Nghiên cứu các phương pháp tính toán tổn thất công suất và đề xuất các phương án giảm tổn thất công suất lưới trung áp huyện châu thành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
BIỆN CƠNG BẰNG

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỔN
THẤT CƠNG ŚT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN
GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT LƯỚI TRUNG ÁP
HUYỆN CHÂU THÀNH

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 6 1 2 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
BIỆN CƠNG BẰNG

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỔN
THẤT CƠNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN
GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT LƯỚI TRUNG ÁP
HUYỆN CHÂU THÀNH

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
BIỆN CƠNG BẰNG

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỔN
THẤT CƠNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN
GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT LƯỚI TRUNG ÁP
HUYỆN CHÂU THÀNH

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2019


I


II

I


II


III


IV


V


VI


VII


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng 04 năm 2019.

Người cam đoan

Biện Công Bằng

VIII


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy
trong chương trình cao học Kỹ thuật điện cho lớp KDD17B.
Tơi xin cảm ơn các q thầy cơ đã góp ý, hướng dẫn nội dung chun đề của
tơi, để tơi có thể hoàn thiện luận văn cao học tốt hơn.
Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Minh Tâm đã tận tình
hướng dẫn tơi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.
Tôi xin gởi lời cảm ơn đến các tác giả của các tài liệu mà tôi đã trích dẫn và
tham khảo để hồn thành luận văn này.
Sau cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã ln
tạo điều kiện tốt nhất cho tơi trong suốt q trình học cũng như thực hiện luận văn.
Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên
luận văn còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến góp ý của Thầy/Cô và các
anh chị học viên.
Xin chân thành cảm ơn
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng 04 năm 2019.

Người cam đoan

Biện Công Bằng

IX

TĨM TẮT
Luận văn “Nghiên cứu các phương pháp tính tốn tổn thất công suất và đề
xuất các phương án giảm tổn thất công suất lưới trung áp huyện Châu Thành”
đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu như sau:
-

Xác định dung lượng bù, vị trí lắp đặt tụ bù tối ưu nhằm giảm tổn thất điện

năng trên lưới điện đảm bảo lưới điện vận hành ổn định có hệ số công suất từ 0,95
trở lên.
-

Nghiên cứu áp dụng giải thuật bài toán TOPO để xác định điểm tách lưới

của phần mềm PSS/ADEPT để xác định cấu hình lưới phân phối điển hình để
giảm tổn thất điện năng của lưới phân phối.
-

Phương thức vận hành lưới điện phân phối huyện Châu Thành được lựa

chọn là phương án có tổn thất điện năng là nhỏ nhất .
Đề tài nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hai giải pháp là bù công suất phản
kháng cho lưới điện phân phối qua việc xác định dụng lượng, vị trí bù tối ưu và
xác định điểm dừng tối ưu thơng qua chương trình PSS/ADEPT. Đồng thời thơng
qua chương trình PSS/ADEPT ta xác định tổn thất cơng suất hiện hữu trên lưới
điện phân phối với các thông số lấy được từ kết quả vận hành thực tế của lưới
điện khu vực huyện Châu Thành.

X


ABSTRACT
The thesis "Researching methods of calculating power loss and proposing
plans to reduce capacity of medium voltage grid capacity in Chau Thanh
district" has completed the following research contents:
- Determining the compensation capacity, the optimal position of installing
capacitor to reduce the power loss on the grid to ensure the peak power grid
operation with a power factor of 0.95 or more.
- Studying the algorithm TOPO problem to determine the mesh separation
point of PSS/ADEPT software to determine the typical distribution grid
configuration to reduce power loss of the distribution grid.
- Choosing the mode of operation of Chau Thanh district's distribution grid the
plan with the smallest electricity loss.
The study mainly focused on two solutions: compensating reactive power for
distribution grid by determining the optimal amount, optimal compensation
position and optimal stop determination through PSS/ADEPT program. At the
same time, through the PSS/ADEPT program, we determine the loss of existing
power on the distribution grid with the parameters obtained from the actual
operation results of the power grid in Chau Thanh district.

XI


MỤC LỤC
Chương 1 MỞ ĐẦU ..................................................................................................1
1.1 Lý do chọn đề tài ........................................................................................1
1.2 Mục đích nghiên cứu ..................................................................................2
1.3 Nội dung nghiên cứu ..................................................................................2

1.4 Kết quả đạt được của đề tài ........................................................................2
1.5 Giới hạn của đề tài......................................................................................2
1.6 Giá trị thực tiễn ..........................................................................................2
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................3
2.1

Khái niệm lưới điện .......................................................................................3

2.1.1

Lưới hệ thống: .....................................................................................3

2.1.2

Lưới truyền tải: ....................................................................................3

2.1.3

Lưới phân phối [1]: .............................................................................3

2.2

Khái niệm về tổn thất điện năng [2] ..............................................................5
Các nguyên nhân gây ra TTĐN trên lưới phân phối. .............................5

2.2.1
2.3

Phương pháp xác định tổn thất điện năng .....................................................7
Xác định TTĐN của lưới điện qua tính tốn tổn thất kỹ thuật. ..............7

2.3.1
2.3.1.1

Phương pháp phương sai dòng điện σ2................................................7

2.3.1.2

Phương pháp cường độ dòng điện thực tế. ..........................................8

2.3.1.3

Phương pháp điện trở đẳng trị: ............................................................8

2.3.1.4

Phương pháp theo đồ thị phụ tải........................................................10

2.3.1.5

Phương pháp theo thời gian tổn thất công suất cực đại.....................10
Xác định TTĐN thực hiện qua hệ thống công tơ đo đếm.....................12

2.3.2

2.3.3 Nhận dạng TTĐN theo từng cấp điện áp, từng khu vực lưới điện, từng
xuất tuyến trung áp, từng trạm biến áp công cộng. ...........................................13
2.4

Các biện pháp giảm TTĐN..........................................................................14

2.4.1

Biện pháp quản lý kỹ thuật-vận hành: ..................................................14

2.4.2

Biện pháp quản lý quản lý kinh doanh: ................................................15

2.4.3

Bài toán tái cấu hình lưới giảm tổn thất cơng suất ...................................17

* Các nghiên cứu trước đây ..............................................................................17
2.4.3.1

Phương pháp kết hợp Heuristic và tối ưu hóa [3] ............................18

2.4.3.2

Phương pháp Heuristic .....................................................................19

2.4.3.3

Các giải thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo ............................................20

2.4.3.4

Giải pháp đề xuất bởi phần mềm PSS/ADEPT ................................23

2.4.4
2.5

Nhận xét, kết luận.....................................................................................25
Bài toán xác định phương án bù tối ưu........................................................26
XII


2.5.1

Các nghiên cứu trước đây .....................................................................26

2.5.2

Lý thuyết bù cho lưới phân phối ...........................................................28

2.5.3

Giải pháp đề xuất bởi phần mềm PSS/ADEPT ....................................30

2.5.4

Nhận xét, kết luận .................................................................................34

Chương 3 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM PSS/ADEPT ...................................35
3.1

Giới thiệu tổng quan. ...................................................................................35

3.2

Các cửa số ứng dụng....................................................................................37

3.2.1

Diagram View .......................................................................................38

3.2.2

Cửa sổ Equipment List View ................................................................38

3.2.3

Cửa sổ Progress View ...........................................................................39

3.2.4

Cửa sổ Report Preview .........................................................................39

3.3

Các bước thực hiện trong phần mềm PSS/ADEPT .....................................39

3.3.1

Bước 1. Thiết lập thông số mạng lưới điện .......................................39

3.3.2

Bước 2. Vẽ sơ đồ lưới điện................................................................42

3.3.3

Bước 3. Chạy các chức năng tính tốn ..............................................42

3.3.4

Bước 4. Lập báo cáo ..........................................................................44

3.4 Phương pháp xác định điểm dừng (điểm tách lưới) tối ưu bằng Modul
TOPO Analysis của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 .................................................46
3.5

Phương pháp xác định điểm dừng tối ưu của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 48

3.6

Nhận xét .......................................................................................................51

Chương 4 ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PSS/ADEPT TÍNH BÙ CƠNG
SUẤT PHẢN KHÁNG CHO TUYẾN 22KV .......................................................52
4.1

Tổng quan huyện Châu Thành, tỉnh An Giang............................................52

4.1.1

Giới thiệu về lưới điện huyện Châu ..................................................52

4.1.2

Khối lượng quản lý huyện Châu Thành. ...........................................55

4.1.3

Sơ đồ kết lưới huyện Châu Thành. ....................................................55

4.1.4

Thực trạng sử dụng điện năng huyện Châu Thành. ..........................56

4.2

Thông số đường dây 22kV tuyến 481 An Châu ..........................................59

4.3

Thiết lập thông số các phần tử trên lưới điện ..............................................59

4.3.1

Thiết lập thông số nút nguồn. ............................................................59

4.3.2

Thiết lập thông số nút tải. ..................................................................60

4.3.3

Thiết lập thông số đường dây. ...........................................................60

4.3.3

Thiết lập thông số máy biến áp phân phối. .......................................61

4.3.4

Thiết lập thông số kinh tế cho chương trình PSS/ADEPT. ...............61

4.4

Xác định dung lượng bù và vị trí bù tối ưu cho phát tuyến 481 An Châu ..63

4.4.1

Đồ thị phụ tải .....................................................................................63

XIII


4.4.2

Xác định vị trí bù tối ưu ....................................................................65

4.4.3

Tính tốn hiệu quả kinh tế khi bù công suất .....................................67

Chương 5 XÁC ĐỊNH ĐIỂM DỪNG TỐI ƯU BẰNG PHẦN MỀM
PSS/ADEPT CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI .....................................................69

5.1

Giới thiệu .....................................................................................................69

5.2

Thiết đặt thông số kinh tế cho cho bài toán TOPO .....................................70

5.3

Đặt các tùy chọn cho bài toán TOPO ..........................................................71

5.4

Chạy bài toán TOPO cho một sơ đồ lưới điện ............................................71

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...........................................78
6.1

Kết luận........................................................................................................78

6.2

Các nội dung chưa thực hiện được ..............................................................78

6.3

Hướng phát triển ..........................................................................................79

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................80

PHỤ LỤC .................................................................................................................82

XIV


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TTĐN:

Tổn thất điện năng.

EVN:

Tập Đoàn Điện lực Việt Nam.

EVN SPC:

Tổng Công ty Điện lực miền Nam.

PCAG:

Công ty Điện lực An Giang.

ĐLCT:

Điện lực Châu Thành.

TOPO:

Xác định điểm dừng (điểm tách lưới) tối ưu.

CAPO:

Xác định vị trí lắp giàn bù tối ưu.

LĐPP:

Lưới điện phân phối.

TBA:

Trạm biến áp.

MBA:

Máy biến áp.

HTĐ:

Hệ thống điện.

CSPK:

Công suất phản kháng.

Q:

Công suất phản kháng.

ΔQ:

Tổn thất công suất phản kháng.

CSTD:

Công suất tác dụng.

P:

Công suất tác dụng.

P:

Tổn thất công suất tác dụng.

A:

Tổn thất điện năng.

ĐTPT:

Đồ thị phụ tải.

PBCS:

Phân bổ công suất.

TBĐĐ:

Thiết bị đo đếm.

XV


DANH SÁCH HÌNH VẼ
HÌNH

TRANG

Hình 2.1 Mơ hình lưới điện .........................................................................................4
Hình 2.2: Nguyên nhân gây tổn thất điện năng ..........................................................5
Hình 2.3: Đường dây phân nhánh hình tia đơn giản ..................................................9
Hình 2.4: Đường dây phân nhánh phức tạp ...............................................................9
Hình 2.5: Sơ đồ xác định tổn thất điện năng bằng thiết bị đo ..................................13
Hình 2.6: Lưu đồ xác định điểm dừng tối ưu bằng phần mềm PSS/ADEPT ............24
Hình 2.7: Biểu đồ mơ tả bù tĩnh và bù ứng động trên biểu đồ phụ tải .....................29
Hình 2-8: Lưu đồ bù tối ưu trên lưới điện có sử dụng phần mềm PSS/ADEPT .......31
Hình 3.1: Cửa sổ giao diện PSS/ADEPT [10] ..........................................................38
Hình 3.2: Bốn bước thực hiện của phần mềm PSS/ADEPT .....................................39
Hình 3.3 Thiết lập thơng số mạng lưới điện .............................................................40
Hình 3.4 Xây dựng thuộc tính lưới điện ....................................................................41
Hình 3.5 Thiết lập hằng số kinh tế ............................................................................42
Hình 3.6: Các phân hệ tính tốn trong PSS/ADEPT ................................................43
Hình 3.7: Xác định vị trí bù tối ưu ............................................................................44
Hình 3.8 Thơng số hiển thị trên sơ đồ .......................................................................45
Hình 3.9 Thơng số hiển thị trên cửa sổ progress view .............................................45
Hình 3.10: Cửa sổ hiển thị kết quả ...........................................................................46
Hình 3.11: Thuật tốn tính TOPO của phần mềm PSS/ADEPT ...............................47
Hình 3.12: Hộp thoại thiết đặt thơng số kinh tế cho bài tốn CAPO và TOPO .......50
Hình 4.1: sơ đồ nối điện 22kV Điện lực Châu Thành ...............................................56
Hình 4-2: Đồ thị phụ tải năm 2017 của huyện Châu Thành ....................................58

Hình 4-3: Đồ thị phụ tải ngày điển hình của huyện Châu Thành .............................58
Hình 4.4: Thơng số nút nguồn và mơ hình nguồn ....................................................59
Hình 4.5: Thơng số nút tải và mơ hình nút tải .........................................................60
Hình 4.6: Thiết lập thơng số dây dẫn........................................................................60
Hình 4.7: Thơng số máy biến áp phân phối và mơ hình ...........................................61
Hình 4.8: Các thơng số kinh tế trong CAPO ............................................................61
Hình 4.9: Đồ thị phụ tải điển hình 1 ngày năm 2017 ...............................................63
Hình 4.10 Xây dựng đồ thị phụ tải cho chương trình PSS/ADEPT ..........................64
Hình 4.11: Phụ tải theo thời điểm trong ngày ..........................................................64
Hình 4.12 Tính dung lượng và vị trí bù trên lưới trung áp .......................................65

XVI


Hình 5.1: Thơng số kinh tế cho bài tốn TOPO .......................................................71
Hình 5.2: Đặt các tùy chọn cho bài tốn TOPO .......................................................71
Hình 5.3 Sơ đồ lưới điện mẫu để chạy bài tốn TOPO ............................................72
Hình 5.4: Kết quả chạy bài tốn TOPO ....................................................................74

XVII


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
BẢNG

TRANG

Bảng 3.1: Ý nghĩa các thông số kinh tế được thiết đặt trong PSS/ADEPT ..............50
Bảng 4.1: Khối lượng quản lý huyện Châu Thành ...................................................55
Bảng 4.2: Thực trạng sử dụng điện huyện Châu Thành ...........................................56

Bảng 4.3: Thành phần phụ tải: ..................................................................................57
Bảng 4.4: Thông số đường dây: (phụ lục) ................................................................59
Bảng 4.5: Thông số phụ tải đường dây tuyến 481AC: (phụ lục) ..............................59
Bảng 4.6: Vị trí và dung lượng bù cố định và ứng động cho lưới trung thế: ............66
Bảng 4.7: Tổn thất công suất trước và sau khi bù .....................................................66
Bảng 4.8: Kết quả tính tốn.......................................................................................68
Bảng 5.1: Bảng trạng thái các khóa điện trước khi chạy bài tốn TOPO .................73
Bảng 5.2: Bảng trạng thái các khóa điện sau khi chạy bài tốn TOPO ....................75
Bảng 5.3: Số lượng các khóa điện thay đổi trạng thái ..............................................76

XVIII


Luận văn Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm

Chương 1

MỞ ĐẦU
1.1

Lý do chọn đề tài
Điện năng là một loại sản phẩm có vị trí hết sức quan trọng trong nền kinh tế

quốc dân. Vị trí quan trọng đó thể hiện ở chỗ: điện năng là năng lượng đầu vào của
hầu hết các ngành kinh tế quốc dân, điện năng là năng lượng được sử dụng nhiều
nhất so với các dạng năng lượng khác trong lĩnh vực sản xuất, là nguồn cung cấp
năng lượng chủ yếu trong quá trình sản xuất để thực hiện nhiều phương pháp công
nghệ khác nhau trong quá trình chế tạo sản phẩm và các hoạt động dịch vụ khác.

Tổn thất điện năng đang là mối quan tâm hàng đầu, nỗi trăn trở của Tổng
Công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) nói chung, Cơng ty Điện lực An Giang
(PCAG) và Điện lực Châu Thành nói riêng. Đối với một doanh nghiệp hoạt động
sản xuất kinh doanh điện năng như Điện lực Châu Thành thì việc tiết kiệm điện
năng và giảm tổng chi phí sản xuất thơng qua việc giảm tỷ lệ tổn thất là một nhiệm
vụ quan trọng.
Hiện nay các Điện lực đang áp dụng các giải pháp để giảm tổn thất công suất
như là: tăng tiết diện dây dẫn, giảm bán kính cấp điện, điều hịa công suất các trạm
biến áp phân phối, sử dụng các máy biến áp hiệu suất cao, kết vòng vận hành tối ưu
lưới điện và đặc biệt giải pháp hiệu quả được áp dụng hiện nay là bù công suất phản
kháng cho lưới điện nhằm đảm bảo lưới điện vận hành ổn định có hệ số cos từ
0,95 trở lên, từ đó mới khơng làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện năng và giảm
tổn thất công suất trên lưới điện
Theo lộ trình giảm tổn thất điện năng trên lưới điện từ năm 2016 đến năm
2020: Tập đoàn Điện lực Việt Nam là dưới 6,5%, đối với Tổng Công ty Điện lực
miền Nam là dưới 4,0%, đối với Công ty Điện lực An Giang là dưới 3,30% và riêng
đối với Điện lực Châu Thành .thì đến năm 2020 phải giảm tổn thất điện năng xuống
dưới 2,73%. Với lý do đó, đề tài “Nghiên cứu phương pháp tính tốn tổn thất cơng
suất và đề xuất các phương án giảm tổn thất công suất lưới trung áp huyện Châu
Thành” được lựa chọn nhằm hướng đến vấn đề giảm tổn thất điện năng và giải pháp
giảm tốn thất điện năng của Điện lực Châu Thành [4], [5].
HVTH: Biện Công Bằng

Trang 1/95


Luận văn Thạc sĩ

1.2

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm

Mục đích nghiên cứu
Đề tài: “Nghiên cứu phương pháp tính tốn tổn thất công suất và đề xuất các

phương án giảm tổn thất công suất lưới trung áp huyện Châu Thành” hướng đến
việc đề xuất các giải pháp để giảm tổn thất tại Điện lực Châu Thành, góp phần thực
hiện đạt mục tiêu giảm TTĐN của Công ty Điện lực An Giang giao đến năm 2020
còn 2,73%. Nội dung nghiên cứu chủ yếu tập trung vào giải pháp bù công suất phản
kháng cho lưới điện phân phối qua việc xác định dụng lượng và vị trí bù tối ưu
thơng qua chương trình PSS/ADEPT.
1.3

Nợi dung nghiên cứu
- Tìm hiểu các tính tốn về tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối;
- Nghiên cứu giải thuật bài toán TOPO trong phần phềm PSS/ADEPT để xác

định điểm dừng (điểm tách lưới) tối ưu sao cho TTĐN của lưới điện đang quản lý
vận hành là thấp nhất.
- Nghiên cứu giải thuật bài toán CAPO trong phần phềm PSS/ADEPT để xác
định vị trí dung lượng bù tối ưu trong lưới phân phối thực tế đang quản lý vận hành.
1.4

Kết quả đạt được của đề tài
Với sự trợ giúp của phần mềm PSS/ADEPT, dựa trên kết quả tính tốn đã xác

định được dung lượng bù và vị trí đặt tụ bù một cách tối ưu trên lưới điện phân phối
và xác định điểm dừng tối ưu trên lưới điện, góp phần giảm tổn thất điện năng trên
lưới điện.
1.5

Giới hạn của đề tài
Chỉ nghiên cứu giải pháp giảm tổn thất điện năng lưới điện phân phối của

huyện Châu Thành thông qua ứng dụng PSS/ADEPT .
1.6

Giá trị thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của luận văn được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho

cán bộ kỹ thuật của Điện lực Châu Thành và các học viên cao học ngành Kỹ thuật
điện khi nghiên cứu bài toán giảm tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối.

HVTH: Biện Công Bằng

Trang 2/95