giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối tỉnh Viêng Chăn nước CHDCND Lào

i

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn
……..trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã
giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực hiện luận văn.
Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn : TS.
Lã Minh Khánh người đã tận tình hướng dẫn giúp tác giả hoàn thiện luận
văn này.

Tác giả luận văn

SOUTHAPHONE SOUNDARA


ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả, kết luận nêu trong luận văn là trung thực, có tính khoa
học và có nguồn gốc rõ ràng.
Tác giả luận văn

SOUTHAPHONE SOUNDARA


iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN.........................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................................ii
MỤC LỤC.............................................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG..............................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH..............................................................................................................vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................................viii
MỞ ĐẦU................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1............................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI PHÂN
PHỐI.......................................................................................................................................3
1.1.Yêu cầu giảm tổn thất điện năng trong lưới phân phối................................................3
1.1.1. Khái niệm tổn thất điện năng...............................................................................3
1.1.2.Phân loại tổn thất điện năng..................................................................................4
1.1.3.Các biện pháp giảm tổn thất điện năng.................................................................5
1.1.4. Quy định của Lào với tổn thất điện năng trong hệ thống điện............................6
1.2.Bài toán bù kinh tế tổng quát........................................................................................8
1.2.1.Bù kinh tế công suất phản kháng...........................................................................8
1.2.2.Bài toán bù tổng quát...........................................................................................10
1.3. Tính toán xác định việc lắp đặt tối ưu của tụ điện trong trường hợp tải phân bố đều
................................................................................................................................14
1.3.1. Giảm tổn thất nhờlắp đặt tụ................................................................................16
1.3.2.Vi trí lắp đặt tối ưu bộ tụ điện.............................................................................23
1.3.3.Giảm tổn thất điện năng nhờ các tụ điện.............................................................26
1.3.4. Tối ưu việc lắp đặt các tụ điện cổ định và tụ điện đóng cắt trên các xuất tuyến
lưới điện phân phối.........................................................................................33
CHƯƠNG 2..........................................................................................................................42
CÁC QUY TRÌNH VÀ CÔNG CỤ TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CHO BÀI
TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG.........................................................................42
2.1. Xây dựng đồ thị phụ tải.............................................................................................42
2.1.1.Số liệu và quy trình.............................................................................................42

2.1.2. Lập đồ thị phụ tải điển hình của tỉnh Viêng Chăn..............................................43
2.2. Tính toán tổn thất điện năng cho xuất tuyến 48E12 Viêng Khăm.............................46
2.3. Chương trình PSS/ADEPT và modul tính bù............................................................47
2.3.1. Giới thiệu về chương trình PSS/ADEPT............................................................47
2.3.2. Xây dựng sơ đồ tính toán...................................................................................49


iv

CHƯƠNG 3..........................................................................................................................55
TÍNH TOÁN ÁP DUNG CHO LƯỚI PHÂN PHỐI 22KV TỈNH VIÊNG CHĂN, NƯỚC
CHDCND LÀO....................................................................................................................55
3.1. Tính tổn thất điện năng và tổn thất công suất trước khi bù.......................................55
3.2. Tính toán tôn thât điện năng sau khi đặt bù tại một vị trí..........................................60
3.2.1. Bù tại một vị trí theo lý thuyết...........................................................................60
3.2.2. Bù tai môt vi trí bất kỳ........................................................................................60
3.2.3. So sánh tổn thất điện năng tại các vị trí bù.........................................................61
3.3. Tính toán tổn thất điện năng sau khi đặt bù tai hai vị trí...........................................61
3.3.1. Bù tại hai vị trí theo lý thuyết.............................................................................61
3.3.2. Bù tại hai vị trí bất kỳ.........................................................................................62
3.3.3. So sánh tổn thất điện năng trước và sau khi bù..................................................62
3.4. Nhận xét và kết luận chương 3..................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................66


v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng dữ liêu ví dụ..................................................................35
Bảng 2.1 Số liệu bán điện năng theo từng thành phần phụ tải tỉnh Viêng

Chăn, năm 2019.....................................................................................42
Bảng 3.1. Bảng thông số trạm biến áp của xuất tuyến 48E12 Viêng
Khăm.......................................................................................................55
Bảng 3.2. Bảng thông sô đường dây của xuất tuyến 48E12 Viêng Khăm
.................................................................................................................57
Bảng 3.3. Kết quả tính toán tổn thất điện năng xuất tuyến 48E12 Viêng
Khăm.......................................................................................................60
Bảng 3.4. Kết quả tính toán tổn thất điện năng khi đặt bù tại 2/3 chiều
dài đường dây xuất tuyến 48E12 Viêng Khăm......................................60
Bảng 3.5. Kết quả tính toán tổn thất điện năng khi đặt bù tại cuối đường
dây xuất tuyển 48E12 Viêng Khăm........................................................61


vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Xuất tuyến sơ cấp với phụ tải gộp lại (hay tập trung) và các tải
phân bố đều, và dạng phân bố dòng điện trước khi lắp đặt tụ..................16
Hình 1.2. Giảm tổn thất với một bộ tụ điện................................................17
Hình 1.3. Độ giảm tổn thất là một hàm số của vị trí lắp đặt tụ và tỉ số bù tụ
cho một phân đoạn đường dây có các phụ tải phân bố đều, 0=0)...........19
Hình 1.4. Độ giảm tổn thất là một hàm số của vị trí lắp đặt tụ và tỉ số bù tụ
cho một phân đoạn đường dây có các phụ tải phân bổ đều, (1=1/4).......19
Hình 1.5. Độ giảm tổn thất là một hàm số của vị trí lắp đặt tụ và tỉ số bù tụ
cho một phân đoạn đường dây với tổ họp của các phụ tải phân bố đều và
tập trung,(= 1/2).......................................................................................20
Hình 1.6. Giảm tổn thất với hai bộ tụ điện.................................................22
Hình 1.7. So sánh việc giảm tổn thất có thể đạt được từ n = 1, 2, 3và  bộ
tụ, với=0...................................................................................................25
Hình 1.8. So sánh việc giảm tổn thất có thể đạt được từ n= 1, 2, 3.........25

và  bộ tụ, với= 1/4.................................................................................25
Hình 1.9. Quan hệ giữa tỉ lệ bù tụ tổng và hệ số phụ tải phản kháng đối
với tải phânbố đều (=0, =l)....................................................................27
Hình 1.10. Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ, được lắp
đặttại vị trí tối ưu ( F'ld= 0,2)......................................................................28
Hình 1.11. Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ, được lắp đặt
tại vị trí tối ưu ( F'ld = 0,4 ).........................................................................29
Hình 1.12. Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ, được lắp đặt
tại vị trí tối ưu (F’LD =0,6)...........................................................................29
Hình 1.13. Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ, được lắp đặt
tại vị trí tối ưu (F'LD = 0,8)..........................................................................30
Hình 1.14. Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ, được lắp đặt
tại vị trí tối ưu (F'LD =1,0)...........................................................................30
Hình 1.15. Các ảnh hưởng của hệ số công suất đối với giảm tổn thất điện
năng nhờ việc lắp đặt bộ tụ điện trên một phân đoạn đường dâỵ có phụ
tải phân bố đều (=0).................................................................................31
Hình 1.16. Các ảnh hưởng của hệ số công suất đối với giảm tổn thất điện
năng nhờ việc lắp đặt bộ tụ điện trên một phân đoạn đường dây có phụ
tải phân bố đều(=1/4)..............................................................................31
Hình 1.17. Các ảnh hưởng của hệ số công suất đối với giảm tổn thất điện
năng nhờ việc lắp đặt bộ tụ điện trên một phân đoạn đương dây có phụ
tải phân bố đều (=1/2).............................................................................32


vii

Hình 1.18. Các ảnh hưởng của hệ số công suất đối với giảm tổn thất điện
năng nhờ việc lắp đặt bộ tụ điện trên một phân đoạn đường dây có phụ
tải phân bố đều(=3/4)..............................................................................32
Hình 1.19. Sơ đồ một sợi của các phụ tải phản kháng xuất tuyến sơ cấp

ba pha.........................................................................................................36
Hình 1.20. Hàm dòng phản kháng chuẩn hóa F(x) tương ứng với xuất
tuyến xem xét ở bảng 1.1...........................................................................38
Hình 1.21. Vị trí lắp đặt tụ và các giá trị định mức của dòng phản kháng
được đánh số ký hiệu.................................................................................39
Hình 2.1. Tỷ lệ điện năng tiêu thụ của từng thành phần phụ tải năm 2019
của tỉnh Viêng Chăn...................................................................................43
Hình 2.2. Đồ thị phụ tải ngày điển hình tỉnh Viêng Chăn...........................45
Hình 2.3. Giao diện phần mềm PSS/ADEPT 5.0.......................................49
Hình 2.4. Sơ đồ xuất tuyến lộ 48E12 Viêng Khăm trên phần mềm
PSS/ADEPT................................................................................................50
Hình 2.5. Thư viện thiết lập........................................................................51
Hình 2.6. Thiết lập thông số nguồn............................................................52
....................................................................................................................52
Hình 2.7. Thiết lập thông số phụ tải...........................................................52
Hình 2.8. Thiết lập thông số dây dẫn.........................................................53
Hình 2.9. Thiết lập thông số dây dẫn.........................................................53
Hình 3.1. Biểu đồ so sánh giá trị tổn thất điện năng của xuất tuyến 48E12
Viêng Khăm................................................................................................61
Hình 3.2. Biểu đồ so sánh giá trị tổn thất điện năng của xuất tuyến 48E12
Viêng Khăm................................................................................................63


viii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TTCS : Tổn thất công suất
TTĐN : Tổn thất điện năng
TBA

: Trạm biến áp

MBA

: Máy biến áp

HTĐ

: Hệ thống điện

HTCCĐ: Hệ thống cung cấp điện
LCCĐ :

Lưới cung cấp điện

LĐPP

:

Lưới điện phân phối

EDL

:

Electricité Du Laos (Công ty Điện lực Lào)

CSPK : Công suất phản kháng
CSTD : Công suất tác dụng
LF : Load Factor (Hệ số phụ tải)

LsF : Loss factor (Hệ số tổn thất)
PSS⁄ADEPT:Power system simular/Advanced distribution engineering
productivity tool


1

MỞ ĐẦU
1. Lý đo chọn đề tài
Công nghiệp điện lực giữ vai trò rất quan trọng trong cụộc xây dựng đất
nước, yêu cầu về cung cấp và sử dụng điện ngày càng tăng. Việc trang bị
những kiến thức về hệ thống cung cấp điện nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh
hoạt của con người, cung cấp điện năng cho các thiết bị của khu vực kinh tế,
các khu chế xuất, các xí nghiệp là rất cần thiết. Luận văn này nhăm nghiên
cứu những yêu cầu trên, để trang bị những kiến thức cơ bản về công tác quản
lý và vận hành hệ thống cung cấp điện
Hệ thống cung cấp điện đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định chính
tri,phát triển kinh tế của bất kỳ Quốc gia nào trên thế giới. Để đảm bảo yêu
cầu cung cấp điện liên tục cũng như chất lượng điện năng cần có một số vốn
đầu tư rất lớn để xây dựng các nhà máy điện, hệ thống lưới điện làm nhiệm vụ
truyền tải và phânphối điện năng đến các hộ tiêu thụ điện. Từ đó sinh ra
nhiệm vụ quản lý, vận hành tối ưu hệ thống điện để đảm bảo hiệu quả kinh tế.
Đây là vấn đề yêu cầu đòi hỏi không những con người, tài chính mà còn cả
vấn đề phát triển của khoa học nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trong
công tác cung cấp điện.
Tính phức tạp của hệ thống điện không những được đặc trưng bởi cấu
trúc, mà còn thể hiện ở tình trạng luôn phát triển theo thời gian và tính ra chỉ
tiêu cần thỏa mãn với các mâu thuẫn tồn tại trong đó (vốn đầu tư nhỏ, độ tin
cậy cao chất lượng điện năng tốt, giá thành rẻ ...). Do vậy bài toán quản lý,
điều khiển vận hành tối ưu hệ thống cung cấp điện là một bài toán lớn, đa

mục tiêu, nhiều điều kiện ràng buộc. Trong điều kiện hiện nay với sự phát
triển mạnh mẽ của khoa học - kỹ thuật, các máy tính có tốc độ xử lý nhanh,
nhiều phương pháp tính hiện đại nhưng việc giải bài toán tối ưu tổng quát vẫn
chưa thực hiện được trọn vẹn, do vậy người ta thường tìm cách chia nhỏ bài


2

toán với một vài mục tiêu cần phải tối ưu với các ràng buộc mà bài toán cần
phải thỏa mãn.
Trong hệ thống điện, có các phần tử là máy phát điện, máy biển áp,
đường dây tải diện, phụ tải .... Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền
tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ. Điện năng phải đảm bảo các
tiêu chuẩn chất lượng điện năng nhất định và độ tin cậy hợp lý. Hệ thống điện
phải được phát triển tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất.
Trong phạm vi luận văn cao học tác giả sẽ tập trung nghiên cứu đánh giả
mức độ tổn thất công suất điện và các giải pháp giảm tổn thất điện năng trên
lướiphân phối tỉnh Viêng Chăn nước CHDCND Lào.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tính toán tổn thất lưới phân phối
- Nghiên cứu giải pháp giảm tổn thất lưới phân phối, đánh giá kinh tế
một số giải pháp
3. Phương pháp nghiên cứu
- Thu nhập số liệu và tìm hiểu hiện trạng của lưới cung cấp điện tỉnh
Viêng Chăn nước CHDCND Lào.
- Sử dụng phần mềm SPSS tìm hiểu phương pháp sử lý trong việc vận
hành lưới điện phân phối tỉnh Viêng Chăn nước CHDCND Lào.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Đánh giá được tổn thất điện năng và tối ưu hóa lưới điện trên cơ sở
điện năng tổn thất dự kiến là một trong những yêu cầu cần thiết trong các

công tác vận hành, quy hạch thiết kế và quản lý hệ thống điện Lào. Các
phương pháp và quy trình tính toán đánh giá tổn thất điện năng kỹ thuật trong
bài toán bù CSPK hiện nay còn tồn tại nhiều vấn đề kỹ thuật có thể dẫn đến
sai số lớn trong kết quả hoặc là nhận thức sai lầm về kết quả.
Luận văn thực hiện nghiên cứu các phương pháp tính toán tổn thất
điện năng hiện nay từ đó đánh giá tính chính xác so sánh nhằm kiểm nghiệm


3

một số bước tính toán quan trọng cũng như kết quả tính toán theo các phương
pháp thông dụng khi tính tổn thất điện năng trong bái toán bù CSPK.
Kết quả được sử dụng để so sánh các phương pháp xác định TTĐN được
tính toán trên cơ sở số liệu LĐPP và đồ thị phụ tải thực tế của lưới điện.
5. Nội dung đề tài
Nhằm đạt được mục đích nghiên cứu trên, nội dung luận văn bao gồm:
- Tìm hiểu lý thiết và quy trình xác định tổn thất điện năng kỹ thuật hiện
nay cho bài toán bù CSPK trong LĐPP, đánh giá các giả thiết và sai số của
các phương pháp.
- Thu thập dữ liệu và đồ thị phụ tải trong LĐPP nhằm sử dụng cho việc
tính toán TTĐN.
- Tính toán minh họa tổn thất điện năng tương ứng với các giá trị bù
CSPK khác nhau bằng phần mềm PSS/Adept trong LĐPP 22kV nhánh 4 của
tỉnh Viêng Chăn.
- So sánh độ chính xác các phương pháp trong bài toán bù, rút các
nhận xét và đánh giá.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

1.1.Yêu cầu giảm tổn thất điện năng trong lưới phân phối
1.1.1. Khái niệm tổn thất điện năng
Tổn thất điện năng (TTĐN) là điện năng dùng để truyền tải và phân
phối điện. Trong đó, tổn thất điện năng ∆A trên một lưới điện trong một
khoảng thời gian T là hiệu giữa tổng điện năng nhận vào Anhận và tổng điện
năng giao đi Agiao của lưới điện trong khoảng thời gian T đó. Tổng điện năng


4

giao, nhận của lưới điện là tổng đại số lượng điện giao, nhận được xác định
bởi hệ thống đo đếm điện năng tại các điểm ranh giới của lưới điện đó và tại
nơi khách hàng sử dụng điện (các hộ tiêu thụ). Dựa theo quyết định số
288/QĐ-EYN-KTLĐ-KD&ĐNT ngày 18/02/2008 của Tập đoàn Điện lực
Việt Nam.
∆A = Anhận - Agiao (kWh)

(1.1)

Thời gian xác định tổn thất điện năng thông thường là 1 năm
(T=8760h).
1.1.2.Phân loại tổn thất điện năng
Tổn thất điện năng trên lưới điện bao gồm tổn thất kỹ thuật ∆AKT và tổn
thất phi kỹ thuật ∆APKT:
∆A= ∆AKT + ∆APKT

(1.2)

Trong đó tổn thất kỹ thuật là lượng điện năng tiêu hao trên mạng lưới
điện do tính chất vật lý của quá trình truyền tải điện năng, có thể chia thành 2

loại:
- TTĐN phụ thuộc vào dòng điện (I2): lượng điện năng tiêu hao do phát
nóng Trên các phần tử khi có dòng điện đi qua. Tổn thất điện năng do phát
nóng chủ yếutrên điện trở tác dụng của đường dây và các cuộn dây trong
MBA. Đây là hai thành phần chính của tổn thất kỹ thuật.
- TTĐN phụ thuộc vào điện áp (U2): bao gồm tổn thất vầng quang điện,
tổn thất do rò điện, tổn thất không tải của MBA, tổn thất trong mạch từ của
các thiết bị đo lường... Trong đó tổn thất không tải của MBA là thành phần
lớn nhất và có thể xác địnih thông qua số liệu của các TBA.
Tổn thất phi kỹ thuật là lượng điện năng tổn thất do nguyên nhân thuộc
về quản lý, do hệ thống tính toán, đo đạc không hoàn chỉnh, sai số của các


5

thiết bị đo, công tơ, do điện năng được đo nhưng không vào hóa đơn và không
thu được tiền, do bỏ sót khách hàng... Nó chỉ có thể giải quyết được bằng các
biện pháp hành chính.
Như vậy, để xác định tổn thất kỹ thuật, có 3 thành phần chính cần phải
tính toán: TTĐN do phát nóng trên điện trở tác dụng của đường dây, do phát
nóng trên điện trở tác dụng của các cuộn dây MBA (phụ thuộc vào dòng điện
và có thể xác định dựa trên tính toán chế độ xác lập của lưới điện) và TTĐN
trong lõi thép của các MBA (không phụ thuộc vào phụ tải và được xác định từ
tổn thất cồng suất không tải).
Lưới điện phân phối bao gồm lưới trung áp (từ lkv đến 35kV) và lưới
điện hạ áp (dưới lkV). TTĐN trên lưới điện trung áp gồm tổn thất trên đường
dây và trong trạm biến áp nối từ các trạm biến áp trung gian 110/220 kV đến
các trạm biến áp phân phối. TTĐN trên lưới điện hạ áp được xác định trên các
đường dây từ trạm biến áp phân phối đến các công tơ đo đếm tại các hộ tiêu
thụ trực tiếp.

1.1.3.Các biện pháp giảm tổn thất điện năng
Xét quá trình chuyển hóa năng lượng từ nguồn đến các hộ tiêu thụ gây
nên lượng tổn thất điện áp AU trên các phần tử của mạng:
∆U =

PR + QX
.10 −3
U

(1.3)

Tổn thất công suất:
∆P =

P2 + Q2
.R.10 −3 [kW]
2
U

Tổn thất điện năng:

(1.4)


6

P2 + Q2
∆A = ∆P.τ
.R.τ .10 −3 [kW]

2
U

(1.4)

Trong đó:
P, Q là công suất tác dụng, công suất phản kháng cực đại truyền tải trên
mạng, kW, kVAr.
U là điện áp ứng với công suất truyền tải P, Q, kv.
R, X là điện trở, điện kháng của mạng, Q.
T là thời gian tổn hao công suất cực đại, h.
Như vậy để giảm tổn thất điện năng có thể giảm P, Q, R hay tăng u. Tuy
nhiên p là công suất tác dụng là công suất yêu cầu cần phải đáp ứng của phụ
tải, không thể giảm được, có thể giảm R bằng cách xây dựng thêm các lưới,
tăng tiết diện dây truyền tải trong quá trình thiết kế. Cách này đòi hỏi vốn đầu
tư cao. Có thể tăng U truyền tải, cách này áp dụng trong quá trình thiết kế, đối
với các lưới đang vận hành việc tăng U đòi hỏi phải cải tạo lại toàn bộ lưới
điện và vấp phải vấn đề kinh tế.
Việc giảm công suất phản kháng Q truyền tải trên đường dây là một
biện pháp tốt. Có thể thực hiện bằng việc đặt các thiết bị bù trên đường dây.
Các thiết bị bù thường không quá đắt, có thể áp dụng vào các lưới đang vận
hành, có thể bù tại phụ tải hay bù trên đường dây.
Tuy nhiên việc bù công suất phản kháng cũng gặp phải những khó khăn
nhất định như xác định dung lượng bù, vị trí bù, phải cân đối giữa tính kinh tế
và kỹ thuật để bù có hiệu quả.
1.1.4. Quy định của Lào với tổn thất điện năng trong hệ thống điện
Trong hệ thống điện,TTĐN bao gồm tổn thất điện năng kỹ thuật và tổn
thất điện năng phi kỹ thuật. TĐN kỹ thuật gần như là cố định. Khi đó tổn

7

thấtđiện năng (∆A) nhỏ hơn 10% được coi là chấp nhận được. Nếu tổn thất
điện năng trên 15% tức là tổn thất điện năng kinh doanh, khi đó cần tính toán
tổn thất điện năng kỹ thuật để đánh giá mức độ tổn thất kinh doanh. Mức tổn
thất

cao

sẽ

đe

dọa

sự

cân

bằng

trong

kinh

doanh

điện.

Nhận dạng TTĐN và xác định khu vực tổn thất được xem là biện pháp quan

trọng nhằm giúp cho người quản lý nhận biết rõ TTĐN ở khu vực nào, do kỹ
thuật hay kinh doanh để có biện pháp xử lý:
- Xác định TTĐN thực hiện qua hệ thống công tơ đo đếm
Các đơn vị thu thập số liệu điện năng nhận vào lưới điện và điện năng
giao đi từ lưới điện. Tính toán TTĐN thực hiện theo công thức ∆A= Ang − Apt
Tuy nhiên với các lưới điện lớn, việc thu thập số liệu rất lớn, sự
phức tạp tăng lên nhanh chóng.
- Xác định TTĐN của lưới điện qua tính toán TTĐN kỹ thuật
Các đơn vị thực hiện tính toán TTĐN qua các thong số lưới điện và
phương thức vận hành để nhận dạng được TTĐN kỹ thuật của lưới điện thuộc
phạm vi đơn vị quản lý ở mức nào để trên cơ sở có biện pháp phù hợp giảm
TTĐN. Tuy nhiên, với các lưới có số nút lớn, các mạch vòng nối với nhau,
khi đó việc giải tích lưới điện sẽ rất phức tạp và mất nhiều thời gian.
- Nhận dạng TTĐN theo từng cấp điện áp, từng khu vực lưới điện,
từng xuất tuyến trung áp, từng trạm biến áp công cộng
Đơn vị quản lý dựa vào kết quả tính toán TTĐN thực hiện qua đo
đếm và TTĐN kỹ thuật qua tính toán để thực hiện đánh giá mực độ cao, thấp
của TTĐN từng cấp điện áp (cao áp, trung áp, hạ áp), từng khu vực lưới điện,
từng xuất tuyến trung áp, từng trạm biến áp phụ tải. So sánh giữa TTĐN kỹ
thuật qua tính toán với kết quả tính toán TTĐN qua đo đếm để đánh giá mức


8

độ hợp lý hay bất hợp lý giữa hai kết quả tính toán kỹ thuật và tính toán qua
đo đếm, từ đó tìm ra các nguyên nhân của sự bất hợp lý và để ra các biện pháp
giảm TTĐN hiệu quả, đúng khu vực, đúng cấp điện áp, đúng xuất tuyến, đúng
trạm biến áp có sự bất thường về TTĐN.
Tổn thất điện năng có bất thường rất lớn đến chỉ tiêu kinh tế - kỹ
thuật của hệ thống điện. Các biện pháp làm giảm TTĐN không những có ý

nghĩa làm giảm giá thành sản xuất điện, mà còn góp phần khai thác hiệu quả
các công trình điện, giảm chi phí đầu tư xây dựng nhà máy điện, tiết kiệm
điện năng cũng chính là tiết kiệm năng lượng sơ cấp, nguồn tài nguyên thiên
nhiên ngày càng cạn kiệt.
Chính vì vợi việc tính toán việc tính toán chính xác tổn thất điện
năng rất cần thiết trong công tác quản lý và vận hành lưới điện. Tuy nhiên,
phần lớn các phương pháp tính toán tổn thất điện năng đang sử dụng chủ yếu
dừng lại ở một vài cách đánh giá sơ bộ, phân tích chung chung, sai số lớn.
Hiện nay hiệu quả của các biện pháp giảm tổn thất điện năng ở Lào
vẫn thuộc về các biện pháp giảm kỹ thuật và giảm tổn thất thương mại, tuy
nhiên do biện pháp kỹ thuật có vốn đầu tư lớn nên chủ yếu tập trung biện
pháp thương mại. Vấn đề đầu tư hợp lý thiết bị bù, vấn đề cải tạo nâng cao
chất lượng lưới điện, đảm bảo tiêu chuẩn thiết kế lưới, tốt ưu hóa phương thức
vận hành … có thể đem lại hiệu quả lâu dài và tin cậy hơn. Để có được kết
quả chính xác cần phải áp dụng những phương pháp phân tích, tính toán tổn
thất hoàn thiện và phù hợp hơn. Có thể nói hiệu quả của các biện pháp giảm
tổn thất kỹ thuật phụ thuộc vào độ chính xác, tính phù hợp của các phương
pháp tính toán, phân tích tổn thất công suất và điện năng
1.2.Bài toán bù kinh tế tổng quát
1.2.1.Bù kinh tế công suất phản kháng


9

Bù công suất phản kháng có thể có 2 loại:
Bù kỹ thuật (bù cưỡng bức): được thực hiện chủ yếu ở các xí nghiệp
công nghiệp để đảm bảo cosϕ luôn ở mức cho phép. Cách này nhằm làm giảm
yêu cầu công suất phản kháng của phụ tải, đảm bảo cân bằng công suất phản
kháng trong hệ thống. Khi hệ thống điện thiếu công suất phản kháng thì việc
bù kỹ thuật là bắt buộc.

Bù kinh tế: đặt bù công suất phản kháng trong hệ thống điện để giảm
tổn thất công suất và tổn thất điện năng nâng cao hiệu quả kinh tế của lưới.
Bù kinh tế không thể tách rời hoàn toàn bù kỹ thuật, vì bù kinh tế là
giảm nhẹ bù kỹ thuật và hai loại bù này cần được phối hợp với nhau tạo thành
một thể thống nhất làm lợi cho toàn hệ thống, đó là mục tiêu của bài toán bù
tối ưu công suất phản kháng.
Lợi ích khi đặt bù:
-Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ max của hệ thống diện
do đó giảm được dự trữ công suất tác dụng hoặc tăng độ tin cậy của hệ thống.
-Giảm được tổn thất điện năng.
-Cải thiện được chất lượng điện áp.
-Giảm nhẹ tải cho máy biến áp trang gian và đường trục trung áp giảm
được yêu cầu công suất phản kháng, tăng tuổi thọ cho thiết bị.
-Chi phí khi đặt bù:
-Vốn đầu tư và chi phí vận hành cho trạm bù.
-Tổn thất điện năng trong tụ bù.


10

Giải bài toái bù công suất phản kháng là xác định: số lượng trạm bù, vị
trí đặt của chúng trên lưới phân phối, công suất bù và chế độ làm việc của tụ
bù sao cho đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.
1.2.2.Bài toán bù tổng quát
Bài toán bù tối ưu công suất phản kháng là xác định công suất và vị trí
đặt các thiết bị bù nhằm mục tiêu đạt hiệu quả kinh tế cực đại khi thỏa mãn tất
cả các điều kiện kỹ thuật trong chế độ làm việc bình thường của mạng điện.
Chỉ tiêu hiệu quả kinh tế là các chi phí quy đổi, các yêu cầu kỹ thuật là các
hạn chế về độ lệch điện áp, khả năng mang tải của các phần tử trong mạng
điện và công suất của các thiểt bị bù.

a.Một số giả thiết trong bài toán bù
Mô hình bài toán bù tối ưu công suất phản kháng là một mô hình phức
tạp, có nhiều yếu tố động. Để có thể xây dựng mô hình và giải bài toán, một
số giả thiết được đưa ra:
Với lưới phân phối có nhiều trục chính, việc thay đổi công suất phản
kháng tại một nút bất kỳ trên trục chính này ảnh hưởng không đáng kể đến
việc thay đổi công suất phản kháng tại các nút trên trục chính khác.
Chỉ khi các cụm tụ bù được lắp rải trên lưới phân phối mới đạt được
hiệu quả kinh tế.
Giá trị của hệ số công suất cosϕ là giá trị trung bình (ở thời điểm cực
đại) và giả thiết không đổi trong suốt quá trình tính toán. Điện áp lưới cũng
được coi là không đổi.
Tính chất của phụ tải (x) như nhan ở mọi nút.


11

Giá của các thiết bị bù được lấy tỷ lệ thuận với công suất của chúng,
các hệ số kinh tế khác được coi là không đổi (không phụ thuộc vào các yếu tố
kinh tế - xã hội khác) trong thời gian tính toán.
Lợi ích thu được từ việc lắp đặt tụ bù là như nhau trong suốt thời gian
vậnhành.
b.Hàm mục tiêu:
Mục tiêu chính của bài toán bù tối ưu là cực đại hóa lợi ích thu được
khi đặt thiết bị bù, bao gồm các lợi ích thu được trừ đi chi phí đặt bù. Hàm
này phải đạt giá trị cực đại:
F = B – C – C∆Q → max [đồng/ năm]

(1.15)

B là lợi ích thu được do giảm tổn thất điện năng so với trước khi đặt bù.
B = C∆. DA [đồng/ năm)

(1.16)

C∆ là giá 1 kWh tổn thất điện năng, lấy bằng giá bán điện trung bình,
đ/kWh.
DA là độ giảm tổn thất điện năng so với trước khi đặt bù, kWh.
DA phụ thuộc vào cấu trúc lưới, đồ thị phụ tải công suất phản kháng,
cấu trúc trạm bù: số lượng, vị trì, chế độ vận hành tụ bù.
C là chi phí hàng năm của việc lắp đặt tụ bù
+ Vốn đầu tư cho 1 trạm bù :
Vbj = k0j + kb(Qb). Qbj [đồng]

(1.17)

+ Vốn đầu tư cho n trạm tụ bù:
n

n

j =1

j =1

V = ∑Vbj =∑ (k oj + k b (Qb ).Qbj ) [đồng]

koj là thành phần chi phí cố định của một trạm bù

(1.18)

12

kb(Qb) là giá đơn vị công suất tụ bù, là hàm phụ thuộc công suất bù, là
hàm phi tuyến, rời rạc của Qb.
+ Tổng chi phí tính trong một năm :
C = p.∑ Vbj = p ∑ (k oj + kb (Qb ).Qbj ) [đồng/năm]

(1.19)

Với p là hệ số được xác định :
p = atc + kvh + kkh

(1.20)

atc = 1/Tn là hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn.
Tn là thờigian thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn, năm.
kvh, kkh là hệ số vận hành và hệ số khấu hao thiết bị, thường lấy theo
phần trăm vốn đầu tư (bao gồm cả xây lắp và thiết bị).
Để đơn giản ta có thể viết : kb(Qb) = kb = hằng số.
C = p.∑ k oj + kb ∑ Qbj ) [đồng/năm]

(1.21)

C∆Q là chi phí cho tổn thất điện năng trong thiết bị bù :
C∆Q = C∆.εQb [đồng]

(1.22)

Với εlà suất tổn thất điện năng trong tụ bù, kWh/kVAr,do ε rất nhỏ nên
trong tính toán có thể bỏ qua thành phần CAQ mà không làm ảnh hưởng
nhiều đến kết quả của bài toán.
Ta có thể viết lại hàm mục tiêu :
F = C∆ ..DA − p.( ∑ k oj + kb ∑ Qbj ) → max

c.Các điều kiện ràng buộc:
Điều kiện cân bằng công suất phản kháng nút :

(1.23)


13

Tổng công suất phản kháng tới một nút bất kỳ trong mạng điện phải cân
bằng với tổng công suất phản kháng đi ra từ nút đó:
Qi= Qtj – Qbj + Σ(Qk + ∆Qk)

(1.24)

Qi là công suất phản khángđi tới nút j, với mạng điện hở i = j
Tổng k lấy ứng với các nhánh nối với nút i có hướng tớicông suất đi ra
khỏi nút.
Điều kiện về công suất phát của tụ
0
(1.25)

Qbjmaxlà công suất bù tối đa tại nút j, xác định theo công suất phụ tải.
Điều kiện về chất lượng điện áp

Điện áp tại các nút trong mạng điện ở bất kỳ chế độ làm việc nào đều
phải nằm trong giới hạn cho phép :
AVcpd% ≤ ∆Vj% ≤ ∆Vcpt%

(1.26)

Hay Umin≤Uj
[1.27]

Umax, Umin là giới hạn cho phép trên và dưới của điện áp, kV.
Điều kiện về dòng điện (khả năng tải của đường dây)
Sau khi đặt bù, dòng điện chạy qua các nhánh phải ở trong giới hạn cho
phép, nghĩa là:
Ii ≤ Icpi

[1.28]

Icpi là dòng điện cực đại cho phép chạy qua nhánh i, giá trị này được xác
định theo tiết diện dây dẫn của mạng điện.
Các điều kiện liên quan đến vốn đầu tư (thời gian thu hồi vốn)


14

Sẽ được xét đến như một điều kiện đủ để quyết định có nên đặt bù tại
một nút j nào đó hay không.
Việc giải bài toán bù tổng quát với đầy đủ các hàm mục tiêu và các điều
kiện ràng buộc là một bài toán phức tạp. Trên thực tế người ta thường giải bài
toán bù với một hàm mục tiêu đơn giản hoặc dựa vào phương pháp kinh

nghiệm.
1.3. Tính toán xác định việc lắp đặt tối ưu của tụ điện trong trường hợp
tải phân bố đều
Hiện nay có nhiều phương pháp tính bù cho lưới phân phối, mỗi
phương pháp có một số giả thiết nhất định để đơn giản việc tính toán và dĩ
nhiên khả năng áp dụng cũng bị rằng buộc theo các điều kiện giả định đó.
Chúng ta sẽ lần lượt xem xét một số phương pháp tính toán. Ở đây chúng ta
xem xét các phương pháp tính bù với tụ điện được lắp rải trên lưới, vì như đã
trình bày ở các phần trước, việc bù rải trên lưới mang nhiều hiệu quả trong
việc cải thiện phân bố điện áp và nâng cao hệ số cosϕ cục bộ cho các phụ tải
tốt hơn là bù tập trung.
Trước hết chúng ta xem xét trường hợp đơn giản là phụ tải tập trung và
phân bố đều.
Hình 1.0 biểu diễn một xuất tuyến thực tế gồm nhiều phân đoạn với các
phụ tải phân bố đều và tập trung. Mỗi phân đoạn đường dây biểu thị một phần
của xuất tuyến nằm giữa các thiết bị đóng ngắt, thiết bị điều chỉnh điện áp hay
các điểm quan trọng khác. Để thuận tiện ta giả thiết phụ tải hay dòng điện
đường dây và tổn thất I2R gồm hai thành phần:
(1)thành phần cùng pha hay thành phần tác dụng của dòng điện;
(2)thành phần lệch pha hay thành phần phản kháng của dòng điện.


15

Vì tổn thất dothành phần cùng pha hay tác dụng của đường dây khi đặt
tụ bù ngang không có tácdụng lớn do đó chúng sẽ không được xem xét. Điều
nàycó thể kiểm tra như sau:
Giả thiết tổn thất I2R được gây ra bởi dòng điện đường dây chậm sau I
chạy qua mạch có điện trở R được biểu diễn như sau:
Trước hết chúng ta xem xét trường hơp đơn giản là phụ tải tập trung và

phân bố đều:
I2R = (IcosΦ)2R + (IsinΦ)2R

(1.29)

Sau khi thêm tụ vào với dòng Ic, kết quả là dòng điện đường dây mới
I1và tổn thất mới I12R, do vậy:
I2R = (IcosΦ)2R + (IsinΦ - Ic)2R

(1.30)

Vậy tổn thất giảm do tụ:
∆P1s = I2R – I12R
Thế (1.29) và (1.30) vào (1.31) ta có:
∆Pls = 2(1 sinΦ)IcR - Ic2R

(1.31)
.
(1.32)

Như vậy chỉ có thành phần lệch pha hay thành phần phản kháng của
dòng điện là I sinΦ được tính vào trong việc giảm tổn thất I 2R như là kết quả
của việc lắp đặt thêm tụ điện.
Giả sử chiều dài của phân đoạn đường dây là 1 đơn vị chiều dài như
trên hình1.0. Dạng dòng điện ở một thời điểm cho trước trên xuất tuyến là
hàm số của khoảng cách tính từ điểm đầu xuất tuyến. Do đó tổn thất vi phân
I2R của phân đoạn vi phân dx tại vị trí x có thể biểu diễn:
dPIS = 3[I1-(I1-I2)x]2Rdx

(1.33)

16

Hình 1.1. Xuất tuyến sơ cấp với phụ tải gộp lại (hay tập trung) và các tải phân
bố đều, và dạng phân bố dòng điện trước khi lắp đặt tụ
Do đó tổng tổn thất I2R của xuất tuyến là:
1

Pls =

∫ dP

ls

x =0

1

= 3 ∫ [ I1 − ( I1 − I 2 ) x]2 Rdx = ( I12 + I1 I 2 = I 22 ) R
x =0

Với:
Pls - tổng tổn thất I2R của xuất tuyến trước khi thêm tụ;
I1- dòng phản kháng tại điểm đầu của phân đoạn;
I2- dòng phản kháng tại điểm cuối của phận đoạn;
R - điện trở tổng của phân đoạn;
x - khoảng cách mỗi đơn vị từ điểm đầu của phân đoạn.
1.3.1. Giảm tổn thất nhờlắp đặt tụ
1.Trường hợp 1: Một bộ tụ điện

(1.34)


17

Việc lắp thêm một bộ tụ điện trên xuất tuyển sơ cấp gây ra việc phá vỡ
tính liên tục của đường phân bố tải phản kháng, làm thay đổi dạng phân bố
của dòng phản kháng, và kết quả là giảm tổn thấ như biểu diễn ở hình. 1.1.
Do vậy, phương trình tổn thất sau khi lắp đặt thêm một bộ tụ có dạng:
x1

1

x =0

x = x1

Pls = 3 ∫ [ I1 − ( I1 − I 2 ) x − I c ]2 Rdx + 3 ∫ [ I1 − ( I1 − I 2 ) x − I c ]2 Rdx

(1.35)

Hay: Pls' = ( I12 + I1 I 2 + I 22 ) R + 3x1[( x1 − 2) I1 I c − x1 I 2 I c + I c2 ]R

(1.36)

Hình 1.2. Giảm tổn thất với một bộ tụ điện
Vậy mức giảm tổn thất công suất cho mỗi đơn vị do việc lắp đặt thêm
tụ bằng:
∆Pls =

Pls − Pls
Pls

(1.37)

Thay (1.34) và (1.35) vào phương trình (1.37) ta có:
∆Pls =

− 3 x1[( x1 − 2) I1 I c − x1 I 2 I c + I c2 ]R
( I12 + I1 I 2 + I 22 ) R

(1.38)