Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------PHẠM HUYỀN MY

PHẠM HUYỀN MY

HỆ THỐNG ĐIỆN

NGHIÊN CỨU GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN

2009 - 2011
Hà Nội – Năm 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

PHẠM HUYỀN MY

NGHIÊN CỨU GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI

CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. TRẦN BÁCH
Hà Nội – Năm 2011


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................4
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................................6
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................7
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................8
LỜI NÓI ĐẦU .........................................................................................................10
CHƯƠNG 1..............................................................................................................12
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI ................................................................12
VÀ VẤN ĐỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG ...............................................................12
1.1. Vai trò của lưới điện phân phối trong hệ thống điện. ..............................12
1.2. Đặc điểm chung của lưới phân phối...........................................................14
1.3. Hiệu quả sử dụng điện.................................................................................15
1.3.1. Hộ gia đình khu vực sử dụng điện ......................................................16
1.3.2. Tác động của việc sử dụng điện đối với môi trường .........................16
1.4. Tổn thất phi kỹ thuật...................................................................................17
1.5. Tổn thất kỹ thuật .........................................................................................18
1.5.1. Các loại tổn thất kỹ thuật (dây dẫn) ...................................................19
1.5.2. Hệ số thứ cấp ảnh hưởng đến tổn thất kỹ thuật ................................21
1.5.3. Phương pháp tiếp cận để tính tổn thất ...............................................22
1.5.4. Tính toán tổn thất kỹ thuật ở các phân đoạn.....................................24

CHƯƠNG 2..............................................................................................................29
PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ GIẢM TỔN THẤT
ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI.............................................................29
2.1. Các biện pháp giảm tổn thất điện năng .....................................................29
2.1.1. Đối với đường dây ................................................................................29
2.1.2. Đối với máy biến áp..............................................................................30
2.1.3.

Biện pháp quản lý kỹ thuật - vận hành .......................................30

2.1.4. Biện pháp quản lý kinh doanh ............................................................31
2.2. Vấn đề bù công suất phản kháng trong hệ thống điện.............................33
2.3. Phương thức bù kinh tế công suất phản kháng trong lưới phân phối và
bài toán bù kinh tế ..............................................................................................36
Phạm Huyền My

1


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

2.4. Phân tích ảnh hưởng của tụ bù đến tổn thất công suất tác dụng và tổn
thất điện năng của lưới phân phối trong các trường hợp đơn giản nhất ......39
2.4.1. Lưới phân phối có 1 phụ tải.................................................................39
2.4.2 . Lưới phân phối có phụ tải phân bố đều trên trục chính .................42
2.5. Mô hình tổng quát bài toán bù. ..................................................................44
2.5.1. Hàm mục tiêu........................................................................................44
2.5.2. Các hạn chế. ..........................................................................................48

2.6. Tính toán để xác định việc lắp đặt tụ điện tối ưu cho trường hợp tải
phân bố đều .........................................................................................................48
2.6.1. Trường hợp lắp 1 bộ tụ điện................................................................50
2.6.2. Trường hợp lắp 2 bộ tụ điện................................................................52
2.6.3. Trường hợp lắp 3 bộ tụ điện................................................................52
2.6.4. Trường hợp lắp 4 bộ tụ ........................................................................53
2.6.5. Trường hợp lắp n bộ tụ điện ...............................................................54
2.6.6. Vị trí lắp đặt tối ưu bộ tụ điện.............................................................54
2.7. Giảm tổn thất điện năng nhờ các tụ điện ..................................................57
CHƯƠNG 3..............................................................................................................62
ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PSS/ADEPT TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN 10KV SAU THANH GÓP KIM ĐỘNG...62
3.1. Tổng quan về chương trình PSS/ADEPT ..................................................62
3.1.1. Đặc điểm của PSS/ADEPT ..................................................................63
3.1.2. Các modul của PSS/ADEPT ................................................................63
3.1.3. Tiện ích hỗ trợ của PSS/ADEPT .........................................................65
3.1.4. Các phần tử trong PSS/ADEPT ..........................................................66
3.1.5. Sử dụng các module của PSS/ADEPT ................................................66
3.2. Ứng dụng CAPO và phương pháp tính xác định vị trí bù tối ưu của
phần mềm PSS/ADEPT 5.0................................................................................66
3.2.1. Thiết lập các thông số kinh tế lưới điện cho CAPO ..........................67
3.2.2. Các cơ sở tính toán bù CSPK bằng chương trình PSS/ADEPT ......68
3.2.3. Cách PSS/ADEPT tính các vấn đề kinh tế trong CAPO ..................71
3.2.4. Thiết lập các tùy chọn cho phép phân tích CAPO ............................71
3.2.5. Cách PSS/ADEPT tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu.....................................73
Phạm Huyền My

2

Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

3.2.6. Cách chạy bài toán tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu ...................................75
3.2.7. Report sau khi phân tích và tính toán ................................................76
3.3. Ứng dụng chương trình PSS/Adept để tính toán bài toán chọn vị trí bù
công suất phản kháng tối ưu..............................................................................76
3.3.1. Các thông số phụ tải .............................................................................79
3.3.2. Các thông số đường dây.......................................................................79
3.3.3. Các thông số máy biến áp ....................................................................81
3.3.4. Xây dựng sơ đồ tính toán.....................................................................81
3.3.5. Thiết lập các thống số của đường dây và máy biến áp .....................82
3.3.6. Xây dựng các chỉ số kinh tế cho chương trình PSS/ADEPT ............82
3.3.7. Xác định dung lượng, vị trí bù tối ưu kinh tế trên lộ 972 Kim Động
..........................................................................................................................84
KẾT LUẬN ..............................................................................................................94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................96
PHỤ LỤC .................................................................................................................97

Phạm Huyền My

3


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các tác giả của các công trình
nghiên cứu, các tác giả của các tài liệu nghiên cứu mà tôi đã trích dẫn và tham
khảo để hoàn thành luận văn này. Đặc biệt tôi vô cùng cảm ơn PGS.TS Trần
Bách, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Và
tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong
quá trình học tập vừa qua.

Phạm Huyền My

4


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “NGHIÊN CỨU GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN
NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI” là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ luận văn nào trước đây.
Hà Nội, tháng 9 năm 2011
Tác giả luận văn
Phạm Huyền My

Phạm Huyền My

5

Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CAPO

Optimal Capacitor Placement

CSTD

Công suất tác dụng

CSPK

Công suất phản kháng

HTĐ

Hệ thống điện

HA

Hạ áp

TA

Trung áp

LĐPP

Lưới điện phân phối

MF

Máy phát

PSS/ADEPT

Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering
Productivity Tool

Phạm Huyền My

6


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1

Tác động môi trường của tổn thất năng lượng điện

Bảng 3.1

Thông số phụ tải

Bảng 3.2

Thông số đường dây

Bảng 3.3

Thông số máy biến áp

Bảng 3.4

Các thông số kinh tế cho lặp đặt tụ bù

Bảng 3.5

Vị trí và dung lượng bù cố định ở lưới trung áp.

Bảng 3.6

Tổn thất trước và sau khi bù trung áp

Bảng 3.7

Vị trí và dung lượng bù cố định ở phía thanh cái hạ áp

Bảng 3.8

Vị trí và dung lượng bù ứng động ở phía thanh cái hạ áp

Bảng 3.9

Tổn thất trước và sau khi bù tụ bù hạ áp

Bảng 3.10

Lượng tổn thất công suất giảm được so với trước khi bù

Phạm Huyền My

7


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1

Lưới điện phân phối

Hình 1.2

Đồ thị phụ tải điển hình

Hình 1.3

Các nhánh lưới trong một lưới điện áp thấp

Hình 2.1

Lưới phân phối có 1 phụ tải

Hình 2.2

Lưới phân phối có phụ tải phân bố đều

Hình 2.3

Xuất tuyến sơ cấp với các phụ tải phân bố đều và tập trung, phân bố
dòng điện phản kháng trước khi lắp đặt tụ bù

Hình 2.4

Giảm tổn thất công suất với 1 bộ tụ bù

Hình 2.5

Giảm tổn thất với 2 bộ tụ điện

Hình 2.6

Giảm tổn thất với 3 bộ tụ điện

Hình 2. 7

Giảm tổn thất với 4 bộ tụ điện

Hình 2.8

So sánh việc giảm tổn thất có thể đạt được từ n=1,2,3 và ∞ bộ tụ với
λ=0

Hình 2.9

So sánh việc giảm tổn thất có thể đạt được từ n=1,2,3 và ∞ bộ tụ với
λ=1/4

Hình 2.10

Quan hệ giữa tỉ lệ bù tụ tổng và hệ số phụ tải phản kháng đối với tải
phân bố đều (λ=0 và α=1)

Hình 2.11

Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ được lắp đặt tại vị trí
tối ưu ( F ' LD = 0,2 )

Hình 2.12

Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ được lắp đặt tại vị trí
tối ưu ( F ' LD = 0,4 )

Hình 2.13

Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ được lắp đặt tại vị trí
tối ưu ( F ' LD = 0,6 )

Hình 2.14

Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ được lắp đặt tại vị trí
tối ưu ( F ' LD = 0,8 )

Hình 2.15

Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ được lắp đặt tại vị trí
tối ưu ( F ' LD = 1,0 )

Hình 3.1

Sơ đồ lưới 10kV sau thanh góp Kim Động, Hưng Yên

Phạm Huyền My

8


Luận văn cao học

Hình 3.2

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

Sơ đồ thay thế của lưới 10kV sau thanh góp Kim Động trong
PSS/Adept

Hình 3.3

Thư viện thiết lập

Hình 3.4

Thẻ thiết lập thông số đường dây

Hình 3.5

Thẻ thiết lập thông số MBA

Hình 3.6

Thẻ nhập thông số kinh tế

Hình 3.7

Đồ thị phụ tải những ngày điển hình năm 2010 của lộ 972 Kim Động

Hình 3.8

Thẻ phân loại phụ tải

Hình 3.9

Thẻ xây dựng đồ thị phụ tải

Hình 3.10

Thẻ tính toán dung lượng bù ở lưới trung áp

Hình 3.11

Vị trí đặt tụ bù trung áp

Hình 3.12

Thẻ tính toán dung lượng bù ở lưới hạ áp

Hình 3.13

Vị trí đặt tụ bù hạ áp

Phạm Huyền My

9


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

LỜI NÓI ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, nguồn
điện cũng phải đáp được những đòi hỏi về công suất và chất lượng. Vấn đề công
suất phát ra phải được đưa đến và tận dụng một cách hiệu quả nhất, không để lãng
phí quá nhiều ảnh hưởng đến kinh tế là một bài toán được rất nhiều đề tài nghiên
cứu. Tổn hao công suất là vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng nguồn điện và kinh tế,
để giảm nó một trong nhưng biện pháp khá hiệu quả là bù công suất phản khảng cho
lưới điện.
Một số hệ thống lưới điện trên các tỉnh thành của nước ta không có hệ thống
bù công suất phản kháng thậm chí còn không quan tâm đến vấn đề này. Do đó hệ số

công suất cosφ có giá trị nhỏ điều này ảnh hưởng rất lớn đến các tham số kinh tế kỹ
thuật của mạng điện như: Giảm chất lượng điện áp, tăng tổn thất công suất và tăng
đốt nóng dây dẫn, tăng tiết diện dây dẫn, hạn chế khả năng truyền tải công suất tác
dụng, không sử dụng hết khả năng của động cơ sơ cấp, giảm chất lượng điện, tăng
giá thành điện năng.
Ở một số tỉnh đã quan tâm đến vẫn đề này như Hà Nội, Hải Dương, Nam
Định, Ninh Bình…. nhưng việc thực thi thì rất ít. Nếu có hệ thống bù công suất
phản kháng thì chỉ là bù tĩnh, thiết bị bù không có cơ cấu tự động điều chỉnh mang
lại hệ số công suất cosφ lớn cỡ trên 0,9 điều này cũng dẫn đến những ảnh hưởng
đáng kể như vào giờ thấp điểm có hiện tượng dòng công suất phản kháng chạy
ngược, làm tăng tổn thất và quá áp cục bộ điều này gây hậu quả nghiêm trọng đến
các thiết bị điện. Vị trí đặt thiết bị bù thường được chọn sao cho dễ vận hành chứ
không xét đến hiệu quả kinh tế của thiết bị, vì vậy chưa tận dụng được hiệu quả làm
việc của thiết bị, dẫn đến sự lãng phí.
2. Mục đích nghiên cứu
Với tính cấp thiết nêu trên, đề tài đi nghiên cứu các biện pháp nhằm giảm tổn
thất điện năng trên lưới phần phối, cụ thể là đi sâu nghiên cứu phương pháp bù công
suất phản kháng, để xác định dung lượng và vị trí bù tối ưu cho lưới phân phối.
Đồng thời luận văn cũng đi nghiên cứu phần mền PSS/ADEPT là công cụ để tính
toán dung lượng và vị trí bù cho một lưới điện cụ thể.
Phạm Huyền My

10


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

3. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn: Nghiên cứu các biện pháp nhằm giảm
tổn thất điện năng trên lưới phân phối và ứng dụng chương trình PSS/Adept tính
toán bài toán bù công suất phản kháng cho lưới phân phối cụ thể ở Việt Nam.
Phạm vi nghiên cứu: Lưới điện phân phối, ứng dụng cụ thể tính toán bù công
suất phản kháng cho đường dây trung áp ở tỉnh Hưng Yên.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu các loại tổn thất gây ra trên lưới điện phân phối và các biện pháp
để giảm tổn thất điện năng.
Tìm hiểu bài toán bù công suất phản kháng nhằm giảm tổn thất điện năng
trên lưới phân phối.
Tìm hiểu chương trình PSS/ADEPT để tính toán bài toán bù công suất phản
kháng trên lưới phân phối.
Áp dụng chương trình PSS/ADEPT để tính toán cho lưới điện phân phối cụ
thể, thu thập dữ liệu lưới điện để đưa vào chương trình tính toán.
5. Tên đề tài
“Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối”
6. Bố cục của luận văn
Luận văn gồm các nội dung chính như sau:
Lời mở đầu
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục hình vẽ
Chương 1. Tổng quan về lưới phân phối và vấn đề tổn thất điện năng
Chương 2. Phương pháp bù công suất phản kháng để giảm tổn thất điện năng trên
lưới phân phối
Chương 3. Ứng dụng chương trình PSS/Adept tính toán bù công suất phản kháng
cho đường dây 10kV sau thanh góp Kim Động – Hưng Yên
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

Phạm Huyền My

11


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI
VÀ VẤN ĐỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
1.1. Vai trò của lưới điện phân phối trong hệ thống điện.
Hệ thống điện (HTĐ) bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường
dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ
sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng.
HTĐ phát triển không ngừng trong không gian và thời gian để đáp ứng nhu
cầu ngày càng tăng của phụ tải. Tùy theo mục đích nghiên cứu, HTĐ được phân
chia thành các phần hệ thống tương đối độc lập nhau.
Về mặt quản lý, vận hành HTĐ được phân thành:
-

Các nhà máy điện do các nhà máy điện quản lý.

-

Lưới điện siêu cao áp (≥ 220kV) và trạm khu vực do các công ty truyền
tải điện quản lý.

-

Lưới điện truyền tải 110kV và phân phối do các công ty điện lực quản lý,
dưới nó là các điện lực

Về mặt quy hoạch, lưới điện được phân thành 2 cấp:
™ Lưới hệ thống bao gồm:
-

Các nguồn điện và lưới hệ thống (500, 220, 110kV)

-

Các trạm khu vực (500, 220,110kV) được quy hoạch trong tổng sơ đồ.

™ Lưới phân phối (U ≤ 35kV) được quy hoạch riêng.
Về mặt điều độ chia thành 2 cấp:
™ Điều độ trung ương.
™ `Điều độ địa phương. Công tác điều độ bao gồm:
-

Điều độ các nhà máy thủy điện.

-

Điều độ các miền

-

Điều độ các điện lực

Về mặt nghiên cứu, tính toán, HTĐ được phân chia ra thành
-

Lưới hệ thống 500kV

-

Lưới truyền tải (35, 110, 220kV)

-

Lưới phân phối trung áp (6, 10, 22, 35kV)

Phạm Huyền My

12


Luận văn cao học

-

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

Lưới phân phối hạ áp (0,4kV)

Trong đó lưới 35kV có thể dùng cho cả lưới phân phối và lưới truyền tải. Do
phụ tải ngày càng phát triển về không gian và thời gian với tốc độ ngày càng cao, vì
vậy cần phải xây dựng các nhà máy có công suất lớn. Vì lý do kinh tế và môi

trường, các nhà máy điện thường được xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu,
hoặc việc chuyên chở nhiên liệu thuận lợi, ít tốn kém, trong khi đó các trung tâm
phụ tải lại ở xa do vậy phải dùng lưới truyền tải để truyền tải điện năng đến các phụ
tải. Vì lí do kinh tế cũng như an toàn, người ta không thể cung cấp trực tiếp cho các
phụ tải bằng lưới truyền tải, do vậy phải dùng lưới điện phân phối.
Lưới điện phân phối thực hiện nhiệm vụ phân phối điện cho 1 địa phương
(một thành phố, quận, huyện) có bán kính cung cấp điện nhỏ, dưới 50km.
Lưới điện phân phối nhận điện từ các trạm phân phối khu vực gồm:
-

Lưới điện có các cấp điện áp 110/35kV, 110/22kV, 110/10kV , 110/6kV.

-

Lưới điện có các cấp điện áp 35/6kV, 35/10kV, 35/22kV.

Hình 1.1. Lưới điện phân phối
Mạng phân phối có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của toàn
hệ thống. Cụ thể là:
1. Chất lượng cung cấp điện: Ở đây là độ tin cậy cung cấp điện và độ dao
động của điện áp tại hộ phụ tải.
2. Tổn thất điện năng: Thường tổn thất điện năng ở lưới phân phối lớn gấp 3
đến 4 lần so với tổn thất điện năng ở lưới truyền tải.
Phạm Huyền My

13


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

3. Giá đầu tư xây dựng: Nếu chia theo tỷ lệ cao áp, phân phối trung áp, phân
phối hạ áp thì vốn đầu tư mạng cao áp là 1, mạng phân phối trung áp thường từ 1,5
đến 2,5 và mạng phân phối hạ áp thường từ 2 đến 2,5 lần.
4. Xác xuất sự cố: Sự cố gây ngừng cung cấp điện sửa chữa bảo dưỡng theo
kế hoạch, cải tạo, đóng trạm mới trên lưới phân phối cũng nhiều hơn lưới truyền tải.
Với các đặc điểm trên, việc nghiên cứu lưới phân phối rất phức tạp và đòi
hỏi nhiều thông tin.
1.2. Đặc điểm chung của lưới phân phối
Lưới phân phối có một số đặc điểm chung như sau:
1. Chế độ vận hành bình thường của lưới phân phối là vận hành hở, hình tia
hoặc dạng xương cá. Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện thỉnh thoảng
cũng có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở.
2. Trong mạch vòng các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng dao cách ly,
hoặc thiết bị nối mạch vòng (Ring Main Unit) các thiết bị này vận hành ở vị
trí mở, trong trường hợp cần sửa chữa hoặc sự cố đường dây điện thì việc
cung cấp điện không bị gián đoạn lâu dài nhờ việc chuyển đổi nguồn cung
cấp bằng thao tác đóng cắt dao cách ly phân đoạn hay tự động chuyển đổi
nhờ các thiết bị nối mạch vòng.
3. Phụ tải của lưới phân phối đa dạng và phức tạp, nhất là ở Việt Nam các phụ
tải sinh hoạt và dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp đa phần cùng trong một hộ phụ
tải.
So với mạng hình tia, mạng mạch vòng có chất lượng điện tốt hơn, đó chính
là lý do tồn tại của mạch vòng, song lại gây phức tạp về vấn đề role bảo vệ. Cấu
trúc mạch vòng chỉ thích hợp cho những mạng TA/HA có công suất lớn và số lượng
trạm trên mạch vòng ít. Mặt khác cùng với một giá trị đầu tư thì hiệu quả khai thác
mạch vòng kín so với mạch hình tia thấp hơn. Ngoài ra, chất lượng phục vụ của
mạng hình tia đã liên tục được cải thiện, đặc biệt trong những thập niên gần đây với
sự xuất hiện các thiết bị có công nghệ mới và các thiết bị tự động, việc giảm bán

kính cung cấp điện – tăng tiết diện dẫn và bù công suất phản kháng do vậy chất
lượng điện mạng hình tia đã được cải thiện nhiều.

Phạm Huyền My

14


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

Kết quả các nghiên cứu và thống kê từ thực tế vận hành đã đưa đến kết luận
nên vận hành lưới phân phối theo dạng hình tia bởi các lý do:
-

Vận hành đơn giản hơn

-

Trình tự phục hồi lại kết cấu lưới sau sự cố dễ dàng hơn

-

Ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ.

1.3. Hiệu quả sử dụng điện
Sử dụng hiệu quả năng lượng điện bao gồm tất cả các vấn đề về kỹ thuật và
kinh tế (không kỹ thuật), các biện pháp nhằm làm giảm nhu cầu điện năng của một
lưới phân phối điện. Mặc dù việc thực hiện một chiến lược quản lý năng lượng điện

có thể yêu cầu một khoản đầu tư ban đầu, nhưng lợi nhuận tài chính ngắn hạn có thể
đạt được thông qua chi phí thấp hơn do giảm nhu cầu năng lượng điện.
Việc sử dụng năng lượng điện là rất quan trọng để phát triển kinh tế ở các
nước đang phát triển và nghèo đói sẽ không được giảm nếu không sử dụng nhiều
hơn điện năng. Giả sử rằng nhu cầu năng lượng tăng 2,6% mỗi năm, tổng tiêu thụ
năng lượng năm 2050 sẽ tăng gấp đôi mức độ tiêu thụ vào năm 1998. Thách thức là
để phá vỡ các liên hệ giữa tăng trưởng kinh tế và tiêu thụ điện năng bằng cách theo
đuổi quá trình sản xuất hiệu quả và giảm tổn thất. Đồng thời, liên hệ giữa việc tiêu
thụ năng lượng điện và ô nhiễm sẽ bị phá vỡ, và nền kinh tế sẽ dựa nhiều hơn vào
năng lượng tái tạo và do đó sử dụng nhiên liệu hóa thạch hiệu quả hơn.
Các ngành công nghiệp điện ở các nước đang phát triển theo Ngân hàng Thế
giới mất hơn 20% điện của mình do mất mát hoặc không hiệu quả. Một cách để
ngăn chặn những tổn thất này là khuyến khích khu vực tư nhân tham gia trong cố
gắng để ngăn chặn các hành vi mất mát này. Tuy nhiên, nhiều dự án nhằm ngăn
chặn các hành vi mất mát và cắt giảm tổn thất điện năng đã không đạt được mục
tiêu của họ. Vì vậy một phạm vi rất lớn tồn tại để giảm tổn thất điện năng trong việc
phát triển quốc gia đấy là sử dụng hệ thống phân phối theo khu vực. Ngân hàng Thế
giới đã hỗ trợ trong việc giảm tổn thất năng lượng điện và làm giảm thiệt hại đáng
kể: 15-20% năng lượng đầu vào điện đã được tiết kiệm bằng cách có sự tham gia
của khu vực tư nhân.
Việc sử dụng điện trong khu vực dân cư là không hiệu quả theo Ngân hàng
Thế giới và điện năng tiết kiệm có thể được tăng lên, hoặc bằng cách sử dụng chiếu
Phạm Huyền My

15


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

sáng tiết kiệm năng lượng hoặc quan trọng hơn là tiêu thụ điện cho khu dân cư có
thể được điều tra và quy hoạch về mặt quản lý chiến lược được thực hiện để giảm
tổn thất điện năng lượng trong lĩnh vực này.
1.3.1. Hộ gia đình khu vực sử dụng điện
Nhu cầu điện cho các hộ gia đình đóng góp đến 20% nhu cầu điện quốc gia
vào giờ cao điểm và là khách hàng lớn nhất trong một lưới điện phân phối. Như
vậy, sự gia tăng của nhu cầu điện năng buộc các công ty cung cấp điện hoặc cắt
giảm tổn thất điện năng hoặc tạo ra điện năng nhiều hơn nhưng sẽ có một tác động
tiêu cực đến môi trường.
1.3.2. Tác động của việc sử dụng điện đối với môi trường
Các máy phát điện tạo ra một phần lớn lượng khí thải không mong muốn vào
khí quyển. Các chất khí gây hiệu ứng nhà kính thường được sản xuất bởi các nhà
máy điện là carbon monoxide (CO), khí metan (CH4), các oxit nitơ (NOx), nitơ oxit
(N2O) và carbon dioxide (CO2). Làm việc sử dụng quản lý năng lượng hiệu quả là
một lựa chọn hiệu quả chi phí để giảm ô nhiễm trong ngành công nghiệp năng
lượng điện. Tác động của tổn thất năng lượng đến môi trường được chỉ định trong
Bảng 1.1. Từ Bảng 1.1 là điều hiển nhiên rằng các tổn thất trong một lưới điện phân
phối có một tác động rất lớn đến môi trường. Giảm thiểu tổn thất trong lưới điện
phân phối do đó sẽ tiết kiệm được nguồn tài chính đáng kể và tiết kiệm được tài
nguyên thiên nhiên.

Phạm Huyền My

16


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

Để giảm tác động của các máy phát điện đối với môi trường, năng lượng
phải được quản lý hiệu quả. Hai yếu tố chính góp phần vào sự tổn thất điện năng là
tổn thất phi kỹ thuật và tổn thất kỹ thuật.
1.4. Tổn thất phi kỹ thuật
Một ý tưởng là lưới điện phân phối sẽ tạo ra lượng điện năng X và phân phối
lượng điện vào lưới bằng X. Do tổn thất trong việc truyền tải và các bộ phận phân
phối. Lượng điện ít hơn X sẽ được phân phối vào mạng. Tổn thất điện năng này là
những tổn thất hệ thống của lưới điện phân phối. Được cho bởi:

∑P

generated

= ∑ Pdistributed + ∑ Psystemlosses (1-1)

Các tổn thất hệ thống của một lưới điện phân phối có thể được chia thành hai nhóm
chính là tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật. Tổn thất phi kỹ thuật đang chiếm
ưu thế trong các phần thấp hơn của lưới điện phân phối và tổn thất bởi các nguyên
nhân:
- Sử dụng trái phép
- giả mạo đo đếm
- tổn thất cho dây cáp và các thiết bị điện khác
- ước tính không chính xác nguồn cung cấp không có đồng hồ đo hoặc đo lường
(chiếu sáng công cộng, cơ sở vật chất, thành phố trực thuộc Trung ương, công viên,
tỷ lệ CT không chính xác hoặc VT, đồng hồ bị lỗi).
Giảm tổn thất phi kỹ thuật sẽ có một lợi ích kinh tế trực tiếp trong việc giảm
giá điện phải trả của khách hàng và nó sẽ làm tăng doanh thu điện của công ty cung
cấp phân phối như giảm tổn thất điện năng và nhiều điện năng hơn có thể được bán
cho khách hàng. Những tổn thất phi kỹ thuật là gần như không thể tính toán từ các

nguyên tắc đầu tiên là những tổn thất này đều phụ thuộc vào sự can thiệp của con
người vào lưới phân phối điện năng. Vì vậy để tính toán tổn thất phi kỹ thuật một
cách tiếp cận gián tiếp là cần thiết. Các phương pháp tiếp cận gián tiếp để tính toán
tổn thất phi kỹ thuật của một mạng lưới phân phối điện được cho bởi công thức như
sau:

∑P

Non−technical

Phạm Huyền My

= ∑ PGenerator − (∑ Pdistributed + ∑ Ptechnical−losses ) (1-2)

17


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

Những tổn thất phi kỹ thuật và kỹ thuật của lưới điện phân phối được kết nối
và tính toán như tổng tổn thất của lưới điện phân phối. Vì vậy thật cần thiết để lấy
được giá trị tính toán ước tính của tổn thất kỹ thuật hoặc tổn thất phi kỹ thuật trong
lưới. Như đã đề cập những tổn thất phi kỹ thuật là không thể tính toán, do đó tổn
thất kỹ thuật phải được bắt nguồn và định lượng cho một lưới điện phân phối.
Phần tiếp theo sẽ thảo luận về các loại tổn thất kỹ thuật và phương pháp được
sử dụng để tính toán tổn thất kỹ thuật trong một lưới điện phân phối.
1.5. Tổn thất kỹ thuật
Tổn thất kỹ thuật. là do dòng điện chạy trong một dây dẫn tạo ra nhiệt và tác

động đến điện trở, gây tổn thất điện năng. Trong tất cả các dây dẫn xảy ra ít nhất
một trong những tổn thất sau:
-

Tổn thất đồng

-

Tổn thất điện môi

-

Tổn thất do cảm ứng hoặc bức xạ

Những tổn thất này còn được gọi là tổn thất kỹ thuật, do đó nó bao gồm các tổn thất
trên đường dây trong lưới phân phối và các tổn thất trong máy biến áp. Những yếu
tố chính ảnh hưởng đến tổn thất kỹ thuật là:
-

trạm biến áp,

-

mạch điện

-

Các cấp điện áp

-

Mô hình mạch (trên không, ngầm, hỗn hợp...)

-

Mô hình tải (dân cư, thương mại, công nghiệp, hỗn hợp...)

-

Các điểm chuyển đổi

-

Công suất lắp đặt

-

Dự đoán nhu cầu

-

Chiều dài của các mạch
Tổn thất kỹ thuật chiếm 6-8% của chi phí điện được tạo ra và 25% của chi

phí cung cấp điện cho khách hàng. Giảm tổn thất kỹ thuật sẽ bắt nguồn từ hai việc
tiết kiệm quan trọng:
-

Giảm năng lượng cần thiết phải tạo ra

-

Giảm nhu cầu tối đa

Phạm Huyền My

18


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

Phần tiếp theo sẽ tập trung vào ba loại tổn thất đề cập ở trên là tổn thất đồng, tổn
thất điện môi và tổn thất cảm ứng hoặc bức xạ.
1.5.1. Các loại tổn thất kỹ thuật (dây dẫn)
Nhiệt độ khí quyển là thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự biến động
tổn thất trong dây dẫn Vì vậy, một phương trình cân bằng nhiệt được coi là để tính
toán tổn thất trong dây dẫn của một lưới điện phân phối. Các phương trình trạng
thái cân bằng nhiệt hấp thụ bởi các dây dẫn sẽ bằng nhiệt phát ra từ dây dẫn. Nhiệt
hấp thụ bởi dây dẫn là do sức cản trở của dòng điện chảy trong dây dẫn ở một nhiệt
độ cụ thể và sự nung nóng của mặt trời trên dây dẫn. Nhiệt phát ra từ dây dẫn là do
cảm ứng và bức xạ. Một phương trình của phương trình cân bằng nhiệt được cho
bởi:
Nhiệt hấp thụ = nhiệt phát ra

I 2 R + PSun = PRadiation + PInduction (1.3)
1.5.1.1 Tổn thất đồng
Cuộn dây dẫn đồng được sử dụng trong lưới điện phân phối do độ dẫn điện
cao của nó. Độ dẻo cao của đồng làm cho nó dễ dàng để bẻ cong các dây dẫn vào

uốn cong chặt chẽ xung quanh lõi từ và do đó giảm thiểu số lượng đồng cần thiết
cho các cuộn dây. Ở cường độ dòng điện cao tổn thất đồng đáng kể và bằng I 2 R .
Tổn thất I 2 R bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ như sau:

I 2 Rt = I 2 R20 (1 + α (t − 200 C )) W / m (1-4)
Trong đó α là hệ số nhiệt độ (thường là 0,004/m˚C), R20 là điện trở (Ω) của ruột
dẫn ở 20°C, I (A) và t lần lượt là dòng điện và nhiệt độ ˚C của dây dẫn. Những tổn
thất này vốn có trong tất cả các dây dẫn bởi vì điện trở hữu hạn của các dây dẫn.
Tổn thất trong máy biến áp trong lưới điện phân phối cũng được xem là tổn
thất đồng do trở kháng nội bộ của các cuộn dây biến áp và tổn thất lõi. Các máy
biến áp kết nối trong lưới điện phân phối được kết nối vĩnh viễn vào hệ thống cung
cấp điện, do đó tổn thất không tải của các máy biến áp cần phải được xem xét. Tổn
thất không tải theo Sen phụ thuộc vào giá trị tối đa của dòng Fuco trong lõi. Các tổn
thất bởi từ thông hoặc dòng điện Fuco của máy biến áp là:
Phạm Huyền My

19


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối
2
Pe = K e Bmax
f 2 (1.5)

Trong đó Pe là tổn thất gây ra bởi dòng điện Fuco trong lõi sắt máy biến áp, Ke là
một giá trị không đổi tùy thuộc vào loại vật liệu và độ dày các tấm sắt (mm), B là
mật độ từ thông (T) và f là tần số (Hz) của máy biến áp.
1.5.1.2. Tổn thất điện môi

Điện môi hấp thụ gây tổn thất đáng kể trong một lưới điện phân phối do làm
nóng các dây dẫn. Lượng nhiệt này chủ yếu là do mặt trời sưởi ấm trái đất và được
tính như sau:

PSun = K S Si d (W) (1.6)
Trong đó Psun là nhiệt của dây dẫn do ánh nắng mặt trời đơn vị Watt, Ks là hệ số
hấp thụ năng lượng mặt trời (m), Si là cường độ bức xạ mặt trời (thường là 1300
W/m2), và d là đường kính của dây dẫn (m).
1.5.1.3. Tổn thất do cảm ứng và bức xạ
Tổn thất do cảm ứng và bức xạ được gây ra bởi các trường điện từ xung
quanh dây dẫn. Tổn thất cảm ứng xảy ra khi từ trường xung quanh một dây dẫn liên
kết đến một đối tượng từ khác và dòng điện được cảm ứng đến đối tượng đó, do đó
năng lượng bị mất tới đối tượng. Trong một tổn thất cảm ứng trên lưới điện phân
phối xảy ra do gió và được cho bởi:

PInduction = 10,2.(V .d ) 0,52 .(TC − TA ) (W/m)
với vận tốc gió > 0,14m/s (1.7)

PInduction = 9.(d ) 0,75 .(TC − TA )1, 25

(W/m)

với vận tốc gió < 0,14m/s (1.8)
Và V = u.δ
Trong đó V là vận tốc gió hiệu quả (m/s), d là đường kính của dây dẫn (m),
Tc là nhiệt độ của dây dẫn (thường là 53,994 K), Ta là nhiệt độ môi trường xung
quanh (thường là 330 K), u tốc độ gió thực tế (m/s), và δ là áp suất không khí tương
đối.

Phạm Huyền My

20


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

Tổn thất bức xạ là kết quả của đường sức từ của một dây dẫn mà không trở
lại khi chu kỳ khuyết. Các đường sức từ tác động vào không gian và được hấp thụ
bởi một đối tượng khác. Tổn thất bức xạ được tính toán bằng cách sử dụng:

PRadiation = K R .S .π .d .(TC4 − TA4 ) W/m (1.9)
Trong đó KR là hệ số bức xạ, S là hằng số Stephan (5,71.10-9 W/m2), d là đường
kính của dây dẫn (m), Tc là nhiệt độ của dây dẫn (thường là 53,994 K), và Ta là
nhiệt độ môi trường xung quanh (thường là 330 K).
1.5.2. Hệ số thứ cấp ảnh hưởng đến tổn thất kỹ thuật
Mặc dù tổn thất đồng, tổn thất điện môi và tổn thất cảm ứng và bức xạ là các
loại tổn thất chính xảy ra trong một mạng lưới phân phối điện, loại tổn thất thứ cấp
của điện năng cũng xảy ra trong mạng. Những tổn thất thứ cấp xảy ra do dòng điện
lưu thông trong lưới, thiết bị điều chỉnh điện áp, kỹ thuật và thiết bị được sử dụng
để cân bằng điện áp pha của lưới và thiết bị để điều chỉnh hệ số công suất của mạng.
1.5.2.1. Dòng vòng
Mạng lưới phân phối điện được nối với nhau và cố gắng để ngăn ngừa sự cố
của mạng lưới, các dòng vòng gây ra trong lưới điện phân phối sẽ làm tăng tổn thất
của mạng. Mức điện áp duy trì không đổi trong mạng lưới phân phối sẽ giảm thiểu
những thiệt hại do dòng vòng.
1.5.2.2. Điều chỉnh điện áp
Tổn thất đường dây trong một lưới điện phân phối tăng theo bình phương
của dòng tải khi điện trở là không đổi. Vì vậy, bằng cách duy trì hoặc giảm điện áp

trên tải sẽ giảm tổn thất trên đường dây của các lưới điện phân phối.
1.5.2.3. Cân bằng pha
Cân bằng pha có ý nghĩa khi lưới điện phân phối trở nên nặng nề quá tải. Để
giảm thiểu tổn thất điện năng điện trong một mạng bị quá tải, tải trọng lệch pha tối
đa phải dưới 10%.

Phạm Huyền My

21


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

1.5.2.4. Hệ số công suất
Bất cứ thành phần phản kháng nào cũng sẽ là nguyên nhân gây ra một gia
tăng trong dòng điện với kết quả là một mức tăng trong tổn thất công suất tác dụng
của lưới điện phân phối. Đối với lưới điện phân phối với các tải phản kháng lớn
(Q), tổn thất do công suất phản kháng (VAR) trở nên quan trọng.
Các yếu tố thứ cấp ảnh hưởng đến tổn thất kỹ thuật tương đối nhỏ so với
những tổn thất trong các dây dẫn. Do đó, những tổn thất thứ cấp là không đáng kể
và bỏ qua trong luận văn này.
1.5.3. Phương pháp tiếp cận để tính tổn thất
Việc tính toán tổn thất kỹ thuật có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các
phương pháp tiếp cận khác nhau với các mức độ chính xác khác nhau. Đối với việc
tính toán tổn thất kỹ thuật, cần một sự cân bằng giữa tính chính xác tuyệt đối và nỗ
lực để có một kết quả thuyết phục. Cách tiếp cận có thể chấp nhận để tính toán tổn
thất kỹ thuật của một lưới điện phân phối có thể được chia thành hai nhóm. Đây là
những phương pháp chính xác và phương pháp sử dụng đồ thị phụ tải điển hình như

được đưa ra dưới đây.
1.5.3.1. Phương pháp đánh giá đầy đủ
Một phương pháp chính xác chỉ có thể đạt được với một mô hình lưới điện
phân phối và thiết bị đo lường thống kê được cài đặt tại mỗi hộ gia đình nhận được
điện. Một mô hình lưới điện phân phối toàn diện bao gồm các sơ đồ thay thế của
lưới, độ dài dây dẫn khác nhau và điện trở suất của mỗi dây dẫn. Vì vậy phương
pháp này là một phương pháp không thực tế để sử dụng cho các lưới phân phối lớn,
như những thay đổi của lưới sẽ làm thay đổi các thông số của mô hình. Một yếu tố
nữa góp phần làm cho phương pháp trở nên không thực tế là số lượng các phép đo,
thu thập dữ liệu, và thao tác là rất lớn. Phương pháp chính xác mặc dù không thực tế
cho các mạng lớn, nhưng rất hữu ích cho lưới điện phân phối nhỏ hơn hoặc sử dụng
kết hợp với các phương pháp tính tổn thất khác.
1.5.3.2. Phương pháp sử dụng đồ thị phụ tải điển hình

Phạm Huyền My

22


Luận văn cao học

Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

Cũng như phương pháp tính toán chính xác, phương pháp mô tả theo phụ tải
điển hình cũng đòi hỏi một mô hình lưới điện phân phối điển hình để tính tổn thất
kỹ thuật. Phương pháp luận về tính toán tổn thất kỹ thuật cũng đòi hỏi phải có số
liệu đo lường hàng tháng về lượng điện năng tiêu thụ (tính theo kWh). Từ mô hình
lưới điện điển hình và các số liệu về lượng điện năng tiêu thụ, có thể sử dụng giá trị
trung bình của lượng điện tiêu thụ chuẩn trong một khoảng thời gian cụ thể để thiết
lập đồ thị phụ tải tiêu thụ hàng tháng điển hình như được minh họa trong hình 1.2

Hinh 1.2. Đồ thị phụ tải điển hình
Vì vậy, với phương pháp sử dụng đồ thị phụ tải điển hình này, ta giả định
rằng các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến hệ số tải ví dụ như tải liên tục. Phương
pháp sử dụng đồ thị phụ tải điển hình được giả định như sau:
Σ Các tổn thất điện năng =Σ Điện năng đến - Σ Điện năng đã bán (1.9)
Phương trình 1.9 thường được sử dụng trong thành phố để ước tính điện
năng được sử dụng bởi khách hàng. Giả định này tính toán lượng tổn thất điện năng
bằng lượng điện thêm và bớt ở thời điểm cụ thể trong lưới điện phân phối. Ưu điểm
của việc sử dụng giả định này kết hợp với phương pháp sử dụng đồ thị phụ tải điển
hình đó là nó tương đối dễ dàng để tính toán sự chênh lệch điện năng và chỉ có hai
thông số đầu vào được sử dụng (điện năng đến và điện năng bán ra) để tính toán sự
chênh lệch đó. Những nhược điểm của phương pháp này là nó phụ thuộc vào sự
Phạm Huyền My

23