Xây dựng chương trình bù công suất phản kháng trong lưới điện phân phối bằng matlab và pssAdept

Xây dựng chương trình bù công suất phản kháng trong lưới điện phân phối bằng matlab và pssAdept Chương trình được viết trên Matlab bằng cách sử dụng hàm fmincon trong Matlab, sau đó so sánh với phần mềm đang được sử dụng rộng rãi hiện nay mà điện lực hiện đang dùng là PssAdept

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU 4

CHƯƠNG 1 6

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 6

6

1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 6

1.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối 7

1.1.2 Những yêu cầu đối với lưới điện phân phối 8

a) Độ tin cậy cung cấp điện 8

b) Chất lượng điện 9

c) Hiệu quả kinh tế và hiệu quả vận hành 9

1.2 TỔN THẤT ĐIỆN ÁP 9

10

Hình 1.1.Véctơ tổn thất ∆ và thành phần thực ∆U 10

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây 1 phụ tải 10

Hình 1.4 Đường dây phân nhánh 13

1.3 TỔN THẤT TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI 13

1.3.1 Tổn thất công suất trên lưới điện phân phối 13

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây cấp điê ên cho 2 phụ tải 14

1.3.2 Tổn thất điêên năng 15

Tổn thất điện năng phi kỹ thuật 16

Tổn thất điện năng kỹ thuật 17

Hình 1.6 Minh họa ∆A với ∆P là hàm thời gian 19

1.3.3 Giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối 21

1.4 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIÊÊN PHÂN PHỐI 26

1.4.1 Công suất phản kháng 26

Hình 1.7 Vị trí lắp đặt tụ bù công suất phản kháng 27

1.4.2 Yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế 27

1.4.3 Các phương pháp bù 29

1.4.3.1 Bù song song (Bù ngang) 29

1.4.3.2 Bù nối tiếp (Bù dọc) 29

1.5 PHƯƠNG THỨC BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 29

Hình 1.8 Sơ đồ bù tâ êp trung và phân tán 30

1.6 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TỤ BÙ ĐẾN TỔN THẤT CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ

TỔN THẤT ĐIÊÊN NĂNG CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐƠN GIẢN

NHẤT 31

Hình 1.9 Sơ đồ lưới phân phối có 1 phụ tải 33

Hình 1.10 Sơ đồ lưới điê ên có mô êt phụ tải phân bố đều trên trục chính 35

1.7 KẾT LUẬN 37

CHƯƠNG 2 38

SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT ĐỂ TÍNH BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 38

2.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PHẦN MỀM PSS/ADEPT 38

Hình 2.1 Giao diện làm việc của PSS/ADEPT 38

2.2 CÁC CHỨC NĂNG VÀ ỨNG DỤNG 39

2.3 CÁC MODULE CỦA PSS/ADEPT 39

2.4 THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ CHƯƠNG TRÌNH PSS/ADEPT 40

Thiết lập thông số lưới điện của chương trình PSS/ADEPT 40

Hình 2.2 Hộp thoại program Settings 40

2.5 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT 41

2.6 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN KHI TÍNH TOÁN VỊ TRÍ BÙ TỐI ƯU TRÊN LƯỚI ĐIỆN 41

Hình 2.3 Thiết lập các thông số kinh tế cho PSS/ADEPT 43

Hình 2.4 Cài đặt các tùy chọn cho bài toán tính toán tối ưu vị trí bù tại thẻ CAPO 46

CHƯƠNG 3 52

XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐỂ TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 52

3.1 GIỚI THIỆU 52

3.2.XÂY DỰNG BÀI TOÁN 53

3.3 TỔNG QUAN VỀ MATLAB 54

3.3.1 Giới thiệu 54

Hình 3.1 Giao diện của chương trình MATLAB 55

3.3.2 Giới thiệu hàm fmincon 55

3.4 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATPOWER 56

3.4.1 Nguồn gốc phần mềm 56

3.4.2 Yêu cầu hệ thống 56

3.4.3.Chức năng mô phỏng của MATPOWER 56

3.4.4 Chuẩn bị các dữ liệu đầu vào 57

a.Ý nghĩa các thông số đầu vào 57

3.4.5.Tài liệu hướng dẫn 61

3.5 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH 62

Chú ý: tổn thất công suất, điện áp và dòng điện được tính bằng MATPOWER 63

3.6 KẾT LUẬN VỀ CHƯƠNG TRÌNH 64

3.7 ÁP DỤNG CHO CÁC TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ 64

Bảng 3.1 các tham số của lưới điện IEEE 16 nút 64

Hình 3.1 Sơ đồ lưới điện mẫu IEEE 16 nút 65

Bảng 3.2 So sánh kết quả giữa chương trình đề xuất với phần mềm PSS/ADEPT 66

Bảng 3.3 Giá trị điện áp tại các nút 67

Bảng 3.4 Giá trị dòng điện tại các nhánh 68

Áp dụng chương trình với 1 xuất tuyến của Quận Cẩm Lệ 69

Bảng 3.5 Các tham số của nhánh được chọn 70

Hình 3.2 Sơ đồ lưới điện 1 nhánh của Quận Cẩm Lệ 71

Bảng 3.6 So sánh kết quả của chương trình đề xuất với phần mềm PSS/ADEPT 72 Bảng 3.7 Giá trị điện áp tại các nút 73

Bảng 3.8 Giá trị dòng điện tại các nhánh 74

3.8 KẾT LUẬN 75

CHƯƠNG 4 76

TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI CÓ XÉT ĐẾN DI CHUYỂN THIẾT BỊ BÙ 76

4.1 GIỚI THIỆU 76

4.2 XÂY DỰNG BÀI TOÁN DI CHUYỂN TỤ BÙ 76

Hình 4.1 Ví dụ về bài toán di chuyển tụ bù 77

4.3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CHO VIỆC DI CHUYỂN 77

4.4 ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH 78

Bảng 4.1 Vị trí và dụng lượng các tụ bù sẵn có 78

Bảng 4.2 Kết quả của ứng dụng chương trình đề xuất vào xuất tuyến 473E121 .79 Bảng 4.3 Kết quả của chương trình đề xuất (150000 đồng/kVAr) 80

4.5 KẾT LUẬN 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

Kết luận 81

Kiến nghị 82

Tài liệu tham khảo 82

[1] Nguyễn Văn Minh Trí (2013), Nghiên cứu và đề xuất giải pháp vận hành tối ưu lưới điện của quận Cẩm Lệ-TP Đà Nẵng,luận văn Thạc sĩ, Đại học Đà Nẵng,2013 82

[2] Nguyễn Hữu Phúc,Đặng Anh Tuấn(2007) Sử dụng phần mềm và phân tích lưới điện PSS/ADEPT 82

PHỤ LỤC 83

GIỚI THIỆU

Việc nghiên cứu, áp dụng các biện pháp để giảm tỷ lệ tổn thất điện năngxuống mức hợp lý đã và đang là mục tiêu của nghành điện tất cả các nước, đặc biệttrong bối cảnh hệ thống đang mất cân đối về lượng cung và cầu điện năng Tỷ lệtổn thất điện năng phụ thuộc vào đặc tính của lưới điện, phụ tải, khả năng cung cấpcủa hệ thống và công tác quản lý vận hành của hệ thống điện Theo quyết định1177/QĐ-BCT Bộ công thương phê duyệt đề án giảm tổn thất điện năng giai đoạn2012-2016, mỗi năm EVN phải giảm 0.1% tổn thất điện năng để đến năm 2016,tổn thất điện năng trên toàn bộ hệ thống điện Vệt Nam đạt dưới 8.9% Tập đoànđiện lực Việt Nam cũng đề ra và được bộ công thương phê duyệt các nhóm giảipháp về tổn thất điện năng cũng như tổn thất thương mại

Việc phân tích đánh giá tình hình tổn thất và các giải pháp khắc phục đã vàđang là vấn đề cấp bách và lâu dài đối với hệ thống điện nước ta, nhất là khi vấn đềkinh doanh điện năng đang đứng trước ngưỡng của của thị trường điện cạnh tranh.Vận hành trong hệ thống điện nước ta từ trước đên nay chủ yếu vẫn dựa vào kinhnghiệm vận hành thực tế là chính, ít có tính toán và phân tích bởi những phần mềmchuyên dụng về tính toán lưới điện phân phối nên không có được phương thức kếtdây hợp lý, dẫn đến hiệu quả kinh tế trong vận hành thấp và chất lượng điện năngchưa cao Bên cạnh đó việc lắp đặt các cụm tụ bù hiện chưa có mang lại hiệu quảnhất định Hiện nay phần mềm PSS/ADEPT đang được sử dụng tại các điện lực córất nhiều ưu điểm vẫn tồn tại những hạn chế nhất định

Trước các yêu cầu thực tiễn nêu trên, vấn đề giảm tổn thất điện năng nhằmgóp phần nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh là một vấn đề quan trọng trướcmắt và lâu dài Vì thế sinh viên xây dựng một chương trình bù công suất phản

kháng cho lưới điện phân phối để giảm tồn thất điện năng trên lưới

Trên cơ sở PSS/ADEPT sinh viên xây dựng chương trình tính toán tương tự.Ngoài ra sinh viên cũng mở rộng để tính toán việc di chuyển thiết bị bù Đồ án đã

áp dụng chương trình vào lưới điện IEEE mẫu 16 nút và lưới điện của Quận Cẩm

Lệ Ngoài ra, sinh viên đã so sánh chương trình tự xây dựng với chương trìnhPSS/ADEPT Kết quả là tương đương nhau không có sai lệch đáng kể và điều nàynằm trong phạm vi chấp nhận được

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Phân phối điện là khâu cuối cùng của hệ thống điện để đưa điện năng trựctiếp đến người tiêu dùng Hầu hết các huyện, xã trên toàn đất nước đều có điện từđiện lưới quốc gia Các xã, huyện còn lại chưa có điện lưới quốc gia hiện đang sửdụng nguồn điện tại chỗ là thủy điện nhỏ hoặc máy phát điện diezel.Các chươngtrình điện nông thôn của Chính phủ sẽ tiếp tục đẩy mạnh phát triển lưới điện phânphối, đảm bảo 100% số xã huyện được cấp điện Cùng với tổng sơ đồ điện VI đượcphê duyệt kế hoạch cải tạo và phát triển lưới điện trung áp Khối lượng lưới điệnphân phối dự kiến xây dựng đến năm 2020 sẽ bao gồm gần 85.000 MVA trạmphân phối và gần 93.000 km đường dây hạ áp Khối lượng dự kiến cải tạo và xâydựng sẽ tương đương với khối lượng lưới phân phối hiện có Với lưới điện phânphối có quy mô gấp đôi hiện tại, các công ty điện lực và các điện lực tỉnh, thànhphố sẽ phải đối diện với những khó khăn nhất định trong công tác quản lý là cầnthiết và phải chú trọng ngay từ giai đoạn chuẩn bị hiện nay Các vấn đề kỹ thuậtcủa lưới điện phân phối trong đó có vấn đề giảm tổn thất điện năng vẫn sẽ là trọngtâm trong công tác điều hành quản lý Để giải quyết các khó khăn này, đồng thờinâng cao năng lực quản lý kỹ thuật trong đó có vấn đề giảm tổn thất điện năng, cáccông ty điện lực cần ứng dụng các biện pháp công nghệ hiện đại đang ngày càngđược sử dụng phổ biến trên thế giới

1.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối có các đặc điểm về thiết kế và vận hành khác với lướiđiện truyền tải Lưới điện phân phối phân bố trên diện rộng, thường vận hànhkhông đối xứng và có tổn thất lớn Vấn đề tổn thất trên lưới phân phối liên quanchặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành

Do đó trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hànhcủa lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối có 2 dạng:

a) Lưới điện phân phối trung áp trên không:

Sử dụng ở nông thôn là nơi có phụ tải phân tán với mật độ phụ tải khôngcao, việc đi dây trên không không bị hạn chế vì điều kiện an toàn hay mỹ quan Ởlưới phân phối trên không có thể dễ dàng nối các dây dẫn với nhau, các đường dâykhá dài và việc tìm kiếm điểm sự cố không khó khăn như lưới phân phối cáp Lướiphân phối nông thôn không đòi hỏi độ tin cậy cao như lưới phân phối thành phố

Vì thế lưới phân phối trên không có sơ đồ hình tia, từ trạm nguồn có nhiều trụcchính đi ra cấp điện cho từng nhóm trạm phân phối Các trục chính được phânđoạn để tăng độ tin cậy, thiết bị phân đoạn có thể là máy cắt, máy cắt có tự độngđóng lại có thể tự cắt ra khi sự cố và điều khiển từ xa Giữa các trục chính của 1trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông để dựphòng khi sự cố và tạm ngừng cung cấp điện hoặc TBA nguồn Máy cắt hoặc daocách ly liên lạc được mở trong khi làm việc để vận hành hở

b) Lưới điện phân phối cáp ngầm trung áp:

Được dùng ở thành phố có mật độ phụ tải cao, do đó lưới ngắn Điều kiệnthành phố không cho phép đi dây trên không mà chôn xuống dưới đất tạo thànhlưới phân phối cáp Lưới phân phối thành phố đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao,hơn nữa việc tìm kiếm điểm sự cố khó khăn và sửa chữa sự cố lâu nên lưới phânphối cáp ngầm có các sơ đồ phức tạp và đắt tiền Các chỗ nối cáp được hạn chế đến

mức tối đa vì xác suất các chỗ nối rất cao.

Trong những năm gần đây, lưới điện phân phối của nước ta phát triển mạnh,các công ty điện lực cũng được phân cấp mạnh về quản lý Chất lượng vận hànhcủa lưới phân phối được nâng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm mạnh

1.1.2 Những yêu cầu đối với lưới điện phân phối

Yêu cầu chính của lưới phân phối là đảm bảo cấp điện liên tục cho hộ tiêuthụ với chất lượng điện năng nằm trong phạm vi cho phép

a) Độ tin cậy cung cấp điện

Mức độ tin cậy cấp điện phụ thuộc vào từng loại hộ tiêu thụ

-Hộ tiêu thụ loại 1: Là những hộ tiêu thụ mà khi có sự cố ngừng cấp điện cóthể gây nên những hậu quả nguy hiểm đến mạng con người, làm thiệt hại lớn vềkinh tế, dẫn đến hư hỏng thiết bị, gây rối loạn quá trình công nghệ phức tạp hoặclàm hỏng hàng loạt sản phẩm; hoặc có ảnh hưởng không tốt về phương diện chínhtrị (ví dụ như hội trường quốc hội, nhà khách chính phủ, sân bay, bệnhviện…).Đối với hộ tiêu thụ loại 1: Phải được cấp điện với độ tin cậy cao, thườngdùng hai nguồn đi đến, đường dây hai lộ đến, có nguồn dự phòng… nhằm hạn chếmức thấp nhất về sự cố mất điện Thời gian mất điện thường được xem bằng thờigian tự động đóng nguồn dự trữ

- Hộ tiêu thụ loại 2: Là những hộ tiêu thụ mà nếu ngừng cung cấp điện chỉliên quan đến hàng loạt sản phẩm không sản xuất được, tức là dẫn đến thiệt hại vềkinh tế do ngừng trệ sản xuất, hư hỏng sản phẩm và lãng phí sức lao động… (ví dụnhư phân xưỡng cơ khí, xí nghiệp công nghiệp nhẹ…) Hộ tiêu thụ loại này có thểdùng phương án có hoặc không có nguồn dự phòng, đường dây một lộ hay lộ kép.Việc chọn phương án cần dựa vào kết quả so sánh giữa vốn đầu tư phải tăng thêmnguồn dự phòng và giá trị thiệt hại kinh tế do ngừng cấp điện Hộ loại hai cho phépngừng cấp điện trong thời gian đóng nguồn dự trữ bằng tay

- Hộ tiêu thụ loại 3: Là tất cả hộ tiêu thụ còn lại ngoài hộ loại 1 và loại 2, tức

là những hộ cho phép cấp điện với mức độ tin cậy thấp, cho phép mất điện trongthời gian sửa chữa, thay thế thiết bị sự cố, nhưng thường không cho phép quá mộtngày đêm (24 giờ) như các khu nhà ở, các kho , các trường học, hoặc lưới cấp điệncho nông nghiệp Đối với hộ tiêu thụ loại này có thể dùng một nguồn điện, hoặcđường dây một lộ.

b) Chất lượng điện

Chất lượng điện được đánh giá qua 2 chỉ tiêu là tần số và điện áp Phải đảmbảo điện áp và tần số ở định mức Điện áp đặt vào thiết bị điện chỉ được phép giaođộng 5% so với định mức Có những thiết bị điện chỉ cho phép điện áp giaođộng 2.5% so với định mức (thiết bị chính xác cao, đèn trong các xí nghiệp…)

c) Hiệu quả kinh tế và hiệu quả vận hành

- Tránh được nguy cơ làm hại thiết bị (quá tải, quá áp…) Thất thu ítnhất (do mất trộm điện năng)

- Vận hành dễ dàng, linh hoạt phù hợp với việc phát triển lưới điệntrong tương lai

- Chí phí xây dựng lưới điện là kinh tế nhất

- An toàn cho lưới điện và con người

Tổn thất điện áp (thành phần thực) là do công suất tác dụng gây trên điện trở

R và công suất phản kháng gây trên X

∆U =

đm

U

X Q R

P +

.10-3 (kV)

a Đường dây 1 phụ tải:

1 A

S.1

S.1= P 1+ jQ 1

Z A1

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây 1 phụ tải.

Trên sơ đồ thay thế , để tính tổn thất điện áp cần biến đổi công suất dạng S

U

X Q R

P1. 1+ 1. 1

Trong đó : ZA1 = RA1 + jXA1 = r0.lA1 + jx0.lA1

và S.A1= S.1= S1cosϕ + jS1sinϕ

b Đường dây có n phụ tải

Với đường dây liên thông cấp điện cho 3 phụ tải, tổn thất điện áp bằng tổn thất trên 3 đường dây

∆U∑ = ∆Umax = ∆UA123 = ∆UA1 + ∆U12 + ∆U13

1 A

bỏ qua lượng tổn thất này:

12

S =S.2 +S.3

Căn cứ vào công thức ở trên và các lượng công suất chạy trên các đoạn xácđịnh được tổn thất điện áp trên các đoạn như sau :

∆U23 =

đm

U

X Q R

U

X Q Q Q R

P P

P1 2 3) 1 ( 1 2 3) 1

Từ đây xác định được tổn thất điện áp trên toàn bộ tuyến đường dây :

∆U∑ = ∆UA123( 1 2 3) 1 ( 1 2 3) 1 ( 2 3) 12 ( 2 3) 12 3 23 3 23123

ij

U

X Q R

P

∑ +∑

Trong đó:

n là số đoạn đường dây

Pij, Qij : công suất tác dụng và phản kháng chạy trên các đoạn đườngdây ij

c Đường dây phân nhánh

Trên lưới cung cấp điện nhiều khi gặp đường dây phân nhánh, nghĩa là đếnnút nào đó rẽ ra thành 2,3 tuyến theo hướng khác nhau Để kiểm tra tổn thất điện

áp trên đường dây phân nhánh cần lưu ý rằng : tổn thất điện áp là tổn thất trên từngtuyến dây kể từ nguồn đến điểm nút xa nhất của tuyến Ví dụ với phân nhánh trênhình 1.4, cần kiểm tra ∆U theo tuyến dây: tuyến A12 và tuyến A13, tuyến có trị số

≤∆Ucp

Hình 1.4 Đường dây phân nhánh

1.3 TỔN THẤT TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI

1.3.1 Tổn thất công suất trên lưới điện phân phối

Tổn thất công suất trên lưới điện phân phối bao gồm tổn thất công suất tácdụng và tổn thất công suất phản kháng Tổn thất công suất phản kháng do từ thông

rò và gông từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây Tổn thất côngsuất phản kháng chỉ làm lệch gốc pha, ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng Tổnthất công suất tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện năng Mỗi phần tửcủa lưới điện có đặc điểm riêng, do đó tổn thất trong chúng là không như nhau,chúng ta chỉ xét các quá trình xảy ra với lưới phân phối có cấp điện áp dưới 22

kV, tổn thất công suất do tỏa nhiệt hoặc do quá trình biến đổi điện từ gây nên

Tổn thất công suất trên đường dây là một đại lượng phức

∆ .

S= ∆P + j∆QTrong đó:

- ∆P là tổn thất công suất tác dụng do phát nóng trên điện trở đườngdây

- ∆Q là tổn thất công suất phản kháng do từ hóa đường dây

- Tổn thất công suất trên đường dây được xác định theo biểu thức

∆ .

S= I2Z = 2

2

đm U

S

Z = 2

2 2

đm U

Q

P +

(R+jX).10-3 (kVA)

a Đường dây một phụ tải

Xét lại sơ đồ nguyên lý và thay thế như hình 1.2

Với đường dây 1 phụ tải thì công suất chạy qua tổng trở Z12 chính là phụ tải

S1 Vậy theo ở trên thì tổn thất công suất trên đường dây là:

∆ .

S = 2

2 1

đm

A U

S

ZA1 = 2

2 1

đm U

S

ZA1 = (∆PA1 + j∆QA1).10-3 (kVA)

b Đường dây có n phụ tải:

1 A

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây cấp điện cho 2 phụ tải

Cũng tương tự như tính ∆U, khi tính gần đúng ∆ .

Scoi điện áp các điểm bằng

Uđm và coi công suất gây ∆ .

S trên các đoạn chỉ là công suất tải (bỏ qua ∆ .

S củađoạn sau)

2 2

(

đm U

Q Q P

ZA1 + 2

2 2

đm U

Trong đó:

- n: số đường dây hoặc số phụ tải

- Sij,Pij, Qij : công suất S,P,Q chạy trên đoạn đường dây ij

- Zij : tổng trở của đoạn đường dây ij

- Uđm: điện áp định mức của đường dây

1.3.2 Tổn thất điện năng

a) Định nghĩa

Tổn thất điện năng trên hệ thống điện là lượng điện năng tiêu hoá cho quátrình truyền tải và phân phối điện từ thanh cái các nhà máy điện qua hệ thống lướiđiện truyền tải, lưới điện phân phối đến các hộ sử dụng điện Chính vì vậy, tổnthất điện năng còn được định nghĩa là điện năng dùng để truyền tải, phân phốiđiện và là một trong những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của ngành Điện Tổn thất điệnnăng còn được gọi là điện năng dùng để truyền tải và phân phối điện Trong hệthống, tổn thất điện năng còn phụ thuộc vào đặc tính của mạch điện, lượng điệntruyền tải, khả năng của hệ thống và vai trò của công tác quản lý

b) Nguyên nhân gây tổn thất điện năng

Tổn thất điện năng được phân chia thành hai loại cơ bản là tổn thất kỹ thuật

và tổn thất thương mại Như đã biết, các thiết bị điện từ khi làm việc sẽ tiêu thụ từlưới một dòng điện bao gồm các thành phần: phụ tải, tổn thất, dòng điện tản (dòngrò) và dòng từ hoá Tức là cùng với việc tiêu thụ một lượng công suất tác dụng đểsinh công, các thiết bị điện còn tiêu thụ một lượng công suất phản kháng Lượngcông suất phản kháng mà các thiết bị điện tiêu thụ phụ thuộc vào đặc tính củachúng, các động cơ không đồng bộ, máy biến áp vv… là những thiết bị tiêu thụnhiều công suất phản kháng Theo số liệu thống kê, thì lượng công suất phảnkháng do động cơ không đồng bộ tiêu thụ chiếm tỷ trọng lớn nhất ( khoảng 65-75%), tiếp theo là máy biến áp khoảng 15-20% và các đường dây 5-8%

Mức độ tiêu thụ công suất phản kháng được đánh giá bởi hệ số công suất, mà

được xác định bởi tỷ số giữa công suất tác dụng (P) và công suất biểu kiến (S)

P

3

Trong thực tế vận hành giá trị cosφ thường được xác định theo công thức:

r

x

A A

và công suất tác dụng: Tuy nhiên hệ số tg φ chỉ áp dụng trong các bước

tính trung gian, kết quả cuối cùng lại được chuyển về hệ số cosφ tương ứng.

Khi cosφ của thiết bị điện càng lớn, tức là mức độ tiêu thụ công suất phảnkháng càng bé, vì vậy làm cho mức độ yêu cầu về Q từ lưới ít, nó góp phần cảithiện chế độ làm việc của lưới Hệ số cosφ của các hộ tiêu thụ lại phụ thuộc vàochế độ làm việc của các phụ tải điện Khi hệ số cosφ thấp sẽ dẫn đến sự tăng côngsuất phản kháng, sự truyền tải công suất phản kháng trong mạng điện làm giảm sútcác chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của mạng điện

 Tổn thất điện năng phi kỹ thuật

Tổn thất điện năng phi kỹ thuật phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trìnhquản lý hành chính, hệ thống công tơ đo đếm và ý thức của người sử dụng Tổn

thất điện năng phi kỹ thuật cũng một phần chịu ảnh hưởng của năng lực và công

cụ quản lý của bản thân các công ty điện lực, trong đó có cá phương tiện máymóc, máy tính, phần mềm quản lý Tổn thất điện năng phi kỹ thuật bao gồm cácdạng tổn thất như sau:

Sai sót trong khâu quản lý: TU mất pha, TI, công tơ hỏng chưa kịp xử lýthay thế kịp tời, không thực hiện đúng chu kỳ kiểm định và thay thế công tơ định

kỳ theo quy định của pháp lệnh đo lường, đấu nhầm, đấu sai sơ đồ dây là cácnguyên nhân dẫn đến đo đếm không chính xác gây tổn thất điện năng

Các thiết bị đo đếm như công tơ, TU, TI không phù hợp với tải, có thể quálớn hay quá nhỏ, hay cấp chính xác chưa đạt yêu cầu, hệ số nhân của hệ thống đokhông đúng, các tác động làm sai lệch mạch đo đếm điện năng, gây hỏng hóc công

tơ, các mạch thiết bị đo lường…

Sai sót trong nghiệp vụ kinh doanh: đọc sai chỉ số công tơ, thống kê tổng hợpkhông chính xác, bỏ sót khách hàng

Không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện

Sai sót tính toán và xác định tổn thất kỹ thuật

Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng

 Tổn thất điện năng kỹ thuật

Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện phân phối chủ yếu trên dây dẫn và các máybiến áp phân phối

Tổn thất kỹ thuật có các nguyên nhân chủ yếu sau:

Đường dây phân phối quá dài, bán kính cung cấp điện lớn Tiết diện dâydẫn quá nhỏ, đường dây bị xuống cấp, không được cải tạo nângcấp Trong quátrình vận hành làm tăng nhiệt độ dây dẫn, điện áp giảm xuống dưới mức cho phép

và tăng tổn thất điện năng trong dây dẫn

Máy biến áp vận hành non tải hoặc không tải lớn hơn so với điện năng sửdụng, mặt khác tải thấp sẽ không phù hợp với hệ thống đo đếm dẫn đến tổn thất

điện năng cao.

Máy biến áp vận hành quá tải do dòng điện tang cao làm phát nóng cuộn dây

và dầu cách điện của máy dẫn đến tang tổn thất điện năng trong máy biến áp đồngthời gây sụt áp và làm tang tổn thất điện năng trên lưới điện phía hạ áp

Máy biến áp phân phối thường xuyên mang tải nặng hoặc quá tải Máy biến áp làloại có tỷ lệ tổn thất cao hoặc vật liệu lõi từ không tốt dẫn đến sau một thời giantổn thất tăng lên

Nhiều thành phần sóng hài của các phụ tải công nghiệp tác động vào cáccuộn dây máy biến áp làm tăng tổn thất

Tổn thất dòng rò: sứ cách điện, chống sét van và các thiết bị không đượckiểm tra, bảo dưỡng hợp lý dẫn đến dòng rò, phóng điện

Đối với hê thống nối đất trực tiếp, nối đất lặp lại không tốt dẫn đến tổn thấtđiện năng sẽ cao

Hành lang tuyến không được đảm bảo: Không thưc hiện tốt việc phát quang.Cây mọc chạm vào đường dây gây dòng rò hoặc sự cố

Hiện tượng quá bù hoặc vị trí dung lượng bù không hợp lý

Tính toán phương thức vận hành không hợp lý, để xảy ra sự cố để dẫn đếnphải sử dụng phương thức vận hành bát lợi dẫn đén tổn thất điện năng tăng cao.Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên dây trung tính,dây pha và cả trong máy phát biến áp, đồng thời cũng gây quá tải ở pha có dòngđiện lớn

Vận hành ở hệ số cosφ thấp, thực hiện lắp đặt và vận hành tụ bù không phùhợp dẫn đến tăng dòng điện truyền tải hệ thống và tang tổn thất điện năng

Các điểm tiếp xúc, các mối nối tiếp xúc kém nên làm tăng nhiệt độ, tăng tổnthất điện năng

Chế độ sử dụng điện không hợp lý: Công suất sử dụng của nhiều phụ tải có

sự chênh lệch quá lớn giữa giờ cao điểm và giờ thấp điểm gây khó khan cho công

tác vận hành.

Do vậy việc nghiên cứu tổng thể về lưới phân phối hiện nay là rất cầnthiết,trong đó nghiên cứu bù công suất phản kháng để giảm tổn thất công suất,giảm tổn thất điện năng, cải thiện điện áp, cải thiện hệ số công suất.Nhằm cảithiện chất lượng cung cấp điện và tăng hiệu quả kinh tế là công việc đang đượcngành điện quan tâm

Điện năng là công suất tác dụng sản xuất hoặc truyền tải hoặc tiêu thụ trongmột khoảng thời gian Trong tính toán thường lấy thời gian là 1 năm (8760 h).Nếu ∆P biểu diễn bằng hàm ∆P(t) thì lượng tổn thất điện năng ∆A trong khoảngthời gian T được xác định

∆A = ∫T∆P t dt

0

) (

Hình 1.6 Minh họa ∆A với ∆P là hàm thời gian

Trong thực tế rất ít khi có thể biểu diễn được ∆P bằng một hàm thời, chỉ cóthể tính tổn thất điện năng bằng phương pháp gần đúng Để tính gần đúng ∆Angười ta dựa vào đại lượng: thời gian tổn thất công suất lớn nhất τ (h)

Với τ là thời gian nếu hệ thống cung cấp điện chỉ truyền tải công suất lớnnhất thì sẽ gây ra một lượng tổn thất điện năng đúng bằng lượng tổn thất điện nănggây ra trong thực tế 1 năm

Vì chỉ truyền tải công suất lớn nhất, sẽ có tổn thất công suất lớn nhất Từ

định nghĩa τ có thể viết :

∆A = ∆Pmax.τ

τ được xác định gần đúng theo Tmax theo biểu thức:

τ = (0,124 + 10-4Tmax)2 8760 (h)

 Tổn thất điện năng trên đường dây

Đường dây 1 phụ tải

Xét lại sơ đồ nguyên lý và thay thế như hình 1.2

Để tính ∆Pmax cần lưu ý là phụ tải tính toán chính là phụ tải cực đại, tổn thấtcông suất tính theo phụ tải tính toán là tổn thất công suất cực đại

Với mục đích xác định tổn thất điện năng trên đường dây chỉ cần thay thếbằng điện trở R

Từ trị số Tmax1 của phụ tải S1 tính được trị số τ theo biểu thức

Tổn thất công suất tác dụng lớn nhất trên đường dây A1

∆PA1 = 2

2 1

đm U

S

RA1

Tổn thất điện năng trên đường dây A1

∆AA1 = ∆PA1 τ

Đường dây có n phụ tải

Với đường dây n phụ tải, ∆P∑ vẫn tính theo ở trên với sơ đồ thay thế là điệntrở các đoạn đường dây, còn τ vẫn được tính theo ở trên

Với Tmax là Tmax trung bình của các phụ tải

max 1

i

S T T

n là số phụ tải trên đường dây

τtb = (0,124 + 10-4Tmaxtb)2 8760Khi đó: ∆A∑ = ∆P∑ τtb

1.3.3 Giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối

Việc nghiên cứu, áp dụng các giải pháp mới để giảm tỷ lệ tổn thất điện năngxuống mức hợp lý đã và đang là mục tiêu của ngành điện tất cả các nước, đặc biệttrong bối cảnh hệ thống đang mất cân đối về lượng cung cầu điện năng Tỷ lệ tổnthất điện năng phụ thuộc vào đặc tính của mạch điện, lượng điện truyền tải, khảnăng cung cấp của hệ thống và công tác quản lý vận hành hệ thống điện

a Biện pháp tổ chức

• Nâng cao mức điện áp làm việc

Đối với đường dây tải điện, khi tăng điện áp làm việc sẽ làm tăng một phầntổn thất do vầng quang Do đó để đảm bảo yêu cầu về chất lượng điện áp cần đặtnhững thiết bị điều chỉnh, nhờ đó đảm bảo được cân bằng công suất phản kháng ởcác nút chính của mạng

Ở mạng kín phức tạp không đồng nhất, cho phép nâng điện áp làm việc đểgiảm tổn thất khi tính đến sự hạn chế của dòng điện cân bằng

• Điều khiển dòng công suất ở mạng điện kín

Ở mạng đồng nhất, tỷ số R0/X0 ở mọi phần tử mạng điện là giống nhau, cònmạng điện kín không đồng nhất chúng ta thường gặp tỷ số R0/X0 ở mọi điểm làkhác nhau Chính vì vậy mà nó sẽ xuất hiện thành phần dòng cân bằng làm tăngtổn thất ở trong mạng sự không đồng nhất càng lớn thì tổn thất càng lớn Chúng tamuốn tạo ra sự phân bố công suất kinh tế trong mạch vòng không đồng nhất nếuđưa vào mạch vòng một công suất nhờ ccs máy biến áp điều chỉnh

• Tách mạng điện kín ở điểm tối ưu

Khi làm việc ở sơ đồ kín thường xuất hiện dòng cân bằng làm giảm mứcđiện áp làm việc và tăng tổn thất Ngoài ra, khi đưa mạch từ chế độ hở về chế độ

làm việc ở chế độ kín thì vốn đầu tư cho các thiết bị chuyển mach , bảo vệ tănglên Khi làm việc ở chế độ hở mạch thì tránh được những mạch kín và vận hànhkinh tế hơn Để đảm bảo độ tin cậy và tính liên tục cung cấp điện , người ta sửdụng các nguồn và đường dây dự phòng nhờ các thiết bị tự đóng nguồn dự trữ.Tùy theo mùa giá trị phụ tải sẽ cực đại hay cức tiểu chúng ta sẽ tách mạch kín vềchế độ hở.

• Cân bằng phụ tải các pha của mạng điện

Ở chế độ làm việc dưới 1000V, các thiết bị dùng điện thường là một pha

Do đó sự phân phối các thiết bị ở các pha là không bằng nhau dẫn đến xuất hiệnthành phần không cân bằng giữa các pha sẽ làm tăng tổn thất để giảm tổn thấtnăng lương chúng ta phải tiến hành kiểm tra phân bố phụ tải cho hợp lý Khôngnhất thiết phân bố phụ tải hoàn toàn đối xứng bởi vì hệ số phụ tải các pha phụthuộc vào chế độ làm việc của mạng, mà chế độ này lại thay đổi thường xuyêntheo sự biến động của phụ tải và phương thức vận hành mạng

• Tối ưu hóa các chế độ làm việc của các máy biến áp ở cac trạm biến áp Những trạm biến áp cung cấp điện cho phụ tải thường có số máy biến áp ≥

2 Các máy biến áp có thể hoạt động độc lập hoặc song song

Khi làm việc song song, các máy biến áp có tổ nối dây giống nhau thì máybiến áp nhỏ sẽ mang tải lớn, còn máy biến áp công suất lớn mang tải nhỏ so cớimưc độ phân bố tải kinh tế giữa các máy biến áp

Khi làm việc độc lập, mỗi máy biến áp sẽ được nối đến một phân đọa thanhgóp Khi này sẽ làm dòng ngắn mạch sa máy biến áp Do đó chọn được các thiết bịđiện và các khí cụ chuyển mạch loại nhẹ hơn và giá thành rẻ hơn

Trong trường hợp chưng, bài toán tối ưu các chế độ làm việc của máy biến

áp thuộc về bài toán so sánh các phương án nhờ những phương pháp toán học thựchiện trên máy tính

• Tối ưu hóa tình trạng của hệ thống năng lượng

Ở chế độ cực tiểu do việc giảm tiêu thụ công suất phản khangsvaf tác dụng

ở các nút phụ tải thì các mạng cơ bản của hệ thống điện sẽ bị non tải Lúc này, mộtphần đường dây phát công suất phản kháng, do đó hiện tượng công suất phảnkháng ở chế độ này tăng lên Lượng công suất này không đưa đến cac hộ tiêu thụ

mà đưa đến các nhà máy điện Sức điện động của máy phát sẽ giảm xuống, giớihạn công suất phát và dự trữ ổn định của áy phát sẽ giảm ngoài ra sự lưu chuyểncủa dòng công suất phản kháng theo mạng sẽ gây ra tổn thất phụ cô ngsuất tácdụng và công suất phản kháng Một số biện phát đảm bảo hệ thống ứng với ché độcực tiểu hoạt động tốt là:

Giảm công suất phản kháng phát ra từ các nguồn tương ứng với kết quả tối

ưu của các chế độ

Cắt một phần tụ bù tĩnh để giảm sự truyền công suất phản kháng trongmạng

Đưa các phần thiết bị điều chnhr công suất phản kháng và các máy bù đồng

bộ vào làm việc ở các chế độ tiêu thụ công suất phản kháng

Giảm mức điện áp ở các trạm biến áp ≥ 220 kV để giảm sự phát công suấtphản kháng ở các đường dây

Cắt một phần đường dây song song trong hệ thống (chỉ thực hiện trongtrường hợp không làm giảm chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thông)

Đưa một số máy phát nối đến các trạm tăng áp ≥ 220 kV làm việc ở chế độtiêu thụ công suất phản kháng

• Nâng cao mức độ vận hành của hệ thống mạng điện

Thường xuyên kiểm tra, xác định mức độ vận hành, tình trạng kỹ thuật củamạng Đảm bảo sẵn sang mạng tải của mạng, tiến hành sữa chữa định kỳ và sự cốcũng như làm việc dự phòng ở chế độ phụ tải cực tiểu

b Biện pháp kỹ thuật

Để đảm bảo các chỉ tiêu về tổn thất công suất và điện năng, ngoài việc sử

dụng các biện pháp tổ chức người ta còn tiến hành các biện pháp kỹ thuật để đảmbảo các chỉ tiêu, thỏa mãn các yêu cầu nằm trong giới hạn cho phép Khi thực hiệncác biện pháp kỹ thuật, yêu cầu những phí tổn lớn hơn về lao động, vật liệu, tiềnvón cũng như tiền vốn so với các biện pháp tổ chức thực hiện các biện phsp kỹthuật gây nên những thay đổi lớn đối với mức tổn thất khi mà các biện pháp tổchưc không đảm bảo được các chỉ tiêu Các biện pháp là:

• Nâng cao điện áp định mức của mạng điện

Theo công thức tính toán tổn thất điện áp, thì tổn thất tỷ lệ nghịch với điện

áp Vì vậy nếu điện áp vận hành được nâng lên mức cao nhất có thể cho phép vềmặt kỹ thuật thì tổn thất điện năng sẽ giảm đáng kể tính tán cho thấy cứ nâng cao1% điện áp thì tổn thất điện năng giảm 2% và tổn thất công suất phản kháng dodung dẫn đường dây tăng 2% Tuy vậy, khi nâng cấp điện áp cần phải chú ý vềhiện tượng vầng quang Nên đối với các đường dây siêu cao áp, biện pháp nàykhông phải lú nào cũng có lợi khi phụ tải bé, giảm điện áp vận hành lại có lợihơn Việc nâng cao điện áp vận hành là khá tốn kém, tuy nhiên nếu chỉ nhìn nhận

về giảm tổn thất công suất và điện năng là hiệu quả nhất

• Đặt thiết bị điều chỉnh dọc và ngang dòng công suất ở mạng kín không đồng nhất

Mạng điện kín không đồng nhất có thể có thể nhận được khi thực hiện phân

bố công suất cưỡng bức bằng cách thêm vào mạch vòng các suất điện động ngang

và dọc Một trong số những biện pháp đó là áp dụng các máy biến áp điều chỉnhnối tiếp

• Bù công suất phản kháng

Đối với hệ thống thiếu hụt công suất phản kháng thì các thiết bị bù đượcxem là một phương tiện để điều chỉnh điện áp Biện pháp về đặt thiết bị bù côngsuất phản kháng rất có hiệu quả và phí tổn nhỏ nên nó được ứng dụng khá phỏbiến

• Điều chỉnh công suất máy biến áp ở những trạm đặt một máy biến áp Việc tăng công suất trạm biến áp dẫn đến giảm số lượng máy biến áp, rútngắn chiều dài mạng cung cấp và tăng bán kính tác dụng và chi phí tổn thất kimloại ở mạng phân phối điện áp thấp Do những khó khăn trong lập luận tính toánnên trong thời gian ngắn các máy biến áp đạt đến phụ tải cho phép là rất ít, phần

đa là chỉ đạt 50% ở thời điểm được tính Vì thế, chúng ta cần thay thế những máybiến áp công suất nhỏ hơn Việc này đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao do giảmđáng kể tổn thất công suất và điện năng ở mạng này

• Tối ưu hóa việc thay thế tiết diện dây dẫn

Để nâng cao các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, người ta thường áp dụng nhữnggiải pháp kỹ thuật tăng tiết diện dây dẫn trong quá trình vận hành theo mức độtăng phụ tải có thể sớm hơn dự báo Việc thay thế tiết diện dây dẫn đường dây trênkhông trong quá trình vận hành được tiến hành tương ứng với các biện pháp tổchức về quá trình chuẩn bị để dẫn đến biệc thay thế: đạt hàng các thiết bị và vậtliệu cần thiết, kế hoạch công việc, kịp thời ký kết các hợ đồng với công ty chứcnăng gồm các trình tự công việc để nâng cao hiệu quả sử dụng vốn đầu tư và giảmtổn thất điện năng trong mạng điện

• Giảm tổn thất điện năng đối với tổn thất điện năng phi kỹ thuật

Các biện pháp giảm tổn thất điện năng phi kỹ thuật tuy không mới, vấn đề là cáchthức triển khai để có hiệu quả cao nhất tùy theo đặc điểm thực tế

Trong các biện pháp giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu quả kinh tếlưới điện phân phối, trong đó bài toán đặt thiết bị bù tối ưu là một trong số nhữngbiện pháp kỹ thuật giải quyết hiệu quả, tổng hợp nhất Tuy nhiên, bài toán bù côngsuất phản kháng trong lưới điện phân phối là bài toán phức tạp vì:

- Lưới điện phân phối có cấu trúc phức tạp, một trạm trung gian có nhiềutrục chính, mỗi trục cấp điện cho nhiều trạm phân phối Cấu trúc lưới điện phânphối phát triển theo thời gian và không gian Chế độ làm việc của phụ tải là không

đồng nhất và tăng trường không ngừng.

- Thiếu thông thin chính xác về đồ thị phụ tải phản kháng

- Công suất tụ là biến rời rạc

Trước các khó khăn đó, để có thể giả quyết được các bài toán bù, phải chianhỏ bài toán bù ra và áp dụng các giả thiết giản ước khác nhau

Các giả thiết giản ước phải đảm bào khong sai lệch quá mức đến kết quảtính toán, nó phải đảm bảo lời giải phải gần với lời giải tối ưu lý thuyết Bài toán

bù công suất phản kháng trong lưới điện phân phối giải quyết được nhiều vấn đề

cơ bản trong công tác tối ưu hóa hệ thống điện, trong đó tính tổng quát của bàitoán được xét trên nhiều phương diện khác nhau Đồ án sẽ giải quyết bài toán đặtthiết bị bù nâng cao hiệu quả kinh tếtrong lưới điện phân phối

1.4 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Như trên đã nói lưới điện Việt Nam và nhất là lưới phân phối tăng trưởngmạnh do lượng phụ tải tăng nhanh Tổn thất tổng trong lưới phân phối rất lớn Vềnguyên tắc toàn bộ công suất nguồn đều phải qua lưới phân phối trước khi cungcấp cho phụ tải Do đó giảm được một vài phần trăm tổn thất nhờ những phươngpháp phổ cập sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn Về phương diện vận hành lưới điệnphân phối thì vấn đề bù công suất phản kháng vẫn là nội dung có ý nghĩa lớn

1.4.1 Công suất phản kháng

Công suất phản kháng do phụ tải yêu cầu mang thuộc tính cảm, để sinh ra từtrường cần thiết cho quá trình chuyển đổi điện năng, từ trường xoay chiều cần mộtđiện năng dao động đó là công suất phản kháng có tính cảm Q Điện năng của từtrường dao động dưới dạng dòng điện, khi đi trên dây dẫn nó gây tổn thất điệnnăng và tổn thất điện áp không có lợi cho lưới điện

Hình 1.7 Vị trí lắp đặt tụ bù công suất phản kháng

Muốn giảm được tổn thất điện năng và tổn thất điện áp do từ trường gây rangười ta đặt tụ điện ngay sát vùng từ trường hình 1.7 Tụ điện gây ra điện trườngxoay chiều, điện trường cũng cần một điện năng dao động - công suất phản khángdung tính QC , nhưng ngược về pha so với từ trường Khi từ trường phát nănglượng thì điện trường nhận vào và ngược lại Nhờ đặc tính này mà khi đặt cạnhnhau điện trường và từ trường tạo mạch dao động, năng lượng của chúng truyềnquan lại cho nhau, chỉ có phần thừa ra Q - QC (dù điện cảm hay điện dung) mới đi

về nguồn điện Nhờ vậy dòng công suất phản kháng giảm đi Công suất phảnkháng dung tính đi về nguồn cũng gây tổn thất điện năng như công suất phảnkháng cảm tính, nhưng về điện áp thì nó làm tăng điện áp ở nút tải so với nguồn(tổn thất điện áp âm) Vì thế khi đặt bù cũng phải tránh không gây quá bù (QC>Q)

1.4.2 Yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế

Tiêu chí kỹ thuật

a) Yêu cầu về cosφ

Phụ tải của các hộ gia đình thường có hệ số công suất cao,thường là gầnbằng 1, do đó mức tiêu thụ công suất phản kháng rất ít không thành vấn đề lớn cầnquan tâm Trái lại, các xí nghiệp, nhà máy, phân xưởng… dùng động cơ khôngđồng bộ, là nơi tiêu thụ chủ yếu công suất phản kháng Hệ số công suất của động

cơ không đồng bộ phụ thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ, các yếu tố chủyếu như sau:

•Dung lượng của động cơ càng lớn thì hệ số công suất càng cao, suất tiêuthụ công suất phản kháng càng nhỏ.

• Hệ số công suất của động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ,nhất là đối với các động cơ nhỏ

•Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc rất nhiều vào hệ

số phụ tải của động cơ, khi quay không tải lượng công suất phản kháng cầnthiết cho động cơ không đồng bộ cũng đã bằng 60%– 70% lúc tải định mức

b) Đảm bảo mức điện áp cho phép

Khi có điện chạy trong dây dẫn thì bao giờ cũng có điện áp rơi, cho nênđiện áp ở từng điểm khác nhau trên lưới không giống nhau Tất cả các thiết bị tiêuthụ điện đều được chế tạo để làm việc tối ưu với một điện áp đặt nhất định, nếuđiện áp đặt trên đầu cực của thiết bị điện khác trị số định mức sẽ làm cho tình trạnglàm việc của chúng xấu đi

Vì các lý do trên, việc đảm bảo điện áp ở mức cho phép là một chỉ tiêu kỹthuật rất quan trọng Trên thực tế không thể nào giữ được điện áp vào đầu cực củacác thiết bị điện cố định bằng điện áp định mức mà chỉ có thể đảm bảo trị số điện

áp thay đổi trong một phạm vi nhất định theo tiêu chuẩn kỹ thuật đã cho phép màthôi, thông thường điện áp đặt cho phép dao động ± 5% Độ lệch điện áp là tiêuchuẩn điện áp quan trọng nhất ảnh hưởng lớn đến giá thành hệ thống điện

Có thể thay đổi sự phân bố công suất phản kháng trên lưới, bằng cách đặtcác máy bù đồng bộ hay tụ điện tĩnh, và cũng có thể thực hiện được bằng cáchphân bố lại công suất phản kháng phát ra giữa các nhà máy điện trong hệ thống

c) Giảm tổn thất công suất đến giới hạn cho phép.

Muốn nâng cao điện áp vận hành có nhiều phương pháp:

• Thay đổi đầu phân áp của MBA

• Nâng cao điện áp của máy phát điện

• Làm giảm hao tổn điện áp bằng các thiết bị bù

Tiêu chí kinh tế.

Khi thực hiện bù kinh tế người ta tính toán để đạt được các lợi ích, nếu lợi íchthu được cho việc lắp đặt thiết bị bù lớn hơn chi phí lắp đặt thì việc bù kinh tế sẽ

được thực hiện.

a)Lợi ích khi đặt tụ bù

• Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ max của hệ thống điện, do

đó giảm được dự trữ công suất tác dụng

• Giảm nhẹ tải của MBA trung gian và đường trụ trung áp do giảm được yêu cầu CSPK

• Giảm được tổn thất điện năng

• Cải thiện được chất lượng điện áp trong lưới phân phối

b)Chi phí đặt tụ bù

• Vốn đầu tư và chi phí vận hành cho trạm bù

• Tổn thất điện năng trong tụ bù

1.4.3 Các phương pháp bù

1.4.3.1 Bù song song (Bù ngang)

Tụ bù ngang được kết nối song song trong hệ thống và được sử dụng chủyếu để cải hiện hệ số công suất, nhằm làm giảm công suất phản kháng truyền tải

Từ đó làm giảm tổn thất trên đường dây Bù song song cũng có tác dụng làm tăngđiện áp của trục chính nghĩa là giảm tổn thất điện áp, đồng thời lọc sóng hài

1.4.3.2 Bù nối tiếp (Bù dọc)

Tụ điện bù dọc được mắc nối tiếp đường dây nhằm làm giảm điện kháng củađường dây và được sử dụng chủ yếu để tăng điện áp cuối đường dây, tức là làmgiảm tồn thất điện áp Nó cũng cải thiện hệ số công suất đầu đường dây Thực tếlưới phân phối ít dùng

1.5 PHƯƠNG THỨC BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Bù công suất phản kháng mang lại 2 lợi ích: giảm tổn thất điện năng và cảithiện điện áp, chi phí vận hành không đáng kể

Trong lưới phân phối có thể có 3 loại bù công suất phản kháng:

- Bù kỹ thuật để nâng cao điện áp Do thiếu công suất phản kháng, điện áp

sẽ thấp Nếu công suất phản kháng nguồn thiếu thì bù công suất phản kháng là mộtgiải pháp nâng cao điện áp, cạnh tranh với các biện pháp khác như tăng tiết diện

dây, điều áp dưới tải

- Bù kinh tế để giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng

- Trong lưới xí nghiệp phải bù cưỡng bức để đảm bảo cosϕ theo yêu cầu Bùnày không phải do điện áp thấp hay tổn thất điện năng cao mà do yêu cầu từ hệthống điện Tuy nhiên lợi ích kéo theo là giảm tổn thất điện năng và cải thiện điệnáp

Bù kinh tế là để lấy lợi, nếu lợi thu được do bù lớn hơn chi phí đặt bù thì bù sẽđược thực hiện

Có 2 cách đặt bù:

Cách 1: Bù tập trung tại một số điểm trên trục chính lưới trung áp

Cách 2: Bù phân tán ở các trạm phân phối hạ áp

Bù theo cách 1, trên 1 trục chính chỉ đặt 1 đến 3 trạm tụ bù (hình 1.8) Côngsuất bù có thể lớn, dễ thực hiện điều khiển các loại Dùng tụ trung áp nên giá thànhđơn vị bù rẻ và công suất đơn vị lớn Việc quản lý và vận hành dễ dàng

Hình 1.8 Sơ đồ bù tập trung và phân tán

Bù theo cách 2 giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện năng nhiều hơn

vì bù sâu hơn Nhưng do bù quá gần phụ tải nên nguy cơ cộng hưởng và tự kíchthích ở phụ tải cao Để giảm nguy cơ này phải hạn chế công suất bù sao cho ở chế

độ cực tiểu công suất bù không lớn hơn yêu cầu của phụ tải Giá thành đơn vị bù

cao hơn tập trung.

Trong thực tế có thể dùng kết hợp cả 2 cách

1.6 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TỤ BÙ ĐẾN TỔN THẤT CÔNG

SUẤT TÁC DỤNG VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐƠN GIẢN NHẤT

a Lưới phân phối có một phụ tải

Xét lưới phân phối như trên hình (1.9a) Công suất phản kháng yêu cầu cựcđại là Qmax, công suất bù là Qbù, đồ thị kéo dài của công suất phản kháng yêu cầu làq(t), đồ thị kéo dài của công suất phản kháng sau khi bù là:

qb(t) = q(t) - Qb

Trên hình 1 b : qb1(t) ứng với Qb = Qmin

Trên hình 1 c : qb2(t) ứng với Qb = Qmax

Trên hình 1 d : qb3(t) ứng với Qb = Qtb (Công suất phản kháng trung bình)

Qb [kVAr]a/

Hình 1.9 Sơ đồ lưới phân phối có 1 phụ tải

Tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng q(t) gây ra là :

∆P1 = R

U

t q

2

2

)(

U là điện áp định mức của lưới điện

Tổn thất công suất sau khi bù :

∆P2 = R

U

Q t

2

2

] ) (

U

Q Q t q t

2

2

2 2 ( ) )

2

2

) (

= . .[2 (2) ]

U

Q t q Q

Lợi ích do giảm tổn thất công suất tác dụng chỉ có ý nghĩa ở chế độ max của

hệ thống khi mà nguồn công suất tác dụng bị căng thẳng, giả thiết tổn thất côngsuất max của lưới điện trùng với max hệ thống, lúc đó q(t) = Qmax và :

2 max

Độ giảm tổn thất điện năng trong khoảng thời gian xét T là tích phân của

∆P(t) theo ở trên trong khoảng thời gian xét T :

∆A =

2 0

2 ] ).

( 2 [

U

dt R Q Q t q

T

b b

∫ −

U

TQ Q

= . . [2.2 ]

U

Q Q Q R

T b tb − b =

2

2 [

U

Q Q

K Q R

Khi đó ∆A = R.T.Qtb2/U2

Như vậy muốn giảm được nhiều nhất tổn thất điện năng thì Qb = Qtb của phụtải Trong khi đó muốn giảm được nhiều nhất tổn thất công suất thì Qb = Qmax.Không được lạm dụng sự tăng công suất bù vì như vậy lợi ích do bù sẽ lại giảm

a Lưới điện phân phối có phụ tải phân bố đều trên trục chính

Xét lưới điện phân phối trên hình 1.10a Trong trường hợp này đặt vấn đề làđịa điểm đặt bù nên ở đâu để hiệu quả bù là lớn nhất Còn vấn đề công suất bù đãđược giải quyết ở phần trên và vẫn đúng cho trường hợp này

Hình 1.10 Sơ đồ lưới điện có một phụ tải phân bố đều trên trục chính

Giả thiết rằng chỉ đặt bù tại 1 điểm và phải tìm điểm đặt tụ bù tối ưu sao chovới công suất bù nhỏ nhất đạt hiệu quả lớn nhất

QN = lx.q0

Qb = (L - lx).q0

Sẽ dễ dàng nhận thấy rằng muốn cho tổn thất công suất và tổn thất điện năngsau khi bù là nhỏ nhất thì trạm bù phải đặt ở chính giữa đoạn L-lx, công suất phảnkháng của tụ sẽ chia đều ở 2 phía, mỗi phía có độ dài (L-lx)/2 và công suất phảnkháng Qb/2 (hình 1.10b) Vị trí đặt bù sẽ là :

lb = lx + (L - lx)/2 = (L + lx)/2Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn lx là :

∆PN = (lx.q0)2.lx.r0/(3.U2) = lx3.q02.r0/(3.U2)Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn L - lx là :

∆Pb = 2.[(L-lx).q0/2)2.(L - lx).r0/(3.U2) = r0.(L - lx)3.q02/(12.U2)

Tổng tổn thất công suất tác dụng sau khi bù là :

∆P2 = ∆PN + ∆Pb = lx3.q02.r0/(3.U2) + r0.(L - lx)3.q02/(12.U2)

= 0 022

3

.

U

q r

[lx3 + (L-lx)3/4]

Độ giảm tổn thất công suất do bù là:

∆P = ∆P1 + ∆P2 = r0.q02.L3/(3.U2) - 2

2 0 0

3

.

U

q r

3

.

U

q r

[3.lx2 - 3(L-lx)2 = 0

lxop = L/3

Từ đây ta có vị trí bù tối ưu l bop = 2.L/3

Như vậy muốn độ giảm tổn thất công suất tác dụng do bù lớn nhất, nguồnđiện phải cung cấp công suất phản kháng cho 1/3 độ dài lưới điện, tụ bù cung cấpcông suất phản kháng cho 2/3 còn lại và đặt ở vị trí cách đầu lưới điện 2/3L Từđây cũng tính được công suất bù tối ưu là 2/3 công suất phản kháng yêu cầu

Để có độ giảm tổn thất điện năng lớn nhất vẫn phải đặt bù tại 2/3L nhưngcông suất bù tối ưu là 2/3 công suất phản kháng trung bình Trong lưới điện phứctạp vị trí bù tối ưu có thể xê dịch một chút so với lưới điện đơn giản xét ở đây

Hai trường hợp đơn giản trên đây cho thấy rõ về khái niệm như: Độ giảmtổn thất công suất tác dụng , độ giảm tổn thất điện năng do bù, công suất bù tối ưutheo các điều kiện giảm tổn thất công suất tác dụng, giảm tổn thất điện năng, vị tríđặt bù cũng như điều kiện cần thiết để giải bài toán bù

Các loại tụ bù được sử dụng phổ biến:

Trong hệ thống điện hai loại thiết bị bù được sử dụng phổ biến nhất là tụđiện tĩnh và máy bù đồng bộ tuy nhiên tụ điện tĩnh được sử dụng nhiều hơn vì các

lí do sau đây:

- Tổn thất công suất tác dụng trong máy bù đồng bộ lớn hơn nhiều so với tụđiện tĩnh: Ở Máy bù đồng bộ tổn thất công suất tác dụng trong 1 đơn vị bù là (1.3-5%) còn ở tụ điện tĩnh chỉ khoảng 0.5%

- Sử dụng, vận hành tụ điện tĩnh dễ dàng linh hoạt hơn nhiều so với máy bùđồng bộ vì ở tụ điện tĩnh không có bộ phận quay như ở máy bù đồng bộ Khi hưhỏng từng bộ phận, tụ điện tĩnh vẫn có thể làm việc được trong lúc đó máy bù đồng

bộ bị hư hỏng sẽ mất hết dung lượng bù.Ngoài ra tụ điện tĩnh có thể làm việc trongmạng điện với cấp điện áp bất kì còn ở máy bù đồng bộ chỉ làm việc ở một số cấpđiện áp nhất định

1.7 KẾT LUẬN

Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và phân tích chúng ta thấy được rằng:

Truyền tải trên đường dây lại gây ảnh hưởng đến hao tổn điện năng, hao tổnđiện áp, làm tăng công suất truyền tải dẫn đến tăng chi phí lắp đặt…, vì vậy phải cónhững biện pháp để giảm lượng công suất này Một trong những biện pháp đơngiản và hiệu quả nhất đó là bù công suất phản kháng, sau khi bù sẽ làm cải thiệnđược các nhược điểm trên Việc bù công suất phản kháng có thể được thực hiệnbằng các nguồn bù khác nhau, tuy nhiên qua phân tích và với sự ứng dụng của khoahọc kỹ thuật thì việc sử dụng tụ bù tĩnh là hiệu quả hơn, vì vậy mà nó được ứngdụng rộng rãi

CHƯƠNG 2

SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT ĐỂ TÍNH BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PHẦN MỀM PSS/ADEPT

Phần mềm tính toán lưới điện PSS/ADEPT (Power SystemSimulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) của hãng ShawPower Technologies là phần mềm tiện ích mô phỏng hệ thống điện và là công cụphân tích lưới điện phân phối rất mạnh, phạm vi áp dụng từ lưới điện cao thế chođến hạ thế với quy mô số lượng nút không hạn chế và hoàn toàn cho phép chúng tathiết kế, chỉnh sửa và phân tích sơ đồ lưới và các mô hình lưới điện một cách trựcquan theo giao diện đồ hoạ thân thiện dễ nhìn Phần mềm PSS/ADEPT được ápdụng rộng rãi trong các công ty điện lực Nó được phát triển dành cho các kỹ sư vànhân viên kỹ thuật trong ngành điện PSS/ADEPT được sử dụng như một công cụthiết kế và phân tích lưới điện phân phối

Hình 2.1 Giao diện làm việc của PSS/ADEPT

2.2 CÁC CHỨC NĂNG VÀ ỨNG DỤNG

PSS/ADEPT cung cấp đầy đủ các công cụ (tool) cho chúng ta trong việcthiết kế và phân tích 1 lưới điện cụ thể.Với PSS/ADEPT chúng ta có thể :

- Vẽ sơ đồ và cập nhật lưới diện trong giao diện chương trình

- Việc phân tích mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn và không hạn chế số nút

- Hiện thị kết quả tính toán ngay trên sơ đồ lưới điện

- Xuất kết quả dưới dạng “report” sau khi phân tích và tính toán

- Nhập thông số và cập nhật dễ dàng qua “data sheet” của mỗi thiết bị trên sơđồ

Ưu điểm của PSS/ADEPT:

- Vẽ sơ đồ và cập nhật lưới diện trong giao diện chương trình

- Việc phân tích mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn và không hạn chế số nút

- Xuất kết quả dưới dạng report sau khi phân tích và tính toán

- Hiện thị kết quả tính toán ngay trên sơ đồ lưới điện

- Nhập thông số và cập nhật dễ dàng qua “data sheet” của mỗi thiết bị trên sơđồ

2.3 CÁC MODULE CỦA PSS/ADEPT

Các module tính toán trong hệ thống điện sau khi cài đặt chương trình baogồm:

- Bài toán ngắn mạch (All Fault) Tính toán ngắn mạch tại tất cả các nút trênlưới bao gồm các loại ngắn mạch như ngắn mạch 1 pha, 2 pha và 3 pha

- Bài toán Topo (Tie Open Point Optimization) phân tích điểm mở tối ưu: Tìm

ra những điểm có tổn thất nhỏ nhất trên lưới và đó cũng chính là điểm mở lướitrong mạng điện 3 pha

- Bài toán phân bố công suất (Load Flow): Phân tích và tính toán điện áp,dòng diện, công suất trên từng nhánh và từng phụ tải cụ thể

- Bài Toán Capo (Optimal Capacitor Placement) Đặt tụ bù tối ưu: tìm ra

những điểm tối ưu để đặt các bộ tụ bù cố định hoặc tụ bù ứng dộng sao cho tổn thất công suất trên lưới là thấp nhất

- Bài toán tính toán các thông số đường dây (line Properties Calculator) Tínhtoán các thông số của đường dây truyền tải

- Bài toán phối hợp và bảo vệ (Protection and Coordination).

- Bài toán phân tích sóng hài (harmonic)

- Bài toán phân tích độ tin cậy trên lưới

2.4 THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ CHƯƠNG TRÌNH PSS/ADEPT

Thiết lập thông số lưới điện của chương trình PSS/ADEPT

Chúng ta phải thiết đặt các thông số trước khi thực hiện vẽ sơ đồ, phân tíchhay tính toán PSS/ADEPT cho phép chúng ta thiết lập thông số một cách độc lậpvới từng người sử dụng (user profile) Thư viện dây dẫn Contruction dictionary (PTI.CON) trong PSS/ADEPT là file định dạng dưới mã ASCCI cung cấp cácdữliệu cho hệ thống như trở kháng, thông số dây, máy biến áp…

- Ta mở hộp thoại program Settings:

Hình 2.2 Hộp thoại program Settings

Để thiết lập thông số cho PSS/ADEPT, ta làm như sau:

Chọn “File > Program Setting” từ main menu

Chọn các Option trong PSS/ADEPT muốn thực hiện

Working Directories: chọn đường dẫn cho các file đầu vào (Import), Image File và Report File

Đường dẫn mặc định là: