỏ các nút hạ thế không tham gia quá trình tính toán

81

Hình 4-4

Chạy bài toán CAPO xác định vị dung lƣợng bù

81

Hình 4-5

Kết quả xác định vị trí dung lƣợng bù cửa sổ Progress

82

Hình 5-1

Tụ đấu tam giác

91

Hình 5-2

Tụ đấu sao

92

Hình 5-3a.

Sơ đồ mô phỏng trạm tụ làm việc độc lập

94

Hình 5-3b.

Dạng sóng điện áp và dòng điện quá độ khi đóng trạm bù độc lập 95

Hình 5.3c

Ảnh hƣởng dòng điện và điện áp do đóng trạm tụ bù độc lập

96

Hình 5-4a.

Sơ đồ mô phỏng trạm tụ làm việc song song.

96

Hình 5-4b.

Quá độ khi khi đóng tụ bù trong trạm tụ làm việc song song.

97

Hình 5-4c

Ảnh hƣởng dòng điện và điện áp do đóng trạm tụ bù song song.

98

Hình 5-4d.

Xét ảnh hƣởng dòng điện và điện áp trên lƣới gần bù cố định.

99

Hình 5-4e

Xét ảnh hƣởng khi đóng cắt tụ đến nguồn điện.

99

xiii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
CA:

Cao áp

CĐXL:

Chế độ xác lập

CSPK:

Công suất phản kháng

CSTD:

Công suất tác dụng

CTĐL:

Công ty Điện lực

ĐL:

Điện lực

EVN:

Tập đoàn Điện lực Việt Nam

GTO:

Các cửa đóng mở - Gate Turn Off

HA:

Hạ áp

HCM PC:

Tổng công ty Điện lực TP.HCM

HTĐ:

Hệ thống điện

LPP:

Lƣới phân phối

LĐPP:

Lƣới điện phân phối

MBA:

Máy biến áp

NMĐ:

Nhà máy điện

SVC:

(Static Var Compensator) Thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ CSPK
có thể điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor

TA:

Trung áp

TCR:

Kháng điều chỉnh bằng thyristor – Thyristor Controlled Reactor

TCT:

Tổng công ty

TSC:

Bộ tụ đóng mở bằng thyristor – Thyristor Switched Capacitor

TSR:

Kháng đóng mở bằng thyristor – Thyristor Switched Reactor

TTĐN:

Tổn thất điện năng

xiv


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh

CHƢƠNG 0

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong thực tế vận hành hệ thống điện, tổn thất điện năng và tổn thất điện áp
là một điều không thể tránh khỏi. Tuy nhiên, để kiểm soát và duy trì các tổn thất
này ở mức tối thiểu, trong giới hạn cho phép nhằm mang lại những lợi ích tối đa thì
cần phải có sự đầu tƣ đồng bộ từ cơ sở vật chất, thiết bị đến quá trình quy hoạch,
tính toán thiết kế và vận hành hệ thống điện. Vấn đề giảm tổn thất và nâng cao chất
lƣợng điện năng đã và đang đƣợc quan tâm bởi vì chúng là những vấn đề mang tính
sống còn đối với ngành Điện. Đặc biệt, nó trở nên quan trọng hơn từ khi nƣớc ta gia
nhập WTO và nền kinh tế chịu ảnh hƣởng trực tiếp từ các tác động của nền kinh tế
thế giới.
Theo các thống kê của ngành Điện, tổn thất điện năng chủ yếu ở lƣới phân
phối, chiếm khoảng (65÷75%) tổng tổn thất trong hệ thống điện. Để giảm bớt tổn
thất trong lƣới phân phối và đảm bảo điện áp lƣới trong phạm vi cho phép, ngƣời ta
thƣờng sử dụng các giải pháp kỹ thuật nhƣ: cải tạo lƣới, thay thế dây dẫn, nâng điện
áp, bù công suất phản kháng, v..v... Trong các giải pháp đó, bù công suất phản
kháng là một giải pháp với nhiều ƣu điểm vƣợt trội nhƣ đơn giản, rẻ tiền, khả thi và
hiệu quả cao.
Tuy nhiên trong thực tế, vấn đề bù công suất phản kháng trong lƣới phân phối

lại chƣa đƣợc quan tâm đúng mức, chƣa có những tính toán và đầu tƣ thỏa đáng nên
hiệu quả mang lại chƣa đƣợc nhƣ mong muốn. Lƣới phân phối với đặc điểm quy mô
rộng lớn và rất phức tạp của các đƣờng dây và trạm, phụ tải đa dạng, mang tính ngẫu
nhiên cao, biến đổi theo thời gian, v..v... nên các phƣơng pháp tính toán thông thƣờng
gặp nhiều khó khăn để đƣa ra những quy hoạch chính xác cho sự vận hành kinh tế
lƣới phân phối nói chung và tính toán bù công suất phản kháng nhằm giảm tổn thất và
nâng cao chất lƣợng điện năng nói riêng. Đề tài “ Tối ưu hóa vị trí thiết bị bù trong
lưới phân phối” hứa hẹn khả năng mang lại những đóng góp hữu ích cho việc quy

HVTH: Nguyễn Phước Lộc

1


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh

hoạch, tính toán thiết kế nhằm vận hành lƣới phân phối một cách kinh tế nhất với
lƣợng giảm chi phí vận hành lớn nhất và chất lƣợng điện năng cao nhất.
2. Nhiệm vụ của luận văn
+ Xây dựng và giải quyết bài toán tối ƣu hóa vị trí và dung lƣợng của tụ điện
bù trong lƣới phân phối trên cơ sở phƣơng pháp phân tích theo dòng tiền tệ nhằm
mục tiêu cực tiểu hóa chi phí hàng năm với điều kiện điện áp các nút phụ tải nằm
trong phạm vi cho phép.
+ Nghiên cứu sử dụng các công cụ trong phần mềm PSS/ADEPT để mô
phỏng và tính chế độ xác lập của lƣới điện và xác định vị trí dung lƣợng bù tối ƣu
trong lƣới phân phối thực tế đang vận hành.
+ Khảo sát ảnh hƣởng của đóng cắt tụ bù đến vận hành lƣới điện phân phối.
3. Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu phƣơng pháp tính toán sử dụng tụ điện tĩnh bù công suất phản
kháng trong lƣới phân phối nhằm giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng, tổn thất
điện năng và tổn thất điện áp trên lƣới.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
+ Tìm, tổng hợp và tham khảo tài liệu.
+ Phân tích tổng hợp.
+ Mô hình hóa mô phỏng.
5. Điểm mới của luận văn
Xây dựng mô hình xác định vị trí bù tối ƣu bằng phƣơng pháp phân tích
động dòng tiền tệ trên cơ sở sử dụng phần mềm PSS/APEPT 5.0
6. Giá trị thực tiễn của đề tài
+ Giá trị thực tiễn của luận văn thể hiện ở kết quả giải bài toán xác định vị trí
lắp đặt bù tối ƣu trên xuất tuyến 480LX 22kV tại Công ty Điện lực An Giang, qua đó
đề xuất các phƣơng án bù hợp lý để vận hành lƣới điện kinh tế. Trên cơ sở này có thể
tính toán áp dụng cho các xuất tuyến còn lại của lƣới phân phối Điện lực An Giang.
+ Xây dựng mô hình lƣới điện phân phối trong môi trƣờng PSS/ADEPT
quen thuộc và thông dụng, điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu

HVTH: Nguyễn Phước Lộc

2


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh

và phục vụ giảng dạy của các giáo viên, sinh viên ngành điện và những kỹ sƣ công
tác trong lĩnh vực phân phối điện.
7. Nội dung luận văn

Tên đề tài: “ Tối ưu hóa vị trí thiết bị bù trong mạng phân phối”
Chƣơng 0: Mở đầu.
Chƣơng 1: Tổng quan về mạng lƣới phân phối và thiết bị bù công suất phản kháng.
Chƣơng 2: Các phƣơng pháp xác định dung lƣợng vị trí thiết bị bù công suất
phản kháng trong lƣới phân phối.
Chƣơng 3: Xây dựng mô hình tính toán bù công suất phản kháng trong lƣới
phân phối.
Chƣơng 4: Xác định vị trí bù tối ƣu trên tuyến 480LX lƣới phân phối 22kV
thuộc Điện lực Thoại Sơn - Công ty Điện lực An Giang bằng phần mềm
PSS/ADEPT 5.0.
Chƣơng 5: Khảo sát ảnh hƣởng của thiết bị bù đến vận hành lƣới điện phân phối.
Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng nghiên cứu phát triển.
Tài liệu tham khảo

HVTH: Nguyễn Phước Lộc

3


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ MẠNG LƢỚI PHÂN PHỐI VÀ
THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
1.1. Lƣới phân phối
1.1.1. Vai trò của lƣới phân phối
 Lƣới phân phối thực hiện nhiệm vụ phân phối điện cho một địa phƣơng

(thành phố, quận, huyện …v..v), có bán kính cung cấp điện nhỏ (thƣờng dƣới 50 km).
 Lƣới phân phối nhận điện từ các trạm phân phối khu vực (trạm trung
gian), gồm:
- Lƣới điện có các cấp điện áp 110/35 kV; 110/22 kV; 110/10kV; 110/6 kV.
- Lƣới điện có các cấp điện áp 35/22 kV; 35/10 kV; 35/6 kV
Phƣơng thức cung cấp điện của lƣới phân phối thƣờng có hai dạng: phân
phối theo một cấp điện áp trung áp và phân phối theo hai cấp điện áp trung áp.
1.1.1.1 Phân phối theo một cấp điện áp trung áp (Hình 1-1)
 Trạm nguồn có thể là trạm tăng áp của các nhà máy địa phƣơng hoặc trạm
phân phối khu vực có các dạng CA/TA (110/35-22-10-6 kV)
 Trạm phân phối nhận điện từ trạm nguồn qua lƣới trung áp, sau đó điện
năng đƣợc phân phối tới các hộ phụ tải qua mạng điện hạ áp, có dạng TA/HA (3522-10-6/0.4 kV)
Mạng hạ áp

Mạng trung áp

Mạng trung áp
(Trạm nguồn)

Trạm phân phối

Mạng hạ áp
(Hộ phụ tải)

Hình 1-1. Phân phối theo một cấp điện áp trung áp

HVTH: Nguyễn Phước Lộc

4

Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh

1.1.1.2 Phân phối theo hai cấp điện áp trung áp (Hình 1-2)
Mạng phân phối 1 và phân phối 2

Trạm
nguồn

Mạng phân phối 1

Hộ phụ tải

Trạm phân
phối hạ áp

Trạm phân
phối trung
gian

Mạng phân phối 2

Mạng hạ áp

Hình 1-2. Phân phối theo hai cấp điện áp trung áp
 Trạm nguồn là trạm tăng áp của các nhà máy điện địa phƣơng hoặc trạm
phân phối khu vực, thƣờng có các dạng CA/TA (110/35 kV) hoặc TA1/TA2 (35/2210-6 kV).
 Trạm phân phối trung gian có dạng TA1/TA2 (35/22-10-6 kV).

 Trạm phân phối hạ áp có dạng TA/HA (22-10-6/0.4 kV).
Kết cấu lƣới phân phối có ảnh hƣởng rất lớn tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật
của toàn hệ thống điện nhƣ:
 Độ tin cậy cung cấp điện.
 Độ dao động điện áp tại các hộ phụ tải.
 Tổn thất điện năng: ở lƣới phân phối thƣờng gấp 3 tới 4 lần ở lƣới truyền tải.
 Chi phí đầu tƣ xây dựng: chi phí đầu tƣ xây dựng ở lƣới phân phối thƣờng
từ 1.5 tới 2.5 lần so với lƣới truyền tải.
 Xác suất ngừng cung cấp điện: xác suất ngừng cung cấp điện ở lƣới phân
phối thƣờng lớn hơn nhiều lần ở lƣới truyền tải do kết cấu lƣới phân phối rất phức tạp.
1.2. Đặc điểm chung của lƣới phân phối
Lƣới phân phối có một số đặc điểm chung nhƣ sau:
 Phụ tải của lƣới phân phối đa dạng và phức tạp.

HVTH: Nguyễn Phước Lộc

5


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh

 Lƣới phân phối thƣờng có dạng hình tia. Chế độ vận hành bình thƣờng của
lƣới phân phối là vận hành hở.
 Để tăng cƣờng độ tin cậy cung cấp điện ngƣời ta có thể sử dụng cấu trúc
mạch vòng nhƣng thƣờng vận hành ở chế độ hở. Trong mạch vòng các đƣờng dây
thƣờng đƣợc liên kết với nhau bằng dao cách ly, hoặc máy cắt điện. Các thiết bị này
vận hành ở vị trí mở. Khi cần sửa chữa hoặc sự cố thì việc cung cấp điện không bị
gián đoạn lâu dài nhờ việc chuyển đổi phƣơng thức cung cấp điện.

 So với mạng hình tia, mạng mạch vòng có chất lƣợng điện tốt hơn. Tuy
nhiên, mạch vòng lại tồn tại nhiều vấn đề phức tạp về bảo vệ rơle và hiệu quả khai
thác mạch vòng kín so với mạch hình tia thấp hơn với cùng lƣợng vốn đầu tƣ.
 Trong những năm gần đây, do sự phát triển nhanh chóng các thiết bị có
công nghệ cao và các thiết bị tự động, việc giảm bán kính cung cấp điện – tăng tiết
diện dẫn và bù công suất phản kháng nên chất lƣợng điện năng trong mạng hình tia
đã đƣợc cải thiện đáng kể. Kết quả của các công trình nghiên cứu và thống kê từ
thực tế vận hành cho thấy rằng hiện nay lƣới phân phối hình tia vẫn còn đƣợc sử
dụng phổ biến.
1.3. Hiện trạng bù công suất phản kháng trong lƣới phân phối
1.3.1. Tình hình bù công suất phản kháng ở nƣớc ta
Sơ đồ mạng điện ở các địa phƣơng có dạng nhƣ trên Hình 1-3. Nguồn cấp là
từ thanh cái trạm 110 kV, 220 kV hay thanh cái phía cao áp của nhà máy điện bằng
đƣờng dây tải điện theo cơ cấu mạch vòng hay hình tia dẫn điện đến khu vực phụ tải
điện áp đƣợc hạ xuống 35 kV, 22 kV hay 10 kV, 6 kV. Nếu là 35 kV thì tồn tại các
đƣờng dây 35 kV đi sâu tới phụ tải hơn và tại đó hạ xuống 22kV, 10 kV hay 6 kV.
Từ thanh cái 22 kV, 10 kV, 6 kV hình thành các đƣờng dây phân phối hình tia, cũng
có thể là mạch vòng nhƣng khi vận hành vẫn để ở chế độ hình tia. Từ các đƣờng
dây này theo điểm phụ tải đấu đến các máy biến áp hạ xuống điện áp hạ thế
400/240V để cấp điện cho các phụ tải hạ thế. Sau trạm hạ áp hình thành các đƣờng
dây hạ thế có cấu trúc hình tia dẫn điện đến từng hộ tiêu thụ.

HVTH: Nguyễn Phước Lộc

6


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Hình 1-3 Sơ đồ lƣới điện phân phối hiện nay
Trong sơ đồ cấp điện nêu trên, hệ số công suất cosφ và bù công suất phản
kháng đƣợc đề cập đến ở từng cấp điện áp. Qua khảo sát thực tế tại một số Điện lực
tỉnh phía nam thuộc Tổng công ty Điện lực Miền Nam, các giá trị cosφ ở các cấp
điện áp thể hiện khá rõ nét nhƣ sau:
Hiện nay công tác lắp đặt tụ bù của các Đơn vị trong TCT đã thực hiện tƣơng
đối tốt, hầu hết hệ số cosφ đầu tuyến trung áp đạt trên 0,95. Tuy nhiên, vẫn còn một
số trạm có mức tiêu thụ công suất phản kháng lớn: các trạm thuộc trong khu công
nghiệp (Bàu Bèo, Bến Cát, Bình An, Gò Đậu, Mộc Hóa, Đức Hòa, Tân An, Mỹ
Xuân A, Tân Uyên). Song song đó, vẫn có những thời điểm bù dƣ lên lƣới 110kV
thông qua ngăn lộ tổng 22kV vào các thời điểm thấp điểm, điều này thể hiện việc
vận hành không hợp lý về thời gian của các tụ bù 22kV của các TBA 110kV. Việc
này gây tổn thất điện năng cho MBA 110kV và các đƣờng dây 110kV liên quan.
Tại các điểm giao nhận điện 110kV với các nhà máy điện, Công ty Truyền
tải điện 4 và HCM PC: hiện tại hệ số cosφ tại ngăn lộ 110kV ranh giới với các nhà
máy điện, Công ty TTĐ4 đều dao động từ 0,9 ÷ 1; công suất phản kháng nhận từ
các TBA 220kV và NMĐ thấp. Riêng NMĐ Thác Mơ nhận Q từ lƣới 110kV qua
tuyến đƣờng dây Phƣớc Long- Thác Mơ cao (7 ÷ 10MVAR); công suất Q trên các
đƣờng dây cấp điện cho các TBA 110kV nằm trong khu công nghiệp thƣờng rất cao
(10 ÷ 20MVAR).

HVTH: Nguyễn Phước Lộc

7


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Tại cuối các nhánh đƣờng dây cấp 22kV giá trị cosφ không còn cao nữa. Các
máy biến áp hạ áp 22kV xuống 0,4 kV trong nhiều trƣờng hợp vận hành non tải nên
giá trị cosφ đầu ra đƣờng dây điện hạ thế bị tụt xuống. Và xa hơn nữa tại đầu vào
của các hộ phụ tải điện áp hạ thế 0,4 kV giá trị cosφ khá thấp do chính các phụ tải
điện (đồ điện) nhƣ quạt, điều hoà nhiệt độ, đèn huỳnh quang, tủ lạnh,... có giá trị
cosφ thấp, tiêu thụ nhiều công suất phản kháng. Từ cuối các nhánh đƣờng dây cấp
22kV và toàn bộ phía hạ thế do Điện lực quản lý, họ chủ yếu quan tâm đến cung
cấp điện liên tục và thu tiền điện, ít quan tâm đến chất lƣợng điện áp.
Thực tế là do các giá trị cosφ từ cuối các nhánh đƣờng dây cấp 22kV và toàn
bộ phía hạ thế thấp dẫn đến phải tải công suất phản kháng để đáp ứng cho nhu cầu
phụ tải. Điều đó dẫn đến tổn thất công suất trên các đƣờng dây lớn, tổn thất điện áp
lớn, làm giảm điện áp tại hộ tiêu thụ, không đảm bảo chất lƣợng điện năng.
Các vấn đề trình bày về chất lƣợng điện năng nêu trên nói chung ít đƣợc
quán triệt ở các Công ty Điện lực, nên vấn đề bù công suất phản kháng rất ít đƣợc
quan tâm. Chỉ một vài Công ty Điện lực các lãnh đạo quan tâm tới vấn đề này thì
công việc bù công suất phản kháng có đƣợc thực thi tốt hơn, tuy nhiên chƣa triệt để;
còn đại bộ phận các Điện lực tỉnh việc quan tâm đến vấn đề bù công suất phản
kháng là rất ít, và không quan tâm việc chất lƣợng điện năng khi có hiện tƣợng bù
thừa trên lƣới phân phối.
Các xí nghiệp sử dụng điện công suất lớn, điện áp trung-cao thế có hệ số
công suất cosφ thấp dƣới 0,85 thƣờng tiến hành lắp đặt tụ bù để tránh việc mua
công suất phản kháng theo Thông tƣ 07/2006/TT-BCN ngày 27/6/2006. Các khu cơ
quan hành chính, khu dân cƣ hầu nhƣ không hề đề cập đến bù công suất phản kháng
vì ý thức và quan trọng hơn cả là họ không phải đóng tiền tiêu thụ công suất phản
kháng mà chỉ đóng tiền điện qua công tơ điện, tức là chỉ đóng tiền điện tiêu thụ
công suất tác dụng.
Các nhận xét chung nêu trên về cosφ và bù công suất phản kháng nêu trên
đƣợc thể hiện cụ thể qua điều tra thực tế. Đề tài tiến hành khảo sát tình hình cosφ và
bù công suất phản kháng trên lƣới phân phối tại Công ty Điện Lực An Giang.

HVTH: Nguyễn Phước Lộc

8