Tính toán tổn thất điện năng lưới phân phối điện quảng ninh có xét đến việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo

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

TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN
QUẢNG NINH CÓ XÉT ĐẾN VIỆC SỬ DỤNG CÁC
NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện - Hệ thống điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Bạch Quốc Khánh

Hà Nội - 2014

0


MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................... 0
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 4
CHƯƠNG MỞ ĐẦU .................................................................................................. 5
CHƯƠNG 1. VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI
PHÂN PHỐI ĐIỆN..................................................................................................... 8
1.1. Tổng quan chung về tổn thất điện năng .......................................................... 8
1.2. Tổng quan các phương pháp tính toán tổn thất điện năng lưới điện phân
phối .......................................................................................................................... 9
1.2.1. Xác định tổn thất điện năng với sự trợ giúp của các thiết bị đo ............ 10
1.2.3. Xác định tổn thất điện năng theo các đặc tính xác suất của phụ tải ..... 12

1.2.4. Phương pháp xác định tổn thất điện năng theo đường cong tổn thất ... 15
1.2.5. Xác định tổn thất điện năng theo cường độ dòng điện thực tế .............. 17
1.2.6. Xác định tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải ..................................... 17
1.2.7. Xác định tổn thất điện năng theo thời gian hao tổn công suất cực đại.. 18
1.3. Vấn đề tổn thất điện năng trên lưới phân phối Việt Nam hiện nay ............. 22
1.3.1. Các mục tiêu đánh giá tổn thất điện năng của Tổng công ty ĐL Miền
Bắc...................................................................................................................... 22
1.3.2. Tổn thất lưới điện phân phối của tỉnh Quảng Ninh ............................... 23
1.4. Lựa chọn phương pháp tính toán tổn thất lưới điện trung thế .................... 25
CHƯƠNG 2. SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI TỈNH QUẢNG
NINH ......................................................................................................................... 27
2.1. Tổng quan tiềm năng sử dụng năng lượng tái tạo tại Việt Nam .................. 27
2.1.1. Tiềm năng điện mặt trời .......................................................................... 27
2.1.2. Tiềm năng điện gió .................................................................................. 28

1


2.2. Tiềm năng sử dụng năng lượng tái tạo ở Quảng Ninh ................................. 31
2.2.1. Điện mặt trời ............................................................................................ 31
2.2.2. Tiềm năng điện gió .................................................................................. 33
2.3. Một số đặc điểm chính về công nghệ ............................................................. 34
2.3.1. Điện mặt trời ............................................................................................ 34
2.3.2. Điện gió..................................................................................................... 35
2.4. Kết luận .......................................................................................................... 37
CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI TỈNH QUẢNG NINH KHI CÓ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
................................................................................................................................... 38
3.1. Lập mô hình bài toán ..................................................................................... 38
3.1.1. Các thông tin ban đầu ............................................................................. 38

3.1.2. Mô phỏng đặc tính công suất phát của các nguồn năng lượng tái tạo .. 40
3.1.3. Công cụ tính toán..................................................................................... 43
3.2. Trình tự tính toán và phân tích kết quả ........................................................ 48
3.2.1. Xét nguồn điện mặt trời (PV) .................................................................. 48
3.2.2. Xét nguồn điện gió ................................................................................... 57
3.2.3. Phân tích kết quả ..................................................................................... 59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 62
Tài liệu tham khảo .................................................................................................... 64
Phụ lục ...................................................................................................................... 65

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép
của ai. 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. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các
tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo và các trang web
theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Tác giả

Hoàng Tuấn Tú

3


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của TS. Bạch Quốc Khánh,
giảng viên Bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện, Trường đại học Bách khoa Hà Nội Người chịu trách nhiệm hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này.
Từ đáy lòng mình, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô đã tham gia

giảng dạy trong khóa học, các thầy cô tại Viện Điện, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
giúp tôi hoàn thành khóa học này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ hành chính của Viện Điện và Viện
Đào tạo Sau đại học đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình học tập tại trường.
Lời cuối cùng, tôi chân thành cảm ơn sự động viên của gia đình, bạn bè, những
người đã tạo điều kiện rất nhiều cho tôi trong suốt chặng đường học tập đã qua.
Hoàng Tuấn Tú

4


CHƯƠNG MỞ ĐẦU
Năng lượng tái tạo (NLTT) bao gồm: gió, mặt trời, thủy điện, địa nhiệt, sinh khối
(củi gỗ, trấu, phụ phẩm nông nghiệp và lâm nghiệp), khí sinh học, nhiên liệu sinh học,
và năng lượng thủy triều/đại dương/sóng. Sự phát triển của công nghệ NLTT phục vụ
phát điện được triển khai trong thời gian gần đây, chủ yếu là thuỷ điện, pin mặt trời,
gió, địa nhiệt và nhiên liệu sinh học. Sự cải tiến công nghệ và kiến thức về vật liệu, sự
giảm giá thành kết hợp với chính sách hỗ trợ của nhà nước đã góp phần thúc đẩy sự
phát triển mạnh mẽ của NLTT. Trên thế giới, động lực chính đối với việc phát triển
NLTT là do các cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 và 1979-1980, sau đó là các yếu
tố môi trường, an ninh năng lượng, đa dạng hoá nguồn năng lượng. Việt Nam chúng ta
có tiềm năng lớn phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là các nguồn sau
Bảng M.1. Tiềm năng Thủy điện, điện gió và điện mặt trời tại Việt Nam
Loại nguồn

Tiềm năng

Khu vực/đối tượng sử dụng

Thủy điện nhỏ

> 4.000 MW

Khu vực miền núi: Đông Bắc; Tây Bắc, Bắc
Trung bộ; Nam Trung Bộ; Tây Nguyên. Cho
nối lưới và lưới điện nhỏ

Điện gió

> 30.000 MW

+ Miền trung, tây nguyên, các đảo
+ Các khu vực ven biển và nơi có gió địa hình
khác

Điện mặt trời

4-5
kWh/m2/ngày

+ Nhiệt mặt trời: Tất cả các khu vực dân cư
+ Điện mặt trời: Khu vực dân cư ngoài lưới
Nguồn: GIC Power

Việc phát triển NLTT tại Việt Nam rất cần thiết để đảm bảo an ninh năng lượng,
góp phần cải thiện sức khỏe cộng đồng, bảo vệ môi trường, ứng phó với biến đổi khí

5

hậu, tạo việc làm… Trong thời gian qua, nhiều dự án phát triển sử dụng năng lượng tái
tạo tại Việt Nam đã được thông qua và triển khai trên toàn quốc do Bộ công thương,
Bộ khoa học công nghệ, Tập đoàn Điện lực Việt Nam quản lý... Tại các địa phương có
tiềm năng năng lượng tái tạo lớn, nghiên cứu phát triển các nguồn năng lượng này sẽ là
những bước phát triển hệ thống năng lượng lâu dài, bền vứng. Đó cũng là động lực để
luận văn nghiên cứu về lĩnh vực này đối với tỉnh Quảng Ninh, nơi cũng có tiềm năng
lớn về năng lượng tái tạo như gió và điện mặt trời.
Các nguồn năng lượng tái tạo thường là các nguồn điện phân tán, có công suất
không lớn và sử dụng chủ yếu trong lưới phân phối điện. Bài toán nghiên cứu sử dụng
nguồn điện phân tán trong lưới phân phối cần được đặt ra từ khâu qui hoạch, thiết kế
đến quản lý vận hành trong đó phải xem xét rất nhiều khía cạnh ảnh hưởng của nguồn
điện phân tán như đến thiết kế, đến sự làm việc của các hệ thống bảo vệ, đến độ tin
cậy, đến chất lượng điện năng… Các nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo
lại có những đặc thù riêng nên càng cần nghiên cứu xem xét đầy đủ các ảnh hưởng trên
đây.
Với các ý nghĩa trên, hướng nghiên cứu của luận văn sẽ là nghiên cứu ứng dụng
năng lượng tái tạo ở Quảng Ninh, với việc xem xét đến các ảnh hưởng của sự xuất hiện
các nguồn năng lượng này trong lưới phân phối điện tỉnh Quảng Ninh. Cụ thể, tên
được đề xuất cho nghiên cứu của luận văn sẽ là
"TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN QUẢNG
NINH CÓ XÉT ĐẾN VIỆC SỬ DỤNG CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO"
Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm
-

Tìm hiểu các nguồn phân tán và sử dụng nguồn năng lượng gió ở tỉnh Quảng
Ninh.

-

Các vấn đề về tổn thất điện năng và đánh giá tổn thất điện năng trong lưới

phân phối điện.
6


-

Đánh giá ảnh hưởng của sử dụng các nguồn điện phân tán dùng năng lượng
tái tạo đến tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới phân phối
Quảng Ninh.

Vấn đề nghiên cứu của đề tài có tính cấp thiết lớn khi Quảng Ninh đang có những
dự án (do sở khoa học công nghệ Quảng Ninh thực hiện) phát triển các nguồn năng
lượng tái tạo. Kết quả nghiên cứu của luận văn nhằm cung cấp các đánh giá về tổn thất
lưới phân phối (nghiên cứu điển hình) ở các kịch bản lắp đặt các nguồn năng lượng tái
tạo có xét đến các đặc điểm riêng của công nghệ phát điện cho từng loại nguồn. Kết
quả đó có thể giúp cho các công tác quy hoạch, thiết kế, lựa chọn phương án lắp đặt sử
dụng các nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo trong lưới phân phối của tỉnh. Để đạt
được mục tiêu nghiên cứu của luận văn, bố cục chính của luận văn gồm các phần như
sau
- Chương Mở đầu
- Chương 1. Vấn đề tính toán tổn thất điện năng trong lưới phân phối điện
- Chương 2. Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo tại tỉnh Quảng Ninh
- Chương 3. Đánh giá tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối tỉnh Quảng
Ninh khi có các nguồn năng lượng tái tạo
- Kết luận và kiến nghị

7


CHƯƠNG 1

VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN
1.1. Tổng quan chung về tổn thất điện năng
Tổng tổn thất điện năng trong hệ thống điện là chênh lệch giữa lượng điện năng
sản xuất từ nguồn điện và lượng điện năng được tiêu thụ tại phụ tải trong một khoảng
thời gian nhất định, trong tính toán thường lấy là 1 năm [1], [2].
Tổn thất điện năng có thể chia làm hai loại: tổn thất kỹ thuật và tổn thất kinh
doanh.
Tổn thất kỹ thuật là tổn thất điện năng do tính chất vật lý của quá trình truyền tải
điện năng gây ra. Do đó không thể loại bỏ hoàn toàn mà chỉ có thể hạn chế ở mức độ
hợp lý. Cũng có thể phân biệt dạng tổn thất này thành 2 loại:
-

Tổn thất điện năng phụ thuộc vào dòng điện: là tổn thất do phát nóng trong
các phần tử, phụ thuộc vào bình phương của cường độ dòng điện và điện trở
tác dụng của phần tử. Đây là thành phần chính được tính đến trong tổn thất
điện năng.

-

Tổn thất phụ thuộc vào điện áp bao gồm tổn thất không tải của MBA, tổn
thất vầng quang điện, tổn thất do rò điện (cách điện không tốt), tổn thất trong
mạch từ của các thiết bị đo lường…

Tổn thất kinh doanh là tổn thất điện năng do quản lý kém gây ra. Do đó không thể
giải quyết bằng các biện pháp kỹ thuật, mà chỉ có thể dùng các biện pháp quản lý hành
chính. Một số trường hợp có thể phân loại để xác định tổn thất điện năng ở khâu nào,
từ đó có biện pháp xử lý. Ví dụ điện năng tổn thất khi đã được sử dụng, nhưng không
8

được đo; điện năng đã được đo nhưng không được vào hóa đơn; điện năng đã được vào
hóa đơn nhưng không được trả tiền hoặc chậm trả tiền…
Các thành phần tổn thất điện năng phụ thuộc vào điện áp, chủ yếu là tổn thất
không tải của máy biến áp và tổn thất vầng quang điện, có thể coi là không đổi, thường
được xác định từ các dữ liệu thống kê.
Thành phần tổn thất phụ thuộc vào dòng điện (phát nóng) được xác định dựa trên
cơ sở tính toán chế độ của hệ thống điện. Trong đó các tính toán được thực hiện để xác
định tổn thất công suất trên các đường dây và máy biến áp tại các thời điểm cụ thể, khi
đó tổn thất điện năng có thể tính được bằng cách chia đồ thị phụ tải/công suất nguồn
trong các ngày điển hình thành các khoảng thời gian với giá trị không đổi. Để tính
chính xác như vậy yêu cầu có đồ thị phụ tải và đồ thị công suất nguồn thống kê đồng
bộ trong các ngày vận hành, vì thế hầu như không thể thực hiện được, nhất là đối với
lưới điện phân phối trung áp.
Hơn nữa, đối với lưới phân phối điện, tổn thất điện năng chủ yếu xảy ra trên
đường dây và trong máy biến áp phân phối và các thành phần tổn thất chỉ có phát nóng
do điện trở dây dẫn, tổn thất trong cuộn dây máy biến áp và tổn thất không tải máy biến
áp.
1.2. Tổng quan các phương pháp tính toán tổn thất điện năng lưới điện phân phối
Khi truyền tải điện năng từ thanh cái nhà máy điện đến các công ty, nhà máy và
hộ dùng điện ta cần phải dùng dây dẫn và máy biến áp. Khi có dòng điện chạy qua, do
có điện trở và điện kháng trên đường dây nên nó đã gây ra tổn thất công suất dẫn đến
tổn thất về điện năng.
Trị số tổn thất điện năng trong bất kỳ một phần tử nào của mạng điện phụ thuộc
chủ yếu vào tính chất của phụ tải và sự thay đổi của phụ tải trong thời gian khảo sát.

9


Nếu phụ tải của đường dây không thay đổi và xác định được tổn thất công suất tác

dụng trên đường dây là ∆P thì khi đó tổn thất điện năng trong thời gian t sẽ là:
∆A = ∆P.t

(2.1)

Khi đó ta phải biểu diễn gần đúng đường cong i(t), và s(t) dưới dạng bậc thang
hoá để tính toán tổn thất năng lượng với điện áp định mức.
Từ biểu thức dΔA = 3i2.R.dt, ta có:
t

t

0

0

ΔA   3Ri 2 dt  R 

hay là

ΔA 

R
U 2H

n

Pt2  Q 2t
S2 (t)
dt


R
0 U 2t dt
U 2 (t)

 Si2 Δt 
1

t

R n 2
Pi  Q i2 Δt
2 
UH 1

(2.2)

(2.3)

Tuy nhiên, trong tính toán thường không biết đồ thị p(t), q(t). Để tính hao tổn
năng lượng ta phải dùng phương pháp gần đúng dựa theo một số khái niệm quy ước
như thời gian sử dụng phụ tải cực đại (Tmax), thời gian hao tổn công suất cực đại (τmax)
và dòng điện trung bình bình phương (Itbbp). Ngoài ra còn có thể sử dụng một số
phương pháp khác như sử dụng công tơ, tính theo đồ thị phụ tải, theo đặc tính xác suất
của phụ tải,…
Dưới đây là tóm tắt một số phương pháp dùng để xác định tổn thất điện năng
trong mạng phân phối trung áp.
1.2.1. Xác định tổn thất điện năng với sự trợ giúp của các thiết bị đo
a. Xác định tổn thất điện năng theo các chỉ số công tơ
Phương pháp xác định tổn thất điện năng thông dụng nhất là so sánh sản lượng

điện ở đầu vào lưới và năng lượng tiêu thụ tại các phụ tải trong cùng khoảng thời gian,
phương pháp này tuy có đơn giản nhưng thường mắc phải sai số lớn do một số nguyên
nhân sau:

10


- Không thể lấy được đồng thời các chỉ số của các công tơ tại đầu nguồn và ở các
điểm tiêu thụ cùng một thời điểm.
- Nhiều điểm tải còn thiếu thiết bị đo hoặc thiết bị đo không phù không phù hợp
với phụ tải.
- Số chủng loại đồng hồ đo rất đa dạng với nhiều mức sai số khác nhau, việc
chỉnh định đồng hồ đo chưa chính xác hoặc không chính xác do chất lượng điện không
đảm bảo.
Để nâng cao độ chính xác của phép đo người ta sử dụng đồng hồ đo đếm tổn thất,
đồng hồ này chỉ được sử dụng ở một số mạng điện quan trọng.
b. Xác định tổn thất điện năng bằng đồng hồ đo đếm tổn thất
Trong cung cấp mạng điện người ta có thể xác định tổn thất điện năng trực tiếp
bằng đồng hồ đo đếm tổn thất mắc ngay tại điểm nút cung cấp cần kiểm tra. Đối với
đường dây phân phối chỉ cần mắc một đồng hồ ở đầu đường dây là đủ. Đối với MBA
đồng hồ đo đếm tổn thất được đặt trên mỗi đầu cuộn dây của MBA ba cuộn dây và trên
một trong hai cuộn dây của MBA 2 cuộn dây. Công thức để xác định tổn thất điện năng
trong mạng:
∆A = 3.kBI2.R.N.10-3 (kWh)

(2.4)

Trong đó
kBI:

Tỷ số máy biến dòng

R:

Điện trở tương đương của mạng điện

N:

Chỉ số của đồng hồ đo đếm tổn thất điện năng được ghi trong thời gian T
và được xác định bằng công thức:
N= I2.T (I:Dòng điện chạy trong mạng)

Phương pháp này có các ưu điểm là sử dụng đơn giản, dễ thực hiện.

11


Tuy vậy phương pháp này có một số nhược điểm lớn sau:
- Phương pháp này chỉ xác định được tổng hao tổn năng lượng của mạng, không
chỉ ra được các thời điểm cực đại và cực tiểu của phụ tải để từ đó có biện pháp san
bằng đồ thị phụ tải.
- Chỉ xác định được lượng điện năng tổn thất tại thời điểm đo đếm.
- Nếu cần xác định đồng thời hao tổn điện năng tại nhiều vị trí, khi đó ta phải sử
dụng nhiều công tơ gây tốn kém vì vậy cách này thường áp dụng trong những trường
hợp đặc biệt khi cần kiểm tra và số lượng công tơ sử dụng nhỏ.
1.2.3. Xác định tổn thất điện năng theo các đặc tính xác suất của phụ tải
Phụ tải điện là một đại lượng ngẫu nhiên, chịu tác động của nhiều yếu tố, vì vậy
tổn thất điện năng cũng là đại lượng ngẫu nhiên chịu tác động của nhiều yếu tố. Xét
mạng điện phân phối bao gồm các đường dây và các trạm biến áp ta xây dựng phương
pháp xác định tổn thất điện năng trong các phần tử của mạng.

a. Tổn thất trên đường dây
Lượng tổn thất điện năng có thể xác định bằng lượng tổn thất tương đương gây ra
bởi dòng điện trung bình không đổi trong suốt thời gian khảo sát chạy trong mạng điện
đẳng trị theo biểu thức.
∆A = 3M(I2).Rđt.T.10-3(kWh)

(2.5)

Trong đó
M(I2): Kỳ vọng toán bình phương dòng điện
Rđt:

Điện trở đẳng trị của mạng

Theo lý thuyết xác suất ta có:
MI 2   MI   DI 
2

(2.6)

12


M(I), D(I) - Kỳ vọng toán và phương sai của dòng điện.
Giá trị của kỳ vọng toán dòng điện chạy trong mạng có thể xác định theo các chỉ số của
công tơ tại lộ ra của trạm biến áp trung gian.
M I  

A 2r  A 2x
3U 2tb T 2

(2.7)

Ar, Ax: Điện năng tác dụng và phản kháng, xác định theo chỉ số của công tơ đầu
nguồn,
Utb:

Điện áp trung bình của mạng điện,

T:

Thời gian khảo sát, h

Theo quy tắc “Ba xích ma” thì dòng điện cực đại IM = M(I) + 3σ (2.8)
Từ đó suy ra

σ

và hệ số biến động k v 

I M  MI 
3

(2.9)

I  MI 
σ
 M
(2.10)
MI 

3MI 

Phương sai dòng điện có thể biểu thị qua hệ số biến động kv của phụ tải.
σ 2  DI   MI  .k 2v
2

(2.11)

Thay các giá trị của (2.7) và (2.11) vào (2.6) và thay (2.6) và (2.5) ta được giá trị
tổn thất điện năng tác dụng trên đường dây là.
ΔAr  3MI  1  k 2v R dt .T.103 (kWh)
2

(2.12)

Điện trở đẳng trị của đường dây được xác định theo biểu thức
R dt 

ΔPM 103
3I 2M

(2.13)

∆PM: Tổn thất công suất cực đại trong mạng điện.

13


Tổn thất điện năng phản kháng có thể xác định theo biểu thức:
∆Ax= ∆Ar.tgφ

(2.14)

b. Tổn thất trong các máy biến áp
Để đơn giản trong tính toán ta thay tất cả các máy biến áp bằng một máy đẳng
trị có công suất bằng tổng các công suất định mức của các máy. Tổn thất trong các máy
biến áp tiêu thụ gồm 2 thành phần: thay đổi và cố định. Thành phần thay đổi được xác
định tương tự như đối với đường dây với kỳ vọng toán dòng điện chạy qua biến áp
đẳng trị sẽ là

A 2r2  A 2x2
3U 2tb2T 2

MI ba 

(2.15)

Ar2, Ax2: Điện năng tác dụng và phản kháng ở cuối mạng đẳng trị.
Ar2 = Ar - ∆Ar
Ax2= Ax - ∆Ax
Utb2: Điện áp trung bình ở cuối đường dây kV,
Điện trở đẳng trị của các máy biến áp là
m

R đtb 

U 2n  ΔPki.103
i 1

 m


  Sni 
 i 1 

2

Trong đó
Un: Điện áp định mức của các MBA (kV)
Sni: Công suất định mức của biến áp thứ i (kVA)
∆Pki: Tổn hao ngắn mạch của biến áp thứ i (kW)
m:

Số lượng máy biến áp tiêu thụ.

14

(2.16)


Vậy tổn thất điện năng tác dụng trong cuộn dây của các máy biến áp tiêu thụ là:
∆Acu = 3M(Ib2).(1+kv2)Rđtb.T.10-3 (kWh)

(2.17)

Thành phần tổn thất cố định trong lõi thép của biến áp được xác định theo biểu
thức:
U 2tb2 m
ΔA F  2 T  ΔP0i
U n i 1

(kWh)

(2.18)

Tổng tổn thất điện năng tác dụng trong mạng phân phối là
∆A∑ = ∆Ar + ∆Acu + ∆AFe

(2.19)

- Ưu điểm của phương pháp này là tổng tổn thất điện năng ở đây chỉ cần dựa vào các
dữ kiện về lượng điện năng tiêu thụ tại đầu vào, dòng điện cực đại của mạng và mức
chệnh lệch điện áp giữa đầu vào và cuối đường trục. Các thông số này được xác định
dễ dàng bằng các thiết bị đo thông dụng. Điều đó giảm đáng kể thời gian thu thập và
xử lý số liệu, đồng thời nâng cao độ chính xác của phép tính.
- Các nhược điểm chính của phương pháp này bao gồm:
+ Để tính được hao tổn điện năng trên đường dây ta vẫn phải xác định được
điện trở đẳng trị của mạng điện, điều này gặp khó khăn khi mạng điện phức
tạp có nhiều nhánh và điểm nút giống như đã nói với phương pháp tính hao
tổn theo điện trở đẳng trị.
+ Phương pháp trên chỉ đạt độ chính xác cao khi sự phân bố xác suất của phụ
tải điện tuân theo quy luật hàm phân phối chuẩn, vì vậy muốn sử dụng
phương pháp này ta phải tiến hành đánh giá xem phụ tải điện trong mạng
tính toán có tuân theo quy luật hàm phân phối chuẩn hay không.
1.2.4. Phương pháp xác định tổn thất điện năng theo đường cong tổn thất

15


Thực chất của phương pháp tính tổn thất theo đường cong tổn thất là tiến hành
tính toán trên cơ sở biểu đồ phụ tải điển hình. Giả thiết biết được đồ thị phụ tải và cosφ

của tất cả các nút, coi thanh cái nguồn cung cấp là nút cân bằng, tính toán phân bố
dòng và xác định tổn thất công suất tổng ∆P ứng với mỗi thời điểm của biểu đồ phụ tải,
từ đó xác định được tổn thất điện năng theo khoảng thời gian tính toán. Tức là nếu lưới
điện có cấu trúc và phương thức vận hành hoàn toàn xác định thì sẽ tồn tại một đường
cong tổn thất duy nhất như hình vẽ.

BiÓu ®å phô t¶i

PM

§uêng cong tæn thÊt
c«ng suÊt P = f( P)
P

t

24

§uêng cong tæn thÊt
®iÖn n¨ng
24
t

BiÓu ®å tæn thÊt ®iÖn n¨ng

Hình 2.1. Xác định tổn thất điện năng theo đường cong tổn thất
Ta có thể xác định được tổn thất điện năng tổng trong ngày đêm thông qua biểu
đồ phụ tải công suất tổng tại thanh cái dựa vào biểu đồ phụ tải của trạm biến áp.
- Ưu điểm của phương pháp này là khi đã xây dựng được đường cong tổn thất thì
việc xác định tổn thất điện năng dễ dàng và nhanh chóng. Từ đường cong tổn thất và

biểu đồ phụ tải cho ta xác định được ΔPmax, ΔPmin và τ. Phương pháp này là công cụ rất
hiệu quả để giải quyết các bài toán khác nhau liên quan đến tính kinh tế, kỹ thuật, vận
hành cung cấp điện do xây dựng được họ đường cong với các giá trị khác nhau.

16


- Các nhược điểm chính của phương pháp này là để xây dựng được đường cong
tổn thất công suất ta phải thu thập nhiều thông tin, xây dựng biểu đồ phụ tải và tiến
hành hàng loạt các phép tính xác định ΔPi, ứng với Pi, cách làm này mất nhiều thời
gian và tính toán phức tạp. Biểu đồ phụ tải là do đo đếm, số liệu thống kê điển hình tuy
chính xác với số liệu cụ thể nhưng lại ít chính xác khi ứng dụng thực tế do đo đếm
không đồng thời. Phương pháp này không áp dụng tính cho mọi lưới điện vì mỗi lưới
có một đường cong tổn thất công suất đặc trưng. Trong một lưới điện khi cấu trúc lưới
thay đổi thì ta lại có một đường cong tổn thất riêng. Muốn vậy, ta phải có một họ
đường cong cụ thể như vậy sẽ rất mất thời gian và công sức
1.2.5. Xác định tổn thất điện năng theo cường độ dòng điện thực tế
Tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối chủ yếu là tổn thất tỷ lệ với bình
phương dòng điện chạy trong mạng và được xác định theo biểu thức:
T

ΔA  3R  I 2t .dt.10  3

(2.20)

0

Trong đó
∆A:

Tổn thất điện năng trong mạng điện 3 pha.

It:

Dòng điện chạy trong mạng, A

R:

Điện trở của mạng, Ω

T:

Thời gian khảo sát, h

- Ưu điểm: Nếu ta xây dựng được đường cong bình phương cường độ dòng điện
thực tế thì phương pháp này cho kết quả chính xác.
- Nhược điểm: Trong thực tế cường độ dòng điện luôn biến đổi, nó phụ thuộc vào
rất nhiều yếu tố. Vì vậy xác định tổn thất điện năng theo công thức (2.20) là rất phức
tạp.
1.2.6. Xác định tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải

17


Để khắc phục sự phức tạp của việc xác định cường độ dòng điện thực tế, ta có
thể xác định tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải bằng cách biểu diễn sự biến thiên
của bình phương cường độ dòng điện hoặc công suất theo thời gian I2 = f(t) hoặc S2 =
f(t). Khi đó tổn thất điện năng ∆A được xác định theo công thức:
t
t

t
 t P 2 t 
Q 2 t  
ΔA  3R  I 2t dt  R  S2t dt  R   2 dt   2 dt 
U t  
0
0
0
 0 U t 

(2.21)

Để xác định được tổn thất điện năng thực tế với giả thiết trong khoảng thời gian
∆t ta coi giá trị dòng điện hay công suất là không đổi và coi điện áp bằng điện áp định
mức đồng thời bằng cách bậc thang hoá đường cong ta xác định được lượng điện năng
tổn thất.

A 

R
U H2

n

 St2 .ti 
i 1

R
U H2

 P
n

i

i 1

2

 Qi2 .ti (kWh)

(2.22)

Trong đó n: Số bậc thang của đồ thị phụ tải.
Phương pháp xác định này tuy đơn giản nhưng đòi hỏi phải có đồ thị phụ tải mà
không phải bao giờ cũng có thể xây dựng được ở tất cả các điểm nút cần thiết.
- Ưu điểm: Công thức tính toán đơn giản, chỉ dựa vào đồ thị phụ tải năm ta có thể
xác định hao tổn điện năng trong năm.
- Nhược điểm: Phải xây dựng được đồ thị phụ tải năm, tức là phải khảo sát lưới
điện trong thời gian một năm. Để tính tổn thất điện năng trong năm cần phải tính với
mỗi chế độ của đồ thị phụ tải năm. Để xác định tổn thất điện năng theo phương pháp
này ta phải giả thiết trong khoảng thời gian Δt ta coi giá trị của dòng điện hay công suất
là không đổi, nếu Δt lớn dẫn đến sai số lớn.
1.2.7. Xác định tổn thất điện năng theo thời gian hao tổn công suất cực đại
a. Phương pháp xác định theo thời gian tổn thất công suất lớn nhất (τ)

18


Đây là phương pháp đơn giản và sử dụng thuận tiện nhất. Trong các trạng thái, ta

chọn trạng thái có ΔP lớn nhất và tính hao tổn ở trạng thái này, tổn thất tương đương
gây ra bởi dòng điện cực đại chạy trong mạng với thời gian hao tổn cực đại theo công
thức:
∆A = 3(Imax)2.R.10-3τ = ΔPmax.τ

(2.23)

Trong đó
Imax: Dòng điện cực đại chạy trong mạng, A
τ: Thời gian hao tổn công suất lớn nhất, tức là nếu mạng điện liên tục tải Imax hay Pmax
thì sẽ gây ra hao tổn năng lượng trong mạng vừa đúng bằng hao tổn trên thực tế.
Phương pháp này cũng gặp trở ngại là thời gian hao tổn cực đại thay đổi phụ
thuộc vào tính chất phụ tải, hệ số công suất, thời gian sử dụng công suất cực đại v.v…
Vì vậy việc tính toán tổn thất điện năng theo công thức (2.23) cũng mắc sai số lớn. Giá
trị thời gian hao tổn cực đại được xác định theo đồ thị phụ tải như sau:
T

 P t . dt
2

τ

0
2
max

P

I 2t . dt
1

 2  2
I max
0 I max
T

I

2
i

. Δt i (h)

(2.24)

Và τ không phải bao giờ cũng có thể xác định được một cách dễ dàng, do đó trong thực
tế khi không có đồ thị phụ tải người ta áp dụng một số công thức thực nghiệm để tính τ
một cách gần đúng sau:
Công thức Kenzevits
τ = (0,124 + Tmax.10-4)2.8760

(h)

(2.25)

Trong đó Tmax: Thời gian sử dụng công suất cực đại, h
Tmax =

A
Pmax

(2.26)

19


Công thức Vanlander

τ  2Tmax

T  Tmax
T
T
2P
1  max  min
T
Pmax

 Pmin
1 
 Pmax

2


 (h)


(2.27)

Phương pháp này ta coi đồ thị phụ tải của công suất tác dụng và công suất phản

kháng đồng thời cực đại, giả thiết này dẫn đến sai số lớn trong tính toán. Ngoài ra
phương pháp này không được sử dụng để tính toán khi điện trở của đường dây thay đổi
ví dụ như dây thép.
- Ưu điểm: Tính toán đơn giản, giá trị Imax hay Pmax xác định được nhờ khảo sát và
đo đếm. Nếu một đường dây cấp điện cho các trạm tiêu thụ có tính chất giống nhau thì
khối lượng đo đếm không lớn. Cho biết tình trạng làm việc của toàn lưới, xác định
được phần tử nào làm việc không kinh tế.
- Nhược điểm: Việc xác định chính xác giá trị τ rất khó nếu không có đồ thị phụ
tải. Khi không có đồ thị phụ tải ta phải xác định τ theo T max thông qua các công thức
thực nghiệm dẫn đến kết quả tính toán có sai số lớn. Trên lưới điện có nhiều phụ tải để
xác định được giá trị của τ ứng với nhiều phụ tải sẽ tốn rất nhiều công sức và thời gian.
b. Phương pháp xác định theo τp và τq
Để giảm bớt sai số khi tính toán hao tổn năng lượng cần phải xét đến hình dáng
của đồ thị phụ tải, hệ số công suất và trong một ngày đêm giá trị cực đại công suất tác
dụng và phản kháng có xảy ra đồng thời không.
Để xét đến điều kiện trên người ta dùng phương pháp xác định hao tổn điện năng
theo τp và τq.
Trong công thức ∆A = ΔP max.τ hao tổn công suất cực đại được phân tích thành hai
thành phần ΔPp (tổn thất do công suất tác dụng P gây ra) và ΔP q (tổn thất do công suất

20


phản kháng Q gây ra). Thời gian hao tổn công suất cực đại τ cũng được phân tích thành
τp, τq. Khi đó hao tổn điện năng được xác định theo công thức:
ΔA = ΔPp.τp + ΔPq.τq

(2.28)

Đối với phương pháp này gặp khó khăn là đồ thị công suất phản kháng kém chính

xác và hầu như không biết nên phương pháp này ít được sử dụng.
c. Tính bằng phương pháp hai giá trị τ
Để tính theo phương pháp này người ta xét đến trạng thái phụ tải cực đại và cực
tiểu. Trong đồ thị phụ tải ngày đêm người ta chia làm hai phần theo khoảng thời gian
tmax và tmin, tmax là khoảng thời gian phần đồ thị chứa công suất cực đại, tmin là phần thời
gian còn lại trên đồ thị phụ tải tương ứng với phần có công suất cực tiểu.
Điện năng tiêu thụ trong một ngày đêm Anđ có thể viết theo công thức:
Anđ = Pmax.tmax + Pmin.tmin

(2.29)

Trong đó: tmax + tmin = 24 giờ
suy ra
t max 

A nd  24Pmin
Pmax  Pmin

t min  24  t max

(2.30)
(2.31)

Ta sử dụng mỗi phần đồ thị đó theo nguyên tắc diện tích tương tự như ta xác định được
thời gian tổn thất công suất của mỗi phần đồ thị
t max

2
Pmax
. max   Pi 2 .t i

Từ điều kiện :

1
t min

2
Pmin
. min   Pi 2 .t i
1

ta coi cosφ không đổi và Pi2 trùng Si2 khi đó ta có:
21


2

 max

 P
   i
1  Pmax


 .t i


 min

 P

   i
1  Pmax


 .t i


t max

t min

2

vậy

∆Anđ = ΔPmax.τmax + ΔPmin.τmin

và

A 
ΔA  ΔA nd . tbnd  .T
 A nd 

2

(2.32)

Trong đó
Atbnđ: Điện năng ngày đêm trung bình để tính toán;
Anđ:

Điện năng ngày đêm của ngày chọn để tính toán.

Bên cạnh các phương pháp trên đây còn một số phương pháp khác nữa đánh giá các
dạng tổn thất điện năng do các nguyên nhân khác nhau. Trong khuôn khổ của luận văn
chỉ xét các tổn thất do dòng điện xoay chiều hình SIN 50Hz gây ra.
1.3. Vấn đề tổn thất điện năng trên lưới phân phối Việt Nam hiện nay
1.3.1. Các mục tiêu đánh giá tổn thất điện năng của Tổng công ty ĐL Miền Bắc
Sản lượng điện thương phẩm cả năm 2013 toàn Tổng công ty ĐL Miền Bắc
(NPC) đạt hơn 33,57 tỷ kWh, tăng 11.52% so với cùng kỳ năm 2012, đạt 100.61% kế
hoạch năm 2013 EVN giao. Trong đó, điện cung cấp cho công nghiệp xây dựng chiếm
60.05%, tăng trưởng 13.98%; quản lý tiêu dùng chiếm 34.66%, tăng trưởng 8.34%.
Tổn thất điện năng trong toàn EVN NPC đã thực hiện tốt. Theo đó, tỷ lệ tổn thất điện
năng năm 2013 của NPC đạt 7,75%, thấp hơn cùng kỳ 2012 là 0,29% và thấp hơn chỉ
tiêu kế hoạch EVN giao 0,15%.
Hiện nay lưới điện 110kV do NPC quản lý do thiếu nguồn nên cũng thiếu
phương thức vận hành hợp lý. Tình trạng vận hành quá tải một số trạm 220 kV (trạm

22


220 kV Bắc Ninh, Thái Bình, Hưng Yên, Thanh Hoá, Ninh Bình, ...) ảnh hưởng lớn
đến việc cấp điện cho các phụ tải lớn của khu vực (các nhà máy Xi Măng, Thép, ...).
Vào giờ cao điểm công suất sử dụng lớn nhất Pmax 2700 MW tương ứng với lượng
công suất phản kháng phải truyền tải từ hệ thống rất lớn, Qmax 1600 MVAr, trong khi
đó lưới điện 110 kV không được bù công suất phản kháng.
Các trạm 110 kV hầu hết không đủ điều kiện để vận hành song song các máy
biến áp. Bên cạnh đó tiến độ một số đường dây và trạm 110 kV vào chậm nên tỷ lệ số
máy biến áp vận hành đầy hoặc quá tải cao (khoảng 9,6 %). Một số đường dây 110 kV
sử dụng dây AC120 hoặc AC150 đang vận hành quá tải (173E5.1 Mông Dương 172E5.6 Tiên Yên, 177 E11 Đông Anh – 174 E27.6 Bắc Ninh, 177 A80-172E27.6, ...).

Lưới trung áp và hạ áp hiện nay vẫn còn rất nhiều đường dây 35 kV dài tới vài
trăm km (ví dụ 375 E22.1 dài 829 km, 376 E20.1 dài 463 km, 376 E13.2 dài 468 km,
...), phân bố phụ tải tập trung ở cuối đường dây, hoặc mật độ phụ tải thấp, nhiều nhánh
dây vẫn sử dụng dây dẫn AC50. Tỷ lệ máy biến áp phân phối vận hành với mức tải <
30% công suất còn cao (chiếm khoảng 10,3%).
Bù công suất phản kháng: Theo tính toán công suất sử dụng trung bình của lưới
điện trung và hạ áp PTB 1650 MW, tương ứng với QTB 994 MVAr. Dung lượng bù
tập trung chủ yếu ở lưới điện trung áp (chiếm 80 %) bằng các bộ tụ lắp cố định trên
đường dây. Vì vậy vào thấp điểm sẽ xẩy ra hiện tượng quá bù. Việc tiếp nhận lưới điện
hạ áp nông thôn với số lượng lớn, tình trạng kỹ thuật không tốt làm tăng TTĐN lưới
điện.
1.3.2. Tổn thất lưới điện phân phối của tỉnh Quảng Ninh
Do ảnh hưởng suy thoái kinh tế nhiều khách hàng lớn thuộc ngành công nghiệp
xây dựng sử dụng cấp điện áp 35; 6 kV giảm, trong khi đó các khách hàng sinh hoạt,

23


dịch vụ phát triển mạnh. Đặc biệt trong thời gian mùa hè các TBA công cộng bán lẻ
thường xuyên đầy tải và quá tải.
TBA 110 kV Tràng Bạch dự kiến đưa vào vận hành trong quý I năm 2013, nhưng
do chậm tiến độ, khu vực Đông Triều phải lấy nguồn từ E5.16, E5.18 Uông Bí với bán
kính cấp điện xa, điện áp 35 kV cuối nguồn thấp (34 -34,5 kV ), các đường dây trung
thế thường xuyên bị quá tải. Đến tháng 8/2013 TBA Tràng Bạch đã được đóng điện
vận hành cấp điện áp 35 kV, cấp 22 kV vẫn chưa đóng điện được do còn nhiều tồn tại
chưa được khắc phục xong .
Nguồn cấp cho các TBA 110 kV Mông Dương, Tiên Yên, Quảng Hà được cấp từ
Na Dương về. Hiện tại điện áp tại thanh cái 110 kV các TBA này rất thấp (98-100 kV)
vào giờ cao điểm. Vì vậy, điện áp 35 kV tại các TBA trung gian của các mỏ khai thác
than chỉ đạt 33 kV. Do phải huy động nguồn từ các TBA 110 kV lân cận (TBA 110 kV

Cẩm Phả 2) để cấp cho các phụ tải khu vực trạm 110 kV Mông Dương, vì vậy các
TBA và đường dây luôn vận hành ở chế độ đầy và quá tải.
Do hệ thống lưới điện vẫn còn nhiều cấp điện áp trung áp ở cấp 6, 10 kV chưa
được nâng cấp, cải tạo lên 22- 35 kV, do thiếu vốn đầu tư.
Lưới điện cao thế 35, 10, 6 kV đều được xây dựng đã lâu với bán kính cấp điện
lớn, tiết diện dây dẫn nhỏ, thường xuyên phải vận hành đầy tải hoặc quá tải. Điển hình
như các lưới 6kV khu vực Uông Bí, Cẩm Phả; lưới 35kV khu vực Uông Bí, Đông
Triều, Cẩm Phả, Hoành Bồ; lưới điện 22kV khu vực Móng Cái.
Các khu vực Đông Triều, Yên Hưng dự án lưới điện nông thôn RD đã đưa vào
vận hành nhưng còn nhiều TBA vận hành non tải, điện áp hạ thế tại các TBA khu vực
nông thôn thấp chỉ đạt 90 V-160 V. Cá biệt có nơi điện áp chỉ đạt 50 V.
Các phụ tải khu vực Đầm Hà, Hải Hà, Bình Liêu, Ba Chẽ do các TBA nông thôn
còn non tải, bán kính cấp điện xa, đường dây chưa được cải tạo. Mặt khác, do thời tiết

24