Đặt vấn đề Nghiên cứu, đề xuất phương pháp tính toán bù tối ưu công suất phản kháng phù hợp với lưới điện phân phối sao cho vừa đảm bảo chất lượng điện áp, vừa có tính kinh tế đang là mộ
Trang 1Báo cáo khoa học:
Bù công suất phản kháng nâng cao chất lượng điện
năng l-ới điện nông nghiệp
Trang 2142
bù công suất phản kháng nâng cao chất lượng điện
năng lưới điện nông nghiệp Reactive power compensation to raise electric quality in agricultural
distribution network
summary
Calculating and choosing the place and compensation capacity based on scientific installation is a practical and imperative problem in distributing and conducting electricity
This paper presents a method to determine optimal compensation places and capacity
of reactive power in distribution network Nonlinear programming model was applied (optimum the benefits every year), and the optimal solution was received by the iterative procedure The problem was programmed by Matlab algrothim
Keywords: Compensation, reactive, optimum
I Bộ môn Điện Nông nghiệp, Khoa Cơ điện
1 Đặt vấn đề
Nghiên cứu, đề xuất phương pháp tính
toán bù tối ưu công suất phản kháng phù
hợp với lưới điện phân phối sao cho vừa
đảm bảo chất lượng điện áp, vừa có tính
kinh tế đang là một vấn đề cần được quan
tâm bởi vì trong thực tế, việc lắp đặt các
thiết bị bù chưa mang lại hiệu quả kinh tế;
dung lượng và vị trí đặt thiết bị bù được
chọn chưa hợp lý nên không những không
cải thiện được chất lượng điện mà còn có
thể làm tăng tổn hao, gây thiệt hại kinh tế
Việc tính toán, lựa chọn vị trí và dung
lượng bù trên cơ sở khoa học là một bài
toán có ý nghĩa thực tiễn và cấp thiết đối
với ngành điện nói riêng và nền kinh tế nói
chung
Qua nghiên cứu, phân tích các phương
pháp tính bù công suất phản kháng
(phương pháp bù theo điện áp, cực tiểu
hàm chi phí tính toán, cực tiểu tổn thất
công suất tác dụng, ) của Nguyễn Thị
Hiên (2002) cho thấy: mỗi phương pháp
đều có ưu, nhược điểm nhất định và thích hợp trong những điều kiện tính toán khác nhau, các mô hình được xây dựng chưa mang ý nghĩa tổng quát, chỉ áp dụng với mạng điện hình tia đơn giản, chưa xét tới
sự phân bố ngẫu nhiên của phụ tải Mô hình bù tối ưu cho phép xác định vị trí và dung lượng đặt bù sao cho đạt được hiệu quả kinh tế tối đa mà vẫn đảm bảo các điều kiện kỹ thuật của mạng (điện áp, dòng cho phép, )
2 xây dựng Mô hình toán học
2.1 Mô hình toán học 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 thoả m^n tất cả các
điều kiện kỹ thuật trong chế độ làm việc bình thường của mạng điện Chỉ tiêu hiệu
Trang 3Bù công suất phản kháng nâng cao chất lượng điện năng
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
thiết bị bù
a Hàm mục tiêu
(2.1)
Trong đó:
bằng giá bán điện trung bình, (đ/ kWh);
DA - 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 trí, chế độ vận hành
tụ bù
p - hệ số được xác định:
n
T
1
- hệ số thu hồi vốn đầu tư
tiêu chuẩn;
chuẩn, (năm);
hao thiết bị, thường lấy theo phần trăm
vốn đầu tư (bao gồm cả xây lắp và thiết
ữ 5% (Trần Quang Khánh, 2000)
trạm tụ bù j, (đồng /trạm);
phụ thuộc công suất bù, là hàm phi tuyến,
Theo L^ Văn út & cs (1999) có thể biểu diễn hàm mục tiêu bằng ma trận cấu trúc [A] :
b Các điều kiện ràng buộc + Điều kiện cân bằng công suất phản kháng nút:
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
k
Q +∆
Trong đó:
với mạng điện hở i = j;
(kVAr);
Tổng k lấy ứng với các nhánh nối với nút j có hướng công suất đi ra khỏi nút + Điều kiện về công suất phát của tụ:
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:
i n
b i b i tt
U
Q A Q A Q A
∑
=
ư 1
2
2 ]) ][
([
] ][
]).([
][
([
2
Trang 4144
+ 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:
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) sẽ được xét đến
như một điều kiện đủ để quyết định có nên
đặt bù tại một nút j nào đó hay không
(Nguyễn Thị Hiên, 2002)
* Nhận xét: Qua sự phân tích, so sánh
của Nguyễn Thị Hiên (2002) và Viện
Năng lượng (2000) cho thấy phương pháp
bù tối ưu với hàm mục tiêu (2.1) và các
ràng buộc (2.4) ữ (2.7) tỏ ra hợp lý hơn cả,
là sự kết hợp hài hoà, chặt chẽ giữa lợi ích
kinh tế với các chỉ tiêu kỹ thuật, đáp ứng
được thực tiễn của lưới điện phân phối
hiện nay ở Việt Nam
2 2 Phương pháp tính
Mô hình với hàm mục tiêu (2.3) và hệ
các ràng buộc (2.4 ữ 2.8) là mô hình quy
hoạch phi tuyến, đa biến với các biến gián
đoạn vì công suất của các thiết bị bù (bộ
tụ) thay đổi rời rạc nên việc lựa chọn một
phương pháp giải phù hợp, có hiệu quả là
vấn đề quan trọng và có ý nghĩa
Qua phân tích, đánh giá một số phương
pháp tính (Viện năng lượng, 2000;
Nguyễn Thị Hiện, 2002), phương pháp lặp
nhiều bước tỏ ra là phương pháp khá phù
hợp đối với bài toán tính toán dung lượng
tụ bù tối ưu, tuy mức độ hội tụ chậm hơn
so với các phương pháp sử dụng đạo hàm
cấp hai (Lagrange, Gradient ) nhưng ưu
điểm nổi bật của phương pháp là không
đòi hỏi tính chính quy và liên tục của hàm mục tiêu, thuật toán đơn giản, dễ áp dụng Tuy nhiên, khối lượng tính toán của phương pháp lớn, đòi hỏi phải được thực hiện trên máy tính
Bài toán được lập trình theo ngôn ngữ Matlab, áp dụng cho lưới điện hình 1, kết quả tính toán cho trong bảng 1; Sau khi
bù, lượng điện năng tiết kiệm hàng năm là 46114,5 kWh mang lại 41,8 triệu đồng cho ngành điện; Phương án đòi hỏi vốn
đầu tư: 156,3 triệu đồng
3 nhận xét Và kết luận
Trong điều kiện của mạng điện nông nghiệp nước ta hiện nay, việc tìm ra một phương pháp tính bù công suất phản kháng khoa học là một bài toán hết sức có
ý nghĩa, phương pháp tính bù tối ưu công suất phản kháng dựa trên chỉ tiêu tối đa các tiết kiệm mà chúng tôi xây dựng đ^ khắc phục được một số nhược điểm của các phương pháp tính trước đó, cụ thể: Phương pháp có thể áp dụng thuận tiện
đối với một mạng điện hở bất kỳ, số liệu
đòi hỏi không nhiều, dễ thu thập
Phương pháp và chương trình tính toán cho phép xem xét sự ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố kinh tế - kỹ thuật, do đó nâng cao được độ chính xác của bài toán Việc xác định thứ tự ưu tiên các nút đặt
bù và giảm nhỏ số biến (nút bù) tuỳ thuộc vào khả năng đâù tư và quản lý vận hành (Nguyễn Thị Hiên, 2002) làm đơn giản rất nhiều quá trình tính toán mà không ảnh hưởng đến tính tối ưu của bài toán
Phương pháp đề xuất có thể áp dụng có hiệu quả đối với các lưới điện trung áp ở khu vực nông nghiệp và cũng có thể mở rộng phạm vi ứng dụng đối với các lưới
điện phân phối khác
Trang 5Bï c«ng suÊt ph¶n kh¸ng n©ng cao chÊt l−îng ®iÖn n¨ng
3
3 3
3
3
Trang 6146
Tài liệu tham khảo
Nguyễn Thị Hiên (2002), Bù công suất phản
kháng nâng cao chất lượng điện năng lưới
điện phân phối, Luận văn Thạc sỹ Khoa
học kỹ thuật, Hà Nội
Trần Quang Khánh (2000), Quy hoạch điện
nông thôn, Giáo trình Đại học Nông nghiệp
I, Hà Nội
L^ Văn út, Tăng Thiên Tư, Trần Vinh Tịnh (1999), “Đánh giá hiệu quả lắp đặt thiết bị bù trong mạng cung cấp điện”, Tạp chí Khoa học
và Công nghệ các trường Đại học, (page 22) Viện Năng lượng (2000), “Nghiên cứu thiết lập quy trình bù công suất phản kháng nhằm giảm tổn thất điện năng trong lưới phân phối”, Đề tài nghiên cứu khoa học
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
0
0
154
85
0
156
80
188
0
153
70
148
0
358
296
115
0
80
0
126
0
264
0
292
0
0
126
144
0
225
295
164
70
154
125
153
144
200
135
526
0
0 0,85 0,80
0 0,80 0,75 0,80
0 0,85 0,80 0,78
0 0,82 0,80 0,70
0 0,85
0 0,70
0 0,85
0 0,80
0
0 0,80 0,80
0 0,70 0,80 0,85 0,70 0,85 0,85 0,80 0,80 0,80 0,80 0,70
-2,44 -2,69 -2,73 -2,91 -3,75 -3,76 -4,22 -4,36 -4,48 -4,51 -4,55 -4,91 -5,39 -5,58 5,55 -3,12 -3,23 -3,25 -3,68 -3,72 -4,21 -4,21 -4,95 -5,07 -5,23 -5,49 -5,51 -5,51 -5,37 -5,87 -5,95 -6,03 -6,06 -5,38 -5,52 -5,63 -5,65 -1,37 -1,41 -1,45
-1,88 -2,13 -2,17 -2,35 -3,19 -3,21 -3,66 -3,80 -3,93 -3,95 -3,99 -4,35 -4,83 -5,00 -4,99 -2,30 -2,37 -2,39 -2,63 -2,67 -2,92 -2,92 -3,29 -3,40 -3,40 -3,66 -3,68 -3,68 -3,43 -3,48 -3,49 -3,51 -3,51 -3,44 -3,52 -3,57 3,58 1,37 1,41 1,45
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
260
260
120
80
0
0
130
130
0
0
0
