Luận văn tốt nghiệp đại học tính toán bù kinh tế tối tuyến 477ax lưới điện thành phố cà mau và ứng dụng mạng nơron dự báo phụ tải điện phát tuyến

Trong công tác qui hoạch và xây dựng chiến lược phát triển kinh tế xã hội nói chung và qui hoạch phát triển hệ thống điện nói riêng, cần thiết phải tính toán xác định được các chỉ số của

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Họ và Tên: Đinh Công Thành Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 06/01/1979 Nơi sinh: Ninh Bình 

Địa chỉ liên lạc: 76/1 ấp Nhân hòa- Tây hòa- Trảng Bom- Đồng nai

Điện thoại cơ quan: Điện thoại: 0908569035 

Email: Thanhktd2012@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

1 Trung cấp chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian: 1998- 2001

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công 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 công trình nào khác

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và người thân đã luôn ở bên tôi, động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này

TÓM TẮT

Lưới điện phân phối (LĐPP) liên tục phát triển theo không gian và thời gian, ngoài việc đáp ứng đủ nhu cầu công suất tác dụng cho phụ tải, cần chú trọng đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng (CSPK) Việc bù CSPK sẽ cho phép nâng cao chất lượng điện năng cũng như hiệu quả kinh tế của LĐPP

Luận văn trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu và các chỉ số về điều kiện khí hậu LĐPP cho chương trình PSS/ADEPT Từ đó sử dụng chương trình để tính toán, đánh giá hiệu quả các phương án bù tối ưu phía trung áp và phía

hạ áp, nhằm đề xuất phương án bù tối ưu cho LĐPP

ABSTRACT

The distribution network developed continuously in space and time, beside sufficiently meeting the active power need for additional load, it’s also very important to meet reactive power need Reactive power compensation will enhance electricity quality as well as economic efficiency of the distribution network

In this article, we present the study result of establishing data bases and economic indexes of the distribution network to PSS/ADEPT Then, we can use this program to calculate and evaluate the efficiency of medium and low voltage optimal compensation with the aim of proposing the most optimal alternative for the distribution network

DANH SÁCH CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

PSS/ADEPT Power System Simulator/Advanced Distribution

Engineering Productivity Tool

FLANN Functional Link Artificial Neural Network

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Vị trí và vai trò của lưới điện phân phối 12

Hình 2.2 Đường dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung 19

Hình 2.3 Đường dây phụ tải tập trung và phân bố đều có một bộ tụ 23

Hình 2.4 Đường dây phụ tải tập trung và phân bố đều có bù 2 bộ tụ 24

Hình 2.5 Hộp thoại thiết đặt thông số trong Capo 30

Hình 2.6: Biểu đồ phụ tải trung bình ngày điển hình của Điện lực Gia Lai 42

Hình 2.7 Mô hình mạng nơ ron nhân tạo với các thông số đầu vào và đầu ra 44

Hình 2.8 So sánh phụ tải dự báo 24h và phụ tải thực 24h của ngày 08/05/2004 45

Hình 2.9 So sánh phụ tải dự báo 24h và phụ tải thực 24h của ngày 19/11/2005 45

Hình 2.10 So sánh phụ tải dự báo 24h và phụ tải thực 24h của ngày 25/7/2006 46

Hình 3.1 Sơ đồ lưới điện TP Cà Mau 48

Hình 3.2 Sơ đồ đơn tuyến xuất tuyến 477AX 52

Hình 3.3 Các chỉ số kinh tế được thiết lập trong PSS/Adept 54

Hình 4.1 Cấu trúc 1 nơ-ron sinh học 61

Hình 4.2 Sự liên kết của nơ-ron 61

Hình 4.3 Mô hình toán của 1 nơ-ron nhân tạo 62

Hình 4.4 Hàm nấc 63

Hình 4.5: Hàm dấu 64

Hình 4.6: Hàm tuyến tính 64

Hình 4.7: Hàm tuyến tính bão hòa 65

Hình 4.8: Hàm Sigmoid đơn cực 65

Hình 4.9: Hàm Sogmoid lưỡng cực 66

Hình 4.10 Cấu trúc mạng neural 73

Hình 4.11a Kết quả dự báo kiểm tra so với kết quả thực tế 75

Hình 4.11b Sai số dự báo 75

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Số liệu cơ bản các phát tuyến cung cấp điện TP Cà Mau 49

Bảng 3.2 Thông số phát tuyến 477AX 50

Bảng 3.3 Các chỉ số kinh tế cài đặt trong PSS/Adept 53

Bảng 3.4 Thời gian vận hành các chế độ cao điểm, thấp điểm và bình thường 55

Bảng 3.5 Bù trung áp tại nhiều vị trí cho cả 3 trường hợp cao điểm, thấp điểm và bình thường 55

Bảng 3.6 Bù trung áp tại nhiều vị trí xét cho cả 3 trường hợp cao điểm, thấp điểm và bình thường qua khảo sát vị trí bù thích hợp trong thực tế 57

Bảng 3.7 Bù trung áp tại nhiều vị trí có giới hạn thiết bị bù 58

Bảng 4.1: Dữ liệu điển hình của XT-477AX vào 01/01/2011 73

Bảng 4.2: Dữ liệu điển hình của XT-477AX vào 01/01/2012 74

Bảng 4.3: Kết quả dự báo trung bình các giờ theo các năm 746

Bảng 4.4: Kết quả dự báo cho các năm tiếp theo 757

Bảng 4.5: Kết quả tính toán bù trung thế theo dự báo 778

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC I LỜI CAM ĐOAN II LỜI CẢM ƠN III TÓM TẮT IV ABSTRACT V DANH SÁCH CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VI DANH SÁCH CÁC HÌNH VI1 DANH SÁCH CÁC BẢNG VIII

MỤC LỤC 4

CHƯƠNG 1GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 7

1.1.Đặt vấn đề 7

1.2.Mục tiêu của luận văn 9

1.3.Nhiệm vụ của luận văn 9

1.4.Phạm vi nghiên cứu của luận văn 9

1.5.Điểm mới của luận văn 9

1.6.Giá trị thực tiễn của luận văn 10

1.7.Bố Cục Luận Văn 10

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11

2.1.Hệ thống điện 11

2.2.Tổng quan về bù công suất phản kháng 12

2.2.1.Khái niệm bù công suất phản kháng 12

2.3.Các thiết bị bù công suất: 14

2.3.1.Bù trên lưới điện áp: 14

2.3.2.Tụ bù nền 15

2.3.3.Bộ tụ bù điều khiển tự động (bù ứng động) 15

2.4 Vị trí lắp đặt tụ bù: 16

2.4.1.Bù tập trung: 16

2.4.2.Bù nhóm (từng phân đoạn) 17

2.4.3.Bù riêng: 18

2.5.Xác định dung lượng bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosφ 18

2.5.1.Phương pháp tính toán lựa chọn công suất và vị trí bù tối ưu 19

2.5.2.Tính toán bù trên đường dây có phụ tải tập trung và phân bố đều 21

2.5.3.Xác định vị trí tụ bù tối ưu 25

2.6.Giới thiệu về PSS/Adept 27

2.7.Phương pháp tính xác định vị trí bù tối ưu của phần mềm PSS/ADEPT 28 2.7.1.Thiết lập các thông số lưới điện cho CAPO 28

2.7.2.Cách PSS/ADEPT tính các vấn đề kinh tế trong CAPO 29

2.7.3.Thiết lập các tùy chọn cho phép phân tích CAPO 30

2.7.4.Cách PSS/ADEPT tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu 31

2.7.5.Cách chạy bài toán tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu 34

2.7.6.Report sau khi phân tích và tính toán 34

2.8.Dự báo phụ tải cho lưới điện phân phối 35

2.8.1.Khái niệm về dự báo phụ tải 356 2.8.2.Nghiên cứu phương pháp xây dựng bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn 37

2.8.3 Cơ sở xây dựng phương pháp dự báo phụ tải mới sử dụng mạng nơ ron

nhân tạo 37

2.8.4 Tổng quan các bài báo dự báo phụ tải 40

Chương 3 TÍNH TOÁN BÙ KINH TẾ TUYẾN 477AX LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ CÀ MAU 47

3.1.Sơ lược về Thành phố Cà Mau 47

3.2.Giới thiệu lưới điện thành phố Cà Mau 47

3.3.Số liệu các phát tuyến 49

3.4.Áp dụng tính toán cho phát tuyến 477AX 50

3.4.1.Các thông số ban đầu của phát tuyến 477AX 50

3.4.2.Xây dựng các chỉ số kinh tế cho chương trình PSS/ADEPT 53

3.4.3 Tính toán bù CSPK bằng chương trình PSS/ADEPT cho phát tuyến 477AX 53

Chương 4 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON DỰ BÁO PHỤ TẢI ĐIỆN PHÁT TUYẾN 477/AX 60

4.1.Giới thiệu 60

4.2.Cấu trúc mạng nơron nhân tạo 60

4.3.Phân loại mạng nơron nhân tạo 66

4.4.Các phương pháp huấn luyện Mạng nơ-ron 66

4.5.Thuật toán huấn luyện mạng 69

4.6.Ứng dụng mạng neural cho bài toán dự báo phụ tải điện ngắn hạn 72

4.6.1.Những yếu tố ảnh hưởng đến dự báo phụ tải 72

4.6.2.Dữ liệu đầu vào cho bài toán dự báo phụ tải 72

4.6.3.Tổng kết quả dự báo trong các năm tới: 76

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80

5.1.Kết luận 80

5.2.Hướng phát triển của đề tài 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1.1 Đặt vấn đề

Phân phối điện là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng đến hộ tiêu thụ Trong quá trình sản xuất, truyền tải và phân phối điện, lượng tổn thất chiếm tỷ

lệ lớn nhất là lưới điện phân phối

Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và đời sống nhân dân được nâng cao, do đó nguồn điện cũng phải đáp ứng được những đòi hỏi về công suất và chất lượng được đảm bảo Vấn đề công suất phát ra phải được truyền tải và tận dụng một cách hiệu quả nhất, không để lãng phí quá nhiều ảnh hưởng đến kinh tế là một bài toán được rất nhiều đề tài nghiên cứu Tổn hao công suất là vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng điện năng, do đó cần phải có các biện pháp đưa ra để giảm lượng tổn thất công suất trên lưới Vì vậy, một trong những biện pháp khá hiệu quả

là tìm điểm bù công suất lưới điện phân phối

Trong công tác qui hoạch và xây dựng chiến lược phát triển kinh tế xã hội nói chung và qui hoạch phát triển hệ thống điện nói riêng, cần thiết phải tính toán xác định được các chỉ số của nền kinh tế tại một thời điểm trong tương lai như: Tổng thu nhập quốc dân (GDP), tổng dân số, tổng sản phẩm công nghiệp, tổng điện năng tiêu thụ v.v Để tính toán được các chỉ số nêu trên phải sử dụng phương pháp dự báo, mức độ chính xác của kết quả dự báo phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn mô hình và phương pháp dự báo

Đối với công tác dự báo phụ tải điện năng, kết quả dự báo không chính xác, sai lệch quá nhiều về khả năng cung cấp hoặc về nhu cầu điện năng sẽ dẫn đến hậu quả không tốt cho nền kinh tế Nếu ta dự báo phụ tải quá thừa so với nhu cầu sử

dụng thì hậu quả là phải huy động nguồn lớn hơn mức cần thiết dẫn đến tăng vốn đầu tư Ngược lại nếu dự báo phụ tải quá thấp so với nhu cầu thì sẽ không đáp ứng được nhu cầu cho các hộ tiêu thụ điện và làm thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân, ảnh hưởng đến đời sống và sinh hoạt của nhân dân Ngày nay đã có hàng loạt các phương pháp dự báo được đề xuất và áp dụng tính toán trong các bài toán qui hoạch như: Phương pháp tính theo hệ số đàn hồi, phương pháp ngoại suy theo thời gian, phương pháp tương quan, phương pháp chuyên gia, phương pháp san bằng hàm mũ, phương pháp xác định toán tử dự báo tối ưu, phương pháp mạng neuron v.v Việc dự báo phụ tải điện và bù công suất phản kháng giảm được lượng tổn thất công suất trên lưới điện phân phối sẽ đem lại những lợi ích to lớn sau:

 Về phía công ty điện lực

- Giảm giá thành điện năng do giảm được lượng tổn thất công suất trên lưới điện

- Tăng lợi nhuận cho công ty do tăng lượng điện cung cấp cho khách hàng

- Tạo ra khả năng cạnh tranh cao cho các công ty điện lực trong thị trường điện đang ngày được thương mại hóa

- Nâng cao hệ số công suất sử dụng, đảm bảo chất lượng điện năng, nâng cao khả năng mang tải của hệ thống

 Về phía khách hàng sử dụng điện

- Giảm được chi phí sản xuất, thiệt hại do việc ngừng cung cấp điện

- Đảm bảo được kế hoạch sản xuất, sinh hoạt và giải trí trong đời sống con người Đặt biệt là có thể tránh được những ảnh hưởng của việc ngừng cung cấp điện đến con người như sức khỏe và đời sống con người

 Về mặt kinh tế điện

- Tạo ra một thị trường điện cạnh tranh lành mạnh

- Thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế

1.2 Mục tiêu của luận văn

Mục tiêu của luận văn làm tìm ra điểm bù công suất tối ưu trên hệ thống lưới điện phân phối hiện hữu và đưa ra những phương án bù cho lưới điện phân phối trong tương lai khi có sự gia tăng phụ tải

1.3 Nhiệm vụ của luận văn

- Tìm hiểu các bài toán về tìm điểm bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối

- Nghiên cứu sử dụng phần mềm PSS/Adept trong việc tìm điểm bù công suất tối ưu cho lưới điện thành phố Cà Mau

- Xây dựng bài toán dự báo phụ tải và đưa ra các phương án bù khi có sự phát triển của phụ tải trong tương lai

1.4 Phạm vi nghiên cứu của luận văn

Luận văn tập trung giải quyết bài toán tìm điểm bù công suất tối ưu trên lưới điện và đưa ra các phương án bù cho lưới điện khi có sự phát triển của phụ tải trong tương lai

Với cơ sở lý thuyết là bài toán bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối Từ đó sẽ áp dụng vào giải quyết bài toán bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối có sự phát triển của phụ tải

1.5 Điểm mới của luận văn

- Tìm được điểm bù công suất phản pháng tối ưu trên lưới điện phân phối bằng phần mềm Pss/Adept cho lưới điện thành phố Cà Mau

- Đưa ra những phương án bù tối ưu cho lưới điện khác nhau khi có sự phát triển của phụ tải trong tương lai

1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn

- Luận văn góp phần vào việc đưa ra phương án bù cho lưới điện phân phối thành phố Cà Mau trong hiện tại và tương lai

- Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện phân phối

- Đưa ra những phương pháp dự đoán nhằm đưa ra những phương án vận hành tối ưu có thể có cho những trường hợp khác nhau của lưới điện

1.7 Bố Cục Luận Văn

Luận văn được thực hiện bao gồm các chương sau:

Chương 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 3: TÍNH TOÁN BÙ KINH TẾ TỐI TUYẾN 477AX LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ CÀ MAU

Chương 4: ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON DỰ BÁO PHỤ TẢI ĐIỆN PHÁT TUYẾN 477/AX

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

và phân bố điện năng

Hệ thống điện không ngừng phát triển theo thời gian và không gian để đáp ứng nhu cầu ngày càng gia tăng của phụ tải Tùy theo lĩnh vực nghiên cứu mà Hệ thống điện được chia hai hướng độc lập nhau:

a Về mặt quản lý và vận hành, hệ thống điện được phân bố thành

- Các nhà máy điện: gồm các nhà máy thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt điện dầu, tua bin khí, nhà máy điện nguyên tử,… Các nhà máy điện này do các nhà máy điện vận hành và quản lý

- Lưới điện truyền tải là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến

áp có cấp điện áp từ 220kV trở lên, các đường dây và trạm biến áp có điện áp 110kV có chức năng truyền tải để tiếp nhận công suất từ các nhà máy điện vào hệ thống điện quốc gia Lưới điện truyền tải do các đơn vị truyền tải điện quản lý và vận hành

- Lưới điện phân phối là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến

áp có cấp điện áp từ 35kV trở xuống, các đường dây và trạm biến áp có điện áp 110kV có chức năng phân phối điện Lưới điện phân phối do các đơn vị phân phối quản lý

b Về mặt nghiên cứu, tính toán thì hệ thống điện được phân thành

- Lưới hệ thống (500kV)

- Lưới truyền tải (110, 220, 330 kV)

- Lưới khu vực (110, 220kV)

- Lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35 kV)

- Lưới phân phối hạ áp (0.4 kV và 0.22 kV)

Sơ đồ hệ thống một lưới điện được thể hiện như sau:

Hình 2.1: Vị trí và vai trò của lưới điện phân phối

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điện mô tả vị trí và nhiệm vụ của lưới điện phân phối trong hệ thống điện từ khâu phát điện, trạm biến áp tăng áp, truyền tải, trạm biến áp trung gian, lưới điện phân phối và cuối cùng là lưới cung cấp điện

2.2 Tổng quan về bù công suất phản kháng

 Khái niệm bù công suất phản kháng

Trong quá trình cung cấp điện, do một số phụ tải có nhu cầu sử dụng công suất phản kháng, mặc dù không sinh ra công, nhưng cần thiết để tạo ra từ trường, một

phản kháng trên đường dây cũng như trong máy biến áp sẽ làm ảnh hưởng xấu đến mạng điện Do đó vấn đề đặt ra là cần thiết phải giảm sự truyền tải công suất phản kháng trên đường dây và các phần tử có dòng điện chạy qua Để giảm truyền tải công suất phản kháng trong mạng điện, có thể đặt các thiết bị bù một chiều (dùng tụ điện tĩnh bù ngang) hoặc thiết bị bù hai chiều (máy bù tĩnh - SVC hay máy bù đồng bộ) nhằm cung cấp thêm công suất phản kháng cho mạng điện tại các vị trí gần phụ tải gọi là bù công suất phản kháng

 Lợi ích bù công suất phản kháng

Hầu hết các thiết bị sử dụng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng và công suất phản kháng Sự tiêu thụ công suất phản kháng này sẽ được truyền tải trên lưới điện

về phía nguồn cung cấp công suất phản kháng, sự truyền tải công suất này trên đường dây sẽ làm tổn hao một lượng công suất và làm cho hao tổn điện áp tăng lên đồng thời cũng làm cho lượng công suất biểu kiến tăng, dẫn đến chi phí để xây dựng đường dây tăng lên Vì vậy việc bù Công suất phản kháng cho lưới điện sẽ có những tích cực như sau:

a Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện

Ta có tổn thất công suất trên đường dây trước khi bù được xác định

b Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện

Tổn thất điện áp trước khi bù được xác định theo công thức:

∆ = . + (2.3) Tổn thất điện áp sau khi bù:

Khi ta giảm Q truyền tải trên đường dây sẽ giảm được tổn thất điện áp trên đường dây Từ đó nâng cao chất lượng điện áp cho lưới điện

c Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp

Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng, tức phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng Dòng điện chạy trên dây dẫn và máy biến áp được tính như sau:

Từ công thức 2.5 cho thấy với cùng một tình trạng phát nóng nhất định của

đường dây và máy biến áp (tức I = const) chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải

Công suất tác dụng bằng cách giảm Công suất phản kháng mà chúng phải tải đi Vì

thế khi vẫn giữ nguyên đường dây và máy biến áp, nếu giảm lượng Q phải truyền

tải thì khả năng truyền tải của chúng sẽ được tăng lên, góp phần làm ổn định điện

áp, tăng khả năng phát điện của máy phát điện…

Việc bù Công suất phản kháng ngoài việc nâng cao hệ số công suất cosφ còn đưa đến hiệu quả là giảm được chi phí kim loại màu tức giảm được tiết diện dây dẫn…nên tiết kiệm được chi phí đầu tư xây dựng lưới điện Giảm được chi phí điện năng…

2.3 Các thiết bị bù công suất:

 Bù trên lưới điện áp:

Trong mạng lưới trung áp, bù công suất được thực hiện bằng :

- Tụ điện với lượng bù cố định (bù nền)

- Thiết bị điều chỉnh bù tự động hoặc một bộ tụ cho phép điều chỉnh liên tục theo yêu cầu khi tải thay đổi

Chú ý : Khi công suất phản kháng cần bù vượt quá 800KVAr và tải có tính liên tục và ổn định, việc lắp đặt bộ tụ ở phía trung áp thường có hiệu quả kinh tế tốt hơn

- Thiết bị này được lắp đặt tại các vị trí mà công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi trong phạm vi rất rộng ví dụ: tại thanh góp của tủ phân phối chính, tại đầu nối của các cáp trục chịu tải lớn

 Các nguyên lý và lý do sử dụng bù tự động:

- Bộ tụ bù gồm nhiều phần và mỗi phần được điều khiển bằng contactor Việc đóng một contactor sẽ đóng một số tụ song song với các tụ vận hành Vì vậy lượng công suất bù có thể tăng hay giảm theo từng cấp bằng cách thực hiện đóng hoặc cắt contactor điều khiển tụ Một rơley điều khiển kiểm soát hệ số công suất của mạng điện sẽ thực hiện đóng và mở các contactor tương ứng để hệ số công suất cả hệ thống thay đổi (với sai số do điều chỉnh từng bậc) Để điều khiển rơle máy biến dòng phải đặt lên một pha của dây cáp dẫn điện cung cấp đến mạch được điều khiển Khi thực hiện bù chính xác bằng các giá trị tải yêu cầu sẽ tránh được hiện tượng quá điện áp khi tải giảm xuống thấp và do đó khử bỏ các điều kiện phát sinh quá điện áp và tránh các thiệt hại xảy ra cho trang thiết bị

- Quá điện áp xuất hiện do hiện tượng bù dư phụ thuộc một phần vào giá trị tổng trở nguồn

 Các qui tắc bù chung

- Nếu công suất bộ tụ (kVar) nhỏ hơn hoặc bằng 15% công suất định mức máy biến áp cấp nguồn, nên sử dụng bù nền

- Nếu ở trên mức 15%, nên sử dụng bù kiểu tự động

- Vị trí lắp đặt tụ áp trong mạng điện có tính đến chế độ bù công suất; hoặc bù tập trung, bù nhóm, bù cục bộ, hoặc bù kết hợp hai phương án sau cùng

- Về nguyên tắc, bù lý tưởng có nghĩa là bù áp dụng cho từng thời điểm tiêu thụ và với mức độ mà phụ tải yêu cầu cho mỗi thời điểm

- Trong thực tiễn, việc chọn phương cách bù dựa vào các hệ số kinh tế và kỹ thuật

2.4 Vị trí lắp đặt tụ bù:

 Bù tập trung:

Áp dụng cho tải ổn định và liên tục

Nguyên lý : bộ tụ đấu vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và được đóng trong thời gian tải hoạt động

Ưu điểm:

- Làm giảm công suất biểu kiến

- Làm nhẹ tải cho máy biến áp và do đó nó có khả năng phát triển thêm các phụ tải cần thiết

Ưu điểm:

- Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng

- Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu

- Kích thước dây cáp đi đến các tủ phân phối khu vực sẽ giảm đi hoặc với cùng dây cáp trên có thể tăng thêm phụ tải cho tủ phân phối khu vực

- Làm giảm tiền phạt do tiêu thụ công suất phản kháng (kVAr)

- Giảm công suất biểu kiến yêu cầu

- Giảm kích thước và tổn hao dây dẫn đối với tất cả dây dẫn

2.5 Xác định dung lượng bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công

suất cosφ

Giả sử hộ tiêu thụ điện có hệ số công suất là cosφ 1, muốn nâng hệ số công suất

này lên cosφ 2 ( > cosφ 1), thì phải đặt dung lượng bù là bao nhiêu?

Với dạng bài toán này thì dung lượng bù được xác định theo công thức sau:

Q bùΣ = P(tgφ 1  -tgφ 2 )α     (kVAr) (2.6) Trong đó:

- P – phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ điện, kW;

- α = 0,9 ÷ 1 – hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng những phương pháp

không đòi hỏi đặt thiết bị bù

Hệ số công suất nói ở trên thường lấy bằng hệ số công suất do cơ quan quản lý hệ thống điện quy định cho mỗi hộ tiêu thụ phải đạt được, thường nằm trong khoảng = 0,8 – 0,95

 Phương pháp tính toán lựa chọn công suất và vị trí bù tối ưu

Hình 2.2 mô tả đường dây thực tế bao gồm nhiều nhánh có phụ tải tập trung và phân bố đều Dòng điện phụ tải chạy trên đường dây gây ra tổn thất trên mỗi pha là

I 2 R Dòng điện đó gồm hai thành phần: Thành phần cùng pha với điện áp U gọi là

thành phần tác dụng và thành phần vuông góc với U gọi là thành phần phản kháng của dòng điện.Việc bù không có ảnh hưởng gì tổn thất công suất do thành phần tác dụng của dòng điện gây ra

Hình 2.2: Đường dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung

Khi có dòng điện cảm chạy trên đường dây có điện trở R, sẽ gây ra tổn thất trên một pha bằng:

Sau khi có bù ngang với dòng điện dung IC thì dòng điện trên đường dây bây giờ sẽ là I1 và tổn thất công suất là I12.R vậy

Như vậy chỉ có thành phần phản kháng của dòng điện I.sinφ và dòng điện bù

IC có quan hệ đến việc giảm tổn thất công suất Để phân tích và biểu thi trên đồ thị được rõ ràng, ta sử dụng hệ đơn vị tương đối

Giả thiết chiều dài của tuyến đường dây là 1.0 pu, mô tả trên hình 2.2 Dựa

theo sự biến thiên dòng điện dọc theo đường dây, thì dòng điện tại một điểm bất kỳ

là hàm của khoảng cách từ điểm đó đến đầu đường dây Vậy vi phân tổn thất P

dΔP trên vi phân dx của đường dây tại khoảng cách x được biểu thị như sau:

ΔP   là tổn nhất trên toàn bộ đường dây trước khi bù

I1 là dòng điện phản kháng ở đầu đường dây

I2 là dòng điện phản kháng ở cuối đường dây

R là điện trở toàn bộ đường dây

x   là khoảng cách từ đầu đường dây tính trong hệ đơn vị tương đối

 Tính toán bù trên đường dây có phụ tải tập trung và phân bố đều

a Trường hợp sử dụng một bộ tụ bù

Đặt một bộ tụ bù vào đường dây chính, sẽ làm nhảy cấp sự biến thiên liên tục của dòng điện phản kháng và có tác dụng là giảm được tổn thất như mô tả theo hình 2.3

Biểu thức tính tổn thất sau khi có đặt một tụ bù có thể viết như sau:

 

 

1 1

2

1 1 2 0

1.0

2

1 1 2

2 1

 I

Từ 2.17 và 2.18 biểu thức 2.19 có thể rút gọn như sau:

  2 1

i= I 1 -(I 1 -I 2 ).x i= I 1 -(I 1 -I 2 ).x - I c

Giả thiết rằng hai bộ tụ bù có cùng công suất và được đấu vào đường dây để

bù, mô tả trên hình 2.3 Các tính toán cũng tương tự như trên, và biểu thức tính tổn thất mới sau khi có đặt hai bộ tụ bù ở hai vị trí trên đường dây có thể viết như sau:

 

 

 

1 2 1 2

2

1 1 2 0

2

1 1 2

1.0

2

1 1 2

i 2 = I 1 -(I 1 -I 2 ).x - 2I c

Hình 2.4: Đường dây phụ tải tập trung và phân bố đều có bù 2 bộ tụ

Thay giá trị tổn thất trước khi bù 2.12 và tổn thất sau khi bù 2.24 vào biểu thức tính độ giảm tổn thất trong hệ tương đối 2.15 ta được:

c Suy rộng cho trường hợp sử dụng n bộ tụ bù

Từ những kết quả đã tính toán có được ở trên ứng với số lượng tụ bù tăng dần,

ta có thể suy ra trường hợp tổng quát có n nội tụ bù, để viết biểu thức tính độ giảm tổn thất công suất trong hệ đơn vị tương đối sau:

Với x i,opt là vị trí tối ưu của tổ tụ bù thứ i trong hệ đơn vị tương đối

Trong phương trình 2.27 khi thay xi bằng x i,opt ta có độ giảm tối ưu tổn thất công suất bằng:

1

(2 1) ( 1)2

n n i

2 1

1

6 1

n n n i

Hay:

2 ,

Đối với đường dây có phụ tải phân bố đều, dòng phản kháng tại cuối đường

dây bằng không (I2 = 0) nên λ = 0 và ta có α = 1, do đó độ giảm tổn thất ưu bằng:

.

89

Và vị trí đặt tối ưu là:

1

23



Độ bù tối ưu là:

23



2.6 Giới thiệu về PSS/Adept

PSS/ADEPT (Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) là phần mềm tính toán và phân tích lưới điện phân phối được xây dựng và phát triển bởi nhóm phần mềm A Shaw Group Company, Power Technologies International (PTI) thuộcSiemens Power Transmission & Distribution, Inc.PSS/ADEPT là một module trong phần mềm PSSTM

Theo thống kê của công ty phần mềm PTI hiện nay trên thế giới có tới 136 quốc gia sử dụng phần mềm này phục vụ cho công tác tính toán và vận hành lưới điện phân phối của các điện lực Đặc biệt một số nước có hệ thống điện phát triển

đã sử dụng các module tính toán của PSS/ADEPT đã giảm được tổn thất điện năng xuống mức thấp nhất như Nhật bản (4,3%) Singapore(7,2%) Canađa(5,7%)… Hiện nay theo mục tiêu của Tập đoàn Điện Lực Việt Nam sẽ giảm tổn thất điện năng của cả nước dưới 10% trong năm 2007 Một trong các biện pháp đó là đưa phần mềm PSS/ADEPT vào tính toán cho lưới điện phân phối

Các tính năng chính như:

- Tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện 3 pha 3 dây và 3 pha 4 dây

- Tính toán các loại ngắn mạch trong hệ thống

- Tính toán xác định vị trí tụ bù

- Tính toán tìm điểm mở tối ưu

- Tính toán khởi động động cơ

- Tính toán mô phỏng họa tần sóng hài tại các nút

- Tính toán phối hợp lắp đặt bảo vệ

- Tính toán độ tin cậy trong hệ thống

Với các tính năng kết hợp đầy đủ trong một phần mềm, khả năng giải quyết được tất cả các bài toán trong lưới phân phối thì PSS/ADEPT được đánh giá là phần mềm tính toán lưới phân phối tốt nhất hiện nay

2.7 Phương pháp tính xác định vị trí bù tối ưu của phần mềm PSS/ADEPT Capo đặt tụ bù trên lưới sao cho kinh tế nhất (nghĩa là sao cho số tiền tiết kiệm được từ việc đặt tụ bù lớn hơn số tiền phải bỏ ra để lắp đặt tụ bù)

Capo chọn nút cho tụ bù thứ n để số tiền tiết kiệm được là lớn nhất Đồ thị phụ tải được sử dụng trong Pss/Adept để cung cấp cho ta sự mô hình hóa các biến thiên phụ tải theo thời gian, nhiệt độ hoặc các yếu tố khác

Khi đặt các tụ bù ứng động, Capo cũng tính luôn độ tăng của nấc điều chỉnh tụ

bù ứng với từng đồ thị phụ tải

 Thiết lập các thông số lưới điện cho CAPO

Các thông số kinh tế lưới điện được sử dụng trong quá trình tính toán vị trí đặt

tụ bù tối ưu Để thiết lập các thông số kinh tế này, chọn Network -> Economics từ

trình đơn chính Bảng các thông số kinh tế sẽ hiện ra trên màn hình

Giá điện năng tiêu thụ cP tính bằng đơn vị kWh Nhìn vào đơn vị ta có thể

thấy đây là năng lượng “thực” Ở Mỹ thường sử dụng đơn vị tiền tệ là dollar, tuy nhiên cả Pss/Adept và Capo đều không bắt buộc đơn vị tiền tệ phải sử dụng, chúng

ta có thể sử dụng bất cứ đơn vị tiền tệ nào miễn sao đảm bảo tính nhất quán giữa các biến số

Giá điện năng phản kháng tiêu thụ cQ cũng có đơn vị tuỳ chọn giống với giá

điện năng tiêu thụ Giá trị này (cũng như các giá trị khác) sẽ được đặt là 0 nếu không có giá trị trên thực tế

Giá công suất thực lắp đặt dP là giá của công suất phát phải trả để thay thế tổn

hao hệ thống Hiện tại Capo không sử dụng giá trị này

Giá công suất phản kháng lắp đặt dQ giống với giá công suất thực lắp đặt

Hiện tại Capo cũng không sử dụng giá trị này

Tỷ số trượt giá r được sử dụng để quy đổi số tiền tiết kiệm được và chi phí từ

tương lai về thời điểm hiện tại Nếu nguồn tài chính của việc mua và lắp đặt tụ bù được vay từ ngân hàng thì tỷ số trượt giá sẽ bằng hoặc gần bằng lãi suất cho vay của ngân hàng Khi đã sử dụng tỷ số trượt giá Capo không tính đến thuế và những yếu

tố khác Sau khi các thông số kinh tế đã được giải thích, ta sẽ biết các phương trình được Capo sử dụng để tính toán

Tỷ số lạm phát i là sự tăng giá điện năng và tiền bảo trì tụ bù hàng năm Lưu ý

là tỷ số này tính bằng đơn vị tương đối (pu) chứ không phải phần trăm (%) Thông thường giá trị này trong khoảng 0.02 đến 0.08 cho 1 năm

Thời gian tính toán N là khoảng thời gian mà tiền tiết kiệm được từ việc lắp tụ

bù bằng với tiền lắp đặt và bảo trì tụ bù (nghĩa là thời gian hoàn vốn) Nếu thực tế

có chính sách là đầu tư phải hoàn vốn trong 5 năm thì giá trị này được đặt là 5

Giá lắp đặt tụ bù cố định cF có đơn vị là Kvar của kích cỡ tụ bù; giá trị này

cần được tính để phù hợp với thực tế của người sử dụng Có thể nó sẽ bao gồm cả tiền vỏ bọc tụ bù, tiền vận chuyển, tiền công lao động, v.v…

Giá lắp đặt tụ bù ứng động cQ giống với tụ bù cố định, tuy nhiên có thể tụ bù

ứng động sẽ có giá cao hơn, vì vậy nó được để thành giá trị riêng

Tỷ giá bảo trì tụ bù cố định mF là tiền để duy trì hoạt động của tụ bù hàng

năm Tỷ giá này tính bằng /Kvar-yr Tiền bảo trì tăng theo tỷ số lạm phát

Tỷ giá bảo trì tụ bù ứng động mS giống với tụ bù cố định Vì tiền bảo trì này

cao hơn nên nó được để riêng

 Cách PSS/ADEPT tính các vấn đề kinh tế trong CAPO

Các tính toán kinh tế trong Capo được giải thích ở đây ứng với 1 tụ bù cố định

ở 1 đồ thị phụ tải đơn

Giả sử Capo đang tính toán lắp đặt tụ bù thứ n, độ lớn sF Tất cả các nút hợp

lệ trong lưới điện được xem xét để tìm vị trí đặt tụ bù sao cho số tiền tiết kiệm được

là lớn nhất; giả sử công suất thực tiết kiệm được là xP (kW) và công suất phản kháng tiết kiệm được là xQ (kvar) Năng lượng tiết kiệm và quá trình bảo trì diễn ra

trong một khoảng thời gian, vì vậy chúng ta sử dụng một đại lượng thời gian tương

đương, gọi là Ne:

2 1

11

i

Ne  

Như vậy giá trị của năng lượng tiết kiệm được là:

 Thiết lập các tùy chọn cho phép phân tích CAPO

Pss/Adept cho phép chúng ta sửa đổi các tuỳ chọn trong phần tìm vị trí tụ bù tối ưu Các bước để sửa các tùy chọn cho Capo:

 Bước 1: Chọn Analysis > Options từ trình đơn chính Bảng các tuỳ chọn sẽ hiện ra

 Buớc 2: Chọn thẻ Capo

Hình 2.5: Hộp thoại thiết đặt thông số trong Capo

 Buớc 3: Chọn tuỳ chọn mà chúng ta muốn cho phép phân tích Capo:

Loại đấu nối: chọn tụ có loại đấu nối phù hợp: sao hoặc tam giác Loại đấu nối

có thể chọn cho cả 2 loại tụ cố định và ứng động trên tất cả các nút trong lưới điện Chọn loại đồ thị phụ tải: có thể chọn bất cứ loại đồ thị phụ tải nào trong quá trình tính toán: đánh dấu vào ô tương ứng trước tên loại đồ thị Những đồ thị phụ tải này có sẵn cho một khoảng thời gian xác định và được sử dụng trong quá trình tính toán để xác định tính khả thi của việc đặt một tụ bù lên lưới điện

Vì phép phân tích Capo dựa trên thời gian là từng năm nên khoảng thời gian dùng để tính toán là phân số của năm trên đồ thị phụ tải Thường thì tổng thời gian tính toán của tất cả đồ thị phụ tải mà chúng ta sử dụng trong Capo là 1.0; tuy nhiên điều này không phải là bắt buộc Ví dụ nếu thiết bị của chúng ta chỉ hoạt động 10 tháng trong 1 năm thì Capo vẫn có thể chạy được

Số dải tụ cho phép: đây là số tụ cố định và ứng động mà chúng ta có thể có để đặt lên lưới (ví dụ như là số tụ đang có trong kho) Ban đầu thì số tụ này được đặt bằng 0 Nếu vẫn để số tụ này là 0 thì khi chạy Capo chúng ta sẽ thấy trên phần xem Tiến trình câu thông báo “Không có tụ nào để đặt lên lưới”

Kích thước tụ 3 pha: là tổng độ lớn dải tụ 3 pha tính bằng kvar cho cả 2 loại tụ

cố định và ứng động đặt trên lưới Ví dụ: nếu thiết lập là đặt 1 dải tụ cố định 100 kvar thì chương trình sẽ đặt các tụ cố định 100 kvar cho đến khi tìm được điều kiện tối ưu Tương tự như vậy cho tụ bù ứng động

Các nút hợp lệ: chọn các nút hợp lệ tại đó có thể đặt tụ cố định và ứng động bằng cách đánh dấu vào ô trước tên của nút Ban đầu tất cả các nút trong lưới điện đều phù hợp để đặt các dải tụ cố định và ứng động Đánh dấu chọn hoặc bỏ chọn các nút liên tiếp nhau: nhấn chuột vào nút đầu tiên, nhấn và giữ phím Shift, nhấn chuột vào nút cuối cùng trong dãy các nút mà ta muốn chọn

 Cách PSS/ADEPT tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu

Đầu tiên, tính phân bố công suất cho mỗi đồ thị phụ tải để biết nấc điều chỉnh của máy biến áp và nấc chỉnh của tụ bù ứng động đang có trên lưới Các nấc chỉnh

này được lưu lại cho từng trường hợp Các máy biến áp và tụ bù này sẽ không được điều chỉnh nữa khi Capo chạy

Trước hết Capo xem xét các tụ bù cố định, theo định nghĩa thì các tụ bù này luôn được đóng vào lưới trong tất cả các trường hợp phụ tải Tất cả các nút hợp lệ trên lưới sẽ được kiểm tra xem tại nút nào thì số tiền tiết kiệm được là lớn nhất Vì

có rất nhiều trường hợp phụ tải nên số tiền tiết kiệm này sẽ được xem như là tổng trọng số của từng trường hợp phụ tải, trong khi đó hệ số trọng lượng là thời gian tính toán của mỗi trường hợp phụ tải

Tụ bù sẽ không được đặt tại nút đang xem xét trong những trường hợp sau:

- Tiền tiết kiệm được không bù đắp được chi phí bỏ ra Khi có nhiều trường hợp phụ tải thì tiền tiết kiệm được tính tương tự như ví dụ đơn giản ở trên, hệ số trọng lượng lúc này là tổng trọng số của tất cả các trường hợp

- Không còn tụ bù cố định thích hợp để đóng lên lưới (thực tế có thể kiểm tra điều này cho tất cả các nút trước khi tính toán, vì vậy chỉ nêu lên ở đây cho đầy đủ) Vượt quá giới hạn trên của điện áp cho phép trong một trường hợp tải nào đó (giới hạn điện áp này được thiết lập trong thẻ General của bảng Analysis Options Property)

- Các tụ bù cố định được đặt lên lưới cho đến khi một trong các trường hợp trên xảy ra; khi đó việc đặt tụ bù cố định kết thúc và chương trình chuyển qua đặt tụ

bù ứng động Quá trình này thực sự diễn ra phức tạp hơn, do đó trước khi bắt đầu xem xét thì một số chú thích được nêu ra ở đây Nếu chỉ có một trường hợp phụ tải được xem xét thì có thể sẽ không phải đặt tụ bù ứng động sau khi đặt xong tụ bù cố định Điều này là không đúng trong ít nhất 4 trường hợp sau:

 Chỉ còn một vài tụ bù cố định và vẫn có thể tiết kiệm được khi cắt hết các tụ

bù cố định này ra

 Những nút phù hợp cho việc đặt tụ bù ứng động lại khác với các nút phù hợp với tụ bù cố định

 Thiết lập giá tiền của tụ bù ứng động rẻ hơn tụ bù cố định, khi đó sau khi tụ

bù cố định được đặt lên lưới thì vẫn có thể tiết kiệm chi phí nếu đặt tụ bù ứng động

 Thiết lập độ lớn của tụ bù ứng động nhỏ hơn tụ bù cố định

Những nút phù hợp (cho tụ bù ứng động) trên lưới được xem xét để tìm nút cho ra số tiền tiết kiệm lớn nhất trong tất cả các trường hợp

Có 2 sự tinh tế trong quá trình tính toán này Một là, nếu đặt tụ bù ứng động gây ra quá điện áp trong một trường hợp tải nào đó thì tụ bù này sẽ được cắt ra trong suốt quá trình tính toán Hai là, nếu tụ bù gây ra chi phí quá cao cho một trường hợp tải nào đó thì nó cũng được cắt ra khỏi lưới trong trường hợp tải đó Chỉ thực hiện việc tính tiền tiết kiệm được trong các trường hợp tải mà tụ bù được đóng lên lưới Việc tính toán được thực hiện đến khi:

- Tiền tiết kiệm không bù đắp được chi phí cho tụ bù ứng động

- Không còn tụ bù ứng động để đóng lên lưới

Để tham khảo, tất cả các phương trình có trong quá trình tính toán CAPO sẽ được liệt kê bên dưới Chi phí của tụ bù, bao gồm tiền lắp đặt và bảo trì, được liệt

kê cho loại tụ bù cố định trước Công thức là tương tự cho tụ bù ứng động

Gọi switchk là trạng thái đóng cắt của tụ bù ứng động, switchk = 1 nghĩa là tụ

bù đóng lên lưới trong suốt trường hợp tải và switchk = 0  là tụ bù được cắt ra

Tiền tiết kiệm cho mỗi tụ bù cố định (luôn được đóng vào lưới) là tổng tiền tiết kiệm của tất cả các trường hợp tải

Để hoàn tất ta xét đến phương trình tính Ne:

n 1

1 i Ne

Nói tóm lại, Capo đặt tụ bù cố định lên lưới cho đến khi xảy ra điều kiện dừng Sau đó tụ bù ứng động được đặt lên lưới cho đến khi xảy ra điều kiện dừng tương ứng của tụ bù ứng động Tổng chi phí của quá trình tối ưu là chi phí lắp đặt và bảo trì của tất cả các tụ đã được đóng lên lưới; chi phí tiết kiệm tổng là tổng của các chi phí tiết kiệm thụ lại được của từng tụ bù

Capo có thể đặt nhiều tụ bù cố định và/hoặc nhiều tụ bù ứng động tại mỗi nút Pss/Adept sẽ gộp các tụ bù này thành một tụ bù cố định và/hoặc một tụ bù ứng động Tụ bù ứng động đơn sẽ có nấc điều chỉnh tương ứng và lịch đóng cắt tụ sẽ biểu diễn các bước đóng cắt của từng tụ bù đơn

 Cách chạy bài toán tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu

Để chạy bài toán phân tích vị trí đặt tụ bù tối ưu ta có thể thực hiện một trong

2 cách sau:

- Chọn Analysis  Capo từ trình đơn chính

- Nhấp chuột vào nút Capo trên thanh công cụ Analysis

Trong quá trình tối ưu hoá, các thông báo được viết ra trong cửa sổ “Progress  View” cho ta biết độ lớn và loại dải tụ được đặt cũng như nút tương ứng và tổn thất

hệ thống Khi quá trình tối ưu hóa thực hiện xong, sơ đồ mạng điện với các tụ bù

cần đặt lên lưới được vẽ lại với độ lớn của dải tụ và ký hiệu “FX” cho tụ bù cố định

và “SW” cho tụ bù ứng động cần đặt lên lưới Hình biểu diễn một sơ đồ lưới điện mẫu và cửa sổ “Progress View” sau khi thực hiện xong tối ưu hoá

 Report sau khi phân tích và tính toán

Để có bảng báo cáo kết quả dạng bảng chứa các tham số đầu và kết quả phân

tích, chọn Report > Capacitor Placement Optimization từ trình đơn chính