Nghiên cứu phương pháp lựa chọn vị trí và dung lượng bù kinh tế trong lưới điện phân phối, ứng dụng tính toán cho lưới điện lộ 473 trạm 110 35 22 giai phạm yên mỹ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGUYỄN ðẮC TUÂN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ DUNG
LƯỢNG BÙ KINH TẾ TRONG LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI, ỨNG DỤNG
TÍNH TỐN CHO LƯỚI ðIỆN LỘ 473 TRẠM 110/35/22 E28.5 GIAI

PHẠM YÊN MỸ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGUYỄN ðẮC TUÂN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ
DUNG LƯỢNG BÙ KINH TẾ TRONG LƯỚI ðIỆN PHÂN
PHỐI, ỨNG DỤNG TÍNH TỐN CHO LƯỚI ðIỆN LỘ 473
TRẠM 110/35/22 E28.5 GIAI PHẠM YÊN MỸ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : ðiện khí hóa sản xuất nơng nghiệp và nông thôn
Mã số

: 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: GS. TS LÃ VĂN ÚT

HÀ NỘI - 2011


LỜI CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và
kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được cơng bố
trong bất kỳ một bản luận văn nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã
ñược cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn
gốc.
Hà nội, ngày 10 tháng 11 năm 2011
Người cam ñoan

Nguyễn ðắc Tuân

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian thực hiện luận văn, ñến nay đề tài “Nghiên cứu phương pháp
lựa chọn vị trí và dung lượng bù kinh tế trong lưới ñiện phân phối, ứng dụng
tính tốn cho lưới điện lộ 473 trạm 110/35/22 E28.5 Giai Phạm – n Mỹ” đã
được hồn thành. Trong thời gian thực hiện đề tài, Tơi đã nhận ñược rất nhiều sự
giúp ñỡ quý báu của các cá nhân, tập thể trong và ngồi trường.

Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thày giáo GS.TS Lã Văn Út hiện đang
cơng tác tại Bộ mơn Hệ thống ñiện trường ðại học Bách Khoa Hà Nội ñã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ tơi xây dựng và hồn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn các thày, cô giáo trong Bộ môn Cung cấp và sử
dụng ñiện khoa Cơ - ðiện, trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội, các thày cơ giáo
trong trường Cao đẳng Bách Khoa Hưng Yên, các cán bộ ðiện lực Yên Mỹ - Hưng
Yên, ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình học tập, cơng tác,
nghiên cứu và hồn thành luận văn.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên và
giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà nội, ngày 10 tháng 11 năm 2011
Người cảm ơn

Nguyễn ðắc Tuân

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN………………………………………………………...........

i

LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………….

ii

MỤC LỤC……………………………………………………………………...

iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU……………………………………………...

v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………………………………………………....

vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU………………………... viii
MỞ ðẦU……………………………………………………………………….

1

1. Mục đích nghiên cứu và lý do chọn ñề tài………………………………

1

2. ðối tượng nghiên cứu và phạm vi áp dụng……………………………...

1

3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài…………………………...

2

CHƯƠNG 1 - TỔN THẤT CƠNG SUẤT VÀ ðIỆN NĂNG TRONG

LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI VÀ VẤN ðỀ GIẢM TỔN THẤT BẰNG BIỆN
PHÁP BÙ……………………………………………………………………….

3

1.1. Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong lưới ñiện phân phối……………….

3

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến tổn thất và khả năng giảm thiểu tổn thất………

4

1.3. Phương pháp tính tổn thất cơng suất và tổn thất ñiện năng trong lưới ñiện
phân phối………………………………………………………………………..

5

1.4. Kết luận chương 1………………………….................................................

15

CHƯƠNG 2 - PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ BÙ KINH TẾ TRONG LƯỚI
ðIỆN PHÂN PHỐI. PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ DUNG
LƯỢNG BÙ TỐI ƯU………………………….................................................

16

2.1. Tổng quan lưới ñiện phân phối …………………………............................

16

2.2. Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành lưới ñiện phân
phối…………………………...............................................................................

18

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

iii


2.3. Công suất phản kháng…………………………...........................................

20

2.4. Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới ñiện phân phối……...........

23

2.5. Tổng quan về bù cơng suất phản kháng lưới điện phân phối........................

26

2.6. Sơ ñồ ñấu nối tụ ñiện tĩnh trên lưới ñiện phân phối và các kiểu ñấu nối bộ
tụ ñiện ba pha.......................................................................................................

29

2.7. Bài tốn bù tối ưu lưới điện phân phối nhằm làm giảm tổn thất ñiện

năng......................................................................................................................

31

2.8. Kết luận chương 2.........................................................................................

41

CHƯƠNG 3 - KHAI THÁC PHẦN MỀM CONUS ðỂ TÍNH TỐN TỔN
THẤT VÀ XÁC ðỊNH DUNG LƯỢNG BÙ TRONG LƯỚI ðIỆN PHÂN
PHỐI....................................................................................................................

42

3.1. Giới thiệu phần mềm conus tính tổn thất cơng suất và tổn thất điện
năng......................................................................................................................

42

3.2. Mơ hình lưới điện trong chương trình conus.................................................

44

3.3. Các chức năng tính tốn bù kinh tế trong chương trình conus......................

51

3.4. Một số chức năng chạy chương trình (Run) .................................................

52

CHƯƠNG 4 - TÍNH TỐN LỰA CHỌN DUNG LƯỢNG BÙ HỢP LÝ
CHO LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN YÊN MỸ………………………..

54

4.1. ðặc ñiểm tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Yên Mỹ……………………..

54

4.2. ðặc ñiểm lưới ñiện huyện Yên Mỹ...............................................................

54

4.3. Tính tốn chế độ xác lập cho lưới điện lộ 473 trạm 110/35/22 E28.5……..

56

4.4. Ứng dụng phần mềm Conus tính tốn lựa chọn vị trí và dung lượng bù
hợp lý cho lưới ñiện lộ 473 trạm 110/35/22 E28.5..............................................

67

4.5. Nhận xét và kết luận......................................................................................

84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................

85

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................

87

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng số

Tên bảng

Trang

Bảng 4-1

Số liệu nút phụ tải……………………………………………...........

56

Bảng 4-2

Số liệu nhánh…………………………………………………..........

58

Bảng 4-3

Số liệu các máy biến áp……………………………………………..

62

Bảng 4-4

ðiện áp các nút trung áp khi thanh cái lưới trung áp ñặt 22 kV…….

63

Bảng 4-5

ðiện áp các nút hạ áp khi thanh cái lưới trung áp ñặt 22 kV ………

65

Bảng 4-6

ðiện áp một số nút trung áp nằm ngoài giới hạn cho phép khi thanh
cái lưới trung áp ñặt 22 kV …………………………………………

Bảng 4-7

66

ðiện áp các nút hạ áp nằm ngoài giới hạn cho phép khi thanh cái
lưới trung áp đặt 22 kV .…………………………………………….

66

Bảng 4-8

Vị trí và dung lượng bù các nút trung áp……………………………

77

Bảng 4-9

Vị trí và dung lượng bù khi hạn chế với 4 nút………………………

77

Bảng 4-10

So sánh phương án bù tính tốn với bù hiện có……………………..

78

Bảng 4-11

ðiện áp các nút trung áp khi phụ tải cực tiểu……………………….

79

Bảng 4-12

ðiện áp các nút hạ áp khi phụ tải cực tiểu…………………………..

80

Bảng 4-13

Vị trí và dung lượng bù các nút trung áp khi tăng phụ tải 20%.........

84

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ
Hình số

Tên hình

Trang

Hình 1.1

Phụ tải biến động liên tục theo thời gian………………………

7

Hình 1.2

ðồ thị phụ tải theo thời gian…………………………………...

8

Hình 1.3

Biểu đồ phụ tải ngày đêm……………………………………...

11

Hình 1.4

ðường cong tổn thất…………………………………………...

11

Hình 1.5

Xác định tổn thất ñiện năng theo ñường cong tổn thất………...

13

Hình 1.6

a. Họ ñường cong tổn thất công suất; b. ðường cong tổn thất
khi bù cơng suất phản kháng…………………………………..

14

Hình 2.1

Sơ đồ phân phối theo một cấp điện áp trung áp……………….

17

Hình 2.2

Sơ đồ phân phối theo hai cấp điện áp trung áp………………...

18

Hình 2.3

Mạch điện RL ñơn giản………………………………………..

20

Hình 2.4

Tam giác tổng trở………………………………………………

20

Hình 2.5

Giản ñồ véc tơ biểu diễn mối quan hệ P, Q và S………………

21

Hình 2.6

Giản đồ véctơ dịng điện và cơng suất…………………………

27

Hình 2.7

Minh họa sự điều chỉnh hệ số cơng suất……………………….

28

Hình 2.8

Tụ đấu theo hình tam giác……………………………………..

29

Hình 2.9

Tụ đấu theo hình sao…………………………………………...

29

Hình 2.10 Sơ đồ lưới điện đơn giản………………………………………

32

Hình 2.11 Hàm lợi nhuận và vốn ñầu tư thiết bị bù………………………

34

Hình 2.12 Sơ ñồ LðPP hình tia…………………………………………...

34

Hình 2.13 Hàm lợi nhuận và dung lượng bù kinh tế……………………...

38

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

vi


Hình 2.14 Sơ đồ thuật tốn xác định dung lượng bù tại các nút theo thời
gian thu hồi vốn ñầu tư nhỏ hơn thời gian thu hồi vốn cho
trước……………………………………………………………

39

Hình 3.1

Nhánh chuẩn…………………………………………………...

45

Hình 3.2

Sơ đồ lưới chuẩn……………………………………………….

46

Hình 3.3

Hình 3.4

a. Sơ đồ ngun lý; b. Sơ đồ thay thế đường dây trên khơng
U ≤ 35kV……………………………………………………….

46

a. Sơ ñồ nguyên lý; b. Sơ ñồ thay thế đường dây điện áp cao
và các đường dây cáp……………………………………….

47

Hình 3.5

Mơ hình bằng chuỗi các mắt xích hình Π ……………………..

47

Hình 3.6

a. Sơ đồ ngun lý; b. Mơ hình theo sơ ñồ hình Π tổng hợp….

48

Hình 3.7

a. Sơ ñồ nguyên lý máy biến áp 2 cuộn dây; b. Sơ ñồ thay thế
máy biến áp 2 cuộn dây……………………………………..

Hình 3.8

a. Sơ đồ ngun lý máy biến áp 3 cuộn dây; b. Sơ ñồ thay thế
máy biến áp 3 cuộn dây……………………………………..

Hình 3.9

48
49

Nút có máy biến áp ñiều áp dưới tải (a). Sơ ñồ thay thế nút cao
áp (b) và đặc tính tĩnh phụ tải………………………………….

50

Hình 3.10 SVC (a), mơ hình tương đương (b) và đặc tính cơng suất (c)…

51

Hình 4.1

Sơ đồ lưới điện lộ 473 E28.5…………………………………..

55

Hình 4.2

Nhập số liệu nút………………………………………………..

58

Hình 4.3

Nhập số liệu nhánh…………………………………………….

62

Hình 4.4

Nhập số liệu MBA……………………………………………..

63

Hình 4.5

Nhập số liệu bù kinh tế………………………………………...

68

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

vii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
HTð

Hệ thống ñiện.

LðPP

Lưới ñiện phân phối.

MBA

Máy biến áp.

CSPK

Công suất phản kháng.

HTCCð

Hệ thống cung cấp điện.

CðXL

Chế độ xác lập.

KðB

Khơng đồng bộ.

SVC

(Static Var Compensator) Thiết bị bù tĩnh ñiều khiển bằng thyristor.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

viii

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

ix


MỞ ðẦU
1. MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU VÀ LÝ DO CHỌN ðỀ TÀI
Hiện nay ñất nước ta ñang trên ñà phát triển cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa,
việc đáp ứng đủ nhu cầu cung cấp ñiện với chất lượng ñiện và giá thành rẻ là yếu tố
quan trọng góp phần thúc đẩy cơng cuộc cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa nhằm phát
triển nền kinh tế ñất nước.
Sản xuất và sử dụng ñiện năng một cách hợp lý luôn là một yêu cầu cấp thiết vì
nó liên quan đến sử dụng nguồn tài nguyên tự nhiên có hạn của con người. Trong
quá trình sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà máy ñiện tới các hộ
tiêu thụ ñiện, không tránh khỏi những mất mát năng lượng do bản chất vật lý của
các phần tử khi mang ñiện. Năng lượng mất mát đó chính là tổn thất cơng suất và
tổn thất điện năng trong hệ thống điện (HTð) nói chung và lưới điện phân phối
(LðPP) nói riêng. LðPP chiếm tỉ lệ lớn trong tổng sơ ñồ lưới ñiện, phân bố khắp
các khu vực, các miền. Tổn thất trong LðPP cũng chiếm tỉ lệ cao so với lưới điện
truyền tải.
Vì vậy, vấn ñề ñặt ra là giảm tổn thất trong LðPP góp phần khắc phục thiếu
điện. Có nhiều biện pháp giảm tổn thất điện năng, có thể kể đến như thay ñổi cấu
trúc lưới ñiện, thay ñổi phương thức vận hành của lưới, ñiều chỉnh ñiện áp, ñặt bù
tối ưu. Trong các biện pháp trên, biện pháp ñặt bù tối ưu là biện pháp khá ñơn giản
nhưng ñem lại hiệu quả cao về phương diện giảm tổn thất ñiện năng. Vì thế bù kinh
tế theo mục tiêu giảm tổn thất có ý nghĩa rất quan trọng. Tuy nhiên, để đầu tư thiết
bị bù có hiệu quả đối với mỗi LðPP, cần phải lựa chọn đúng vị trí lắp đặt, xác ñịnh
dung lượng bù tối ưu và ñiều khiển vận hành phù hợp.
ðề tài đã chọn có mục đích nghiên cứu lý thuyết và thuật toán nhằm thực

hiện các nội dung ñã nêu và ứng dụng thực tế vào LðPP lộ 473 trạm 110/35/22
E28.5 Giai Phạm – Yên Mỹ.
2. ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG
2.1. ðối tượng nghiên cứu
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

1


Nghiên cứu LðPP có sơ đồ phức tạp bất kỳ (hình tia, lưới kín vận hành hở).
2.2. Phạm vi áp dụng
Kết quả nghiên cứu nhằm áp dụng vào thực tế các LðPP ñiện áp trung gian
(ñến 35 kV) của Việt Nam.
2.3. Áp dụng cụ thể
Tính tốn với lưới điện lộ 473 trạm 110/35/22 E28.5 Giai Phạm – Yên Mỹ.
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI
3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Hệ thống hóa lý thuyết bù CSPK, nghiên cứu phương pháp lựa chọn vị trí
và dung lượng bù kinh tế trong LðPP.
- Nghiên cứu, khai thác phần mềm Conus để tính tốn tổn thất và xác định
dung lượng bù tối ưu.
3.2. Tính thực tiễn của ñề tài
Các kết quả nghiên cứu trong ñề tài có tính ứng dụng cao đối với việc lựa
chọn ñúng vị trí lắp ñặt, xác ñịnh dung lượng bù tối ưu cho LðPP ñiện áp trung
gian (ñến 35 kV) của Việt Nam nói chung và của trạm biến áp 110/35/22 E28.5 Giai
Phạm – Yên Mỹ nói riêng.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

2

CHƯƠNG 1
TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ ðIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ðIỆN PHÂN
PHỐI VÀ VẤN ðỀ GIẢM TỔN THẤT BẰNG BIỆN PHÁP BÙ
1.1. Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong lưới điện phân phối
Tổn thất cơng suất và tổn thất ñiện năng là những chỉ tiêu quan trọng trong
việc ñánh giá hiệu quả làm việc của LðPP nói riêng và HTð nói chung. Tổn thất
trong LðPP bao gồm 2 thành phần, tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật. Tổn
thất kỹ thuật là dạng tổn thất xảy ra do bản chất vật lý của các phần tử trong LðPP,
do kết cấu của lưới và do phương thức vận hành lưới. Còn tổn thất phi kỹ thuật là
tổn thất xảy ra trong quá trình quản lý việc phân phối và sử dụng ñiện năng.
1.1.1. Tổn thất kỹ thuật
Tổn thất kỹ thuật là tổn thất sinh ra do tính chất vật lý của q trình tải điện,
tổn thất này phụ thuộc tính chất của dây dẫn và vật liệu cách điện, điều kiện mơi
trường, dịng điện và điện áp.
Tổn thất kỹ thuật chia làm 2 loại:
- Tổn thất phụ thuộc dịng điện (phụ thuộc I2) : ðó là tổn thất do phát nóng
trên điện trở của máy phát, máy biến áp (MBA) và dây dẫn. Thành phần này là
thành phần tổn thất chính trong LðPP.
- Tổn thất phụ thuộc điện áp (U hoặc U2) gồm có: Tổn thất trong lõi thép của
máy biến áp, tổn thất trong cuộn áp của cơng tơ điện, tổn thất do rị điện, tổn thất
vầng quang.
Tổn thất kỹ thuật khơng thể triệt tiêu được mà chỉ có thể hạn chế ở mức độ
hợp lí hoặc cho phép.
1.1.2. Tổn thất phi kỹ thuật

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

3

Là thành phần tổn thất mang nhiều tính chủ quan, tức là nguyên nhân chủ
yếu do chính con người gây ra. Có thể nêu lên một số nguyên nhân cơ bản là: sử
dụng điện bất hợp lý, thất thốt do hiện tượng lấy cắp điện, dùng điện qua cơng tơ
“ưu tiên”, sai số của các thiết bị ño ñếm ñiện năng, thiết bị đo bị hỏng v.v…Nói
chung, đó là những ngun nhân phụ thuộc vào trình độ quản lý, sử dụng ñiện của
cả nhân viên vận hành, kinh doanh ñiện năng lẫn khách hàng dùng điện. Thành
phần này có thể loại trừ ñược gần như tuyệt ñối bằng các giải pháp hợp lý.
Bên cạnh các nguyên nhân gây ra tổn thất, cũng phải xét ñến cả các yếu tố
ảnh hưởng ñến tổn thất. Các yếu tố này không trực tiếp gây nên tổn thất nhưng lại
ảnh hưởng nhiều ñến trị số của tổn thất.
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến tổn thất và khả năng giảm thiểu tổn thất
1.2.1. ðiện áp làm việc của trang thiết bị
Ở cấp ñiện áp càng cao, dịng điện càng bé, vì thế chọn cấp ñiện áp khi thiết
kế (ñường dây, MBA phân phối) và ñiều chỉnh ñiện áp lúc vận hành ñều có ảnh
hưởng mạnh đến trị số tổn thất cơng suất và điện năng.
- Nâng cấp ñiện áp ñịnh mức của lưới ñiện
Là biện pháp giảm tổn thất rất ñáng kể bởi trị số tổn thất tỉ lệ nghịch với bình
phương của điện áp ñịnh mức:
∆P = 3RI 2 =

P 2 + Q2
R
U2

(1.1)

Tuy nhiên nâng cấp ñiện áp lại liên quan với việc cần tăng vốn ñầu tư cho
cách ñiện và kết cấu lưới, cần so sánh lựa chọn theo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.

- ðiều chỉnh ñiện áp tại máy biến áp
Các máy biến áp trong LðPP hầu hết ñều có khả năng điều chỉnh điện áp
bằng cách thay đổi ñầu phân áp. Việc thay ñổi ñầu phân áp cho phép lựa chọn ñiện
áp làm việc tối ưu cho ñường dây tải điện nhờ đó giảm được tổn thất. Ngồi ra, thay
đổi đầu phân áp cịn làm thay đổi sự phân bố công suất phản kháng (CSPK) trong

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

4


lưới, nếu có phương pháp điều khiển tối ưu cũng có thể giảm được trị số tổn thất
xuống đến mức thấp nhất.
1.2.2. Truyền tải công suất phản kháng
Cân bằng CSPK nút là ñiều kiện cần ñể ñảm bảo chất lượng ñiện năng. Mất
cân bằng CSPK ñiện áp nút sẽ thay đổi. Trong LðPP ln ln tồn tại q trình
truyền tải CSPK (kèm theo với cơng suất tác dụng), dịng điện tăng lên, làm tăng
cao trị số tổn thất công suất tác dụng (công thức 1.1). Giảm CSPK truyền tải là biện
pháp chủ yếu khi áp dụng các biện pháp giảm thiểu tổn thất.
- Ảnh hưởng của các thiết bị bù
Các thiết bị bù CSPK thường ñược ñặt ở phụ tải. Các thiết bị này có tác dụng
phát CSPK vào đường dây, làm giảm lượng CSPK chạy trên ñường dây nhằm cải
thiện ñiện áp làm việc của phụ tải, tăng hệ số cơng suất và giảm tổn thất trên đường
dây.
- ðiện dung tự nhiên của ñường dây
ðiện dung tự nhiên của ñường dây có tác dụng giống như các thiết bị bù,
phát CSPK vào lưới, làm giảm được dịng CSPK chạy trên lưới dẫn tới giảm tổn
thất trên ñường dây. CSPK do ñiện dung tự nhiên của ñường dây sinh ra:
Q = BU 2

(1.2)

Trong đó:
B - ðiện dẫn phản kháng (dung dẫn) của ñường dây ( B = ωC ), C - là ñiện
dung của dây dẫn (F/m)
U - ðiện áp làm việc của đường dây
1.3. Phương pháp tính tổn thất cơng suất và tổn thất điện năng trong lưới điện
phân phối
1.3.1. Ảnh hưởng của cơng suất phản kháng đến tổn thất cơng suất và tổn thất
điện năng
Lượng CSPK truyền tải trên LðPP càng lớn thì tổn thất trên LðPP càng cao.
Các xí nghiệp cơng nghiệp sử dụng nhiều động cơ khơng đồng bộ (KðB) ba pha
Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

5


thường xuyên non tải hoặc không tải, tiêu thụ lượng CSPK rất lớn chiếm khoảng 60
÷ 65% tổng CSPK phát ra từ các nhà máy điện.

Theo các biểu thức tính tốn tổn thất cơng suất và tổn thất điện năng:
∆S =

P 2 + Q2
.Z
U2

∆A =

P 2 + Q2

.R.τ
U2

•

(1.3)
(1.4)

Trong đó:
Z là tổng trở ñường dây
R là ñiện trở ñường dây
S là công suất biểu kiến: S(t) = P(t) + jQ(t)
P, Q là công suất tác dụng, phản kháng 3 pha trên ñường dây
U là ñiện áp ñịnh mức ñường dây
τ là thời gian tổn thất công suất lớn nhất

Ta thấy lượng CSPK trên LðPP càng lớn dẫn ñến tổn thất càng cao. Như vậy
một trong các yếu tố giảm tổn thất, ñó là giảm lượng CSPK truyền tải trên LðPP.
1.3.2. Phương pháp tính tốn tổn thất điện năng trong sơ đồ lưới điện phân phối
Tổn thất cơng suất và điện năng là một chỉ tiêu quan trọng, ln phải được
xét đến trong thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp ñiện (HTCCð). Việc ñánh giá
chính xác trị số tổn thất cơng suất và điện năng có ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật rất lớn,
khơng thể nói đến hiệu quả của bài toán thiết kế và vận hành tối ưu nếu chưa ñưa ra
ñược các ñánh giá phù hợp trị số tổn thất cơng suất và điện năng của HTCCð trong
các tình huống xem xét.
Cũng cần phân biệt bài tốn xác ñịnh tổn thất công suất và xác ñịnh tổn thất
ñiện năng. Tổn thất công suất chỉ tương ứng với một phương thức vận hành, một
chế ñộ của phụ tải và nguồn xác định. Cịn tổn thất điện năng mang ý nghĩa thực
tiễn, gắn liền với hồn cảnh điều kiện hoạt ñộng lâu dài của LðPP.
Hiện nay ñang tồn tại rất nhiều các chương trình tính tốn chế độ xác lập

(CðXL) của HTCCð rất hữu hiệu và có độ chính xác cao, do đó vấn đề xác định
Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….
6


tổn thất cơng suất, nói chung khơng có khó khăn. Nội dung phức tạp chính nằm
trong bài tốn xác định tổn thất điện năng.
Biểu thức tính tổn thất điện năng:
Trong thời gian khảo sát t, nếu phụ tải không thay đổi thì trong LðPP có tổn
thất cơng suất tác dụng là ∆P , tổn thất ñiện năng là:
∆A = ∆P.t

(1.5)

Thực tế do sự thay ñổi của biểu ñồ phụ tải liên tục theo thời gian và phương
thức vận hành LðPP cũng thay đổi nên ∆P khơng phải là giá trị cố định mà cũng
thay đổi liên tục (hình vẽ 1.1)
ðể tính tổn thất điện
năng một cách chính xác ta cần
lấy tích phân của vế phải cơng
t

thức (1.5): ∆A = ∫ ∆P.dt

(1.6)

o

ðể tính được tích phân
(1.6) người ta có thể dùng các

∆

phương pháp như trình bày dưới
đây:

Hình 1.1. Phụ tải biến động liên tục theo thời gian
1.3.2.1. Phương pháp tính tốn theo ñồ thị phụ tải
Việc xác ñịnh ñồ thị liên tục của P, Q theo thời gian như hình 1.1 là khơng
thể thực hiện được trong thực tế. Vì đối với các bài tốn quy hoạch, thiết kế thì phụ
tải chỉ có được ở dạng cơng suất đặt cịn với các bài tốn vận hành lưới điện thì do
phụ tải biến ñộng ngẫu nhiên nên việc lấy ñồ thị phụ tải trơn, liên tục rõ ràng khơng
thể thực hiện được trong thời gian dài.
ðể ñơn giản người ta ghi lại giá trị phụ tải sau những khoảng thời gian nhất
ñịnh. Tổng hợp các giá trị này trong ngày, tuần, năm… ta sẽ có đồ thị phụ tải ngày,

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

7


tuần, năm… Phương pháp tính tổn thất cơng suất theo ñồ thị phụ tải ñược xác ñịnh
theo từng bậc của ñồ thị phụ tải.
Giả sử trong thời gian t khảo sát, cơng suất phụ tải biến động theo đồ thị như
hình 1.2
P

Q
P

Pi

Qi

Q

t
t

∆t i

Hình 1.2. ðồ thị phụ tải theo thời gian
Trong mỗi khoảng thời gian ∆t i , giá trị của phụ tải là (Pi, Qi) khơng đổi.
Theo đó ta tính được các giá trị tổn thất cơng suất ∆Pi . Như vậy tổn thất ñiện năng
trong khoảng thời gian khảo sát là:
n

∆A = ∑ ∆Pi ∆t i

(1.7)

i =1

Ưu ñiểm của phương pháp xác ñịnh tổn thất theo ñồ thị phụ tải là có độ
chính xác cao. Khó khăn chủ yếu của phương pháp tính tổn thất điện năng theo đồ
thị phụ tải chính là khả năng có được đồ thị phụ tải các nút. Thực tế cho thấy ở Việt
Nam tại các trạm hạ áp 0,4kV thậm chí cả 22kV và 35kV hầu như khơng ghi lại đồ
thị phụ tải hàng ngày. Một vấn đề quan trọng nữa chính là u cầu tính tốn tổn thất
điện năng khi thiết kế mới hay nâng cấp, mở rộng LðPP, thông tin về phụ tải chỉ
tồn tại dưới dạng các giá trị cơng suất đặt. ðể khắc phục các vấn đề này người ta

đưa ra phương pháp thời gian tổn thất cơng suất lớn nhất.
1.3.2.2. Phương pháp thời gian tổn thất công suất lớn nhất
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

8


Theo phương pháp này tổn thất ñiện năng ñược xác ñịnh theo công thức sau:
∆A = ∆Pmax τ

(1.8)

Về nguyên tắc ∆Pmax có thể xác định khá chính xác nếu biết rõ biểu đồ phụ
tải. Tính bất định nằm chủ yếu trong cách tính τ - thời gian tổn thất cơng suất lớn
nhất.
Các cơng thức kinh điển:

(

)

2

τ = 0,124 + Tmax .10 − 4 .8760(h)

(1.9)

Công thức Kenzevik:
τ = 2Tmax − 8760 +

8760 − Tmax
T
2P
1 + max − min
8760 Pmax

 Pmin 
1 −

P
max 


(1.10)

Công thức Valendel:
2

T 
T  
τ = 8760 0,13 max  + 0,87 max  
 8760 
 8760  


(1.11)

Tra đường cong tính tốn:
τ = f (Tmax , cosϕ ) .

Các cơng thức trên đều chỉ là gần ñúng, lấy theo thực nghiệm và tiệm cận
hóa và nhất là xác ñịnh trên cơ sở của các lưới ñiển hình, có cấu trúc tiêu chuẩn.
Với LðPP cụ thể nào ñó ñang khảo sát (trong ñiều kiện Việt Nam) khó có thể phù
hợp. Ngồi ra cũng nhận thấy rằng, nói chung τ ñược xác ñịnh theo Tmax và cosϕ ,
những đại lượng vốn khơng xác định và kém chính xác. Ví dụ cosϕ khơng giống
nhau tại các nút tải, cần lấy giá trị trung bình, Tmax = A/Pmax tính theo số liệu thống
kê ño ñạc về năng lượng A và cơng suất cực đại Pmax vốn có sai số rất nhiều. Như
vậy với các phương pháp nêu trên, cho dù có nhiều thơng tin đầu vào (biểu đồ phụ
tải các nút, trị số cosϕ các phụ tải …) ñảm bảo độ chính xác cao. Ngồi ra cách
phân tích tổn thất điện năng như vậy cũng nhận được rất ít thơng tin, khơng cho
phép nhận biết được gì về các yếu tố ảnh hưởng (như cấu trúc lưới, chế ñộ tải của
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………….

9