Luận văn tính toán tổn thất trong hệ thống cung cấp Điện xét Đến phương thức vận hành và hiệu quả kinh tế

Đường cong tôn thất Xáo định tốn thất điện năng theo đường cong tồn thất Đường cong tồn thất Sơ đề khối thuật toán Newton-Raphson Sơ để khối các bước tính toán giải tích lưới Giao điệ

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUGNG BAL HOC BACH KHOA HA NOL

NGUYEN QUOC MINIT

DE TAI: TINH TOAN TON THAT TRONG HE THONG

CUNG CÁP ĐIỆN XÉT ĐÉN PHƯƠNG THUC VAN HANH

VA HIEU QUA KINH TẾ

CIIUYEN NGANII: MANG VA IIE THONG ĐIỆN TUAN VAN THAC S¥ KHOA HOC

Người hướng dẫn khoahọc : G§.TS LÃ VĂN UT

HÀ NỘI - 2009

MUC LUC Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu

Danh mục các bằng

Thanh mục các hình vẽ và đồ thi

Mỡ đầu

CHUONG 1: TON THÁT ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG

ĐIỆN VÀ VĂN ĐÈ TÍNH TOÁN TỎN THÁT KỸ THUẬT

1.1 Các nguyên nhân gây ra tốn thất trong IITCCE

1.11 Tếển thất kỹ thuật

1.1.2 Tên thất phi kỹ thuật

12 Cá

yếu tố ảnh hưởng đến tên thất và khá năng giám thiểu tấn thất

1.2.1 Diện áp làm việc của trang thiết bị

1.2.2 Truyền tãi oông suất phan kháng,

1.3 Nội dung nghiên cửu phương pháp giẩm tổn thất trong luận văn

1.3.1 Phương pháp đánh giá hiệu quả bủ trong các lưới điện

phân phối

1.3.2 Xác định dung lượng bủ tối ưu theo mục tiểu giảm tổn thất

1.3.3 Tính toán hiệu quả bủ giảm tốn thất cho một số lưới

phân phối thực tế

CHƯƠNG 2: TONG QUAN VE CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

TON THAT TRONG HE THONG CUNG CAP BIEN

2.1 Tỉnh toán tốn thất điện năng theo tốn thất công suất cực đại

2.2 Tỉnh toán tốn thất theo biểu đồ công suất

2.3 Phương pháp đường cong tên thất

2.3.1 Trường hợp chỉ do dược biểu dé công suất tổng trên thanh cái

và cho trị số công suất định mức (hay cực đại) các nút

2.3.2 Trường hợp lưới só một phụ tãi hay một nhóm phụ tải có

đặc tính khác biệt

2.3.3 Quần lý vận hành IITCCĐ theo đường cong tấn thất

2.4 Kết luận

CHUONG 3: MO HINH HE THONG DIEN VA CAC CHUONG

TRÌNH TÍNH TOÁN PHAN TiCH TON THAT

3.1 Yêu cầu của các phẫn mém phan tich hé théng, tmg dung trong

tính toán tốn thất công suat déi voi ITB phite tap

3.2 Mô hình hệ thắng diện trong tính toán tổn thất

3.2.1 Các đường dây trên không và cấp

3.22 Máy biến áp

3.2.3 Phụ tải

3.3 Cáo hệ phương trình dân bằng

3.3.1 Hệ phương trình cân bằng dòng nút

3.3.2 Hệ phương trình cân bằng công suất nút

3.4 Một số phần mềm tính toán phân tỉch hệ thẳng diện

3.4.1 Chương trình Power World

CHƯƠNG 4: BU CONG SUAT PILAN KIIANG NIIAM GLAM

4.1 Bài toán bù tối ưu lưới phân phổi nhằm làm giảm tốn thất điện năng 47

4.1.2 Suất giảm chỉ phí tổn thất của thiết bị bù trong HICC1 41 4.1.4 Các bài toán liên quan đến bủ tối ưu công suất phan khang trong

4.2 Chương trinh tính toán đánh giá hiệu quả bù và xác định

CIIUONG 5: TINIT TOAN TON TIIAT VA DANII GIA IDEU QUA BU KINH TẾ MỘT SỐ SƠ ĐỒ LƯỚI ĐIỆN PHẦN PHỚI TRONG

5.1.4 Tên thất điện năng lưới phân phối qua các năm 76

5.2 Tỉnh toán bù tối ưu cho lưới phân phối diễn hình ở Việt Nam 78 5.2.1 Số liệu vào chương trình Conus 78

DANH MUC CAC CHU VIET TAT VA KY HIEU

HTD Hệ thống điện

IITCCĐ TIệ thống cung cấp điện

'TTOS ‘Tén that cong suất

TIDN Tên thất điện năng

LPP Lưới phân nhối

CSPK Công suất phản kháng

DANH MUC CAC BANG BIEU

Rang 4.1 Kết quả tính toán bù tối ưu cho lưới phân phối đơn piản 60 Bang 5.1 Tý lệ tổn thất điện năng lưới phân phi qua các năm 77

78

Bảng 5.2 Cơ cấu tốn thất điện năng trên lưới điện

Đổ thị phụ tải ngày đêm

Đường cong tôn thất Xáo định tốn thất điện năng theo đường cong tồn thất Đường cong tồn thất

Sơ đề khối thuật toán Newton-Raphson

Sơ để khối các bước tính toán giải tích lưới

Giao điện chương trình Conus có chúc năng phân tích bù

Man hinh két quả phân tích hiện qua ba

Man hinh két qua xác dịnh dàng lượng bú tôi ưu

Sơ đề bị dụ lưới điện phân phối đơn giản Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp lưới trung áp toàn cuốc Biểu đồ tý trọng các cấp điện áp lưới trung áp khu vực miễn Bắc Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp lưới trung áp khu vực miễn Nam Biểu đồ tý trọng các cấp điện áp lưới trung ap khu vực miễn Trung

Hinh 5.6 Vao sé liệu nhánh

Hình 5.7 Vào số liêu máy biển áp

THỉnh S Cài đặt các thông số bủ

85

88

MUC LUC Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu

Danh mục các bằng

Thanh mục các hình vẽ và đồ thi

Mỡ đầu

CHUONG 1: TON THÁT ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG

ĐIỆN VÀ VĂN ĐÈ TÍNH TOÁN TỎN THÁT KỸ THUẬT

1.1 Các nguyên nhân gây ra tốn thất trong IITCCE

1.11 Tếển thất kỹ thuật

1.1.2 Tên thất phi kỹ thuật

12 Cá

yếu tố ảnh hưởng đến tên thất và khá năng giám thiểu tấn thất

1.2.1 Diện áp làm việc của trang thiết bị

1.2.2 Truyền tãi oông suất phan kháng,

1.3 Nội dung nghiên cửu phương pháp giẩm tổn thất trong luận văn

1.3.1 Phương pháp đánh giá hiệu quả bủ trong các lưới điện

phân phối

1.3.2 Xác định dung lượng bủ tối ưu theo mục tiểu giảm tổn thất

1.3.3 Tính toán hiệu quả bủ giảm tốn thất cho một số lưới

phân phối thực tế

CHƯƠNG 2: TONG QUAN VE CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

TON THAT TRONG HE THONG CUNG CAP BIEN

2.1 Tỉnh toán tốn thất điện năng theo tốn thất công suất cực đại

2.2 Tỉnh toán tốn thất theo biểu đồ công suất

2.3 Phương pháp đường cong tên thất

2.3.1 Trường hợp chỉ do dược biểu dé công suất tổng trên thanh cái

và cho trị số công suất định mức (hay cực đại) các nút

2.3.2 Trường hợp lưới só một phụ tãi hay một nhóm phụ tải có

đặc tính khác biệt

2.3.3 Quần lý vận hành IITCCĐ theo đường cong tấn thất

2.4 Kết luận

CHUONG 3: MO HINH HE THONG DIEN VA CAC CHUONG

TRÌNH TÍNH TOÁN PHAN TiCH TON THAT

3.1 Yêu cầu của các phẫn mém phan tich hé théng, tmg dung trong

tính toán tốn thất công suat déi voi ITB phite tap

3.2 Mô hình hệ thắng diện trong tính toán tổn thất

3.2.1 Các đường dây trên không và cấp

3.22 Máy biến áp

3.2.3 Phụ tải

3.3 Cáo hệ phương trình dân bằng

3.3.1 Hệ phương trình cân bằng dòng nút

3.3.2 Hệ phương trình cân bằng công suất nút

3.4 Một số phần mềm tính toán phân tỉch hệ thẳng diện

3.4.1 Chương trình Power World

CHƯƠNG 4: BU CONG SUAT PILAN KIIANG NIIAM GLAM

4.1 Bài toán bù tối ưu lưới phân phổi nhằm làm giảm tốn thất điện năng 47

4.1.2 Suất giảm chỉ phí tổn thất của thiết bị bù trong HICC1 41 4.1.4 Các bài toán liên quan đến bủ tối ưu công suất phan khang trong

4.2 Chương trinh tính toán đánh giá hiệu quả bù và xác định

CIIUONG 5: TINIT TOAN TON TIIAT VA DANII GIA IDEU QUA BU KINH TẾ MỘT SỐ SƠ ĐỒ LƯỚI ĐIỆN PHẦN PHỚI TRONG

5.1.4 Tên thất điện năng lưới phân phối qua các năm 76

5.2 Tỉnh toán bù tối ưu cho lưới phân phối diễn hình ở Việt Nam 78 5.2.1 Số liệu vào chương trình Conus 78

DANH MUC CAC CHU VIET TAT VA KY HIEU

HTD Hệ thống điện

IITCCĐ TIệ thống cung cấp điện

'TTOS ‘Tén that cong suất

TIDN Tên thất điện năng

LPP Lưới phân nhối

CSPK Công suất phản kháng

DANH MUC CAC BANG BIEU

Rang 4.1 Kết quả tính toán bù tối ưu cho lưới phân phối đơn piản 60 Bang 5.1 Tý lệ tổn thất điện năng lưới phân phi qua các năm 77

78

Bảng 5.2 Cơ cấu tốn thất điện năng trên lưới điện

Đổ thị phụ tải ngày đêm

Đường cong tôn thất Xáo định tốn thất điện năng theo đường cong tồn thất Đường cong tồn thất

Sơ đề khối thuật toán Newton-Raphson

Sơ để khối các bước tính toán giải tích lưới

Giao điện chương trình Conus có chúc năng phân tích bù

Man hinh két quả phân tích hiện qua ba

Man hinh két qua xác dịnh dàng lượng bú tôi ưu

Sơ đề bị dụ lưới điện phân phối đơn giản Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp lưới trung áp toàn cuốc Biểu đồ tý trọng các cấp điện áp lưới trung áp khu vực miễn Bắc Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp lưới trung áp khu vực miễn Nam Biểu đồ tý trọng các cấp điện áp lưới trung ap khu vực miễn Trung

Hinh 5.6 Vao sé liệu nhánh

Hình 5.7 Vào số liêu máy biển áp

THỉnh S Cài đặt các thông số bủ

85

88

I Lido vat mue dich chon dé tai

Sản xuất và sử dụng điện năng một cách hợp lý luôn là một yêu cầu cấp thiết vì

nó liên quan đến sử dụng nguồn tải nguyễn tự nhiên có hạn của con người Trong,

quá trình sản xuất, truyền tải va phân phối điên năng từ các nhà máy điện tới

người sử dụng, không thể tránh khỏi những mắt mái năng lượng do bản chất vật

lý của các phần tử khi mang điện Việc đánh giá chính xác trị số tổn thất điện

năng là công việc rất khó khăn vì chỉ tỉnh được chính xác khi ta biết được dữ liệu

về phụ tải của lắt cả cảu nút trong hệ thống điện Trong thực tẾ, người ta thường

đùng các phương pháp gần đúng với một vải giả thiết nhằm đơn giản hóa

phương pháp tính Giảm được tốn thất điện năng đồng nghĩa với việu giảm được vốn đầu tư cho nguồn và chỉ phí vận hành hàng năm Có nhiều biện pháp giảm tổn thất điện năng, có thể kể đến như thay đối cấu trúc lưới điện, thay đổi phương thức vận hành của lưới, diều chỉnh điện áp, đặt bù tối ưu Trong các biên

pháp trên, biện pháp đặt bủ tổi ưu là biện pháp khá đơn giản nhung lại đem lại

hiệu quả cao về phương điện giảm tổn thất điện năng Trong khuôn khổ nội dung

luận văn, ta sẽ nghiên cứu bài toán bù tối ưu công suất phản kháng trong lưới phân phối với hàm mục tiêu là giảm được tấn thất điện năng

2 Nội dung của luận văn

'Với mục địch trên, bản luận văn bao gom các nội dung chính sau:

Chương (: Nghiên cứu các vấn dễ ïên quan dến tính toán tổn thất diễn năng, bao gồm các nguyên nhân gay ra tổn thất và các yếu tố ảnh hưởng,

đến trị số của tấn thất.

Chương 2: Nghiên cứu các phương pháp tỉnh toán tổn thất điện năng

trong hệ thống diện

Chương 3: Nghiên cứu mô hình toán học khi tính toán tổn thất điện năng, giới thiệu một số chương trình Lính toán phân tích hệ thống điện có tỉnh

đến tốn thất điện năng

Chương 4: Nghiên cứu bài toán bù công suất phần kháng ở lưới điện phân

phối nhằm làm giảm tẵn thất điện năng va vi du 4p dụng,

Chương 5: Nghiên cửu hiệu quả bủ kinh tế đối với một số lưới điện phân phối diễn hình ở Việt Nam

HTP bao gém 2 thánh phần, tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại Tên thất

*kỹ thuật là dạng tốn thất xảy ra do bản chất vật lý của các phân tử trong HTD, do

kết cầu của lưới điện và do phương thức vận hành TTTP, còn tốn thất thương mại

là tổn thất xây ra trong quá trình quần lý việc sản xuất, truyền tải và sử dụng điên ning Van đề tính toán tổn thất gắn liền với bài toán thiết kế, vận hành ITTP, cũng như lựa chọn cấu trúc hợp lý của lưới diện

1.1 Các nguyên nhân gây ra tôn thất trong HTCCĐ

Tổn thất diễn năng trong hệ thống điện luôn luôn tần tại do nhiều nguyễn nhân khác nhau: mắt mát năng lượng do hiệu ứng Joule, tổn thất từ trễ và dòng,

Foucault trong lõi từ của máy điện, tốn thất vằng quang trên các đường dây

truyền tải điện, tốn thất do sai số trong hệ thông đo đếm, tốn thất do gian lận sử

đựng v.v Những nguyên nhân này có thé được chia thành 2 nhóm: tốn thất kỹ

thuật vả tổn thất phi kỹ thuật

1.1.1 Tôn thất kỹ thuật

Tến thất kỹ thuật là tên thất tồn tại do bản chất vật lý của các phần tử trong hệ thống diện Nó phản ảnh hiệu sưất của hệ thẳng trong quá trình sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng tới nơi tiêu thụ Các thành phân chính của tổn thất kỹ thuật bao pm

- 'Tên thất trên điện trở của mọi phần tử có dòng, điên chạy qua

Tốn thất trên điện trở của phần tử tỉ lệ với bình phương của dòng điện

chạy qua phần tử đó theo biểu thức P=J”R Tuy nhiên cũng cần phải xói đến

i

mối quan hệ giữa nhiệt độ và điên trở của phan tứ bởi vi khi dòng điện tăng lên

thì nhiệt độ của thiết bị cũng tăng

- Các tốn thất không tải do phần tử mang điện áp

Tén thất không tải xuất hiện trong các phần tử có chứa mạch từ như máy

biển áp, động cơ, điện kháng, nam châm điện, các thiết bị bủ Dạng tốn thất nảy

thường tỷ lệ xắp xỉ với bình phương của điện áp và bao gỗm các thành phần như

tổn that do hiện tượng từ trễ, tốn thất do dòng điện foucault và tốn thất do hỗ cảm giữa các phần tử

- Tổn thất vẫng quang

Tén thất vầng quang xuất hiện trên các đường dây truyền tải điện do mất

mát năng lượng vào việc lon hóa không khí xung quanh đường dây

"tên thất kỹ thuật có thể được phân loại theo cấp diện áp

- Tên thất ở lưới truyễn tải:

+ Tổn thất trên các đường dãy truyền tái (500kV, 220kV, 110kV)

+ Tên thất qua máy biển áp truyền tải

- Tên thất ở lưới phân phối

+ Tên thất ở các phía cao áp lưới phân phối (35kV, 22kV, 10kV, 6KV)

+ Tén thất qua máy biển áp phân phối

+ Tên thất ở lưới hạ áp (0,4kV)

1.1.2 Tốn thất phí kỹ thuật

Là tốn thất do sự chênh lệch giữa lượng điện năng sử dụng va lượng điện

năng dược tỉnh tiền Sự chênh lệch nảy là do sai số của thiết bị do đếm như công,

tơ, máy biến dòng, do những phụ tải không được tính tiền hoặc do trộm cắp, gian

lận thương mại Tổn thất phi kỹ thuật phắn ánh hiệu qud quan ly điện năng từ

12

khâu sản xuất, truyền tãi và phân phối tới khách hàng Tên thất phi kỹ thuật bao gồm các thành phần chính

- Tên thất đo sai số của thiết bị đo đếm

Các thiết bị đo đếm bao gồm các máy biến động điện, máy biến điện áp,

waitmet, công tơ, các thiết bị hiến thị cơ và số Lễn thất điện năng có thể xuất

hiện do sai số cũng như hỏng hóc của các thiết bị này Lượng tẳn thất này có thể

khá lớn vỉ số lượng các thiết bị đo đếm được sử dụng trong HP là rất nhiều

- Tên thất do lỗi trong việc tính toán hóa đơn điện năng tiêu thụ

- Tổn thất do gian lận, ăn trộm điện của người sử dụng

Bên cạnh các nguyên nhân gây ra tồn thất, cũng phải xét đến cả các yêu tố ảnh hưởng đến tổn thất Các yếu tố này không trực tiếp gây nên tốn thất nhưng

lại ảnh hưởng nhiều dến trị số của tổn thất

1.2 Các yếu tố ảnh hướng đến tổn thất và khả năng giảm thiểu

tôn thất

1.2.1 Diện áp làm việc của trang thiết bị

Tắm việc với diện áp cảng cao, động diện cảng bé, vì thể chọn cấp điện áp khi thiết kế (đường dây máy biến áp) và điều chỉnh điện áp lúc vân hành đều có ảnh hưởng mạnh đến trị số tổn thất cong suất và điện năng

- Nâng cắp diện áp định mức của lưới diện

Là biện pháp giảm tốn thất rất ding kể bởi trị số tổn thất tỉ lệ nghịch với

bình phương của điện áp định mức

Tuy nhiên nâng cấp điện áp lại liên quan với việc cần tăng vốn đầu tư cho cách

điện vả kết cầu lưới, cần so sánh lựa chọn theo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

13

- Điều chỉnh điện áp tại máy biển áp

Các máy biến áp trong HTP hau hết dều có khá năng diều chỉnh diện áp

băng cách thay đổi đầu phân áp Việc thay đổi đầu phân áp cho phép lựa chọn

điện áp làm việ tối ưu cho đường dây tải điện (ở mứo cao giới hạn trong mọi

chế đồ tải) nhờ đó giám được tốn thất Ngoài ra thay đổi đầu phân áp còn làm

thay đổi sự phân bố vông suất phẩn kháng trong lưới, nếu có phương pháp điêu

khiến tối ưu cũng có thé giảm được trí số tồn thất xuống đên mức thắp nhất

1.2.2 Truyén tdi cng suất phần kháng

Cân bằng công suất phản kháng nút là diều kiện cần dé đăm báo chất

lượng điện ning, Mat cin bing công suất phản kháng điện áp nút sẽ thay đổi Trong IITĐ luôn luôn tổn tại quá trình truyền tải công suất phân kháng (kèm

theo với công suất tác dụng), dòng diện tăng lên, làm tăng cao trị số tốn thắt

công suất tác dụng (công thức 1.1) Giảm công suất phản kháng truyền tải là biện

pháp chủ yếu khi áp dụng oác biện pháp giảm thiểu tổn thất

- Ảnh hưởng của các thiết bị bà

Các thiết bị bù công suất phản kháng thường được đặt ở phụ tải Cáo thiết

bj nay có tác dụng phát công suất phản kháng vao đường dây, giãm lượng công

suất phản kháng chạy trên đường dây nhằm cải thiện điện áp làm việc của phụ

tdi, tăng hệ số công suất và giám tẳn thất trên dường dây

- Diện đung tự nhiên của đường đây

Điện dung tự nhiên của đường dây có tác dụng giống như các thiết bị bù,

phát công suất phan kháng vào lưới, làm giảm được dòng công suất phần kháng,

chạy trên lưới đẫn tới giảm tổn thất trên đường dây

Công suất phản kháng do điện dung tự nhiên của đường dây sinh ra

14

Trong đó:

B: diện dẫn phần kháng của đường đây ( = @Œ}

7U: điện áp làm việc của đường đây

Cé thể nhận thấy rằng lượng công suất phan kháng của đường đây sinh ra

tỉ lệ với bình phương điện áp làm việc I2o vậy, ở những cấp điện áp cao và siêu

cao (220; 500kV) thì lượng công suất do đường đây sinh ra này là rất lớn, trong

chế đô non tải hoặc không tải thì điện áp cuối đường dây có thể tăng quá trị số

cho phép, vì vậy đổi với các cấp điện áp trên thì người ta thường đặt khang ba trên dường day để giữ điện áp tại các nút năm trong phạm vị cho phép ĐỂ lận

đụng công suất này người ta thường bù không hoàn toàn công suất điện dung tự

nhiên của đường dây Khí đó đường đây đóng vài trò nguồn bù công suất phản kháng cho hệ thống,

1.3 Nội đung nghiên cứu phương pháp giảm tôn thất trong luận

văn

Luận văn tập trung nghiên cứu biện pháp giảm tổn thất trong lưới phân phối trên

cơ sở tối ưu hóa sử dụng thiết bị bủ Các nội dưng chú yếu bao pỗm

1.3.1 Phương pháp đánh gid hiệu quả bù trong các lưới điện phân phôi

Với một cầu trúc lưới đã cho, có các thông số cụ thé, cần xem xét nhu cầu bù công suất phản kháng tại các nút Lhco mục tiêu giấm thiểu tỗn thất Lưới có nhụ cầu bù nếu tốn tại các nút khi đặt dung lượng bù tổn thất điện năng giảm được ở mức có thể thu hồi vốn đầu tư trong thời gian đú ngắn (vi dụ đưới 3 năm)

Phương pháp cũng cần chỉ ra được các nút có hiểu quả cao đến thấp theo thử tự

từ vị trí có thời gian thu hôi vốn đầu tư nhanh nhất

Nội dung nghiên cứu này nhằm dánh giá sơ bộ nhu cầu bủ kinh tế trong lưới phân phối và các nút có hiệu quả cao nếu lắp đặt thiết bị bú.

15

1.3.2 Xác định ung lượng bù tôi tu theo mục Hêu giảm thiểu tẫn thắt

Đây là nội dung chính của của bài toán bù kinh tế trong lưới phân phối

Thiết bị bù chỉ đem lại hiệu quả tôi đa giảm thiểu tổn thất nếu chọn đúng vị trí và

dưng lượng bủ lại các nút có hiệu quả

Việc tạo ra thuật toán và chương trình xác định được vị trí và dung lượng bù tối

ưu sẽ cho phép đưa ra phương án đầu tư cải thiện chỉ tiêu tốn thất bằng việc

đặt các thiết bị bù Khi phân tích hiệu quả biên pháp trên diện rông, một phan

mềm tiện dung 1a hết sức cần thiết

1.3.3 Tỉnh toán hiệu quả bù giảm tin that cho sơ dỗ một sé lưới phân phổi điện thực tế

Mục đích kiểm tra tính đúng đắn của thuật toán và chương trình Nếu kết quả hợp lý có thể triển khai ứng dụng rỗng rãi cho dễ tài nghiên cứu giảm tổn that trong IITD Việt Nam

Việc xfy dung thuat loan va chuong trình liên quan mật thiết với các

phương pháp tính toán tốn thất công suất vả điện năng cũng như các phần mềm

phân lích CĐXL của HTĐ Chương 2 và 3 sẽ đi sâu tìm hiểu về các nội dung nay

trước khi thực hiện các nội đụng dã dặt ra.

16

CHUONG 2: TONG QUAN VE CAC PHUONG PHAP TINH TOAN TON THAT TRONG HE THONG CUNG CAP DIEN

Tén that công suất và điện năng là một chỉ Liễu quan trọng, luôn phải được

xét đến trong thiết kế vả vận hành HICCD Việc đánh giá chính xác trị số tốn thất công suất và điện năng có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn, không thể nói đến

hiệu quả của bài toản thiết kế vả vận hánh tối ưu nếu chưa đưa ra dược các đánh

giá phù hợp trị số tổn thất công suất và điện năng của HTCCD trong các tỉnh

huỗng xem xét

Sự phát triển của kỹ thuật thu thập và xử lý thông tin, những liến bộ về

phương tiện tỉnh toán ( các MTDT tốc độ nhanh ) đã cho phép tạo ra những khả năng mới xác định chính xác các lượng tổn thất - thông tin quan trọng nhất giúp

cho hệ thống đâm bảo hoạt dộng diều hành mang hiệu quả tối ưu thực tế

Cũng cẦn phân biệt bài toán xác dịnh tổn thất công suất và xác dịnh tên

thất điện năng Tên thất công suất chỉ tương ứng với một phương thức vận hành,

một chế độ của phụ tãi và nguồn xác định Còn tổn thất điện năng mang ý nghĩa thưc tiễn gắn liên với hoàn cảnh điều kiên hoat đông lâu dài của HICCD

Cơ sở và phương pháp xác định tốn thật công suất, thực chất là phân tích

chế độ xác lập của IITCCĐ: tính phân bố đồng, ả

quan dến trị số tổn thất công suất tổng trong lưới: tổn thất có tại và không lái

trong các máy biến áp, dung dẫn của đường dây trên không và cáp, dau phân áp đang vận hành của trạm, dung lượng bù tĩnh Tuy nhiên, ta thường gặp khó

khăn ở số liệu dầu vào vì các số liệu do lường thường là thiểu Về nguyên tắc thì

phải biết được P,Q tại từng giờ trong ngày và ở mọi nút, tuy nhiên ở lưới điện

Việt Nam hiện nay thì số liệu chỉ biết ở các trạm lớn còn ở các trạm dịa phương,

thì số liệu thiếu dẫn tới gây khó khăn cho việc tính toán Để giải quyết khó khăn

về mặt thiếu số liệu đầu vào, thường phải dùng oác phương pháp Lính gần đúng

(vi dụ như phương pháp lây hệ số đồng thời cho dỏng điện trên các nhánh.) Hiện

nay dang tôn tại rất nhiều những chương trình tính toán GĐXL của IITCCĐ rất

hữu hiệu và có đô chính xác cao, do đó vấn đề xác định tốn thất công suất, nói chung không có khỏ khăn Nội dung phức tạp chính nằm trong bài toản xác định

tổn thất điện năng

Có thể chia các phương pháp tỉnh toán tổn thất diện năng làm 2 nhóm: tỉnh toán theo trị số tốn thất công suất cực đại và tính toán trực tiếp theo biểu đỗ công sual

2.1 Tinh todn tốn thất điện năng theo tổn thất công suất cực đại

Theo cach nay tin thất điện năng được xác định theo công thức sau:

Trong đó: + là thời gian tổn thất công suất lớn nhất VỀ ý nghĩa + lả thời gian

tương đương để tổn thất điện năng tính theo biểu đồ công suất có trị số bằng tốn

thất diện năng tính theo công suất cực đại

Tễ thấy phương pháp này chữa dựng rất nhiều yếu tổ không chỉnh xác Trước hết là trị số Pmax dễ xác dịnh AP„s là một đại lượng ngẫu nhiên Mỗi biểu dd

ám

ngày cụ thể có một trị số Pmux khéng giống với các ngảy còn lại Trị số "cực đại

trung binh" cần dược chấp nhận để tính toán

18

Về khả năng đảm bảo tinh tương đương của thời gian tổn thất công suất lớn

nhất + lại cảng không có mấy ý nghĩa Hãy xét một số cổng thức xác dịnh +

- Tra dường cong t— Tmax, easig)

Dé thay các công thức chỉ chứa một số íL cáo thông lin vé dang cúa biểu dé cong suất Khi cho trước các thông số nảy dạng biểu dồ vẫn có thể thay dỗi rất da

dang lam thay đổi trị số tổn thất Các công thức cũng không chứa một yếu tổ nảo

thể hiện dặc trưng riêng của mỗi lưới Tưới có tên thất lúc tải cực dai như nhau

nhưng khi non tải tốn thất thay đối theo những tỉ lệ hoản toản khác Ví dụ lưới

non tải thì phụ tải giảm tốn thất vẫn cao do tổn thất không tãi chiếm tỉ lệ cao, lưới quá tải thì giảm tải làm giảm nhanh trị số tốn thất (điện áp lưới được cải

thiện)

Thực tế người ta còn xác định giá trị r theo thông số đo tại thanh cái Chẳng hạn, xáu định r— AA/APma trong đô ÀA lấy theo trị số đa công tơ tổng thanh cái và

19

số đo tang các công to tiéu thy Tén thất thương mại và sai số thiết bị đo có thé

làm mắt ý nghĩa của trị số tính toán

Tỉnh toán tấn thất điện năng theo tổn thắt công suất øực đại có sai số rất lớn nên thường chỉ áp đụng cho các tính toán thiết kể Đánh giá tôn thất trong vận hành

vả xác định dung lượng bù tỗi ưu, nói chung không nên áp dụng

2.2 Tinh toán tổn thất theo biểu dé công suất

Theo phương pháp này tốn thất diễn năng dược trực tiến hay gián tiếp tính theo

công suất của biểu dé phụ tải các nút Tổng tổn thất công suất từng giờ trong ngày chính là tốn thất điện năng tổng cộng Về lý thuyết phương pháp có thể cho

chính xác trị số tấn thất diễn năng vì xét đến cấu trúc cụ thể của lưới diện trong mỗi tình huống phụ tải Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi nhiều số liệu thống kê phụ tải, khối lượng tính toán lớn Trong tương lai khi kỹ thuật đo va truyền tin phát triển thì phương pháp này khả thi (ví dụ hệ thống truyền lải dự liều bằng sóng), tuy nhiên hiện tại còn nhiêu khó khăn

2.3 Phương pháp đường cong tổn that

Thực chất của phương pháp này là xác định gián tiếp tốn thất điện năng theo

biểu đồ phụ tải Với mức độ thông tin thiếu khác nhau, phương pháp tốn thật cho

kết quả về độ chính xác cao nhất có thể được

2.3.1 Trưởng hợp chỉ ño được biểu đỗ công suất tng trên thanh cải và cho tri

số công suất định nước (hay cực đại) các nút

Với giả thiết dậc tính phụ tải như nhau tại mợi nút đường cong tổn thất dược xây

đựng như sau

Đầu tiên xây dựng biểu đỗ phụ tải tương đối của mọi nút (kế cả nút thanh cái)

Mỗi nút lấy công suất dịnh mức (hoặc cực đại) làm lượng cơ bản Nếu đặc tính

phụ tải giống nhau thì các biểu đồ tương đối của mọi nút trừng nhau và trùng với

biểu đỗ núi thanh cái (tổng phụ tãi) Như vậy có thể xây dựng được biểu dé nay

theo số liệu duy nhật đo trên thanh cái

‘Tiép theo xây dựng biểu đỗ công suất các nút trong hê đơn vị có tên (bằng cách

nhân với lượng cơ bản)

Về nguyên tắc cá thể tính tổn thất công suất tống trong lưới ứng với các giờ khác

nhau theo biểu đổ biểu đỗ 'Từ đó xây dựng quan hệ

AP; -fŒ,)

cũng chỉnh là đường cong tấn thất

Thực tế có thể thực hiện theo cách sau: giả thiết sông suất tông thanh cái thay

đổi từ Pa đến Pmaš Chọn các giá trị khác nhau trong phạm ví nảy và chia tỉ lệ cho các nút phụ tải Tỉnh trị số tổn thất công suất tổng ứng với mỗi giá trị công

suất thanh cái dã cho, xây dựng dường cong tốn thất

Thương pháp vừa nêu sẽ mắc sai số nhiều nếu các phụ tải cỏ đặc tính thay đổi

tỉ lệ cho các nút tương ứng Tính toản tốn thất và xây dựng đường cong tốn thất

thông qua quan hệ ÁP;(Pz¡)

Đường cong tốn thất xác định với một phương thức vận hành đã cho của

HTCCĐ (mỗi phương thức ứng với một phương án nhất dinh cia so dé phan

chia, đầu phân áp tại trạm biển áp, dung lượng bủ đưa vào vận hành ) Dạng đặc

trưng của đường cong tên thất như trên hình 2.2

Một số đặc điểm của đường cong tốn thất

- Tĩnh xác định

khi biểu đồ phụ tải các nút (tính theo trị số tương đổi) có dạng không thay đổi và piữ nguyên cos@ thì đường cong lả hoàn toàn xác định Nói chung, với

lưới có cầu trúc ổn định thị điểu kiện nảy đảm bảo Trong nhiều trường hợp biểu

đỗ (tương đối) của các nút còn có thể giếng nhau, việc tính toán tương đối đơn

giản

~ Nổi điểm bắt kỳ của dường cong với gốc toa dé, hệ số góc của dường,

thẳng đặc trưng cho tỷ lệ tốn thất công suất Tổn tại một vùng (xung quanh a) tỉ

lệ tổn thất điện năng ít nhất (Hình 2.2) Lưới làm việu non tải hoặp quá Lái đều có

thể dẫn đến tăng cao tỉ lệ tổn thắt điện năng

~ le tính chất xác định của đường cong tổn thất, có thể mở rộng pham vi

xây dựng đường cong về 2 phía của biểu đồ phụ tải thực (Tính toán bằng cách

thay đổi trị số công suất giữ nguyên dang của biểu đổ)

- Khi có thay đổi nhiều về cấu trúc và tính chất phụ tải, đường cong tốn

thất có thể thay đổi nhiều Trong quần lý vận hành, thường xuyên phải kiểm tra, tính toán xây dựng lại dường cong tốn thất

3.3.3 Quần lở vận hành HTCCĐ theo đường cong tốn thất

Đường cong tổn thất là một công cụ thuận lợi, sử dụng hiệu quả trong thiết

kế vận hành tôi ưu HTCCD Đ6 là vì bản thân đường cong chứa rất nhiều thông tin về đặc trưng kinh tế - kỹ thuật của lưởi cung oấp

a Xác định tổn thất điện năng

Khi đường cong tổn thất công suất đã được xây dựng, có thể sử dụng lam

công cu chỉnh để tính toán tốn thất diện năng Giả sử biết biểu dé công suất tổng,

thanh cái hình 3-3 Œuôn có thể đo đạc, xác dịnh trong vận hành) Đường cong

cho phép xác định tốn thất điện năng giờ và toàn bộ thời gian trong ngày không

kèm theo phép tính toán phức tạp nảo

[link 2.3 Xáo đình tổn thất điện

năng theo đường cong tôn thất

Hình 2.3 minh hoạ quá trình xác định biểu đồ tổn thất công suất trong

ngày cúa HTCCP Tổn thất diện năng xác định bằng diện tích của biểu dỗ Quá

trình trên dé đàng thực hiện bằng chương trình hoá trên MTDT Kết quả tính

toán có thể dùng cho nhiễu bài toán khác nhau, nói riêng có thể xác dịnh r — AA/AP cho lưới cụ thể

b Phân tích các đặc tính lỗn thái trong lưới

Từ dạng chung của đường cong, só thể thấy rằng, nhiều thông tin gó thể

có dược qua dường cong tốn thất Trước hết, tần tại miền làm việc của HTCŒĐ,

ứng với tổn thất công suất và điện năng ít nhất (xung quanh công suất

P,hinh2.2) Khi phụ tải giám thấp (đưới miễn tối ưu) tỉ lệ tổn thất điện năng

ting do tôn hao không tải lớn Khi phụ tải tăng cao (trên miền tối tu), tỷ lệ tốn thất cũng tăng đo quả tải các trạm, sụt áp quá lớn trên các tuyển Như vậy phân

tích biểu để có thể dễ dàng đánh giá được lưới đang làm việc ở trạng thái nào về

phương diện tổn thất Mỗi trường hợp sẽ ứng với cách xử lý giảm tổn thất khác

nhau Trưởng hợp đầu, tốn thất có thể giám được băng cách lựa chọn sơ đồ vận

hành, tối ưu hoá số lượng máy biến áp làm việc để giảm tốn hao không tái 'trường hợp sau, cần nghĩ đến các khả năng cải thiện cos@, đặt thêm thiết bị bủ, nâng cao khả năng tải các tuyến Dễ đánh giá hiểu quả các biên pháp kỹ thuật,

có thể xem xét, sự biển dạng của đường cong tốn thấL Iliễu quả cuối cùng là tốn thất điện năng ít nhất

Khi thay đổi phương thức vận hành (phân đoạn lưới, chuyển đổi đầu phân

ap, déng cắt dụng lượng bú ) có thể xây dựng được một họ các đưởng cong tin thất (hình 2.4a) Sử dụng họ đường cong này có thể xác định được phương thức vận hành tdi ưu và thời điểm chuyển đỗi phương thức vận hành, sao cho có một

chế độ làm việc hợp lý nhất của HTŒCD ( về phương điện giảm tổn thất )

Chẳng hạn chuyển đổi tại các điểm phân công suất P\, P; trên hình 24a Khi

đó đảm bảo cho đường, cong tốn thất luôn đi theo đường bao phía dưới của họ

đường cong Tổn thất điện năng trong ngày sẽ là nhỏ nhất Dây cũng chính là cơ

sở của phương pháp tổ chức và điểu khiển vận hành tối ưu HTCCP trong thời gian thực

Duong cong còn đặc biệt tiện lợi khi đánh giá hiêu quả các phương tiện

bù Các đường cong tốn thất được xây dựng khi có và không có đụng lượng bù đặt thêm sẽ phần anh dầy đủ hiểu quả kinh tế giảm tốn thất diễn năng của lưới -

một chỉ tiêu chủ yếu cho phép so sánh hiệu quả kinh tế

2.4 Kết luận chương 2

1 Tính toán tổn thất trong diễu kiện vận hành và nghiên cửu các biện pháp piảm

thiểu tốn thất đòi hỏi độ chính xác cao Phương pháp thời gian tổn thât công suất

lớn nhất chủ yếu được áp trong ác tình toán thị: nói chung không áp dụng

được để phân tích tốn thất và đánh giá hiêu quả các biên pháp giảm tốn thất

2 Phương pháp tính toán tốn thất trực tiễn theo biểu dé và phương pháp đường cong tổn thất có khả năng img dung thích hợp cho diều kiện vận hành Có thể

dựa trên các phương pháp này đề phát triển phương pháp tinh toán tổn thất và dé

xuất các biện pháp giăm tổn thẤt cho sơ đổ HTĐ Việt Nam

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HỆ THÓNG ĐIỆN VÀ CÁC CHƯƠNG

TRINH TÍNH TOAN PHAN TICH TON THAT

3.1 Yêu cầu của các phần mềm phân tích hệ thống, ứng dụng trong tính toán tốn thất công suất đối với HTĐ phức tạp

Bài toán tính toán tốn thất về cơ bắn là tính toán chế đô xác lập, tuy nhiên

có những yêu cầu riêng Trong mô hinh tính toán phải xét đến đây đủ và chỉ tiết hơn mô hình toán học của các phẩn tử, đặc biệt lá các yêu Lỗ liên quan đến tổn that

3.2 Mô hình hệ thống điện trong tính toán tốn thất

Sau đây ta sẽ thiết lập mô hỉnh toán học cho các phần tử trong HĐ phục

vụ mục đích tính Luân chế độ xác lập cũng như tỉnh toán tin that

3.2.1 Các dường dây trên không và cáp

- Dường dây trên không điện án U < 35 kV:

k i wit tlto

kờ 3

- Đường dây siêu cao áp : có thể mô hình bằng chuỗi dường dây ngắn hoặc mô hình theo thông số mạng 4 cực

+ Mô hình chuỗi đường dây ngắn

Mỗi đoạn AI (AI <100km) được mô hình bằng một mắt xích hình 11 với :

Ưu điểm của mô hình nảy đơn giản và có thể khảo sát được thông sé tai các

điểm trung gian trên dường dây

+ Mô hình theo thông số mạng 4 cục :

Coi đường đây dai như mạng 2 cửa (4 cực) với các thông số đầu vào và đầu ra

là dòng và áp 2 dầu dường dây (U1, 1,U2,h)

Khi đỏ có thể viết phương trình chế độ xác lập của đường đây dài :

Các thông số nếu đưa về mạng hình II tương dương như sau

Mô hình này có ít phần tử hơn sơ với mô hình chuỗi đường dây ngắn và có

độ chỉnh xác cao hơn Luy nhiên nhược điểm là không thco đối dược thông số phân bố dọc theo chiều dài đường đây

Trong các chương trình máy tính thường mô hình dường đây siêu cao áp

đưới dang hình II Khi cần tỉnh thông số tại các mút trung gian vẫn có thể chia

thành nhiều đoạn ngăn để tính toán

Các thông số trong mô hình Za, Zo được tính toán đựa vào các thông số có sẵn

của máy biến áp như Sam, Ưam, Uw%, ADw,ADo, AQo Máy biến áp C-H là máy

biển áp lý tưởng thể hiện việc tính toán được qui déi về phía cao áp

- Máy biến áp 3 cuộn đây:

Các théng sé nhanh Zc, Zu, Zr cũng được tính toán dựa vào các thông số có

sẵn của máy biển áp như San, Uan, Un%, APy,APo, AQo Vai trỏ của máy biến áp

C-T.C-H cũng như của MBA 2 cuộn dây

s kháng điện và tụ điện (bù ngang, bò dọc)

Các phần tử này được thay thế đơn giản bằng oác nhánh có điện kháng và diện dung tương ưng Kháng bù ngang thường dược cho bằng công suất định mức và điện kháng có thể tính theo :

Xk= a (Q)

3.23 Phụ tải

Thụ tải điện thường được xác định dưới dạng công suất lấy từ nút lưới Thi xét lưới truyền tải thi phụ tải có thể là các thanh cái 110kV, 220kV của trạm Thi xét lưới nhân phối thì phụ tải là thanh ái điện áp cao hoặc thấp của các trạm

(3-35kV, 380V) Phụ thuộc vảo yêu cầu của bài toán tỉnh toán chế độ xác lập,

phụ tải có thể là giá trị trung bình, giá trị cực đại hoặc ở didi dang dic tinh tĩnh Thi tỉnh toán chế độ của lưới cung cấp diện trong trạng thái vận hành, nói chung

thường xét đặc tính tĩnh của phụ tải [2]

UD =o [bo + buy + bE FI fo BED G2)

Trong dé

-Po, Qo la tri sé CSTD va CSPK tai U — Uan, £- fan

- a,b,œ,B là các hệ số tiêm cân thỏa mãn

ao lấn lay — bạLBị Ly ; ga * a1 — Po | Br -7

Khi không có số liệu về đặc tính tĩnh, phụ tải cũng có thế cho dưới 2 dang

đặc biệt như sau

- Coi P-const ; Q-const,

Laie dé cho ap — bo ~ ato ~ [le — 1; các hệ số còn lại bằng 0

31

U, UA

Z= RYN =F Po+ iQ0)= a (eos8 + jsin8)

Mô hình phu tdi cp qua MBA diéu áp dưới tải

Mấy biến ấp điều áp dười tải có thể giữ điện áp Lại phụ tải có giá trị gần

như không đổi trong dải điều chính Xét MA cung cấp cho phụ tải PtjQ có đặc

tinh tinh theo điện án đã biết và phạm vì điều chỉnh cla MBA là +AU như trong

có đạng nhảy bậc Trong phạm vi thay đổi được của đầu phân áp thì điện ap tai

thanh cái hạ áp luôn không đổi nên P — Pp Q — Qu Ngoai phạm vì diều chỉnh thì phụ tải thay dỗi theo dặc tính tĩnh Nếu bỏ qua tốn thất công suất của máy biển

áp thì đặc tính này cũng chính là P,Q phía cao áp Ta có thể viết lại hãm đặc tính

của P theo U như sau

Đ{U-AU) RhiU<Uxs AU P= Po Khí Uan — AU<AU “Use AU:

ĐŒIAU) — khiU>U4»LAU

Hệ phương trình của hệ thống điện có thể được xây dựng qua các định luật Ôm

và định luật Kiếc-khốp Có 2 dạng hệ phương trình được

dung dé gidi bai toán chế độ xác lập của hệ thống điện là hệ phương trình cân bằng đỏng nút và hệ

phương trinh cân bằng công suất nút

3.3.1 Hiệ phương trình cân bằng dòng nút

Giả thiết sơ đồ hệ thống điện gồm Ñ nút và một nút đất có số thứ tự 0 Nút thứ ¡ gồm các nhánh nỗi với nút i qua máy biến áp lý tưởng Nguồn dòng bơm