tóm tắt PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ GIẢI BÀI TOÁN BÙ TỐI ƯU

Trong khi đó một trong những biện pháp hiệu quả để giảm tổn thất điệnnăng,vận hành kinh tế và cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật của lưới điện phân phối làđặt thiết bị bù.. Do vậy áp dụng t

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LÊ QUANG TUÂN

PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ CỦA LƯỚI PHÂN

PHỐI VÀ GIẢI BÀI TOÁN BÙ TỐI ƯU

Chuyên ngành :KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số :60520202

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN – NĂM 2014

Công trình được hoàn thành tại:TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

Người HDKH: GS.TS LÃ VĂN ÚT

Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN HỮU CÔNG

Phản biện 2: TS TRẦN XUÂN MINH

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại:TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

Vào hồi 15 giờ 30 ngày 18 tháng 08 năm 2014

Có thể tìm đọc luận văn tại thư viện:Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên, Thư viện trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Thực tế Lưới điện phân phối ở nước có sự phân bố rộng khắp các khu vựclãnh thổ do vậy lưới điện phân phối chiếm vị trí quan trọng và nó quyết định tớichất lượng điện năng tại nơi tiêu thụ.Với sự phát triển nhanh chóng phức tạp củalưới điện phân phối thì yêu cầu về chất lượng điện năng và hiệu quả kinh tế củalưới điện ngày càng cao

Trong khi đó một trong những biện pháp hiệu quả để giảm tổn thất điệnnăng,vận hành kinh tế và cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật của lưới điện phân phối làđặt thiết bị bù

Mặt khác hiện nay xuất hiện nhiều phương tiện bù khác nhau có chất lượngcao ví dụ như bù tụ điện có thể điều chỉnh tự động dung lượng, hoặc sử dụng thiết

bị SVC_là thiết bị bù ngang tĩnh được lắp đặt ở các nút để nhanh chóng điều chỉnhđiện áp, và cũng có tác dụng nâng cao ổn định

Do vậy áp dụng thiết bị bù là cấp thiết và có ý nghĩa kinh tế quan trọng.Cũng vì lý do này mà đề tài: “ Phân tích ,tính toán chế độ của lưới điện phân phối

và giải bài toàn bù tối ưu” được chọn xuất phát từ ý tưởng nêu trên

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Tổng quan các phương pháp tính toán phân tích tổn thất, các phương pháphiệu quả bù kinh tế và lựa chọn phương pháp hiệu quả và phù hợp nhất để ứngdụng vào thực tế cho một mạng phân phối

Luận văn sẽ áp dụng cụ thể vào một số nhánh của lưới điện thành phố TháiNguyên để đánh giá hiệu quả của phương pháp bù

3 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa lý thuyết với tính toán và kiểm tra trên sơ đồ cụ thể Về lýthuyết, nghiên cứu các tài liệu tham khảo, đặc biệt là các tài liệu chuyên ngành về

thiết bị bù, phương pháp bù, nâng cao chất lượng điện năng Sử dụng phần mềm

để tính toán bài toán bù

Đánh giá hiệu quả bù dùng phương pháp so sánh tổn thất trước và sau bù, sosánh các phương pháp khác nhau để lựa chọn được phương pháp phù hợp và hiệuquả nhất để áp dụng vào lưới điện cụ thể

Các phương pháp chủ yếu hiện nay để tính toán phương pháp bù:

-Phương pháp đặt bù theo chi phí tính toán cực tiểu Zmin

-Áp dụng thuật toán quy hoạch toán học để cực đại hóa lợi nhuận trong khoảngthời gian tính toàn định trước

-Phương pháp cực tiểu hóa thời gian thu hồi vốn của thiết bị bù

Dự kiến sẽ sử dụng phương pháp cực tiểu hóa thời gian thu hồi vốn của thiết

bị bù Phương pháp này có lợi thế là rất dễ đánh giá hiệu quả của thiết bị bù Nếuthời gian thu hồi vốn nhỏ hơn thời gian định trước thì nên đặt thiết bị bù Nếu thờigian thu hồi vốn lớn hơn thời gian định trước thì không nên đặt thiết bị bù Chỉ đặtthiết bị bù khi thời gian thu hồi vốn nhỏ hơn thời gian quy định

4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học

Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ,lượng tổn thất điện năng trong quá trình này là rất lớn, các khảo sát, báo cáo gầnđây cho thấy tổn thất điện năng trong lưới phân phối chiếm tỉ lệ cao (5-7)% Chấtlượng điện áp trong lưới phân phối tại một số nút không đáp ứng được tiêu chuẩn.Trong khi đó nước ta đang trong giai đoạn hội nhập, mở cửa, thực hiện côngnghiệp hóa, hiện đại hóa, nhu cấu sử dụng điện tăng nhanh, tình hình thiếu điệnngày càng trầm trọng Do vậy việc thực hiện giảm tổn thất điện năng lưới điệnphân phối góp phần năng cao chất lượng điện năng, giúp hệ thống hoạt động hiệuquả hơn góp phần tích cực đưa nền kinh tế đất nước phát triển bền vững

4.2 Tính thực tiễn của đề tài.

Đề tài nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tế của lưới điện phân phối SôngCông - Thái Nguyên do vậy kết quả mang tính chất thực tiễn có thể áp dụng rộngrãi

Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo GS.TS LÃ VĂN

ÚT – người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này.

Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trường Đại học Kỹthuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôihoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn BanGiám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuậnlợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học

1.1.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong HTCCĐ

Tổn thất điện năng trong hệ thống điện luôn luôn tồn tại do nhiều nguyênnhân khác nhau: mất mát năng lượng do hiệu ứng Joule, tổn thất từ trễ và dòngFoucault trong lõi từ của máy điện, tổn thất vầng quang trên các đường dây truyềntải điện, tổn thất do sai số trong hệ thống đo đếm, tổn thất do gian lận sử dụngv.v… Những nguyên nhân này có thể được chia thành 2 nhóm: tổn thất kỹ thuật vàtổn thất phi kỹ thuật

a.Tổn thất kỹ thuật

- Tổn thất trên điện trở của mọi phần tử có dòng điện chạy qua

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

- Tổn thất vầng quang

- Tổn thất ở lưới truyền tải:

- Tổn thất ở lưới phân phối:

b Tổn thất phi kỹ thuật

- Tổn thất do sai số của thiết bị đo đếm

- Tổn 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

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất và khả năng giảm thiểu tổn thất

a Điện áp làm việc của trang thiết bị

Làm việc với điện áp càng cao, dòng điện càng bé, vì thế chọn cấp điện áp khithiết kế (đường dây, máy biến áp) và điều chỉnh điện áp lúc vận hành đều có ảnhhưởng mạnh đến trị số tổn thất công suất và điện năng

- Nâng cấp điện áp định mức của lưới điện

- Điều chỉnh điện áp tại máy biến áp

b Truyền tải công suất phản kháng

Cân bằng công suất phản kháng nút là điều kiện cần để đảm bảo chất lượngđiện năng Mất cân bằng công suất phản kháng điện áp nút sẽ thay đổi Trong HTĐluôn luôn tồn tại quá trình truyền tải công suất phản kháng (kèm theo với công suấttác dụng), dòng điện tăng lên, làm tăng cao trị số tổn thất công suất tác dụng

- Ảnh hưởng của các thiết bị bù

- Điện dung tự nhiên của đường dây

1.1.3 Vấn đề áp dụng các biện pháp giảm thiểu tổn thất trong điều kiện vận hành

- Lắp đặt thiết bị bù và điều khiển thiết bị bù (nếu có điều kiện);

- Trang bị các bộ điều áp dưới tải và thiết bị tự động điều áp dưới tải;

- Tạo các mạch vòng cung cấp dạng lưới kín vận hành ở và điều khiển điểm cắt

Biện pháp phổ biến và hiệu quả cao phải kể đến là bù kinh tế Thực chất đó

là các lắp đặt thiết bị bù tối ưu theo chỉ tiêu theo hiệu quả kinh tế Khi lắp đặt thiết

bị bù vào những vị trí hợp lí, chi phí cho tổn thất điện năng hàng năm giảm đượcnhiều trong khi vốn đầu tư không lớn Nếu 2 đến 3 năm vốn đầu tư đã được thu hồithì việc đặt thiết bị bù được coi là có hiệu quả kinh tế Trong trường hợp này việclựa chọn vị trí và dung lượng bù tỏ ra quan trọng

Luận văn đi sâu tìm hiểu về biện áp bù tối ưu công suất phản kháng trongLĐPP Đánh giá hiệu quả bù trên lưới điện cụ thể dựa trên phương pháp tính toánphù hợp nhất

1.2 Hiệu quả giảm tổn thất bằng biện pháp bù CSPK

1.3.3 Tụ bù tĩnh điều chỉnh theo chế độ làm việc

1.4 Tổng quan về mô hình và phương pháp bù kinh tế trong LĐPP

Trước hết cần phân biệt bài toán bù CSPK trong lưới điện truyền tải (LĐTT)

và LĐPP Với LĐTT bài toán bù thường được đặt ra hơn đó là bù nhằm đảm bảođiện áp nút, bù nhằm nâng cao giới hạn ổn định, còn được gọi là bù kĩ thuật Bàitoán bù kinh tế ít được đặt ra trong LĐTT hoặc chỉ được đặt ra như một khả năngkết hợp với bù kỹ thuật Vấn đề là ở chỗ tỉ lệ tổn thất trong LĐTT tương đối thấp(2-4)% lại có rất nhiều nguồn CSPK (máy phát, các đường dây cao áp với CSPK

tự nhiên)

Ngược lại trong LĐPP tỉ lệ tổn thất khá cao (>5%), có khi tới hàng chụcphần trăm như một số khu vực lưới điện Việt Nam Lưới hình tia xa nguồn, nhậnCSPK từ LĐTT qua trạm trung gian thường rất hạn chế Công suất điện dung tựnhiên do các đường dây trung áp sinh ra không đáng kể Trong trường hợp này bù

Hình 1.5.Đường dây truyền tải có đặt máy bù đồng bộ

U

MB

b Q



1

~

CSPK làm giảm đáng kể tổn thất do không phải truyền tải CSPK qua lưới Vấn đề

là vị trí đặt bù có hiệu quả rất khác nhau nên bài toán tìm vị trí và dung lượng bùtối ưu có ý nghĩa lớn Các bài toán được đặt ra theo một số dạng khác nhau

1.4.1 Bài toán bù kinh tế áp dụng thuật toán quy hoạch toán học cực đại hóa lợi nhuận trong khoảng thời gian tính toán định trước

a Thành phần lợi ích Z 1 thu được do giảm tổn thất điện năng hàng năm sau khi đặt thiết bị bù

b Thành phần chi phí do đầu tư lắp đặt thiết bị bù Z 2

c Thành phần chi phí cho tổn thất trong bản thân thiết bị bù Z 3

1.4.2 Bài toán bù kinh tế với phương pháp đặt bù theo chi phí tính toán cực tiểu Z min

1.4.3 Bài toán bù kinh tế với hàm mục tiêu là cực đại hóa lợi nhuận hàng năm

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ DUNG

LƯỢNG BÙ TỐI ƯU 2.1 Đặt vấn đề

Như đã tổng quan trong chương 1, với LĐPP có thể áp dụng các phươngpháp khác nhau để xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu tùy theo cách mô tả bàitoán Các dạng bài toán thường được quan tâm như: bài toán tìm dung lượng bùvới mục tiêu là cực đại hàm lợi ích (NPV), cực tiểu hàm chi phí tính toán, Thựcchất là đưa bài toán về dạng quy hoạch toán học nhằm giải theo các thuật toánquen biết Tuy nhiên, các mô hình này về mặt hình thức có vẻ chặt chẽ và chínhxác nhưng khi ứng dụng lại tỏ ra kém hiệu quả Có thể kể ra một số hạn chế:

- Không xét chính xác được phân bố công suất tác dụng và phản kháng trêncác phần tử của lưới điện, đặc biệt khi phụ tải các nút thay đổi không đồng nhấttheo biểu đồ Để thiết lập biểu thức hàm chi phí (phụ thuộc công suất bù các nút)các mô hình phải áp dụng hàng loạt các giả thiết đơn giản hóa

- Khi sơ đồ lưới điện và phụ tải tăng trưởng theo thời gian, mô hình bài toán

bị thay đổi cơ bản, rất khó áp dụng để phân tích hiệu quả bù trong những khoảngthời gian dài

- Rất khó đưa thêm các điều kiện phụ mang tính chuyên gia vào mô hình, ví

dụ xử lí lựa chọn vị trí bù khi có nhiều nút gần nhau có cùng hiệu quả, các hạn chếbởi điều kiện kỹ thuật

Thực ra, bài toán bù kinh tế chứa đựng nhiều yếu tố bất định cũng như đòi hỏitính chuyên gia của người quản lí Chính vì vậy một thuật toán mềm dẻo mang tính

tư vấn hơn là quyết định sẽ cho phép ứng dụng hiệu quả hơn trong thực tế

Luận văn đi sâu nghiên cứu giải quyết bài toán theo hướng này Phương phápdựa trên cơ sở tính toán một chỉ tiêu gắn liền với hiệu quả bù đặt tại các nút khácnhau, gọi là suất giảm chi phí tổn thất khi đặt thêm dung lượng bù vào nút

2.2 Hiệu quả kinh tế lắp đặt thiết bị bù trong LPP

2.2.1 Hiệu quả làm giảm tổn thất do lắp đặt thiết bị bù

2.2.2 Hiệu quả kinh tế lắp đặt thiết bị bù

2.2.3 Suất giảm chi phí tổn thất và thời gian thu hồi vốn của dung lượng bù đặt thêm

2.3 Giải bài toán bù tối ưu CSPK trong LĐPP

Có thể chia ra các nội dung sau, khi thực hiện cho một LĐPP cụ thể

2.3.1 Đánh giá hiệu quả bù tại các nút của LĐPP

2.3.2 Xác định dung lượng bù tối ưu tại các nút theo hàm mục tiêu là cực đại hóa lợi nhuận thu được hàng năm

Hình 2.5 Sơ đồ thuật toán

Tính toán CĐXL (xác định phân bố CS nhánh,điện áp nút)

Tính βj theo (2.7) Tính Tthj = theo (2.8)

Bước 1: Tính suất giảm chi phí tổn thất

bj j

Trong đó K0 - suất vốn đầu tư cho một đơn vị công suất bù đặt thêm

Bước 2: Xác định nút k có hiệu quả bù cao nhất (k lớn nhất) và nút s có thời gianthu hồi vốn T ths lớn nhất (kém hiệu quả nhất)

Bước 3: So sánh thời gian thu hồi vốn của nút kém hiệu quả nhất T thsvới thời hạnthu hồi vốn đầu tư định mức T thđm Nếu T ths< T thđmthì tăng thêm dung lượng bùcho nút k (nút có hiệu quả bù cao nhất) một lượng Q bvà quay lại thực hiện bước

1 Ngược lại, nếu Tths >Tth đm thì quá trình kết thúc, in dung lượng bù các nút ở bướccuối cùng (loại bỏ Q bở bước tăng cuối cho nút k) Trị số Q btăng thêm ở mỗibước cần đủ nhỏ, ví dụ lấy Q b  (  5 10 )kVAr Quá trình dung lượng bù cácnút tăng thêm làm giảm dần trị số     C  / Q b, do đó thời gian thu hồi vốn T th

tăng lên Quá trình tính toán kết thúc sau một số hữu hạn bước lặp, khi T th s>

2.3.3 Xác định dung lượng bù tối ưu cho một số ít nút đã chọn

Xét đến các đặc điểm này bài toán bù kinh tế LĐPP cần thực hiện theo cácbước sau:

1) Xác định hiệu quả bù cho tất cả các nút, thực chất là tính biểu thức (2.4)ứng với dung lượng đã có của thiết bị bù Chọn N nút có hiệu quả bù cao nhất

2) Thực hiện tính toán xác định dung lượng bù kinh tế tương tự bài toán trên(trong mục 2.3.2)

3) Dựa vào dung lượng bù kinh tế nhận được, chọn lại các nút tính toán (loại

bỏ các nút có dung lượng nhỏ, giảm bớt các nút bù cạnh nhau có dung lượng bùkhông lớn)

4) Tính toán lại cho đến phương án hợp lý.

2.3.4 Ưu điểm của thuật toán đề xuất

1) Thuật toán cho phép xét chính xác chế độ thực của lưới bằng cách kếthợp với một chương trình tính toán CĐXL

2) Phép tính khá đơn giản theo một số biểu thức giải tích (có thể tính bằngtay hoặc phần mềm Exel), hoặc kết hợp trong chương trình tính CĐXL

3) Cho phép so sánh đánh giá hiệu quả bù giữa các nút nhờ đó có thể lựachọn mềm dẻo nút bù tối ưu kết hợp với các điều kiện kỹ thuật khác

4) Dễ dàng theo dõi, đánh giá hiệu quả bù khi sơ đồ thay đổi, phụ tải tăngtheo thời gian

2.4 Giới thiệu một số chương trình tính toán chế độ xác lập, có thể kết hợp tính toán lựa chọn vị trí và dung lường bù

Như trên đã nói để áp dụng thuật toán đề xuất cần phải kết hợp với một phầnmềm tin cậy cho phép các định được phân bố công suất trên các nhánh và điện ápcác nút

2.4.1 Phần mềm CONUS

Phần mềm CONUS là phần mềm tính chế độ hệ thống điện do các cán bộcủa khoa Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội xây dựng Mô hìnhHTĐ được thiết lập trong chương trình tương thích tính toán cho sơ đồ phức tạpbất kỳ, có xét đến các yếu tố giới hạn vận hành máy phát và tác động điều chỉnhđiều khiển Vào những năm 1991-1992, chương trình đã phục vụ kịp thời cho việctính toán thiết kế đường dây siêu cao áp (ĐDSCA) 500 KV Bắc - Trung - Nam.Các chức năng mô phỏng ĐDSCA, tính giới hạn truyền tải công suất theo điềukiện ổn định tĩnh là thế mạnh của chương trình

Phương pháp tính toán: Sử dụng Newton-Raphson và có tính năng sử dụngsau: Tính toán các thông số chế độ xác lập của hệ thống điện đơn giản cũng nhưphức tạp, đánh giá ổn định hệ thống, tính toán bù công suất phản kháng trong lưới,

Ưu điểm: Kết quả tính toán thể hiện khá chi tiết, thuận lợi cho việc tổnghợp; Tính toán cho từng xuất tuyến, từng trạm từ đó kết nối được thành hệ thốngchung; chương trình được Việt hoá nên dễ sử dụng, tính toán cho cả lưới truyền tải

và lưới phân phối; có khả năng làm việc với sơ đồ mô phỏng hệ thống điện; liênkết, mở rộng được với các modul chương trình do người sử dụng tạo ra để phục vụtính toán theo yêu cầu

Nhược điểm: Thiếu sự kết hợp với các mô dun tính toán ngắn mạch và ổnđịnh động Để giải các bài toán này cần sử dụng chương trình khác

2.4.2 Phần mềm PSS/E ( Power Sytem Simulato for Engineering)

Trong các phương pháp đó, phương pháp bù để nâng cao hệ cosφ là đơn giảnnhất và được áp dụng nhiều nhất trong thực tế để tính toán bù tại các trạm biến áptiêu thụ của các nhà máy sản xuất công nghiêp

Phương pháp tính toán vị trí tối ưu là khá phức tạp vì vậy nên ứng dụng phầnmềm trên máy tính để xác định vị ví này

Sau khi tiến hành phân tích hiệu quả bù thấy rằng:

- Việc bù công suất phản kháng rất cần thiết cho lưới điện để giảm hao tổn,

và giảm vốn đầu tư

- Hiệu quả bù sẽ cao khi: Phụ tải phản kháng trong mạng điện lớn (Q lớn),

vị trí của cơ cấu bù cách xa nguồn (R lớn), điện áp của mạng điện thấp

- Quá trình bù để nâng cao hệ số cosφ chỉ đến một giá trị cosφ = 0,92 thìhiệu quả nhất, nếu bù cosφ cao hơn thì hiệu quả bù lại giảm, và gây thiệt hại kinhtế