Tài liệu Tính toán vị trí và dung lượng bù tối ưu trong lưới điện phân phối trung áp Bắc Kạn xét đến đồ thị phụ tải

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN VĂN VIÊN

TÍNH TỐN VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG BÙ TỐI ƯU
TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP BẮC KẠN
XÉT ĐẾN ĐỒ THỊ PHỤ TẢI
Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã ngành: 8520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VŨ VĂN THẮNG

THÁI NGUYÊN - 2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các nghiên
cứu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được
công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào trước đây.

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Viên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy
giáo TS. Vũ Văn Thắng cùng các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Hệ thống
điện, Khoa điện, trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp, sự giúp đỡ chân tình
của các bạn đồng nghiệp, gia đình đã tạo điều kiện giúp tơi hồn thành luận văn
này.
Trong q trình thực hiện, do thời gian hạn hẹp nên luận văn có thể có
những thiếu sót. Tơi mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp để luận
văn được hồn thiện thêm và kết quả nghiên cứu thực sự có ý nghĩa góp phần
nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống điện Việt Nam.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Viên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN




MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .....................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................... viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................ix
MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN
KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP .................. 3
1.1 Lưới điện phân phối trung áp ................................................................ 3
1.1.1 Định nghĩa lưới điện phân phối trung áp ........................................... 3
1.1.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối trung áp ....................................... 3
1.1.3 Hiện trạng lưới điện trung áp tại Việt Nam ..................................... 11
1.2 Phụ tải của LĐPP ................................................................................ 13
1.3 Chất lượng điện năng của LĐPPTA ................................................... 15
1.3.1 Điện áp ............................................................................................. 15
1.3.2 Hệ số công suất ................................................................................ 17
1.3.3 Tần số ............................................................................................... 17
1.3.4 Sóng hài ............................................................................................ 17
1.3.5 Sự nhấp nháy điện áp ....................................................................... 18
1.3.6 Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố .................................... 19
1.4 Tổn thất và vấn đề giảm tổn thất trong LĐPPTA ............................... 19
1.4.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong LĐPP.................................. 19
1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất và khả năng giảm thiểu tổn
thất

21

1.5 Hiệu quả của biện pháp bù CSPK trong giảm tổn thất của LĐPPTA 24
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




1.5.1 Khái niệm về CSPK ......................................................................... 24

1.5.2 Bù CSPK trong hệ thống điện .......................................................... 26
1.5.3 Hệ số công suất và quan hệ với bù CSPK........................................ 27
1.6 Kết luận chương 1 ............................................................................... 29
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN BÙ TRONG LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP THEO ĐỒ THỊ PHỤ TẢI.............. 30
2.1 Đặt vấn đề............................................................................................ 30
2.2 Thiết bị bù CSPK ................................................................................ 30
2.2.1 Máy phát và máy bù đồng bộ ........................................................... 31
2.2.2 Tụ bù tĩnh ......................................................................................... 31
2.2.3 Thiết bị bù điều chỉnh vô cấp SVC (Static Var Compensater) ........ 32
2.2.4 Động cơ điện .................................................................................... 33
2.2.5 Nhận xét ........................................................................................... 34
2.3 Phương thức bù trong LĐPP ............................................................... 34
2.4 Các phương pháp tính tốn bù trong LĐPP ........................................ 35
2.4.1 Bù CSPK nâng cao hệ số cos ........................................................ 35
2.4.2 Cực tiểu tổn thất công suất ............................................................... 38
2.4.3 Theo điều kiện chỉnh điện áp ........................................................... 39
2.4.4 Phương pháp bù kinh tế ................................................................... 40
2.4.5 Nhận xét ........................................................................................... 44
2.5 Kết luận chương 2 ............................................................................... 44
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ CHƯƠNG TRÌNH
TÍNH ......................................................................................................... 45
3.1 Đặt vấn đề............................................................................................ 45
3.2 Xây dựng mơ hình tốn ....................................................................... 45
3.2.1 Hàm mục tiêu ................................................................................... 45
3.2.2 Các ràng buộc ................................................................................... 46
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

3.3 Cơng cụ tính tốn ................................................................................ 48
3.3.1 Đặt vấn đề......................................................................................... 48
3.3.2 Giới thiệu phần mềm PSS/Adept ..................................................... 48
3.3.3 Lập chương trình tính tốn vị trí và dung lượng bù tối ưu bằng GAMS
................................................................................................. 53
3.3.4 Giới thiệu ngơn ngữ lập trình GAMS .............................................. 53
3.3.5 Cấu trúc chương trình ...................................................................... 55
3.3.6 Thuật tốn và solver BONMIN trong chương trình GAMS ............ 55
3.4 Ví dụ .................................................................................................... 56
3.5 Kết luận chương 3 ............................................................................... 58
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG BÙ TỐI ƯU CHO LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP CHỢ ĐỒN ....................................... 59
4.1 Hiện trạng LĐPPTA huyện Chợ Đồn ................................................. 59
4.1.1 Hiện trạng nguồn cung cấp điện ...................................................... 59
4.1.2 Hiện trạng LĐPPTA và các trạm biến áp ........................................ 59
4.1.3 Hiện trạng bù của LĐPPTA ............................................................. 68
4.2 Hiện trạng tổn thất và thông số chế độ của lộ 375-E26.2 Chợ Đồn ... 69
4.2.1 Sơ đồ và thông số của lộ 375-E26.2 Chợ Đồn ................................. 69
4.2.2 Kết quả tính tốn .............................................................................. 73
4.2.3 Nhận xét ........................................................................................... 76
4.3 Tính tốn vị trí và dung lượng bù tối ưu của lộ 375-E26.2 xét đến đồ thị phụ
tải.

76

4.3.1 Sơ đồ và thông số của LĐPPTA Chợ Đồn ...................................... 76
4.3.2 Kết quả tính tốn vị trí và dung lượng bù tối ưu .............................. 77
4.3.3 Đánh giá tổn thất điện năng và chất lượng điện áp .......................... 80
4.3.4 Nhận xét ........................................................................................... 83

4.4 Kết luận chương 4 ............................................................................... 84
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 86
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




PHỤ LỤC ................................................................................................. 88

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CSTD

Công suất tác dụng

CSPK

Cơng suất phản kháng

ĐD

Đường dây.

HTĐ

Hệ thống điện.

GAMS

Ngơn ngữ lập trình (The General Algebraic Modeling System)

MC

Máy cắt.

MBA

Máy biến áp

LĐPP

Lưới điện phân phối.

LĐPPTA Lưới điện phân phối trung áp.
SCADA Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory Control
And Data Acquisition)
PSS/Adept Phần mềm (Power System Simulator/Avancer Distribution
Enginering Productivity tool).
TBPĐ

Thiết bị phân đoạn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Độ biến dạng sóng hài điện áp ................................................. 18
Bảng 1.2: Giới hạn độ nhấp nháy điện áp ................................................. 18
Bảng 1.3: Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian loại trừ sự
cố ............................................................................................. 19
Bảng 2.1: Giá trị của kkt theo phương thức cấp điện. ............................... 37
Bảng 3.1: Modul các thuật toán giải trong GAMS ................................... 54
Bảng 4.1: Hiện trạng nguồn cấp................................................................ 59
Bảng 4.2: Bảng kê tổng số MBA .............................................................. 59
Bảng 4.3: Bảng thống kê chủng loại MBA ............................................... 60
Bảng 4.4: Bảng thông số hiện trạng tải của MBA phân phối ................... 60
Bảng 4.5: Bảng thống kê dung lượng bù của tụ điện ................................ 68
Bảng 4.6: Thông số phụ tải ....................................................................... 71
Bảng 4.7: Thông số đường dây lộ 375-E26.2 ........................................... 72
Bảng 4.8: Vị trí và dung lượng bù tối ưu .................................................. 78
Bảng 4.9: Tổn thất điện năng trong thời gian tính tốn ............................ 80
Bảng 4.10: Công suất cực đại trên các đường dây trong thời gian tính
tốn .......................................................................................... 82

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ lưới phân phối hình tia. ........................................................... 8
Hình 1.2: Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn. .................................... 8

Hình 1.3: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp. ....................... 9
Hình 1.4: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập. ............... 9
Hình 1.5: Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục. .................................................... 10
Hình 1.6: Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phịng chung. ............................. 10
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện. ...................................................... 11
Hình 1.8: Đồ thị phụ tải ngày .......................................................................... 14
Hình 1.9: Đồ thị phụ tải ngày điển hình theo mùa .......................................... 15
Hình 1.10: Biến thiên của điện áp trong lưới điện .......................................... 16
Hình 1.11: Sơ đồ và tham số của mạch điện ................................................... 25
Hình 1.12: Tam giác cơng suất ....................................................................... 26
Hình 1.13: Giản đồ vecto dịng điện ............................................................... 27
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của SVC ............................................................... 33
Hình 2.2: Sơ đồ LĐPP..................................................................................... 35
Hình 3.1: Sơ đồ các bước thực hiện tính tốn bằng PSS/Adept ..................... 49
Hình 3.2: Giao diện xác định thư viện dây dẫn .............................................. 50
Hình 3.3: Giao diện xác định các thuộc tính của lưới điện ............................. 50
Hình 3.4: Giao diện thiết lập thơng số từng phần tử của lưới điện ................. 51
Hình 3.5: Giao diện hộp tùy chọn chương trình tính tốn .............................. 51
Hình 3.6: Hiển thị kết quả tính tốn trên sơ đồ ............................................... 52
Hình 3.7: Hiển thị kết quả tính tốn trên của số progress view ...................... 52
Hình 3.8: Hiển thị kết quả tính tốn trên cửa sổ report ................................... 53
Hình 3.9: Sơ đồ LĐPP 33 nút ......................................................................... 56
Hình 3.10: Đồ thị phụ tải ngày ........................................................................ 57
Hình 3.11: Điện áp nút lớn nhất ở năm 1 và nhỏ nhất ở năm thứ 3 ................ 58
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý lộ 375-E26.2 ........................................................ 70

Hình 4.2: Hiện trạng điện áp các nút của lộ 375-E26.2 .................................. 74
Hình 4.3: Điện áp các nút trong chế độ phụ tải cực đại trên PSS/Adept ........ 75
Hình 4.4: Đồ thị phụ tải ngày điển hình lộ 375-E26.2 .................................... 77
Hình 4.5: Vị trí bù tối ưu của lộ 375-E26.2 .................................................... 79
Hình 4.6: Điện áp lớn nhất và nhỏ nhất tại các nút của lộ 375-E26.2 trong
thời gian tính tốn.......................................................................... 81
Hình 4.7: Điện áp nút 26, năm thứ 3 và mùa hè ............................................. 81
Hình 4.8: Điện áp nút 26, năm thứ 1 và mùa đơng ......................................... 82

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài
Lưới điện phân phối (LĐPP) nói chung và ưới điện phân phối trung áp
(LĐPPTA) nói riêng được xây dựng và phát triển từng bước qua các nhiều giai
đoạn nên tồn tại nhiều bất cập như: nhiều cấp điện áp, nhiều chủng loại dây với
tiết diện không đảm bảo, chiều dài truyền tải quá lớn đặc biệt tại khu vực miền
núi... Dẫn đến, tổn thất điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năng lớn.
Chất lượng điện không đảm bảo và hiệu quả truyền tải của lưới điện thấp.
Nhiều giải pháp đã được thực hiện nhằm nâng cao chất lượng điện và
hiệu quả truyền tải của LĐPPTA. Trong đó, giải pháp bù cơng suất phản kháng
đã được quan tâm từ rất sớm và thực hiện phổ biến trên LĐPP. Tuy nhiên,
phương pháp phổ biến sử dụng để tính tốn vị trí và dung lượng bù hiện nay
dựa trên công suất cực đại và hệ số công suất cos nhằm giảm tổn thất trong
lưới điện. Phương pháp này gặp sai số lớn và có thể không đảm bảo độ lệch
điện áp các nút khi phụ tải thay đổi lớn ở giá trị cực đại hay cực tiểu (trong giờ
cao điểm hoặc thấp điểm). Hơn nữa, nhiều phương pháp tính tốn mới đã được

giới thiệu cùng với các ngơn ngữ lập trình và các chương trình tính tốn cho
phép xét đến đồng thời nhiều thơng số của LĐPP. Vì vậy, độ chính xác của kết
quả tính tốn được nâng lên đồng thời đảm bảo được thông số chế độ của lưới
điện trong mọi trạng thái vận hành.
Từ phân tích trên, đề tài được lựa chọn cho nghiên cứu này nhằm mục
đích nghiên cứu lựa chọn các thiết bị và phương pháp bù hợp lý cho LĐPPTA,
sử dụng các phương pháp tối ưu hóa nhằm tính tốn vị trí và dung lượng bù tối
ưu. Thay đổi của phụ tải được xét đến khi tính tốn thơng số chế độ cũng như
lựa chọn vị trí và dung lượng bù theo đồ thị phụ tải ngày điển hình của các mùa
trong năm nhằm tăng độ tin cậy, chính xác của kết quả tính tốn, đáp ứng gần
hơn u cầu của thực tiễn. Chương trính tính tốn được nghiên cứu lập trình
bằng ngơn ngữ lập trình GAMS, tính tốn áp dụng cho LĐPPTA trên địa bàn
huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn. Từ đó, giúp cho cơ quan quản lý xây dựng được

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




kế hoạch đầu tư thiết bị bù và vận hành lưới điện đảm bảo chất lượng điện năng,
an toàn, tin cậy và có hiệu quả cao.
II. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu và phát triển phương pháp tính tốn vị trí và dụng lượng bù
tối ưu trong LĐPPTA. Trên cơ sở đó, xây dựng các chương trình tính tốn vị
trí và dụng lượng bù tối ưu trong LĐPPTA.
- Ứng dụng vào thực tế, xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu cho
LĐPPTA Chợ Đồn. Từ đó, đánh giá hiệu quả của phương pháp bù hiện nay
đồng thời đề xuất giải pháp bù cho LĐPPTA Chợ Đồn.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: LĐPPTA Chợ Đồn.

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các phương pháp bù trong LĐPPTA,
các phương pháp bù, mơ hình tốn và chương trình tính tốn vị trí và dung
lượng bù tối ưu trong LĐPPTA. Đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bù
cho LĐPPTA Chợ Đồn.
VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu này đã xây dựng được mơ hình tốn và
chương trình tính tốn vị trí và dung lượng bù tối ưu cho LĐPPTA khi xét đến
thay đổi của phụ tải theo đồ thị phụ tải ngày điển hình.
- Ý nghĩa thực tiễn: Nhu cầu của tải trong thực tế thay đổi rất lớn nên việc
tính tốn bù xét đến thay đổi của phụ tải theo đồ thị phụ tải ngày đảm bảo cực
tiểu tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong suốt thời gian tính tốn đồng
thời đảm bảo u cầu về độ lệch điện áp cho phép. Vì vậy, tăng độ tin cậy và
hiệu quả trong thiết kế và vận hành thiết bị bù trong LĐPPTA.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




CHƯƠNG 1. LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP
1

Chương 1, Equation Chapter 1 Section 1

1.1 Lưới điện phân phối trung áp
1.1.1 Định nghĩa lưới điện phân phối trung áp
Lưới điện phân phối trung áp (LĐPPTA) là một phần của hệ thống điện,
làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực
hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải. LĐPPTA là khâu cuối

cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng [1][8]. Tính
đến nay lưới điện trung áp đã trải khắp các xã trên đất nước, tuy nhiên cịn một
số thơn, bản vẫn chưa được dùng điện lưới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện
từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel.
1.1.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối trung áp
LĐPPTA được phân bố trên diện rộng, thường vận hành khơng đối xứng
và có tổn thất lớn. Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp nhất trên LĐPPTA
vào khoảng 4% [8][12].
Vấn đề tổn thất trên LĐPPTA liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật
của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Do đó, trên cơ sở các số liệu
về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của LĐPPTA.
Trong những năm gần đây, LĐPPTA của nước ta phát triển mạnh, các
Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh mẽ về quản lý. Vì vậy, chất lượng
vận hành của LĐPPTA được câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm mạnh
song vẫn còn rất khiêm tốn.
Phân loại lưới điện trung áp
Lưới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV
phân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp
trung áp [1][8].
Phân loại LĐPPTA trung áp theo 3 dạng:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ, có 3 loại:
+ Lưới phân phối thành phố;
+ Lưới phân phối nơng thơn;
+ Lưới phân phối xí nghiệp.
- Theo thiết bị dẫn điện:

+ Lưới phân phối trên không;
+ Lưới phân phối cáp ngầm.
- Theo cấu trúc hình dáng:
+ Lưới hở (hình tia) có phân đoạn và khơng phân đoạn.
+ Lưới kín vận hành hở;
+ Sơ đồ hình lưới;
Vai trị của lưới điện trung áp
LĐPPTA làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm
khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện.
LĐPPTA được xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay
nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện.
Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, đảm bảo
cho nhu cầu phát triển của phụ tải. Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về
ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép.
LĐPPTA trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện:
- Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện áp cho phụ tải.
- Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho
phụ tải. Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế
hoạch lưới phân phối. Mỗi sự cố trên LĐPPTA trung áp đều có ảnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN




hưởng rất lớn đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã
hội.
- Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35%
cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải).
- Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năng

xảy ra trên LĐPPTA. Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra này.
- LĐPPTA gần với người dùng điện, do đó vấn đề an tồn điện cũng là
rất quan trọng.
Các phần tử chính của lưới điện trung áp
Các phần tử chủ yếu trong LĐPPTA bao gồm [8][12]:
- MBA trung gian và MBA phân phối.
- Thiết bị dẫn điện: Đường dây tải điện.
- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét
van, áp tơ mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch.
- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi
đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa,
thiết bị lọc sóng hài bậc cao.
- Thiết bị đo lường: Cơng tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản
kháng, đồng hồ đo điện áp và dịng điện, thiết bị truyền thơng tin đo
lường...
- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.
- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng
nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ
tháo trên đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch, ...
- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo
xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết
bị thực hiện, ...
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thơng số đặc trưng (công suất, điện
áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần
số định mức, khả năng đóng cắt ...) được chọn trên cơ sở tính tốn kỹ thuật.

Những phần tử có dịng cơng suất đi qua (MBA, dây dẫn, thiết bị đóng cắt,
máy biến dịng, tụ bù ...) thì thơng số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến thông số
chế độ (điện áp, dịng điện, cơng suất) nên được dùng để tính tốn chế độ làm việc
của LĐPPTA.
Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và khơng làm việc.
Một số ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển,
mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc.
Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải)
như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải. Một số khác có thể
thay đổi khi cắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định. MBA và đường
dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải.
Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây tải điện được chia thành nhiều phần
tử của hệ thống điện.
Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vận
hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế
khác. Ví dụ tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử
của lưới không làm việc để LĐPPTA vận hành hở theo điều kiện tổn thất công
suất nhỏ nhất.
Cấu trúc của lưới điện trung áp
Cấu trúc của LĐPPTA bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành
[8][12].
- Cấu trúc tổng thể: Là cấu trúc bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ
lưới đầy đủ. Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu
trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa. Thừa về số phần tử, về khả năng
tải của các phần tử, thừa về khả năng lập sơ đồ. Ngồi ra trong vận
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa.
Trong một chế độ vận hành nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc
tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, đa phần đó là cấu trúc vận hành.
- Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là một
hay một vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái
của lưới điện.
Cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử và các sơ đồ vận hành do
người vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện
kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế nhất
(tổn thất nhỏ nhất). Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị
hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng chuyển qua
cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết. Cấu
trúc vận hành sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành
bình thường. Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải.
Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận
lợi.
Ngoài ra, cấu trúc LĐPPTA cịn có thể có các dạng như:
- Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này LĐPPTA không thể thay đổi sơ đồ
vận hành. Khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì tồn bộ hoặc một phần
LĐPPTA phải ngừng cung cấp điện. Cấu trúc dạng này chính là
LĐPPTA hình tia khơng phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao
cách ly hoặc máy cắt.
- Cấu trúc động khơng hồn tồn: Trong cấu trúc này, LĐPPTA có thể
thay đổi sơ đồ vận hành ngồi tải, tức là khi đó LĐPPTA được cắt
điện để thao tác. Đó là lưới điện trung áp có cấu trúc kín vận hành hở.
- Cấu trúc động hồn tồn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐPPTA có thể
thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi lưới đang trong trạng thái làm
việc. Cấu trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ
tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

tế LĐPPTA, trong đó cấu trúc động khơng hồn tồn và cấu trúc động
hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi
đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể. Cấu trúc động ở mức cao cho phép
vận hành lưới điện trong thời gian thực. LĐPPTA trong cấu trúc này
phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn để
thao tác sơ đồ.
Một số dạng sơ đồ cấu trúc LĐPPTA:
- Lưới hình tia: Lưới này có ưu điểm là rẻ tiền nhưng độ tin cậy rất thấp
như Hình 1.1.
- Lưới hình tia phân đoạn: Độ tin cậy cao hơn. Phân đoạn lưới phía
nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện cơng tác các đoạn lưới
phía sau, vì nó ảnh hưởng ít đến các phân đoạn trước (Hình 1.2).
MC

ĐD

Nguồn
P1

P2

P3

P4

P…

Pn

Hình 1.1: Sơ đồ lưới phân phối hình tia.

Nguồn

ĐD

MC

P1

P2

TBPĐ

P3

P4

P…

Pn

Hình 1.2: Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn.

- Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp (Hình 1.3): Có độ tin cậy
cao hơn nữa do mỗi phân đoạn được cấp điện từ hai phía. Lưới điện này
có thể vận hành kín cho độ tin cậy cao hơn nhưng phải trang bị máy cắt

và thiết bị bảo vệ có hướng nên đắt tiền. Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn
một chút do phải thao tác khi sự cố nhưng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự
động hay điều khiển từ xa.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




MC
Nguồn

ĐD

TBPĐ

ĐD
TBPĐ

MC
MC

ĐD

TBPĐ

ĐD

Hình 1.3: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp.

- Lưới kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập (Hình 1.4): Lưới

điện này phải vận hành hở vì khơng đảm bảo điều kiện vận hành song
song lưới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn
mạch.
MC
Nguồn 1

ĐD

TBPĐ

ĐD
TBPĐ

MC
Nguồn 2

ĐD

TBPĐ

ĐD

Hình 1.4: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập.

- Lưới điện kiểu đường trục (Hình 1.5): Cấp điện cho một trạm cắt hay
một trạm biến áp, từ đó có các đường dây cấp điện cho các trạm biến
áp phụ tải. Trên các đường dây cấp điện khơng có nhánh rẽ, loại này
có độ tin cậy cao. Thường dùng để cấp điện cho các xí nghiệp hay các
nhóm phụ tải xa trạm nguồn và có yêu cầu cơng suất lớn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




MC
Nguồn
MC

ĐD1

MC
MC

MC

ĐD2

MC

Hình 1.5: Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục.

- Lưới điện có đường dây dự phịng chung (Hình 1.6): Có nhiều đường
dây phân phối được dự phòng chung bởi một đường dây dự phịng.
Lưới điện này có độ tin cậy cao và rẻ hơn kiểu một đường dây dự
phòng cho một đường dây như ở trên (Hình 1.5). Loại này được dùng
tiện lợi cho lưới điện cáp ngầm.
Lưới điện trong thực tế là tổ hợp của 6 loại lưới điện trên. Áp dụng cụ thể
cho lưới điện trên không hay lưới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ thống
điện có kiểu sơ đồ riêng.

Nguồn
Đường dây dự phịng

Hình 1.6: Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phịng chung.

Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể
được điều khiển bằng tay. Các thiết bị phân đoạn phải là loại khơng địi hỏi bảo
dưỡng định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi như tin cậy tuyệt đối và
được gọi là Sơ đồ hình lưới như Hình 1.7. Đây là dạng cao cấp nhất và hồn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




hảo nhất của lưới phân phối trung áp. Lưới điện có nhiều nguồn, nhiều đường
dây tạo thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn. Lưới điện bắt
buộc phải điều khiển từ xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống SCADA.
Hiện đang nghiên cứu loại điều khiển hoàn toàn tự động.
Nguồn 2

Nguồn 1

Nguồn 3
TBPĐ
Nguồn 4

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện.

Trong sơ đồ, các vị trí cắt được chọn theo điều kiện tổn thất điện năng nhỏ

nhất cho chế độ bình thường, chọn loại theo mùa trong năm và chọn theo điều
kiện an toàn cao nhất khi sự cố.
1.1.3 Hiện trạng lưới điện trung áp tại Việt Nam
Tình hình phát triển lưới điện trung áp của nước ta
Do điều kiện lịch sử để lại, hiện nay hệ thống LĐPPTA của Việt Nam bao
gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, cả ở thành thị và nông thôn. Nhằm nâng cao
độ tin cậy trong việc cung cấp điện, đơn giản trong quản lý vận hành, đáp ứng
yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng của khách hàng và giảm tổn
thất điện năng của toàn hệ thống đạt khoảng 10% vào năm 2010, Tập đoàn Điện
lực Việt Nam thường xuyên đầu tư mở rộng, nâng cấp và cải tạo LĐPPTA trên
phạm vi cả nước. Theo kế hoạch phát triển đến năm 2010, LĐPPTA của tập
đoàn đã được xây dựng thêm 282.714 km đường dây trung áp, hạ áp và 19.010
MVA công suất MBA phân phối [9][10].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Cùng với sự đổi mới và phát triển kinh tế, q trình phát triển và điện khí
hố của nước ta đã có những thay đổi quan trọng, góp phần thúc đẩy sự phát
triển của các ngành kinh tế, cải thiện mức sống về vật chất và tinh thần cho
nhân dân, đặc biệt là nông dân. Hiện nay 100% số huyện trong cả nước đã có
điện lưới quốc gia và hầu hết các xã đã có điện.
Tình hình phát triển phụ tải điện
Theo qui hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét
đến năm 2030 (Qui hoạch điện VII) [9] và điều chỉnh qui hoạch phát triển điện
lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 (Qui hoạch điện VII
điều chỉnh) [10], nhu cầu phụ tải điện mức cơ sở được phê duyệt với mức tăng
trưởng bình quân 12.7%/năm trong giai đoạn 2011-2020 và tương ứng

7.8%/năm giai đoạn 2021- 2030.
Tương tự, theo kết quả nghiên cứu của đề tài KHCN-0907, “Dự báo nhu
cầu phụ tải trong giai đoạn 2000 - 2020” do Viện Chiến lược phát triển, Bộ Kế
hoạch và Đầu tư xây dựng với 2 phương án: phương án cao và phương án cơ
sở. Trong đó lấy nhịp độ phát triển dân số trong 25 năm (1996-2020) được dự
báo bình quân là 1.72%/năm.
Nhu cầu điện năng theo phương án cao được dự báo theo phương án phát
triển kinh tế cao. Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng trưởng
trung bình điện năng sẽ là 10.2%/năm và 8.9%/năm tương ứng với từng giai
đoạn là 2000 - 2010 và 2010 - 2020. Đến năm 2020, nhu cầu điện năng là 204
tỷ kWh. Tốc độ tăng trưởng điện năng của cả giai đoạn 1996 - 2020 là
11%/năm.
Nhu cầu điện năng phương án cơ sở được dự báo theo phương án phát
triển kinh tế cơ sở. Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng trưởng
trung bình điện năng sẽ là 10.5%/năm và 8.2%/năm tương ứng với từng giai
đoạn. Đến năm 2020, nhu cầu điện năng là 173 tỷ kWh. Tốc độ tăng trưởng
điện năng của giai đoạn 2000 - 2020 là 10.4%/năm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Với dự báo này thì ngành điện nói chung và LĐPPTA địa phương nói
riêng trong thời gian tới địi hỏi phải có sự phát triển, cải tạo và mở rộng rất
lớn. Đây là một thực tế cần phải được quan tâm.
1.2 Phụ tải của LĐPP
Phụ tải điện là căn cứ để tính tốn thiết kế cũng như vận hành HTĐ như
chọn các thiết bị điện, tính tốn tổn thất cơng suất, tổn thất điện áp, tính và chọn
các rơle bảo vệ... Phụ tải điện là một hàm biến đổi theo thời gian phụ thuộc vào

nhu cầu của khách hàng và vì vậy chúng khơng tn thủ theo một qui luật nhất
định.
Xác định được phụ tải chính xác cho phép tính toán thiết kế và vận hành
HTĐ đáp ứng được yêu cầu thực tiễn của khách hàng sử dụng điện. Vì vậy,
việc xác định và dự báo phụ tải nói chung và đồ thị phụ tải nói riêng là số liệu
quan trọng trong việc thiết kế cũng như vận hành HTĐ.
Trước tầm quan trọng đối với việc xác định đúng phụ tải, đã có rất nhiều
cơng trình nghiên cứu nhằm xác định được phụ tải tính tốn sát nhất với phụ
tải thực tế và đã có nhiều phương pháp được áp dụng. Các phương pháp xác
định phụ tải được chia thành hai nhóm:
- Nhóm phương pháp dựa trên kinh nghiệm vận hành, thiết kế và được
tổng kết lại bằng các hệ số tính tốn (đặc điểm của nhóm phương pháp này là:
thuận lợi nhất cho việc tính tốn, nhanh chóng đạt kết quả, nhưng thường cho
kết quả kém chính xác).
- Nhóm phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất và thống kê (có
ưu điểm cho kết quả khá chính xác, song cách tính lại rất phức tạp).
Sự thay đổi của phụ tải theo thời gian có thể được biểu diễn bằng các giá
trị tức thời hay lấy theo giá trị trung bình của phụ tải trong khoảng thời gian
được xét được gọi là đồ thị phụ tải và được phân thành:
i) Đồ thị phụ tải hàng ngày, ví dụ như Hình 1.8.
ii) Đồ thị phụ tải hàng tháng. iii) Đồ thị phụ tải hàng năm…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Ngoài ra, đồ thị phụ tải điện được phân loại theo đại lượng đo gồm:
i) Đồ thị phụ tải tác dụng P(t).
ii) Đồ thị phụ tải phản kháng Q(t).
iii) Đồ thị điện năng A(t).

Hình 1.8: Đồ thị phụ tải ngày
Trong các nghiên cứu trước đây, tính tốn thơng số chế độ và tổn thất của
hệ thống điện hay LĐPP thường tính tốn các chế độ giới hạn của hệ thống như
phụ tải cực đại hay cực tiểu. Ví dụ, tính tốn tổn thất cơng suất và tổn thất điện
năng được tính theo cơng suất cực đại và thời gian làm việc với công suất cực
đại Tmax, thời gian chịu tổn thất công suất cực đại . Tuy nhiên, giá trị của Tmax
và  là những giá trị giả thiết theo khảo sát đã được thực hiện từ rất lâu và hiện
khơng cịn phù hợp.
Hơn nữa, khả năng tính tốn của máy tính điện tử ngày nay cho phép sử
dụng các chương trình tính với số lượng trạng thái và qui mơ lớn. Do đó, sự
thay đổi của tải theo thời gian đã được xét đến bằng cách tính tốn thơng số chế
độ của hệ thống theo đồ thị phụ tải ngày điển hình của mùa trong năm như Hình
1.9 [11]. Phương pháp này xét đến thay đổi của phụ tải theo thời gian trong
ngày và mùa trong năm do đó thông số chế độ được xem xét trong hầu hết các
trạng thái vận hành của hệ thống trong thực tiễn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN