Đánh giá hiệu quả bù kinh tế trong lưới điện phân phối xét đến khả năng điều chỉnh dung lượng bù, ứng dụng tính toán cho lưới điện chi nhánh điện gia bình, bắc ninh

NỘI DUNG ðỀ TÀI Chương 1 BÙ KINH TẾ TRONG LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI VÀ VẤN ðỀ ÁP DỤNG KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN DUNG LƯỢNG BÙ KHI PHỤ TẢI BIẾN THIÊN 1.1 Tổn thất ñiện năng trong hệ thống ñiện và

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

PHAN VĂN THẠCH

ðÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BÙ KINH TẾ TRONG LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI XÉT ðẾN KHẢ NĂNG ðIỀU CHỈNH DUNG LƯỢNG BÙ, ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO LƯỚI ðIỆN CHI NHÁNH ðIỆN

GIA BÌNH - BẮC NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : ðiện khí hóa sản xuất nông nghiệp và nông thôn

Mã số : 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: GS TS LÃ VĂN ÚT

HÀ NỘI - 2012

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa ñược ai công bố

Hà Nội, tháng 10 năm 2012

Tác giả luận văn Phan Văn Thạch

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thực hiện luận văn, ựến nay ựề tài Ộđánh giá hiệu quả bù kinh tế trong lưới ựiện phân phối xét ựến khả năng ựiều chỉnh dung lượng bù, ứng dụng tắnh toán cho lưới ựiện chi nhánh Gia Bình - Bắc NinhỢ ựã ựược hoàn thành Trong thời gian thực hiện ựề tài, Tôi ựã nhận

ựược rất nhiều sự giúp ựỡ quý báu của các cá nhân, tập thể trong và ngoài trường

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ựến thầy giáo hướng dẫn GS.Ts Lã Văn

Út về sự quan tâm, giúp ựỡ tôi rất tận tình trong phương pháp và các nội dung của luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tới cán bộ và các thầy, cô giáo Trường TCN KT-KT Bắc Ninh; Các giảng viên bộ môn Cung cấp và Sử dụng ựiện Khoa

Cơ điện Ờ Trường đại học Nông Nghiệp Ờ Hà Nội; Các cán bộ chi nhánh ựiện lực Gia Bình - Bắc Ninh, ựã giúp ựỡ và tạo ựiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, công tác, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia ựình, bạn bè ựã ựộng viên và giúp ựỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC BẢNG BIỂU VII DANH MỤC HÌNH VẼ VIII DANH MỤC CÁC CHỮ ViÕt TẮT VÀ KÝ HIỆU X

MỞ ðẦU 1

1 Mục ñích nghiên cứu và lý do chọn ñề tài 1

2 ðối tượng nghiên cứu và phạm vi áp dụng 1

3 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của ñề tài 1

NỘI DUNG ðỀ TÀI 3

Chương 1: BÙ KINH TẾ TRONG LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI VÀ VẤN ðỀ ÁP DỤNG KỸ THUẬT ðiÒu KHIỂN DUNG LƯỢNG BÙ KHI PHỤ TẢI BIẾN THIÊN 3

1.1 Tổn thất ñiện năng trong hệ thống ñiện và vấn ñề giảm tổn thất khi vận hành 3

1.1.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong hệ thống cung cấp ñiện 3

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến tổn thất và khả năng giảm thiểu tổn thất 5

1.1.3 Vấn ñề áp dụng các biện pháp giảm thiểu tổn thất trong ñiều kiện vận hành 7

1.2 Hiệu quả giảm tổn thất bằng biện pháp bù công suất phản kháng 8

1.2.1 Khái niệm về công suất phản kháng 8

1.2.2 Hệ số công suất và khả năng ựiều chỉnh 10

1.2.3 Hiệu quả giảm tổn thất bằng biện pháp bù công suất phản kháng 11

1.3 Các phương tiện bù công suất phản kháng 12

1.3.1 Mục tiêu và lợi ắch bù công suất phản kháng 12

1.3.2 Các phương tiện bù công suất phản kháng 13

1.4 Tổng quan về mô hình và phương pháp bù kinh tế trong lưới ựiện phân phối 17

1.4.1 Bài toán bù kinh tế với hàm mục tiêu tối ưu hàm lợi nhuận 17

1.4.2 Bài toán bù kinh tế với hàm mục tiêu cực tiểu hàm chi phắ tắnh toán 20

1.4.3 Bài toán bù kinh tế theo thời gian thu hồi vốn ựịnh mức 21

1.5 điều khiển dung lượng bù theo thời gian thực 22

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 23

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG BÙ TỐI ƯU 24

2.1 đặt vấn ựề 24

2.2 Suất giảm chi phắ tổn thất của thiết bị bù trong lưới phân phối 25

2.3 Bù tối ưu công suất phản kháng trong lưới phân phối 30

2.3.1 đánh giá hiệu quả bù tại các nút của lưới ựiện phân phối 30

2.3.2 Xác ựịnh dung lượng bù tại các nút, ựảm bảo thời gian thu hồi vốn ựầu tư xấp xỉ thời hạn T th ựm 31

2.3.3 Xác ựịnh dung lượng bù tối ưu cho một số ắt nút ựã chọn 36

2.3.4 Ưu ựiểm của thuật toán ựề xuất 37

2.4 điều khiển tối ưu dung lượng bù theo dòng phụ tải 37

2.5 Giới thiệu một số chương trình tắnh toán chế ựộ xác lập, có

thể kết hợp tắnh toán lựa chọn vị trắ và dung lường bù 42

2.5.1 Phần mềm CONUS 42

2.5.2 Phần mềm PSS/E 43

2.5.3 Phần mềm PSS/ADEPT 44

2.5.4 Phần mềm POWER WORLD 45

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 46

Chương 3: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI đIỆN PHÂN PHỐI CHI NHÁNH đIỆN GIA BÌNH VÀ XÁC đỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG BÙ TỐI ƯU 48

3.1 đặc ựiểm tự nhiên, kinh tế- xã hội 48

3.1.1 đặc ựiêm tự nhiên 48

3.1.2 đặc ựiểm kinh tế- xã hội 48

3.2 đặc ựiểm lưới ựiện phân phối và sự tiêu thụ công suất phản kháng 49

3.2.1 Vai trò của lưới ựiện phân phối 49

3.2.2 Sự tiêu thụ và các nguồn phát công suất phản kháng 50

3.3 Hiện trạng nguồn và lưới ựiện chi nhánh ựiện Gia Bình 52

3.3.1 Lưới ựiện trung áp 52

3.3.2 Lưới ựiện hạ áp 52

3.4 Tắnh toán tổn thất và lựa chọn dung lượng, vị trắ bù cho lưới ựiện Gia Bình 54

3.4.1 Nhập số liệu 54

3.4.2 Kết quả tắnh toán chế ựộ xác lập ban ựầu 58

3.4.3 đánh giá hiệu quả bù thông qua suất giảm chi phắ tổn thất

64

3.4.4 Xác ñịnh dung lượng bù tối ưu cho lưới 67

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 69

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 70

IV Tài liệu tham khảo 71

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.4 ðiện áp các nút trung áp khi thanh cái lưới trung áp

DANH MỤC HÌNH VẼ

35

Hình 2-9 ðiều khiển dung lượng bù theo biểu ñồ 42

Hình 3-1 Sơ ñồ lưới ñiện lộ 971 53

DANH MỤC CÁC CHỮ ViÕt T¾t VÀ KÝ HIỆU

MỞ ðẦU

1 MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU VÀ LÝ DO CHỌN ðỀ TÀI

Lưới ñiện phân phối (LðPP) có tỉ lệ tổn thất khá cao so với lưới truyền tải, phân bố rộng khắp các khu vực lãnh thổ Việc lắp ñặt thiết bị bù (TBB) làm giảm tổn thất trong LðPP thường ñem lại hiệu quả kinh tế cao, ñồng thời còn cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật Tuy nhiên, hiệu quả chỉ có thể có ñược khi chọn ñúng vị trí ñặt và dung lượng bù Ngoài ra, do phụ tải thường xuyên thay ñổi theo biểu ñồ nên việc lựa chọn các phương tiện bù có khả năng ñiều chỉnh cũng nâng cao thêm hiệu quả ðề tài nghiên cứu phương pháp tính toán, xác ñịnh các chỉ tiêu cho phép ñánh giá hiệu quả nếu lắp ñặt thiết bị bù vào các vị trí khác nhau trong LðPP Nghiên cứu thuật toán ñiều khiển dung lượng bù (nếu TBB có khả năng) ñể nâng cao hiệu quả khi phụ tải thay ñổi

2 ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG

2.1 ðối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu LðPP có sơ ñồ phức tạp bất kỳ (hình tia, lưới kín vận hành hở)

2.2 Phạm vi áp dụng

Kết quả nghiên cứu nhằm áp dụng vào thực tế các LðPP của Việt Nam

2.3 Áp dụng cụ thể

Tính toán với lưới ñiện thuộc chi nhánh ñiện lực Gia Bình

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI

3.1 Ý nghĩa khoa học của ñề tài

- Hệ thống hóa lý thuyết bù CSPK, nghiên cứu phương pháp lựa chọn

vị trí và dung lượng bù kinh tế trong LðPP

- Nghiên cứu, khai thác phần mềm Conus ñể tính toán tổn thất và xác ñịnh dung lượng bù tối ưu

- Nghiên cứu ứng dụng ñiều khiển dung lượng bù bằng sóng

3.2 Tính thực tiễn của ñề tài

Các kết quả nghiên cứu trong ñề tài có tính ứng dụng cao ñối với việc lựa chọn ñúng vị trí lắp ñặt, xác ñịnh và ñiều khiển dung lượng bù tối ưu bằng sóng VIBA cho LðPP ñiện áp Việt Nam nói chung và LðPP chi nhánh ñiện Gia Bình - Bắc Ninh nói riêng

NỘI DUNG ðỀ TÀI

Chương 1

BÙ KINH TẾ TRONG LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI VÀ VẤN ðỀ

ÁP DỤNG KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN DUNG LƯỢNG BÙ KHI

PHỤ TẢI BIẾN THIÊN

1.1 Tổn thất ñiện năng trong hệ thống ñiện và vấn ñề giảm tổn thất khi vận hành

1.1.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong hệ thống cung cấp ñiện

Tổn thất ñiện năng trong hệ thống ñiện luôn luôn tồn tại do nhiều nguyên nhân khác nhau: mất mát năng lượng do hiệu ứng Joule, tổn thất từ trễ

và dòng Foucault trong lõi từ của máy ñiện, tổn thất vầng quang trên các ñường dây truyền tải ñiện, tổn thất do sai số trong hệ thống ño ñếm, tổn thất

do gian lận sử dụng v.v… Những nguyên nhân này có thể ñược chia thành 2 nhóm: tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật

a.Tổn thất kỹ thuật

Tổn thất kỹ thuật là tổn thất tồn tại do bản chất vật lý của các phần tử

trong hệ thống ñiện Nó phản ảnh hiệu suất của hệ thống trong quá trình sản

xuất, truyền tải và phân phối ñiện năng tới nơi tiêu thụ Các thành phần chính của tổn thất kỹ thuật bao gồm

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

Tổn thất trên ñiện trở của phần tử tỉ lệ với bình phương của dòng ñiện chạy qua phần tử ñó theo biểu thức 2

P=I R Tuy nhiên cũng cần phải xét ñến mối quan hệ giữa nhiệt ñộ và ñiện trở của phần tử bởi vì khi dòng ñiện tăng lên thì nhiệt ñộ của thiết bị cũng tăng

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

Tổn thất không tải xuất hiện trong các phần tử có chứa mạch từ như máy biến áp, ñộng cơ, ñiện kháng, nam châm ñiện, các thiết bị bù Dạng tổn thất này thường tỷ lệ xấp xỉ với bình phương của ñiện áp và bao gồm các thành phần như tổn thất do hiện tượng từ trễ, tổn thất do dòng ñiện foucault

và tổn thất do hỗ cảm giữa các phần tử

- Tổn thất vầng quang

Tổn thất vầng quang xuất hiện trên các ñường dây truyền tải ñiện do mất mát năng lượng vào việc ion hóa không khí xung quanh ñường dây

Tổn thất kỹ thuật có thể ñược phân loại theo cấp ñiện áp

- Tổn thất ở lưới truyền tải:

+ Tổn thất trên các ñường dây truyền tải (500kV, 220kV, 110kV)

+ Tổn thất qua máy biến áp truyền tải

- Tổn thất ở lưới phân phối:

+ Tổn thất ở các phía cao áp lưới phân phối (35kV, 22kV, 10kV, 6kV) + Tổn thất qua máy biến áp phân phối

+ Tổn thất ở lưới hạ áp (0,4kV)

b Tổn thất phi kỹ thuật

Là tổn thất do sự chênh lệch giữa lượng ñiện năng sử dụng và lượng ñiện năng ñược tính tiền Sự chênh lệch này là do sai số của thiết bị ño ñếm như công tơ, máy biến dòng, do những phụ tải không ñược tính tiền hoặc do trộm cắp, gian lận thương mại Tổn thất phi kỹ thuật phản ánh hiệu quả quản

lý ñiện năng từ khâu sản xuất, truyền tải và phân phối tới khách hàng Tổn

thất phi kỹ thuật bao gồm các thành phần chính:

- Tổn thất do sai số của thiết bị ño ñếm

Các thiết bị ño ñếm bao gồm các máy biến dòng ñiện, máy biến ñiện

áp, wattmet, công tơ, các thiết bị hiển thị cơ và số Tổn thất ñiện năng có thể

xuất hiện do sai số cũng như hỏng hóc của các thiết bị này Lượng tổn thất này có thể khá lớn vì số lượng các thiết bị ño ñếm ñược sử dụng trong HTð là rất nhiều

- Tổn thất do lỗi trong việc tính toán hóa ñơn ñiện năng tiêu thụ

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

Bên cạnh các nguyên nhân gây ra tổn thất, cũng phải xét ñến cả các yếu

tố ảnh hưởng ñến tổn thất Các yếu tố này không trực tiếp gây nên tổn thất nhưng lại ảnh hưởng nhiều ñến trị số của tổn thất

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

a ðiện áp làm việc của trang thiết bị

Làm việc với ñiện áp càng cao, dòng ñiện càng bé, vì thế chọn cấp ñiện

áp khi thiết kế (ñường dây, máy biến áp) và ñiều chỉnh ñiện áp lúc vận hành ñều có ảnh hưởng mạnh ñến trị số tổn thất công suất và ñiện năng

- Nâng cấp ñiện áp ñịnh mức của lưới ñiện

Là biện pháp giảm tổn thất rất ñáng kể bởi trị số tổn thất tỉ lệ nghịch với bình phương của ñiện áp ñịnh mức:

RU

QPRI3

2 2

2 = +

=

∆ (1.1) Tuy nhiên nâng cấp ñiện áp lại liên quan với việc cần tăng vốn ñầu tư cho cách ñiện và kết cấu lưới, cần so sánh lựa chọn theo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

- ðiều chỉnh ñiện áp tại máy biến áp

Các máy biến áp trong HTð hầu hết ñều có khả năng ñiều chỉnh ñiện áp bằng cách thay ñổi ñầu phân áp Việc thay ñổi ñầu phân áp cho phép lựa chọn ñiện áp làm việc tối ưu cho ñường dây tải ñiện (ở mức cao giới hạn trong mọi chế ñộ tải) nhờ ñó giảm ñược tổn thất Ngoài ra, thay ñổi ñầu phân áp còn làm thay ñổi sự phân bố công suất phản kháng trong lưới, nếu có phương pháp

ñiều khiển tối ưu cũng có thể giảm ñược trị số tổn thất xuống ñến mức thấp nhất

b Truyền tải công suất phản kháng

Cân bằng công suất phản kháng nút là ñiều kiện cần ñể ñảm bảo chất lượng ñiện năng Mất cân bằng công suất phản kháng ñiện áp nút sẽ thay ñổi Trong HTð luôn luôn tồn tại quá trình truyền tải công suất phản kháng (kèm theo với công suất tác dụng), dòng ñiện tăng lên, làm tăng cao trị số tổn thất công suất tác dụng (công thức 1.1) Giảm công suất phản kháng truyền tải là biện pháp chủ yếu khi áp dụng các biện pháp giảm thiểu tổn thất

- Ảnh hưởng của các thiết bị bù

Các thiết bị bù công suất phản kháng thường ñược ñặt ở phụ tải Các thiết bị này có tác dụng phát công suất phản kháng vào ñường dây, giảm lượng công suất phản kháng chạy trên ñường dây nhằm cải thiện ñiện áp làm việc của phụ tải, tăng hệ số công suất và giảm tổn thất trên ñường dây

- ðiện dung tự nhiên của ñường dây

ðiện dung tự nhiên của ñường dây có tác dụng giống như các thiết bị

bù, phát công suất phản kháng vào lưới, làm giảm ñược dòng công suất phản kháng chạy trên lưới dẫn tới giảm tổn thất trên ñường dây

Công suất phản kháng do ñiện dung tự nhiên của ñường dây sinh ra:

Q = BU2 (1.2)

Trong ñó:

B: ñiện dẫn phản kháng của ñường dây (B = ω C)

U: ñiện áp làm việc của ñường dây

Có thể nhận thấy rằng, lượng công suất phản kháng của ñường dây sinh

ra tỉ lệ với bình phương ñiện áp làm việc Do vậy, ở những cấp ñiện áp cao và siêu cao (220; 500kV) thì lượng công suất do ñường dây sinh ra này là rất lớn, trong chế ñộ non tải hoặc không tải thì ñiện áp cuối ñường dây có thể tăng

quá trị số cho phép, vì vậy ñối với các cấp ñiện áp trên thì người ta thường ñặt kháng bù trên ñường dây ñể giữ ñiện áp tại các nút nằm trong phạm vi cho phép ðể tận dụng công suất này người ta thường bù không hoàn toàn công suất ñiện dung tự nhiên của ñường dây Khi ñó ñường dây ñóng vài trò nguồn

bù công suất phản kháng cho hệ thống

1.1.3 Vấn ñề áp dụng các biện pháp giảm thiểu tổn thất trong ñiều kiện vận hành

Khi lưới ñiện ñã ñược vận hành, do những ñiều kiện khác nhau về vốn ñầu tư khi xây dựng, về lịch sử phát triển và hình thành lưới, quá trình tăng trưởng phụ tải tỉ lệ tổn thất rất khác nhau Ngoài biện pháp cải tạo nâng cấp tiết diện ñường dây, máy biến áp, trang thiết bị (mà thường rất bị hạn chế) các biện pháp phụ thêm ñể giảm tổn thất khi vận hành thường ñem lại hiệu quả ñáng kể Các biện pháp có thể kể ñến như:

- Lắp ñặt thiết bị bù và ñiều khiển thiết bị bù (nếu có ñiều kiện);

- Trang bị các bộ ñiều áp dưới tải và thiết bị tự ñộng ñiều áp dưới tải;

- Tạo các mạch vòng cung cấp dạng lưới kín vận hành ở và ñiều kiển ñiểm cắt

Biện pháp phổ biến và hiệu quả cao phải kể ñến là bù kinh tế Thực chất ñó là các lắp ñặt thiết bị bù tối ưu theo chỉ tiêu theo hiệu quả kinh tế Khi lắp ñặt thiết bị bù vào những vị trí hợp lí, chi phí cho tổn thất ñiện năng hàng năm giảm ñược nhiều trong khi vốn ñầu tư không lớn Nếu 2 ñến 3 năm vốn ñầu tư ñã ñược thu hồi thì việc ñặt thiết bị bù ñược coi là có hiệu quả Trong trường hợp này việc lựa chọn vị trí và dung lượng bù tỏ ra quan trọng

Bên cạnh việc ñặt các tụ bù cố ñịnh các biện pháp bù có ñiều kiển ñang ñược quan tâm nhiều Vấn ñề là ở chỗ bù có ñiều kiển có hiệu quả cao trong khi kĩ thuật ñiều khiển ngày càng phát triển

Luận văn ñi sâu tìm hiểu về biện áp bù tối ưu công suất phản kháng trong LðPP Khả năng ñiều khiển on-line dung lượng bù nhằm ñạt hiệu quả cao trong vận hành theo mục tiêu giảm tổn thất ñiện năng cho lưới

1.2 Hiệu quả giảm tổn thất bằng biện pháp bù công suất phản kháng

1.2.1 Khái niệm về công suất phản kháng

Một mạch ñiện có tải là ñiện trở R và ñiện kháng X ñược cung cấp bởi ñiện áp: u = Umsinωt như hình vẽ 1-1:

Hình 1-1 Mạch ñiện RL ñơn giản

Dòng ñiện i lệch pha với ñiện áp u một góc ϕ

i = Imsin(ωt - ϕ) ⇔ i = Im(sinωt cosϕ - sinϕ cosωt)

ðặt i = i’ + i’’ ⇒ i’ = Im cosϕ sinωt

i’’ = Im sinϕ cosωt = - Im sinϕ sin(ωt -

2

π) Như vậy dòng ñiện i là tổng của hai thành phần i’có biên ñộ là Im cosϕ và cùng pha với ñiện áp u và thành phần i’’ có biên ñộ là Im sinϕ và chậm pha so với ñiện áp một góc

2

π

Từ hai thành phần i’ và i’’ ta tính công suất tương ứng là:

P = UIcosϕ gọi là công suất tác dụng

Q = UIsinϕ gọi là công suất phản kháng

Theo tam giác tổng trở hình 1-2 ta có thể viết công thức công suất như sau:

P = UIcosϕ = (Z.I)( I.cosϕ) = Z.I2.R Z = RI2

và Q = UIsinϕ = (Z.I)( I.sinϕ) = Z.I2

.X Z = XI2Vậy công suất phản kháng của một nhánh bất kỳ nói lên cường ñộ của quá trình dao ñộng năng lượng của nhánh ñó

S = P + Q gọi là công suất biểu kiến

Ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa S, P và Q như ( hình 1-3) sau:

- ðộng cơ không ñồng bộ tiêu thụ khoảng 70-80%

- Máy biến áp tiêu thụ 15-25%

- ðường dây ñiện và các phụ tải khác 5%

U.Icosϕ ϕ

1.2.2 Hệ số công suất và khả năng ñiều chỉnh

+ Hệ số công suất: Xét một phụ tải có tổng trở Z = R + jX ñược cung cấp bởi ñiện áp U Dòng ñiện chạy trên tải ñó sẽ là I =

jX

U R

U jX R

U Z

U

+

= +

U(G + jB) = IR + jIX Dòng ñiện gồm hai thành phần: Thành phần tác dụng và thành phần phản kháng

- Thành phần tác dụng IR cùng pha với ñiện áp

- Thành phần phản kháng IX trễ pha với ñiện áp là

2 Π

- Góc giữa U và I là φ như hình vẽ 1-4

Công suât biểu kiến S = UI* = U( IR – jIX ) = P - jQ

Như vậy công suất biểu kiến S có hai thành phần là: Thành phần thực P và thành phần phản kháng Q Mối quan hệ giữa S, P, Q thể hiện ở hình vẽ 1- 3

+ ðiều chỉnh hệ số công suất:

Giả sử ta có tải tiêu thụ ban ñầu là S1 = Pdm + jQdm và lúc này hệ số công suất là cosφ1 = =

1

S

P dm

2 2

dm dm

dm Q P

P

+ Giả sử ta lắp ñặt thiết bị bù, bù một lượng công suất phản kháng là Qb thì ta có S2 = Pdm + j( Qdm - Qb) và hệ số công suất cosφ2 = =

dm Q Q P

P

−

Ở ñây ta dễ dàng nhận thấy là cos φ2 > cos φ1

Vậy ñiều chỉnh hệ số công suất thực chất là dùng thiết bị cung cấp một công suất phản kháng tương ứng và ñối nghịch lại với công suất phản kháng ñược tạo ra của thiết bị trả về lưới

1.2.3 Hiệu quả giảm tổn thất bằng biện pháp bù công suất phản kháng

Khi CSPK ñược cung cấp từ các nhà máy ñiện, mỗi phần tử hệ thống: máy phát, máy biến ñiện áp ñường dây, thiết bị bảo vệ phải gia tăng dung lượng công suất truyền tải Bù CSPK có thể làm giảm nhẹ các ñiều kiện này bằng cách giảm nhu cầu CSPK từ nó cho các máy phát Các dòng ñiện ñược giảm nhẹ từ vị trí lắp ñặt bù ñến các máy phát Kết quả là giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất ñiện áp trên ñường dây và trạm biến áp[2], [6]

Lợi ích có thể ñạt ñược do việc bù CSPK là:

- Giảm công suất phát tại các nhà máy

- Giảm công suất truyền tải

- Giảm dung lượng các trạm biến áp

- Giảm ñược công suất tác dụng yêu cầu ở chế ñộ cực ñại của hệ thông ñiện (do giảm ∆P), vì vậy giảm ñược dự trữ công suất tác dụng của hệ thống ñiện

- Cải thiện hệ số công suất

- Giảm tổn thất ñiện năng ( tổn thất ñồng)

- Giảm ñộ sụt áp và cải thiện việc ñiều chỉnh ñiện áp

- Giảm công suất trên các xuất tuyến và các phần tử liên quan

- Trì hoãn hoặc giảm bớt chi phí mở rộng nâng cấp lưới ñiện

- Tăng doanh thu do việc cải thiện ñiện áp

1.3 Các phương tiện bù công suất phản kháng

1.3.1 Mục tiêu và lợi ích bù công suất phản kháng

a Mục tiêu:

- ðiều chỉnh hệ số công suất: Là thực hiện cấp công suất phản kháng càng gần tải càng tốt Hầu hết các phụ tải công nghiệp, nông nghiệp ñều tiêu thụ công suất phản kháng Vì vậy mà dòng tải có khuynh hướng lớn hơn dòng ñiện cần thiết ñể cung cấp riêng cho công suất sinh công ðiều này dẫn tới gây lãng phí do phải tăng tiết diện dây dẫn, gây tổn thất ñiện áp cũng như tổn thất ñiện năng lớn hơn nhiều so với thực tế

- Củng cố việc ñiều áp: Là một vấn ñề quan trọng và ñặc biệt cần thiết nếu trong lưới ñiện có các phụ tải có nhu cầu công suất phản kháng luôn thay ñổi Trong mọi trường hợp, sự biến thiên về nhu cầu công suất phản kháng sẽ gây ra sự biến thiên ñiện áp tại ñiểm cung cấp làm ảnh hưởng ñến hoạt ñộng của các phụ tải ñấu nối vào ñiểm ñó và làm tăng khả năng nhiễu loạn giữa các phụ tải ở gần ðể ngăn ngừa việc này chúng ta phải cố gắng duy trì ñiện áp trong giới hạn quy ñịnh Trong trường hợp này thiết bị bù ñóng vai trò quan trọng trong việc duy trì ñiện áp trong giới hạn quy ñịnh

- Cân bằng phụ tải: ða số các hệ thống ñiện xoay chiều là ba pha và ñược thiết kế vận hành ở chế ñộ cân bằng Khi hệ thống hoạt ñộng không cân bằng làm tăng các thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không của dòng ñiện Các thành phần này dễ gây tác ñộng xấu: làm tăng các loại tổn thất trong ñộng

cơ và các máy phát, gây dao ñộng mômen quay ở các máy ñiện xoay chiều

…làm cho các thiết bị ñiện hoạt ñộng không ñúng chức năng, làm tăng bão hoà từ cho máy biến áp và dòng trung tính vượt quá mức cho phép

b Lợi ích:

- Tăng hệ số cosφ

- Giảm tổn thất ñiện năng tiêu hao trên ñồng

- Giảm ñộ sụt áp và cải thiện việc ñiều chỉnh ñiện áp

- Giảm công suất phát tại các nhà máy

- Giảm dung lượng các trạm biến áp

- Giảm công suất truyền tải

U

X Q R

Ở ñây ta nhận thấy ñiện áp ở cuối ñường dây U2 luôn nhỏ hơn ñiện áp ở ñầu ñường dây U1 do có sự tổn hao trên ñường dây ðể U2 ñạt ñến yêu câu ≈

U1 cần phải ñặt máy bù ñồng bộ có công suất Qb Sau khi ñặt thiết bị bù ñiện

áp ở cuối ñường dây gọi là U2yc ñược tính như sau:

X

• 2

U

MB b Q

( )

yc

b yc

U

X Q Q R P U U

2

2 2 1 2

− +

−

⇒ ( ) [ ( ) ]

X U

X Q R P U U U U

2

2 2 2 2 2

X

U U

=

Các máy bù ñồng bộ có thể làm việc cả ở chế ñộ quá kích thích và thiếu kích thích Khi quá kích thích các máy bù ñồng bộ phát ra công suất phản kháng bằng công suất bù dao ñộng: Qbp = Qbdñ Trong chế ñộ thiếu kích thích các máy bù tiêu thụ công suất phản kháng Qbt = 0,5Qbdñ, do ñó có thể dẫn ñến tăng tổn thất ñiện áp trong mạng và giảm tổn thất ñiện áp ở các hộ tiêu thụ

ðiều chỉnh ñiện áp bằng máy bù ñồng bộ có thể áp dụng chỉ trong trường hợp các trạm khu vực không có máy biến áp ñiều chỉnh dưới tải

rất linh hoạt, có thể ñặt gần phụ tải, vận hành ñơn giản, ít sự cố, nâng cấp mở rộng dễ dàng

2) Bù ngang

Lưới phân phối có nhu cầu công suất phản kháng, thường dùng tụ ñiện tĩnh mắc song song với ñường dây ñể cung cấp công suất phản kháng, hay dòng ñiện nhằm chống lại thành phần lệch pha của dòng ñiện yêu cầu do tải cảm Nghĩa là bù ngang làm thay ñổi ñặc tính của một tải cảm do nó phát ra dòng ñiện sớm pha chống lại thành phần chậm pha của dòng tải phản kháng tại vị trí ñặt tụ bù Khi thực hiện bù ngang trên ñường dây thì ñộ lớn của dòng ñiện nguồn có thể giảm ñi, hệ số công suất ñược cải thiện và do ñó sự sụt áp giữa nơi phát và nơi nhận cũng giảm theo

- Nhược ñiểm: tăng vốn ñầu tư, có tổn thất phụ (tuy nhỏ)

c ðộng cơ không ñồng bộ rôto dây quấn ñược ñồng bộ hóa

Khi cho dòng một chiều vào rôto của ñộng cơ không ñồng bộ dây quấn, ñộng cơ sẽ làm việc như một ñộng cơ ñồng bộ với dòng ñiện vượt trước ñiện

áp Do ñó nó có khả năng sinh ra CSPK cung cấp cho mạng Nhược ñiểm của loại ñộng cơ này là tổn thất công suất khá lớn (0,02 – 0,08) kW/kVAr, khả năng quá tải kém Vì vậy ñộng cơ này chỉ ñược phép làm việc với 75% công suất ñịnh mức

Vì những nhược ñiểm trên, nên ñộng cơ này chỉ ñược dùng khi không

có sẵn các thiết bị bù khác

d Bù cố ñịnh và ñiều chỉnh theo chế ñộ làm việc

Bù cố ñịnh: ðây là phương pháp bù chung cho mọi chế ñộ của phụ tải, tức là lắp ñặt thiết bị bù ñấu cố ñịnh vào lưới phân phối và ñược tính toán sao cho thoả mãn mọi chế ñộ vận hành Phương pháp này khi ñưa vào vận hành thì không thể ñiều chỉnh ñược dung lượng bù Ở phương pháp này có suất ñầu

tư rất thấp, ít sự cố, nhưng nó chỉ ñược tính toán dung lượng bù ở chế ñộ cực tiểu ñể tránh hiện tượng quá bù

Bù ñiều chỉnh: Là ñiều chỉnh ñược dung lượng bù cho từng chế ñộ vận hành khác nhau, nghĩa là các thiết bị bù có thể thay ñổi ñược theo khả năng làm việc theo yêu cầu của từng thời ñiểm khác nhau của tải, có thể ñiều chỉnh ñược công suất Bù công suất phản kháng theo phương pháp này thì khả năng ñáp ứng ñược nhu cầu công suất phản kháng của tải ở mọi chế ñộ làm việc khác nhau, nhưng nó có suất ñầu tư rất cao và có thể sảy ra sự cố

Hiện nay, lưới phân phối ñiện vận hành có hệ số Pmin/Pmax rất thấp chính vì vậy mà cần phải kết hợp cả bù cố ñịnh và bù ñiều chỉnh Một bộ phận tính toán ñể bù một lương cố ñịnh cực tiểu cho mọi chế ñộ vận hành Bộ phận

bù ñiều chỉnh ñược thì nối với thiết bị ñiều khiển ñể thay ñổi ñược dung lượng bù, nhằm ñáp ứng CSPK cho các chế ñộ khác nhau của lưới

Ngành ñiện phân phối ñủ ñiện, với chất lượng cho phép và thoả mãn tính kinh tế cho các hộ tiêu thụ là mục tiêu và cũng là nhiệm vụ quan trọng Nhưng lợi ích về kinh tế và kỹ thuật luôn mâu thuẫn với nhau vì vậy mà nhiệm vụ thiết thực nhất của ngành ñiện phải giải quyết bài toán kinh tế - kỹ thuật nhằm tối ưu các mục tiêu ñặt ra Lựa chọn phương án tối ưu thường ñược tiến hành nhờ các phương pháp toán học và có xét tới các giả thiết gần

với ñiều kiện thực tế giúp tính toán các chỉ tiêu kinh tế ñể xây dựng các mục tiêu sát thực có xét ñến các chỉ tiêu kinh tế ñể xây dựng các hàm mục tiêu có xét ñầy ñủ giá trị theo thời gian của dòng tiền tệ cho các phương án

1.4 Tổng quan về mô hình và phương pháp bù kinh tế trong lưới ñiện phân phối

Trước hết cần phân biệt bài toán bù trong lưới ñiện truyền tải (LðTT)

và LðPP Với LðTT bài toán bù thường ñược ñặt ra hơn ñó là bù nhằm ñảm bảo ñiện áp nút, bù nhằm nâng cao giới hạn ổn ñịnh, còn ñược gọi là bù kĩ thuật Bài toán bù kinh tế ít ñược ñặt ra hoặc chỉ ñược ñặt ra như một khả

năng kết hợp với bù kỹ thuật Vấn ñề là ở chỗ tỉ lệ tổn thất trong LðTT tương ñối thấp (2-4)% lại có rất nhiều nguồn CSPK (máy phát, các ñường dây cao

áp với CSPK tự nhiên)

Ngược lại trong LðPP tỉ lệ tổn thất khá cao (>5%), có khi tới vài chục phần trăm như một số khu vực lưới ñiện Việt Nam Lưới hình tia xa nguồn, nhận CSPK từ LðTT qua trạm trung gian thường rất hạn chế Công suất ñiện dung tự nhiên do các ñường dây trung áp sinh ra không ñáng kể Trong trường hợp này bù CSPK sẽ giảm nhanh tổn thất do không phải truyền tải Vấn ñề là vị trí ñặt bù có hiệu quả rất khác nhau nên bài toán tìm vị trí và dung lượng bù tối ưu có ý nghĩa lớn Các bài toán ñược ñặt ra theo một số dạng khác nhau

1.4.1 Bài toán bù kinh tế với hàm mục tiêu tối ưu hàm lợi nhuận

Về lí thuyết, bài toán bù kinh tế cần ñược thiết lập theo hàm mục tiêu (HMT) là lợi ích thu ñược khi ñặt bù (bao gồm tổng lợi thu ñược trừ ñi các chi phí do ñặt bù) xét ñến hiệu quả tác ñộng của dòng tiền tệ, qui về hiện tại (NPV) Trong trường hợp chung HMT có thể bao gồm các thành phần sau:

a Thành phần lợi ích Z1 thu ñược do giảm tổn thất ñiện năng hàng năm sau khi ñặt thiết bị bù

Thành phần này thường ñược chia ra với thành phần do giảm tổn thất trên các nhánh ñường dây ZD1 của LðPP và thành phần do giảm tổn thất trong máy biến áp phân phối ZB1 Việc phân chia này là cần thiết bởi thời gian tổn thất không giống nhau (thành phần không tải của MBA tồn tại suốt thời gian vận hành) biểu thức tính khác nhau

b Thành phần chi phí do lắp ñặt thiết bị bù Z2

Thành phần này kể ñến vốn ñầu tư mua thiết bị bù (tỉ lệ với dung lượng bù) và chi phí không ñổi V0 (cho mặt bằng, xây dựng, lắp ñặt , thường rất ít thay ñổi theo dung lượng)

Z2 = Σ[V0j+( K0j + Ne.Cbtj).Qbj] Trong ñó:

+ K0 là suất ñầu tư tụ bù [ñ/kVAr], phụ thuộc cấp ñiện áp và loại bù cố ñịnh hay ñiều chỉnh

+ Cbt là suất chi phí bảo trì hàng năm của tụ bù tại nút j [ñ/kVAr.năm], chi phí này chỉ có thể lấy gần ñúng (mỗi năm khoảng 3% nguyên giá tài sản cố ñịnh của trạm bù, khi ñó Cbt = 3%.q0) ;

+ Thành phần V0 phụ thuộc ñiều kiện cụ thể của trạm, thường có trị số nhỏ có thể bỏ qua

c Thành phần chi phí cho tổn thất bên trong bản thân thiết bị bù Z3

Z3 = ∆Pb.T.g.Ne.Qbj Trong ñó: ∆Pp là suất tổn thất công suất bên trong tụ bù [kW/kVAr];

T - thời gian làm việc của thiết bị bù;

g - giá bán ñiện bình quân

Trong các biểu thức trên, Ne là hệ số qui ñổi chi phí về hiện tại theo dòng tiền

tệ Nó cũng nằm trong biểu thức cụ thể của thành phần lợi ích Z1

Ngoài các thành phần trên, nếu kể hết các lợi ích ñặt bù trong LðPP người ta còn ñưa ra các biểu thức tính lợi ích trên lưới truyền tải và trạm trung gian Tuy nhiên, các thành phần này thường ñược bỏ qua do khi tính toán xác ñịnh vị trí và dung lượng bù tối ưu chúng ñược coi là tương ñương giữa các phương án

Nhận xét: mô hình bài toán vừa nêu có ý nghĩa chủ yếu về phương

diện lí thuyết, rất khó thực hiện trong thực tế Khó khăn chủ yếu là việc thiết lập biểu thức giải tích cho thành phần Z1 Chúng chỉ dễ dàng thực hiện cho các sơ ñồ ñơn giản (một nhánh) ñể ñưa ra biểu thức trị số bù tối ưu Với sơ ñồ hình tia một vị trí bù, biểu thức ñã khá phức tạp và cần chấp nhận các giả thiết gần ñúng Chẳng hạn, với sơ ñồ hình tia ñặt bù vào nút j ta có biểu thức tính

ñộ giảm tổn thất (xem chương sau):

2 bj bj i 2 i

2 bj bj i 2 i

Qi, Ui là CSPK và ñiện áp cuối các nhánh i [kWAr], [kV];

Ri, Xi là ñiện trở và ñiện kháng tại nhánh i (Ω);

D là ñường ñi từ nguồn (trạm TG) ñến nút j qua các nhánh

Như vậy, khi thiết lập biểu thức ñể ñưa vào mô hình, ngoài Qbj là biến, các giá trị Qi và Ui cần phải ñược cho trước Chúng là các thông số chế ñộ của lưới chỉ có thể tính ñược gần ñúng theo sơ ñồ và trị số phụ tải các nút

Một khó khăn khác khi xét ñến yếu tố tiền tệ, ñể qui ñổi lợi ích và chi phí về hiện tại cần phải phân chia vốn ñầu tư và lợi ích thu ñược theo dòng thời gian ðiều này làm tăng ñáng kể mô hình bài toán

Do những khó khăn trên, mô hình vừa nêu rất ít ñược áp dụng thực tế

1.4.2 Bài toán bù kinh tế với hàm mục tiêu cực tiểu hàm chi phí tính toán

Hàm mục tiêu trong trường hợp này ñược sử dụng ở dạng hàm chi phí tính toán Z:

- Thành phần chi phí tổn thất trong bản thân thiết bị bù trong suốt thời gian vận hành (T=8760h):

Z2 = Σ∆Pb.T.g.Qbj

- Thành phần chi phí tổn thất toàn lưới xét ñến ảnh hưởng của thiết bị bù Z3 Cũng như trên Z3 bao gồm tổn thất trên các nhánh ñường dây và trong các máy biến áp Biểu thức tính toán trong trường hợp chung (có nhiều vị trí bù)

là rất phức tạp, cũng chỉ có thể biểu diễn gần ñúng Chẳng hạn, tổn thất công suất tác dụng trên một nhánh có xét ảnh hưởng của dung lượng bù (nằm trên tuyến ñường ñi từ nguồn ñến nút ñặt bù):

.RU

)QQ(P

i

2 bj i 2 i i

−+

=

∆ (1.5) Trong ñó, Pi, Qi, Ui phân bố công suất và ñiện áp cuối nhánh i (khi chưa bù) Khi chuyển sang biểu thức chi phí, cần nhân với thời gian tổn thất công suất lớn nhất τ và giá bán ñiện bình quân g

Mô hình thuộc về bài toán quy hoạch phi tuyến So với hàm mục tiêu là hàm lợi nhuận, bài toán có dạng ñơn giản hơn Có thể áp dụng trực tiếp các

phương pháp quy hoạch toán học ñể giải bài toán Tuy nhiên, mô hình cũng

có những nhược ñiểm khi áp dụng, ñặc biệt khi số nút xét ñặt bù lớn (về lí thuyết là cho tất cả các nút) Trong các trường hợp này mô hình bài toán khá công kềnh, trong khi dung lượng bù tối ưu nhận ñược lại bị phân bố rải rác, không phù hợp với thực tế Cũng rất khó ñưa thêm các ñiều kiện phụ vào mô hình (giới hạn công suất, hạn chế mặt bằng )

1.4.3 Bài toán bù kinh tế theo thời gian thu hồi vốn ñịnh mức

Hàm mục tiêu của bài toán ñược lựa chọn ở dạng sau:

Z = Z1+Z2 -∆C (1.6) Trong ñó, Z1 và Z2 là các thành phần chi phí xét ñến vốn ñầu tư và tổn thất trong bản thân thiết bị bù, giống như bài toán trên (hàm mục tiêu là chi phí tính toán)

Riêng thành phần thứ 3 ñược lấy là chi phí giảm ñược do ñặt thiết bị bù trong lưới Có thể giải thích thành phần này thông qua biểu thức tổn thất trên một nhánh

Trước khi bù:

.RU

QP

i

2 i 2 i ) 1 ( i

)QQ(P

i

2 bj i 2 i ) 2 ( i

−+

RU

)QQ(PRU

QPPP

P

2 bj bj i 2 i i

i 2

i

2 bj i 2 i i 2 i

2 i 2 i ) 2 ( i ) 1 ( i

−

=

−+

Chênh lệch chi phí tổn thất (giảm ñược):

QQQ2(U

R gP g

bj bj i 2 i

Cg

.T.PT

KQ

Z

bj bj

ñm

j 0 bj

=

∂

∂

; Suy ra ñiều kiện tối ưu hóa dung lượng bù:

ñm bj

bj

j 0

Tg.T.PQC

1.5 ðiều khiển dung lượng bù theo thời gian thực

Khi giải bài toán bù theo các mô hình trên, số liệu tính toán ñược thực

hiện với phụ tải cực ñại Khi phụ tải biến thiên, hiệu quả bù sẽ thay ñổi không

còn là trị số tối ưu, thậm chí có thể có hiệu quả âm (khi phụ tải quá nhỏ) cần phải cắt toàn bộ dung lượng bù khỏi lưới Như vậy nếu thiết bị bù có khả năng thay ñổi dung lượng trong thời gian thực thì có thể thực hiện ñiều khiển

ñể hiệu quả luôn luôn tối ưu (giảm ñược nhiều nhất tổn thất công suất trong lưới)

Sự phát triển của kĩ thuật hiện nay ñã dần cho phép giải quyết vấn ñề trên:

- Các thiết bị bù có khả năng thay ñổi nhanh dung lượng bù trong thời gian thực Ví dụ SVC (Static Var Compensator) cho phép thay ñổi liên tục dung

lượng trong phạm vi từ 0 ñến Qmax, các tụ ñiện tĩnh có thể thay ñổi từng nấc dung lượng trong lúc vận hành theo tín hiệu ñiều khiển từ xa

- ðặc biệt sự phát triển kĩ thuật ñiều khiển phụ tải bằng sóng (viba), thông qua mạng lưới ñiện, có khả năng thu thập thông tin và ñiều khiển on-line ñến từng thiết bị trong lưới ñiện ñã mở ra triển vọng lớn cho khả năng ñiều khiển vận hành tối ưu LðPP

Luận văn cũng nghiên cứu thuật toán ñiều khiển tối ưu cho các thiết bị

bù có khả năng thay ñổi nhiều cấp trị số dung lượng

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ

DUNG LƯỢNG BÙ TỐI ƯU 2.1 ðặt vấn ñề

Như ñã tổng quan trong chương 1, với LðPP có thể áp dụng các phương pháp khác nhau ñể xác ñịnh vị trí và dung lượng bù tối ưu tùy theo cách mô tả bài toán Các dạng bài toán thường ñược quan tâm như: bài toán tìm dung lượng bù với mục tiêu là cực ñại hàm lợi ích (NPV), cực tiểu hàm chi phí tính toán, Thực chất là ñưa bài toán về dạng quy hoạch toán học nhằm giải theo các thuật toán quen biết Tuy nhiên, các mô hình này về mặt hình thức có vẻ chặt chẽ và chính xác nhưng khi ứng dụng lại tỏ ra kém hiệu quả Có thể kể ra một số hạn chế:

- Không xét chính xác ñược phân bố công suất tác dụng và phản kháng trên các phần tử của lưới ñiện, ñặc biệt khi phụ tải các nút thay ñổi không ñồng nhất theo biểu ñồ ðể 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 ñơn giản hóa

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

bị thay ñổi cơ bản, rất khó áp dụng ñể phân tích hiệu quả bù trong những khoảng thời gian dài

- Rất khó ñưa thêm các ñiều 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 chế bởi ñiều kiện kỹ thuật

Thực ra, bài toán bù kinh tế chứa ñựng nhiều yếu tố bất ñịnh cũng như ñòi hỏi tính chuyên gia của người quản lí Chính vì vậy một thuật toán mềm dẻo mang tính tư vấn hơn là quyết ñịnh sẽ cho phép ứng dụng hiệu quả hơn trong thực tế

Luận văn ñi sâu nghiên cứu giải quyết bài toán theo hướng này Phương pháp dựa trên cơ sở tính toán một chỉ tiêu gắn liền với hiệu quả bù ñặt tại các

nút khác nhau, gọi là suất giảm chi phí tổn thất khi ñặt thêm dung lượng bù vào nút

2.2 Suất giảm chi phí tổn thất của thiết bị bù trong lưới phân phối

Ta xét biểu thức xác ñịnh tổn thất công suất trên một nhánh có ñiện trở

2 2

ñm

2 2

ñm

2 2 2

1

U

QRU

P.RU

QPRRI3

∆

Tổn thất công suất tác dụng xét ñến hiệu quả bù:

2 ñm

2 b 2

ñm

2 2

ñm

2 b

2 2

2

U

)QQ(RU

P.RU

)QQ(PRRI3

+

=

−+

≈

=

∆

Trong ñó: P, Q – công suất 3 pha, Uñm – ñiện áp dây

Chênh lệch tổn thất trước và sau bù có thể tính ñược:

U

)QQQ2(RU

)QQ(QRPP

ñm

2 b b 2

ñm

2 b 2

2 1

Dấu dương của δP thể hiện ñộ giảm tổn thất do ñặt thiết bị bù

Hình 2-1 Sơ ñồ lưới ñiện ñơn giản

Gọi ∆C(Qb) là hàm lợi ích thu ñược do giảm tổn thất, ta có:

(2QQ Q ) (2.1)

U

R gP g)Q(

b b 2

ñm

∆

g - giá bán ñiện bình quân; τ - thời gian tổn hất công suất lớn nhất

Gọi V( )Qb là vốn ñầu tư lắp ñặt thiết bị bù Gần ñúng có thể coi V phụ thuộc tuyến tính thuần nhất với Qb :

Về phương diện kinh tế thì hiệu quả bù chỉ có ñược khi thời gian thu hồi vốn nhỏ hơn thời gian thu hồi ñịnh mức:

ñm th

T = ∆ < hay ∆C−αV>0

Trong ñó: α- là hệ số thu hồi vốn ñầu tư tiêu chuẩn;

ñm th

T

1

=α

Tth - là thời gian thu hồi vốn;

Tth ñm - là thời gian thu hồi vốn ñịnh mức

Ta nhận thấy, hiệu quả kinh tế chỉ nhận ñược trong phạm vi nhất ñịnh

của dung lượng bù (từ Qb min ñến Qb max) hẹp hơn hiệu quả giảm tổn thất (hình 2-2) Khi hàm chi phí ñầu tư không ñi qua gốc tọa ñộ (có giá trị ñầu tư ban ñầu không phụ thuộc công suất) thì lượng bù quá nhỏ còn ñem lại hiệu quả kinh tế âm Cũng dễ thấy hiệu quả kinh tế rất phụ thuộc vào vốn ñầu tư thiết

bị bù Khi K0 lớn, bù có thể hoàn toàn không có hiệu quả kinh tế mặc dù vẫn giảm ñược tổn thất (hình 2-2)

Giả thiết xét quá trình lựa chọn dung lượng bù bằng cách tăng dần giá trị Qb Lúc ñầu khi Qb còn nhỏ (Qb < Qbgh) việc tăng thêm dung lượng bù làm giảm thêm ñược chi phí tổn thất (hàm lợi nhuận tăng) Nói khác ñi, việc tăng dung lượng bù còn có lợi khi thỏa mãn ñiều kiện ∂∆C/∂Qb > 0 Giá trị ñạo hàm riêng β = ∂∆C/∂Qb ñược gọi là suất giảm chi phí tổn thất khi ñặt thêm

dung lượng bù Về trị số nó bằng chi phí tổn thất ñiện năng giảm ñược mỗi năm khi ñặt thêm ñơn vị (1 kVar) dung lượng bù tại nút j (khi ñã có Qbj) Các ñặc tính vừa nêu vẫn ñúng cho sơ ñồ LðPP hình tia phức tạp bất kỳ

Thật vậy, có thể dễ dàng suy ra ñược với mạng hình tia phức tạp bất kỳ, hiệu quả làm giảm tổn thất do ñặt dung lượng bù Qbj tại nút j có thể viết ở dạng tổng quát:

)QQQ2(RU

1P

D i

2 bj bj i i 2

Trong ñó tổng ñược tính với tất cả các nhánh i nằm trên ñường D xuất phát từ thanh cái nguồn A ñến nút j ðể tiện trong cách viết, ở ñây sử dụng số

hiệu nhánh trùng với số hiệu nút cuối của nó, tính theo hướng công suất cung cấp từ ñầu nguồn Ví dụ, với sơ ñồ hình 2-3 hiệu quả làm giảm tổn thất khi ñặt dung lượng bù tại nút 4 tính ñược theo biểu thức sau:

RP

D i

2 bj bj i 2 i

Ở ñây Qi là phân bố CSPK trên nhánh i khi Qbj = 0; Trong trường hợp này Qi

và Ui phải ñược tính ở cùng một phía của nhánh

Cũng có thể thiết lập hàm hiệu quả giảm chi phí tổn thất riêng cho thiết

bị bù ñặt tại nút j:

∑

∈

−τ

=δτ

=

∆

D i

2 bj bj i 2 i

i j

U

R gP g

Trong ñó: g – giá bán ñiện;

τ – thời gian tổn thất công suất lớn nhất;

Khi dung lượng bù ñặt tại nhiều nút ta vẫn có biểu thức tương tự Sự khác biệt chỉ ở chỗ, các giá trị CSPK phân bố trên các nhánh Qi ñã kể ñến ảnh hưởng Qbk ñặt tại mọi nút k khác, trừ nút j (coi Qbj =0)

Như vậy biểu thức ∆Cj phụ thuộc giá trị Qbk ñặt tại mọi nút Nếu Qbk (k

≠ j) tại mọi nút là cố ñịnh thì ∆Cj phụ thuộc Qbj theo quan hệ bậc 2, tương tự như trường hợp sơ ñồ 1 nhánh Các ñặc trưng hiệu quả bù vẫn có dạng như hình 2-2

Suất giảm chi phí tổn thất ñặt thêm dung lượng bù vào nút j vẫn ñược

xác ñịnh là ñạo hàm riêng:

(2.4) )

QQ(U

R

g.2Q

C

D i

bj i 2 i i bj

(2.5) Q

U

R.g.2Q

C

D i

i 2 i i bj

Mỗi nút có giá trị β xác ñịnh ñược sẽ không giống nhau Nút có β > 0 là nút

có lợi (về phương diện giảm tổn thất) khi tăng thêm dung lượng bù Nút có β càng lớn thì hiệu quả ñặt bù càng cao vì với mỗi kVar dung lượng ñặt thêm tổn thất mỗi năm giảm ñược bằng β (ñ/kVar.năm) càng lớn So sánh giá trị β các nút có thể xác ñịnh ñược nút bù có hiệu quả cao nhất

Q/C

kT

∂

∆

∂

= , năm (2.6) Nếu nút j có thời gian Tth lớn hơn Tth ñm thì việc ñặt thêm dung lượng bù vào nút này ñược coi là không có hiệu quả kinh tế (mặc dù βj>0)

- Trong quá trình tăng dần dung lượng bù tại một nút (giữ nguyên dung lượng bù tại các nút khác) hiệu quả của lượng công suất bù ñặt thêm sẽ giảm dần ñến 0 tại một giá trị Qb = Qb gh nào ñó Có thể tính ñược cho nút j (khi coi

Ui xấp xỉ ñịnh mức):