Nghiên cứu bù kinh tế cho lưới điện phân phối thuộc công ty điện lực thường tín

Hàng năm các Tổng Công ty Điện lực thường xuyên lập các đề án thiết kế bổ sung tụ bù trung và hạ áp nhằm làm giảm tổn thất trên lưới điện phân phối, tuy nhiên việc lựa chọn vị trí và dun

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước đã xuất bản Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu sử dụng kết quả của người khác

Tác giả

Nguyễn Quang Vinh

3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu, chữ viết tắt Nội dung

4

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 3

MỞ ĐẦU 9

1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 9

2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG 10

2.1 Đối tượng nghiên cứu 10

2.2 Phạm vi áp dụng 10

2.3 Áp dụng cụ thể 10

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 10

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 10

3.2 Tính thực tiễn của đề tài 10

NỘI DUNG ĐỀ TÀI 11

CHƯƠNG 1 11

TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, NGUYÊN NHÂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC 11

1.1 TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 11

1.1.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong HTCCĐ 11

1.1.1.1 Tổn thất kỹ thuật 11

1.1.1.2 Tổn thất kinh doanh (còn gọi là tổn thất phi kỹ thuật) 13

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tổn thất điện năng 13

1.1.3 Các biện pháp làm giảm tổn thất điện năng 14

1.1.3.1 Các biện pháp đòi hỏi vốn đầu tư 14

1.1.3.2 Các biện pháp không đòi hỏi vốn đầu tư 15

1.2 GIẢM TỔN THẤT BẰNG CÁCH SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG TIỆN BÙ 16

1.2.1 Mục tiêu và lợi ích bù công suất phản kháng 17

1.2.2 Các phương tiện bù CSPK 18

1.2.2.1 Máy bù đồng bộ 18

1.2.2.2 Bù tĩnh 19

1.2.2.3 Động cơ đồng bộ, Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hóa 20

5

1.2.2.4 Bù cố định và điều chỉnh theo chế độ làm việc 20

1.3 HIỆU QUẢ GIẢM TỔN THẤT BẰNG BIỆN PHÁP BÙ CSPK 21

1.4 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP BÙ KINH TẾ TRONG LĐPP 22

1.4.1 Bài toán bù kinh tế với hàm mục tiêu tối ưu hàm lợi nhuận 22

1.4.1.1 Thành phần lợi ích Z1 thu được do giảm tổn thất điện năng hàng năm sau khi đặt thiết bị bù 22

1.4.1.2 Thành phần chi phí do lắp đặt thiết bị bù Z2 23

1.4.1.3 Thành phần chi phí cho tổn thất bên trong bản thân thiết bị bù Z3 23

1.4.2 Bài toán bù kinh tế với hàm mục tiêu cực tiểu hàm chi phí tính toán 24

1.4.3 Bài toán bù kinh tế theo thời gian thu hồi vốn định mức 25

1.5 MỘT SỐ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CÓ CHỨC NĂNG LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG BÙ TỐI ƯU 27

1.5.1 Phần mềm CONUS 27

1.5.2 Phần mềm POWER WORLD 28

1.5.3 Phần mềm PSS/ADEPT 28

CHƯƠNG 2 31

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÔNG TY ĐIỆN LỰC THƯỜNG TÍN, THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 31

2.1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ- XÃ HỘI 31

2.1.1 Đặc điểm địa lý, tự nhiên 31

2.1.2 Đặc điểm kinh tế- xã hội 31

2.2 HIỆN TRẠNG NGUỒN VÀ TỔN THẤT LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP HUYỆN THƯỜNG TÍN 31

2.2.1 Ý nghĩa của giảm tổn thất điện năng trong hệ thống điện 31

2.2.2 Lưới điện trung áp huyện Thường Tín và hiệu quả vận hành 32

2.2.3 Các chức năng chính của phần mềm PSS/ADEPT 34

2.2.4 Xây dựng sơ đồ tính toán 35

2.2.5 Giới thiệu lộ xuất tuyến 35kV 371 E1.32 35

2.2.6 Mô phỏng lộ 371 E1.32 trong phần mềm PSS/ADEPT 36

2.2.6.1 Thông số nguồn 38

6

2.2.6.2 Thông số đường dây 38

2.2.6.3 Thông số máy biến áp 41

2.3 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP LỘ 371 E1.32 44

2.3.1 Xây dựng đồ thị phụ tải của đường dây và TBA thuộc lộ 371 E1.32 44

2.3.1.1 Đồ thị phụ tải ngày điển hình của lộ 371 E1.32 45

2.3.1.2 Đồ thị ngày điển hình của các phụ tải trên lộ 371 E1.32 54

2.3.1.3 Thiết lập đồ thị phụ tải trên phần mềm PSS/ADEPT 56

2.3.2 Tính toán các thông số lộ 371 E1.32 trước khi bù 57

CHƯƠNG 3 67

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG BÙ KINH TẾ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÔNG TY ĐIỆN LỰC THƯỜNG TÍN - LỘ 371 E1.32 67

3.1 THIẾT LẬP THÔNG SỐ BÙ 67

3.1.1 Cách PSS/ADEPT tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu 67

3.1.2 Xây dựng các chỉ số kinh tế cho chương trình PSS/ADEPT 70

3.2 BÙ KINH TẾ LỘ 371 E1.32 71

3.2.1 Bù kinh tế lộ 371 E1.32 với lưới điện hiện trạng 72

3.2.1.1 Vị trí và dung lượng bù 72

3.2.1.2 Điện áp các nút trước và sau bù kinh tế 80

3.2.1.3 Tổn thất công suất trước và sau bù kinh tế 88

3.2.1.4 Tính toán kinh tế, lựa chọn phương án bù tối ưu 104

3.2.2 Bù kinh tế lộ 371E1.32 sau khi sắp xếp lại lưới điện 105

CHƯƠNG 4 112

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112

4.1 KẾT LUẬN 112

4.2 KIẾN NGHỊ 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

7

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2- 1 Thông số các loại dây dẫn 38

Bảng 2- 2 Thông số dây dẫn lộ 371 E1.32 39

Bảng 2- 3 Thông số Máy biến áp 42

Bảng 2- 4 Thông số Máy biến áp của lộ 371 E1.32 43

Bảng 2- 5 Thống kê công suất đầu nguồn lộ 371 E1.32 trong năm 2014 (Đơn vị kW) 49

Bảng 2- 6 Thông số các chế độ phụ tải 54

Bảng 2- 7 Sản lượng và công suất Max của các Trạm biến áp 55

Bảng 2- 8 Điện áp các Node trong chế độ phụ tải cực tiểu và cực đại khi điện áp thanh cái lưới trung áp đặt 35kV 58

Bảng 2- 9 Tổn thất trên các phần tử trong chế độ phụ tải cực tiểu và cực đại62 Bảng 3- 1 Các thông số kinh tế cho lặp đặt tụ bù 70

Bảng 3- 2 Các vị trí bù hiện trạng 71

Bảng 3- 3 Vị trí và dung lượng bù ở lưới trung áp 72

Bảng 3- 4 Vị trí và dung lượng bù cố định phía thanh cái hạ áp 74

Bảng 3- 5 Vị trí và dung lượng bù đóng cắt ở phía hạ áp 74

Bảng 3- 6 Trạng thái làm việc của các tụ đóng cắt trong các chế độ 75

Bảng 3- 7 Vị trí và dung lượng bù cố định phía thanh cái hạ áp 76

Bảng 3- 8 Vị trí và dung lượng bù đóng cắt ở phía thanh cái hạ áp 76

Bảng 3- 9 Trạng thái làm việc của các tụ đóng cắt trong các chế độ 76

Bảng 3- 10 Điện áp các nút trước và sau bù kinh tế 80

Bảng 3- 11 Bảng tổng hợp điện áp node trong các chế độ trước và sau bù 87

Bảng 3- 12 Tổn thất công suất trong chế độ phụ tải cực tiểu trước và sau bù 88 Bảng 3- 13 Tổn thất lộ 371 E1.32 trong chế độ phụ tải cực đại trước và sau bù 96

Bảng 3- 14 Thông số lộ 371 E1.32 trong các phương án bù 104

8

Bảng 3- 15 Chỉ tiêu kinh tế các phương án bù 104

Bảng 3- 16 Thông số lộ 371 E1.32 trong trước và sau bù kinh tế 107

Bảng 3- 17 Vị trí và dung lượng bù cố định 109

Bảng 3- 18 Vị trí và dung lượng bù đóng cắt 109

Bảng 3- 19 Trạng thái làm việc của các tụ đóng cắt trong các chế độ 109

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2- 1 Sơ đồ xuất tuyến lộ 371 E1.32 35

Hình 2- 2 Sơ đồ mô phỏng lộ 371 E1.32 37

Hình 2- 3 Đồ thị phụ tải lộ 371 E1.32 từ ngày 01/01/2014 tới 30/06/2014 46

Hình 2- 4 Đồ thị phụ tải lộ 371 E1.32 từ ngày 30/06/2014 tới 31/12/2014 47

Hình 2- 5 Đồ thị phụ tải ngày điển hình năm 2014 của lộ 371 E1.32 48

Hình 2- 6 Đồ thị phụ tải kéo dài ngày điển hình của lộ 371 E1.32 53

Hình 3- 1 Sơ đồ các vị trí bù trung áp 73

Hình 3- 2 Sơ đồ các vị trí bù hạ áp với dung lượng bù 100kVAr/1 vị trí 78

Hình 3- 3 Sơ đồ các vị trí bù hạ áp với dung lượng bù 150kVAr/1 vị trí 79

Hình 3- 4 Sơ đồ quy hoạch lại vị trí đặt bù 106

Hình 3- 5 Sơ đồ các vị trí bù tối ưu sau quy hoạch 108

9

MỞ ĐẦU

1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Quá trình cung cấp điện được thực hiện thông qua các bước sản xuất, truyền tải và phân phối Lưới điện phân phối (LĐPP) trung áp phân bố rộng khắp các khu vực lãnh thổ trên cả nước Tổn thất điện năng trong LĐPP trung áp hàng năm rất cao, chỉ đứng sau tổn thất lưới điện hạ thế Việc lắp đặt thiết bị bù (TBB) để giảm tổn thất điện năng trong LĐPP và nâng cao chất lượng điện năng là thực sự cần thiết, đem lại hiệu quả kinh tế thiết thực, cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật Tuy nhiên để việc bù công suất phản kháng LĐPP đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất thì phải chọn đúng dung lượng bù và vị trí lắp đặt Ngoài ra do phụ tải thường xuyên thay đổi nên lựa chọn các phương tiện bù có khả năng điều chỉnh cũng nâng cao hiệu quả

Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, nguồn điện cũng phải đáp được những đòi hỏi về công suất và chất lượng Vấn đề công suất phát ra phải được đưa đến và tận dụng một cách hiệu quả nhất, không để lãng phí quá nhiều ảnh hưởng đến kinh tế là một bài toán được rất nhiều đề tài nghiên cứu Tổn hao công suất là vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng nguồn điện và kinh tế,

để giảm nó một trong nhưng biện pháp khá hiệu quả là bù công suất phản khảng cho lưới điện

Hàng năm các Tổng Công ty Điện lực thường xuyên lập các đề án thiết kế

bổ sung tụ bù trung và hạ áp nhằm làm giảm tổn thất trên lưới điện phân phối, tuy nhiên việc lựa chọn vị trí và dung lượng còn phụ thuộc nhiều vào cảm tính, chưa có tính toán chính xác cho việc lựa chọn này Để khắc phục những nhược điểm đó đề tài đi nghiên cứu các phương pháp bù công suất phản kháng, để xác định dung lượng và vị trí bù tối ưu cho lưới phân phối, đồng thời luận văn cũng đi nghiên cứu phần mềm PSS/ADEPT để tính toán dung lượng và vị trí bù cho một lưới điện cụ thể

10

2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu LĐPP có sơ đồ bất kỳ (hình tia, lưới kín vận hành hở )

2.2 Phạm vi áp dụng

Lưới điện phân phối tại tất cả khu vực lãnh thổ trên toàn quốc

2.3 Áp dụng cụ thể

Áp dụng đối với Lưới điện phân phối trung áp huyện Thường Tín

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

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Đưa ra lý thuyết chung về bù CSPK, nguyên nhân, mục đích trong việc lựa chọn dung lượng và vị trí bù CSPK

- Sử dụng phần mềm trong việc tính toán, xác định công suất bù tối ưu, áp dụng trên một mô hình lưới điện cụ thể

3.2 Tính thực tiễn của đề tài

Đề tài có tính ứng dụng cao trong việc bù CSPK đối với lưới điện phân phối, xác định dung lượng và vị trí bù tối ưu nhằm đem lại hiệu quả bù kinh tế

Tính toán đưa ra các tiêu chí cụ thể trong việc lựa chọn vị trí và dung lượng

bù nhằm đem lại hiệu quả kinh tế tối ưu Dễ dàng áp dụng vào LĐPP trên toàn lãnh thổ Việt Nam nói chung và Công ty Điện lực Thường Tín nói riêng

11

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1 TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, NGUYÊN

NHÂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC

1.1 Tổng quan về tổn thất điện năng

1.1.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong HTCCĐ

Sự chênh lệch giữa điện năng do các nguồn điện phát ra và điện năng tiêu thụ tại các phụ tải gọi là tổn thất điện năng

Nguyên nhân chính gây tổn thất điện năng là sự tiêu tán năng lượng trên các phần tử có điện trở R khi có dòng điện chạy qua, năng lượng tiêu tán này sẽ chuyển hoá thành nhiệt năng và toả ra môi trường, ngoài ra còn một nguyên nhân nữa gây tổn thất điện năng đó là do dòng rò và hiện tượng phóng điện trong môi trường không khí đối với lưới điện cao áp trở lên Trong hệ thống điện, tổn thất điện năng truyền tải, phân phối gây ra bởi các thiết bị điện, đường dây tải điện

Tổn thất điện năng do nhiều nguyên nhân được chia làm 2 nhóm tổn thất kỹ thuật và tổn thất kinh doanh

1.1.1.1 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 điện Tổn thất này phụ thuộc tính chất của dây dẫn và vật liệu cách điện, điều kiện môi trường, dòng điện và điện áp Tổn thất kỹ thuật được chia làm 2 loại:

Tổn thất phụ thuộc dòng điện (phụ thuộc I2): Đó là tổn thất do phát nóng trên điện trở của máy phát, máy biến áp và dây dẫn Thành phần này là thành phần tổn thất chính trong HTĐ

độ của thiết bị cũng tăng

- Tổn thất phụ thuộc điện áp (U hoặc U2) gồm có:

Tổn thất trong lõi thép của máy biến áp, cuộn áp của công tơ điện: Dạng tổn thất này thường tỷ lệ xấp xỉ với bình phương của điện áp và bao gồm các thành phần như tổn thất do hiện tượng từ trễ, tổn thất do dòng điện foucault và tổn thất do

Tổn thất do dòng rò điện (tiêu tán qua cách điện, tổn thất vầng quang): Tổn thất trên cách điện đường dây do xuất hiện dòng rò từ đường dây qua cách điện tiêu tán xuống đất Môi trường ô nhiễm, bụi bẩn bám vào cách điện là nguyên nhân gây gia tăng loại tổn thất này

Tổn thất vầng quang xuất hiện trên các đường dây truyền tải điện do mất mát năng lượng vào việc ion hóa không khí xung quanh đường dây, tổn thất vầng quang chủ yếu xuất hiện trên các đường dây cao áp từ 110kV trở lên do điện trường xung quanh dây dẫn lớn dẫn tới sự phóng điện ra môi trường không khí xung quanh

Tổn thất kỹ thuật không thể triệt tiêu hoàn toàn được mà chỉ có thể hạn chế ở mức độ hợp lý hoặc cho phép

13

1.1.1.2 Tổn thất kinh doanh (còn gọi là tổn thất phi kỹ thuật)

Là tổn thất do sự chênh lệch giữa lượng điện năng sử dụng và lượng điện năng được tính tiền Sự chênh lệch này là do sai số của thiết bị đo đếm như công tơ, máy biến dòng, do những phụ tải không được tính tiền hoặc do trộm cắp, gian lận thương mại Tổn thất phi kỹ thuật phản ánh hiệu quả quản lý điện 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 đo đếm: Các thiết bị đo đếm bao gồm các máy biến dòng điện, máy biến điện áp, wattmet, công tơ, các thiết bị hiển thị cơ và

số Tổn thất điện 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 đo đếm được sử dụng trong HTĐ là rất nhiều

- 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

Bên cạnh các nguyên nhân gây ra tổn thất, cũng phải xét đến cả các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất Các yếu tố này không trực tiếp gây nên tổn thất nhưng lại ảnh hưởng nhiều đến trị số của tổn thất

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tổn thất điện năng

Tổn thất điện năng xác định theo công thức

T

0

A P(t)dt

   (1.1) Trong đó  P(t) là tổn thất công suất tức thời, do đó tổn thất điện năng được xác định từ tổn thất công suất trong một khoảng thời gian

Tổn thất công suất  P được xác định theo công thức: 2

P I R

Trong đó:

I : là dòng điện chạy qua thiết bị, dây dẫn;

R: Điện trở của thiết bị, dây dẫn

Dòng điện truyền tải trên đường dây I P

cos U



Các phụ tải điện có công suất P không đổi, không thể thay đổi công suất phụ tải P

để làm giảm tổn thất điện năng

Theo trên ta thấy các yếu tố ảnh hưởng tới tổn thất điện năng:

- Hệ số công suất Cos φ: Hệ số tỷ lệ nghịch với tổn thất điện năng, hệ số này phụ thuộc vào đặc tính phụ tải, thông thường những phụ tải cần năng lượng để từ hoá lõi thép như động cơ có hệ số công suất thấp;

- Điện áp U: Điện áp tỷ lệ nghịch với tổn thất điện năng, dựa vào tính chất này nên để truyền tải điện năng đi xa chúng ta lựa chọn giải pháp nâng điện áp vận hành để làm giảm tổn thất truyền tải Việc nâng điện áp vận hành giúp làm giảm tổn thất tuy nhiên sẽ làm tăng chi phí đầu tư cách điện và ngược lại, do đó để chọn được cấp điện áp truyền tải phù hợp cần dựa vào các yếu tố như khoảng cách truyền tải

và công suất truyền tải Trong một cấp điện áp truyền tải có thể sử dụng các biện pháp nhằm làm tăng điện áp truyền tải (không quá giới hạn cho phép) để làm giảm tổn thất điện năng

- Điện trở R: Điện trở R tỷ lệ thuận với tổn thất công suất, tăng tiết diện dây dẫn tới giảm tổn thất điện năng nhưng làm tăng vốn đầu tư và ngược lại, do đó để lựa chọn tiết diện dây dẫn phù hợp cần căn cứ vào công suất truyền tải

- Ngoài các yếu tố trên tổn thất điện năng còn phụ thuộc vào biểu đồ phụ tải, với cùng một sản lượng điện năng tiêu thụ như nhau trong một khoảng thời gian, nếu đồ thị phụ tải càng bằng phẳng thì tổn thất điện năng càng thấp

1.1.3 Các biện pháp làm giảm tổn thất điện năng

Các biện pháp làm giảm tổn thất điện năng có thể chia làm 2 nhóm:

1.1.3.1 Các biện pháp đòi hỏi vốn đầu tư

Gồm các biện pháp:

15

- Bù kinh tế trong lưới điện phân phối:

Biện pháp này nhằm nâng cao hệ số Cos φ Bằng cách lựa chọn vị trí và dung lượng

bù tối ưu để đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất

- Tăng tiết diện dây dẫn đường dây hiện có:

Biện pháp này nhằm làm giảm điện trở đường dây R Việc tăng tiết diện dây dẫn sẽ làm giảm điện trở dây dẫn do đó làm giảm tổn thất điện năng do phát nhiệt trên đường dây

Hoàn thiện cấu trúc lưới để có thể vận hành với tổn thất nhỏ nhất, làm thêm điểm cắt lưới, đường dây điện nối :

Việc vận hành linh hoạt lưới điện là rất cần thiết để giảm tổn thất điện năng trên đường dây LĐPP là lưới kín vận hành hở, phương thức vận hành bình thường

là lưới điện hình tia, tuy nhiên có những mạch vòng cấp hỗ trợ giữa các đường dây thực hiện đóng cắt bằng cầu dao phụ tải, máy cắt để vận hành linh hoạt khi sự cố xảy ra Có thể cắt chuyển một đoạn đường dây từ lộ này sang lộ khác

- Thay thế lưới điện có điện áp thấp bằng lưới điện điện áp cao hơn Ví dụ thay lưới điện 10kV bằng lưới điện 22kV:

Biện pháp này nhằm nâng điện áp làm việc U, là biện pháp giảm tổn thất rất đáng

kể bởi trị số tổn thất tỉ lệ nghịch với bình phương của điện áp làm việc:

RU

QPRI3

2 2





1.1.3.2 Các biện pháp không đòi hỏi vốn đầu tư

- Vận hành kinh tế trạm biến áp có nhiều máy biến áp:

Tổn thất điện năng trong máy biến áp chia làm 2 phần là tổn thất không tải và tổn thất có tải Tổn thất không tải không phụ thuộc vào tình trạng mang tải của MBA, Tổn thất có tải phụ thuộc vào tình trạng mang tải của MBA Trong vận hành TBA

từ 2 MBA trở lên có thể tính toán vận hành 1 hoặc 2 MBA vào các thời điểm khác nhau tùy theo dòng điện làm việc để giảm tổn thất trong TBA là thấp nhất

- Vận hành kinh tế lưới điện trung, hạ áp nếu cấu trúc của chúng cho phép

- Điều chỉnh điện áp tại máy biến áp

Các máy biến áp trong HTĐ hầu hết đều có khả năng điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi đầu phân áp Việc thay đổi đầu phân áp cho phép lựa chọn điện áp làm việc tối ưu cho đường dây tải điện (ở mức cao giới hạn trong mọi chế độ tải) nhờ đó giảm được tổn thất Ngoài ra, thay đổi đầu phân áp còn làm thay đổi sự phân

bố công suất phản kháng trong lưới, nếu có phương pháp điều khiển tối ưu cũng có thể giảm được trị số tổn thất xuống đến mức thấp nhất

Bảo quản tốt lưới điện để hạn chế rò điện, kịp thời phát hiện các điểm rò điện lớn và khắc phục

1.2 Giảm tổn thất bằng cách sử dụng các phương tiện bù

Khi lưới điện đã được vận hành, do những điều kiện khác nhau về vốn đầu 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 đường dây, máy biến áp, trang thiết bị (mà thường rất bị hạn chế) các biện pháp phụ thêm để giảm tổn thất khi vận hành thường đem lại hiệu quả đáng kể Các biện pháp có thể kể đến như:

- 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 cách lắp đặt thiết bị bù tối ưu theo chỉ tiêu 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 được nhiều trong khi vốn đầu tư không lớn Nếu 2 đến 3 năm vốn đầu tư đã được thu hồi thì việc đặt

1.2.1 Mục tiêu và lợi ích bù công suất phản kháng

Mục tiêu:

Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện

Ta có tổn thất công suất trên đường dây được xác định theo công thức:

Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện

Tổn thất điện áp được xác định theo công thức:

Khi ta giảm Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được thành phần ∆U(Q) do

Q gây ra Từ đó nâng cao chất lượng điện áp cho lưới điện

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

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

18

giữ nguyên đường dây và máy biến áp, nếu giảm lượng Q phải truyền tải thì khả năng truyền tải của chúng sẽ được tăng lên, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của máy phát điện…

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

Lợi ích

- Tăng hệ số cosφ

- Giảm tổn thất điện năng tiêu hao trên đường dây

- Giảm độ sụt áp và cải thiện việc điều chỉnh điện áp

- Giảm công suất phát tại các nhà máy

- Giảm dung lượng các trạm biến áp

- Giảm công suất truyền tải

Điều chỉnh điện áp bằng máy bù đồng bộ có thể áp dụng chỉ trong trường hợp các trạm khu vực không có máy biến áp điều chỉnh dưới tải

- Ưu điểm:

+ Máy bù có thể phát ra hay tiêu thụ CSPK, tụ điện chỉ phát ra CSPK

Lưới phân phối có nhu cầu công suất phản kháng, thường dùng tụ điện tĩnh mắc song song với đường dây để cung cấp công suất phản kháng, hay dòng điện nhằm chống lại thành phần lệch pha của dòng điện yêu cầu do tải cảm Nghĩa là bù ngang làm thay đổi đặc tính của một tải cảm do nó phát ra dòng điện sớm pha chống lại thành phần chậm pha của dòng tải phản kháng tại vị trí đặt tụ bù Khi thực hiện

bù ngang trên đường dây thì độ lớn của dòng điện nguồn có thể giảm đi, hệ số công suất được cải thiện và do đó sự sụt áp giữa nơi phát và nơi nhận cũng giảm theo

- Nhược điểm: tăng vốn đầu tư, có tổn thất phụ (tuy nhỏ)

Động cơ không đồng bộ: Khi cho dòng một chiều vào rôto của động cơ không đồng bộ dây quấn, động cơ sẽ làm việc như một động cơ đồng bộ với dòng điện vượt trước điện áp Do đó nó có khả năng sinh ra CSPK cung cấp cho mạng Nhược điểm của loại động cơ này là tổn thất công suất khá lớn (0,02 ÷ 0,08) kW/kVAr, khả năng quá tải kém Vì vậy động cơ này chỉ được phép làm việc với 75% công suất định mức

Vì những nhược điểm trên, nên động cơ này chỉ được dùng khi không có sẵn các thiết bị bù khác

1.2.2.4 Bù cố định và điều chỉnh theo chế độ làm việc

Bù cố định: Đây là phương pháp bù chung cho mọi chế độ của phụ tải, tức là lắp đặt thiết bị bù đấu cố định vào lưới phân phối và được tính toán sao cho thoả mãn mọi chế độ vận hành Phương pháp này khi đưa vào vận hành thì không thể điều chỉnh được dung lượng bù Ở phương pháp này có suất đầu tư rất thấp, ít sự cố, nhưng nó chỉ được tính toán dung lượng bù ở chế độ cực tiểu để tránh hiện tượng quá bù

Bù điều chỉnh: Là điều chỉnh được dung lượng bù cho từng chế độ vận hành khác nhau, nghĩa là các thiết bị bù có thể thay đổi được khả năng làm việc theo yêu cầu của từng thời điểm khác nhau của tải, có thể điều chỉnh được công suất Bù công suất phản kháng theo phương pháp này thì khả năng đáp ứng được nhu cầu công suất phản kháng của tải ở mọi chế độ làm việc khác nhau, nhưng nó có suất đầu tư rất cao và có thể xảy ra sự cố

Hiện nay, lưới phân phối điện vận hành có hệ số Pmin/Pmax rất thấp chính vì vậy mà cần phải kết hợp cả bù cố định và bù điều chỉnh Một bộ phận tính toán để

21

bù một lượng cố định cực tiểu cho mọi chế độ vận hành Bộ phận bù điều chỉnh được thì nối với thiết bị điều khiển để thay đổi được dung lượng bù, nhằm đáp ứng CSPK cho các chế độ khác nhau của lưới

Ngành điện phân phối đủ điện, 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 điện phải giải quyết bài toán kinh tế - kỹ thuật nhằm tối ưu các mục tiêu đặt ra Lựa chọn phương án tối ưu thường được tiến hành nhờ các phương pháp toán học và có xét tới các giả thiết gần với điều kiện thực tế giúp tính toán các chỉ tiêu kinh tế để xây dựng các mục tiêu sát thực có xét đến các chỉ tiêu kinh tế để xây dựng các hàm mục tiêu có xét đầy đủ giá trị theo thời gian của dòng tiền tệ cho các phương án

1.3 Hiệu quả giảm tổn thất bằng biện pháp bù CSPK

Khi CSPK được cung cấp từ các nhà máy điện, mỗi phần tử hệ thống: máy phát, máy biến điện áp đường dây, thiết bị bảo vệ phải gia tăng dung lượng công suất truyền tải Bù CSPK có thể làm giảm nhẹ các điều kiện này bằng cách giảm nhu cầu CSPK từ nó cho các máy phát Các dòng điện được giảm nhẹ từ vị trí lắp đặt bù đến các máy phát Kết quả là giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất điện áp trên đường dây và trạm biến áp

Lợi ích có thể đạt được 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 được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ cực đại của hệ thống điện (do giảm ∆P), vì vậy giảm được dự trữ công suất tác dụng của hệ thống điện

- Cải thiện hệ số công suất

- Giảm tổn thất điện năng (tổn thất đồng)

- Giảm độ sụt áp và cải thiện việc điều chỉnh điện áp

22

- 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 điện

- Tăng doanh thu do việc cải thiện điện áp

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

Trước hết cần phân biệt bài toán bù trong lưới điện truyền tải (LĐTT) và LĐPP Với LĐTT bài toán bù thường được đặt ra hơn đó là bù nhằm đảm bảo điện

áp nút, bù nhằm nâng cao giới hạn ổn định, còn được gọi là bù kĩ thuật Bài toán bù kinh tế ít được đặt ra hoặc chỉ được đặt ra như một khả năng kết 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 vài chục phần trăm như một số khu vực lưới điện Việt Nam Lưới hình tia xa nguồn, nhận CSPK

từ LĐTT qua trạm trung gian thường rất hạn chế Công suất điện dung tự nhiên do các đường dây trung áp sinh ra không đáng kể Trong trường hợp này bù CSPK sẽ giảm nhanh tổn thất do không phải truyền tải Vấn đề là vị trí đặt 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 được đặt 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 được thiết lập theo hàm mục tiêu (HMT)

là lợi ích thu được khi đặt bù (bao gồm tổng lợi thu được trừ đi các chi phí do đặt bù) xét đến hiệu quả tác động của dòng tiền tệ, qui về hiện tại (NPV) Trong trường hợp chung HMT có thể bao gồm các thành phần sau:

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

Thành phần này thường được chia ra với thành phần do giảm tổn thất trên các nhánh đường dây ZD1 của LĐPP 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

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

+ K0 là suất đầu tư tụ bù [đ/kVAr], phụ thuộc cấp điện áp và loại bù cố định hay điều chỉnh

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

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

có thể bỏ qua

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

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

T - thời gian làm việc của thiết bị bù;

g - giá bán điện bình quân

Trong các biểu thức trên, Ne là hệ số qui đổi 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 đặt bù trong LĐPP người ta còn đưa ra các biểu thức tính lợi ích trên lưới truyền tải và trạm trung gian Tuy nhiên, các thành phần này thường được bỏ qua do khi tính toán xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu chúng được coi là tương đương giữa các phương án

24

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 đồ đơn giản (một nhánh) để đưa ra biểu thức trị số bù tối ưu Với sơ đồ hình tia một vị trí bù, biểu thức đã khá phức tạp và cần chấp nhận các giả thiết gần đúng Chẳng hạn, với

sơ đồ hình tia đặt bù vào nút j ta có biểu thức tính độ giảm tổn thất (xem chương sau):

2 bj bj i 2 i

2 bj bj i 2 i

Qi, Ui là CSPK và điện áp cuối các nhánh i [kVAr], [kV];

Ri, Xi là điện trở và điện kháng tại nhánh i ();

D là đường đi từ nguồn (trạm TG) đến nút j qua các nhánh

Như vậy, khi thiết lập biểu thức để đưa vào mô hình, ngoài Qbj là biến, các giá trị Qi và Ui cần phải được cho trước Chúng là các thông số chế độ của lưới chỉ

có thể tính được gần đúng theo sơ đồ và trị số phụ tải các nút

Một khó khăn khác khi xét đến yếu tố tiền tệ, để qui đổi lợi ích và chi phí về hiện tại cần phải phân chia vốn đầu tư và lợi ích thu được theo dòng thời gian Điều này làm tăng đáng kể mô hình bài toán

Do những khó khăn trên, mô hình vừa nêu rất ít được 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 được sử dụng ở dạng cực tiểu hàm chi phí tính toán Z:

25

đổi này không xét đến ảnh hưởng của dòng tiền tệ, tuy nhiên có thể chấp nhận được nếu coi các dự án bù được xét trong khoảng thời gian ngắn Sớm được quy hoạch lại

do sự phát triển nhanh của phụ tải

- 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 đến ảnh hưởng của thiết bị bù Z3

Cũng như trên Z3 bao gồm tổn thất trên các nhánh đường 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 đúng Chẳng hạn, tổn thất công suất tác dụng trên một nhánh có xét ảnh hưởng của dung lượng bù (nằm trên tuyến đường đi từ nguồn đến nút đặt bù):

.RU

)QQ(P

i

2 bj i 2 i i

Mô hình thuộc về bài toán quy hoạch phi tuyến So với hàm mục tiêu là hàm lợi nhuận, bài toán có dạng đơn giản hơn Có thể áp dụng trực tiếp các phương pháp quy hoạch toán học để giải bài toán Tuy nhiên, mô hình cũng có những nhược điểm khi áp dụng, đặc biệt khi số nút xét đặt 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 được lại bị phân bố rải rác, không phù hợp với thực tế Cũng rất khó đưa thêm các điều 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 định mức

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

Z = Z1+Z2 -ΔC (1.4)

26

Trong đó, Z1 và Z2 là các thành phần chi phí xét đến vốn đầu 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 được lấy là chi phí giảm được do đặt 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





Sau bù:

.RU

)QQ(P

i

2 bj i 2 i ) 2 ( i







Chênh lệch tổn thất:

)

QQQ2(UR

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

R gP g

Cg

.T.PT

KQ

Z

bj

bj đm

j 0 bj

đm bj

bj

j 0

Tg.T.PQ

kỳ, có xét đến các yếu tố giới hạn vận hành máy phát và tác động điều chỉnh điều khiển Vào những năm 1991-1992, chương trình đã phục vụ kịp thời cho việc tính 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 điều kiện ổn định tĩnh là thế mạnh của chương trình

Phương pháp tính toán: Sử dụng Newton-Raphson và có tính năng sử dụng sau: Tính toán các thông số chế độ xác lập của hệ thống điện đơn giản cũng như phức 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 tổng hợp; Tính toán cho từng xuất tuyến, từng trạm từ đó kết nối được thành hệ thống chung; 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; liên kết,

mở rộng được với các modul chương trình do người sử dụng tạo ra để phục vụ tính toán theo yêu cầu

Chương trình CONUS có chức năng tính toán bù kinh tế trong LĐPP Thuật toán sử dụng trong chương trình là lựa chọn vị trí và dung lương bù tối ưu đảm bảo thời gian thu hồi vốn bằng định mức (mục 1.4.3) Để phù hợp với thực tế ứng dụng, chương trình có đưa vào các thuật toán cho phép xét thêm các điều kiện phụ: loại bỏ

mô phỏng hệ thống điện Phần mềm có kết quả tính toán chính xác, thể hiện bằng hình ảnh trực quan nên dễ sử dụng, có thể mô phỏng các phần tử trong mạch điện, tính phân bố công suất, tính phân bố và tổn thất điện áp…

Hệ thống điện được tính toán mô phỏng từ các máy phát thông qua các MBA, đường dây, đến các phụ tải điện và sự kết nối các nhà máy với nhau thông qua các đường dây hệ thống, ta cũng có thể tính toán trào lưu công suất, tổn thất công suất, điện năng truyền tải trên các đường dây trong các chế độ vận hành khác nhau Phần mềm có các chức năng sau:

- Mô phỏng các phần tử trong hệ thống điện

- Tính toán mô phỏng tổng quan hệ thống điện

- Tính toán thông số của mạng điện

- Tính toán mô phỏng phân bố công suất và tổn thất công suất trong mạng điện

- Tính toán mô phỏng tổn thất điện áp và điều chỉnh điện áp trong mạng điện

- Mô phỏng các trạng thái làm việc của hệ thống điện

1.5.3 Phần mềm PSS/ADEPT

PSS/ADEPT (The power system simulator/advanced distribution engineering productivity tool) của hãng Shaw power technologies

29

Phần mềm này ứng dụng cho việc tính toán và vận hành lưới điện phân phối, có thể

sử dụng các modul tính toán của PSS/ADEPT đã giảm được tổn thất điện năng xuống mức thấp

Phần mềm PSS/ADEPT được phát triển dành cho các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật trong ngành điện Nó được sử dụng như một công cụ để thiết kế và phân tích lưới điện phân phối PSS/ADEPT cũng cho phép chúng ta thiết kế, chỉnh sửa và phân tích sơ đồ lưới và các mô hình lưới điện một cách trực quan theo giao diện đồ họa với số nút không giới hạn

Tháng 04-2004, hãng Shaw Power Technologies đã cho ra đời phiên bản PSS/ADEPT 5.0 với nhiều tính năng bổ sung và cập nhật đầy đủ các thông số thực

tế của các phần tử trên lưới điện

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

đã sử dụng các module tính toán của PSS/ADEPT đã giảm được tổn thất điện năng xuống mức thấp nhất như Nhật bản (4,3%) Singapore (7,2%) Canađa (5,7%)

PSS/ADEPT sử dụng trong LĐPP có các tính năng sau:

Phần mềm PSS/ADEPT đi giải quyết 8 bài toán trong hệ thống điện:

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

- Tính toán các loại ngắn mạch trong hệ thống

- Tính toán tối ưu hoá việc lắp đặt tụ bù

- Tính toán tìm điểm mở tối ưu

- Tính toán khởi động động cơ

- Tính toán phân tích sóng hài: Phân tích các thông số và ảnh hưởng của các thành phần sóng hài trên lưới

- Tính toán phối hợp lắp đặt bảo vệ

- Tính toán độ tin cậy trong hệ thống

3 Để đảm bảo hiệu quả bù cần giải bài toán xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu

4 Để việc lắp đặt thiết bị bù đem lại hiệu quả kinh tế cao cần xây dựng mô hình và thuật toán lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu Tuy nhiên, đây là bài toán khá phức tạp bởi lời giải phụ thuộc rất nhiều yếu tố

5 Các mô hình giải bài toán bù tối ưu xây dựng theo quy hoạch toán học có ý nghĩa

lí thuyết chặt chẽ, tuy nhiên rất khó ứng dụng trong thực tế do mô hình phức tạp, cần áp dụng các giải pháp gần đúng

6 Dựa trên khái niệm phân tích động theo dòng tiền tệ (kết hợp với một chương trình tính chế độ xác lập) để tìm được vị trí và dung lượng bù tối ưu

7 Thuật toán có thể áp dụng cho LĐPP sơ đồ phức tạp bất kì phù hợp với các lưới điện phân phối thực tế Luận văn áp dụng thuật toán này xác định vị trí và dung lượng bù kinh tế cho lưới điện huyện Thường Tín, Hà Nội

31

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÔNG TY ĐIỆN LỰC THƯỜNG TÍN, THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP

2.1 Đặc điểm tự nhiên, kinh tế- xã hội

2.1.1 Đặc điểm địa lý, tự nhiên

Thường Tín là một huyện nằm phía Nam của thành phố Hà Nội Phía đông giáp các xã Mễ Sở, Thắng Lợi huyện Văn Giang và giáp các xã Tân Châu, Tứ Dân, Hàm Tử, Dạ Trạch, Bình Minh, huyện Khoái Châu của tỉnh Hưng Yên với ngăn cách tự nhiên là sông Hồng Phía nam giáp huyện Phú Xuyên Phía tây giáp huyện Thanh Oai, ngăn cách bởi sông Nhuệ Phía bắc giáp huyện Thanh Trì Diện tích: 127,59 km2, dân số khoảng: 240.000 người Huyện Thường Tín có 01 thị trấn huyện lị và 28 xã Cơ cấu kinh tế: Công nghiệp - xây dựng: 53,4% Thương mại dịch vụ: 32,5% Nông nghiệp: 14,1%

2.1.2 Đặc điểm kinh tế- xã hội

Thường Tín là huyện cửa ngõ thủ đô, có vị trí địa lý thuận lợi để phát triển kinh tế Huyện có 43 làng được UBND TP Hà Nội công nhận làng nghề, tiểu thủ công nghiệp rất phát triển Hiện nay, Thường Tín có 03 cụm công nghiệp vừa và nhỏ Huyện đang đẩy mạnh phát triển các khu công nghiệp, thu hút đầu tư phát triển công nghiệp vừa và nhỏ Phát triển làng nghề theo hướng hiện đại hóa là một trong những mục tiêu hàng đầu

2.2 Hiện trạng nguồn và tổn thất lưới điện trung áp huyện Thường Tín

2.2.1 Ý nghĩa của giảm tổn thất điện năng trong hệ thống điện

Giảm tổn thất điện năng là một vấn đề cần thiết không chỉ đối với ngành điện Việt Nam nói riêng và ngành điện các nước trên thế giới nói chung Giảm tổn thất điện năng có một ý nghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân và ngành điện

32

Ngành điện là một ngành sản xuất và kinh doanh các sản phẩm về điện nên muốn tiếp tục duy trì và phát triển thì ngành điện phải có lợi nhuận để thực hiện tái đầu tư mở rộng để phát triển Nếu tổn thất lớn, các công ty kinh doanh sẽ không có lợi nhuận, gây thâm hụt ngân quỹ, hiệu quả đầu tư thấp

Trong trường hợp tỷ lệ tổn thất cao, đây chính là một bộ phận cấu thành nên chi phí sản phẩm, nên khi tổn thất cao tất yếu dẫn tới giá thành sản phẩm cao Các công ty kinh doanh điện năng muốn có lợi nhuận để thực hiện tái đầu tư thì giá bán phải cao hơn giá thành sản phẩm, giữa giá bán và giá thành là mối quan hệ tỷ lệ thuận Khi tăng giá điện sẽ dẫn tới một loạt các hệ quả, làm kìm hãm sự tăng trưởng kinh tế, giảm tính cạnh tranh của các doanh nghiệp trong nước, tổng hợp chung làm suy yếu nền kinh tế quốc dân

Muốn đạt được hiệu quả giảm tổn thất cao trong toàn hệ thống thì phải thực hiện tốt từ những cấp nhỏ nhất Lưới điện trung, hạ áp huyện Thường Tín là một bộ phận cấu thành nên hệ thống điện quốc gia, do đó việc giảm tổn thất điện năng cũng đang là vấn đề cấp thiết, cần các giải pháp cụ thể và hiệu quả

2.2.2 Lưới điện trung áp huyện Thường Tín và hiệu quả vận hành

Lưới điện trung thế Thường Tín được cấp nguồn từ 02 TBA 110kV là TBA 110kVA E10.4 Tía và TBA 110kV E1.32 Thường Tín với tổng dung lượng 183 MVA Theo số liệu thống kê đến hết tháng 05/2014 Công ty Điện lực Thường Tín đang quản lý khoảng 308,73km đường dây trung thế trong đó 297,31km đường dây không và 11,43km cáp ngầm trung thế Công ty quản lý 493 Trạm biến áp/536 Máy biến áp với tổng dung lượng 265.354 kVA Lưới điện trung thế gồm 09 lộ đường dây trung áp cấp điện áp 35kV, 06 lộ cấp 22kV và 02 lộ cấp 10kV với 71.251 khách hàng Tốc độ phụ tải tăng trưởng hàng năm khoảng 5%

Năm 2014 tổng điện năng đầu nguồn trung thế của Công ty đạt 332.652.265 kWh, Điện năng tổn thất trung thế 15.943.985 kWh, tỉ lệ tổn thất trung thế là 4,79%

33

Nếu tính theo giá bán điện bình quân năm 2014 của Công ty là 1480,52 đ/kWh thì năm 2014 toàn Công ty tổn thất = 15.943.985*1480.52 = 23.605.388.672 đ

Qua số liệu trên ta thấy tổn thất điện năng ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả trong công tác sản xuất kinh doanh của Công ty Chỉ cần giảm được một phần của tổn thất trên đã đem lại những hiệu quả về sản xuất kinh doanh rất lớn

Hàng năm Tổng Công ty Điện lực TP Hà Nội nói chung và Công ty Điện lực Thường Tín nói riêng đều xây dựng riêng một chương trình giảm tổn thất điện năng nhằm phân tích, đưa ra những giải pháp cụ thể để giảm tổn thất cho hệ thống điện Điều đó cho thấy tầm quan trọng của việc phải giảm tổn thất điện năng trong công tác kinh doanh bán điện

Tỉ lệ tổn thất của Công ty tương đối cao do nhiều nguyên nhân :

+ Lưới điện trung thế huyện Thường Tín với 97% là đường dây không, 3% là cáp ngầm với bán kính cấp điện rộng

+ Nhiều lộ đường dây được đầu tư từ lâu chưa được đầu tư cải tạo lại

do đó tiết diện dây dẫn nhỏ, xuống cấp, cách điện bị lão hóa, tổn hao dòng rò lớn

+ Đường dây vận hành với hệ số công suất cosfi thấp hoặc do vị trí đặt bù chưa hợp lý Hàng năm việc lựa chọn dung lượng bù trung thế và vị trí đặt bù dựa theo tính toán sơ bộ về tổng dung lượng bù toàn đường dây còn vị trí đặt bù dựa theo cảm tính do đó chưa tối ưu hóa được dòng công suất phản kháng trên lưới điện dẫn tới hiệu quả giảm được tổn hao trung thế chưa cao

Những phân tích trên cho thấy việc đưa ra các giải pháp quản lý vận hành nhằm giảm tổn hao điện năng trên toàn hệ thống nói chung và lưới điện trung thế Công ty Điện lực Thường Tín nói riêng là thực sự cần thiết và cấp bách nhằm đem lại giá trị về kinh tế trong công tác kinh doanh bán điện

Ngoài các giải pháp về lau rửa, vệ sinh đường dây, đầu tư cải tạo thay mới dây dẫn và cách điện đã lão hóa còn một giải pháp nữa đó là nâng cao hệ số công suất cosfi truyền tải

34

Luận văn này đi sâu nghiên cứu về việc tối ưu hóa bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối trung thế nhằm giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối huyện Thường Tín Dựa trên những kết quả tính toán vị trí đặt và dung lượng

bù nhằm giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối huyện Thường Tín, đem lại những hiệu quả kinh tế thiết thực

2.2.3 Các chức năng chính của phần mềm PSS/ADEPT

PSS/ADEPT (The Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) là công cụ phân tích lưới điện phân phối của hãng Shaw power technologies

PSS/ADEPT gồm có các chức năng sau :

+ Tính toán chế độ xác lập

+ Tính toán ngắn mạch tại 01 điểm hay nhiều điểm

+ Phân tích khởi động động cơ

+ Tính toán xác định vị trí bù tối ưu (ứng động hay cố định)

+ Tính toán phân tích sóng hài

+ Phối hợp các thiết bị bảo vệ

+ Tính toán xác định điểm dừng tối ưu

+ Phân tích đánh giá độ tin cậy

PSS/ADEPT giúp phân tích và tính toán lưới điện Tính toán và hiển thị các thông số về dòng (I), công suất (P, Q) của từng tuyến dây (đường trục và nhánh rẽ), đáng giá tình trạng mang tải của tuyến dây thông qua chức năng phân bố công suất (Load Flow Analysis) Tính toán xác định vị trí bù tối ưu (CAPO, tối ưu hóa việc đặt tụ bù) Tính các thông số SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI đánh giá độ tin cậy của tuyến dây thông qua chức năng DRA Tính toán dòng ngắn mạch thông qua chức năng Fault, Fault All Chọn điểm dừng lưới tối ưu (TOPO): chương trình cho ta biết điểm dừng lưới ít bị tổn thất công suất nhất trên tuyến dây đó Khởi động động cơ (Motor Starting): chương trình tính toán phân tích các quá trình xảy ra, ảnh hưởng như thế nào đến tuyến dây, khi có động cơ (đồng bộ hay không đồng bộ) với công

35

suất lớn, khi khởi động trong tuyến dây Phân tích sóng hài (Harmonics) Phối hợp các thiết bị bảo vệ (Protection Coordination) Hỗ trợ cho công tác thiết kế, phát triển lưới điện bằng cách sử dụng kết quả tính toán của chương trình tại mọi thời điểm

Dự đoán được quá tải các phần tử trên lưới điện

Trong luận văn này ta sẽ sử dụng công cụ Tính toán chế độ xác lập và Phân tích xác định vị trí bù tối ưu của phần mềm PSS/ADEPT

2.2.4 Xây dựng sơ đồ tính toán

Phần mềm PSS/ADEPT có một môi trường để thiết kế sơ đồ của lưới, trên thanh công cụ vẽ có các loại phần tử điện cho phép người dùng có thể chọn để mô phỏng lại sơ đồ lưới điện như nút, máy phát, máy biến áp, thanh cái, đường dây, tải điện, phụ tải, động cơ…

Khi thiết lập sơ đồ, chúng ta tiến hành xác định các nút, sau đó nối các nút bằng đường dây, máy biến áp, phụ tải

Do giới hạn về độ dài nên luận văn này chỉ đưa ra tính toán phân tích bù tối

ưu trên một lộ đường dây của Công ty Điện lực Thường Tín, đây là một lộ đường dây điển hình do đó ta hoàn toàn có thể tính toán các lộ đường dây còn lại theo phương pháp nêu trong luận văn này Ta lựa chọn tính toán cho lộ xuất tuyến 35kV

371 E1.32

2.2.5 Giới thiệu lộ xuất tuyến 35kV 371 E1.32

Đường dây 371E1.32 là một lộ đường dây trung áp có tính chất điển hình, có bán kính cấp điện khoảng trên 10km với hai nhánh rẽ lớn và nhiều nhánh rẽ nhỏ Lộ

371 E1.32 cấp điện cho 69 TBA với tổng công suất 24.210kVA Đường dây trải dài

và hiện đang cấp điện cho một số xã khu vực phía Đông huyện Thường Tín, đi qua địa bàn các xã Liên Phương, Vân Tảo, Thư Phú, Chương Dương, Tự Nhiên, Ninh

36

2.2.6 Mô phỏng lộ 371 E1.32 trong phần mềm PSS/ADEPT

Phần mềm PSS/ADEPT tính toán các thông số dựa vào việc sử dụng dữ liệu các phần tử cho trong một file thư viện có sẵn, ta có thể điều chỉnh lại thông số các phần tử trong thư viện đề tùy biến nhằm phù hợp với lưới điện khu vực

Mô phỏng lộ 371 E1.32 bằng cách lựa chọn các phần tử có sẵn trong thư viện simulator của phần mềm như nguồn điện, các node, nguồn, dây dẫn, máy biến

áp, phụ tải để vẽ lại sơ đồ lưới điện

Ta có sơ đồ mô phỏng lộ 371 E1.32 như Hình 2-2:

37

Hình 2- 2 Sơ đồ mô phỏng lộ 371 E1.32

38

2.2.6.1 Thông số nguồn

Nguồn cấp được lựa chọn từ thư viện simulator của phần mềm với một vài thông số được đặt sẵn Sau khi lựa chọn nguồn cấp từ thư viện ta cài đặt thông số điện áp và công suất cơ bản:

Điện áp dây danh định: 35 kV

Công suất cơ bản: 1000 kVA

2.2.6.2 Thông số đường dây

Thông số về dây dẫn được tra trong các tài liệu tra cứu và sổ tay về thiết bị điện Thiết lập thông số về dây dẫn vào thư viện của phần mềm PSS/ADEPT ví dụ: AC35, AC50, AC70, AC95, AC120…

Bảng 2- 1 Thông số các loại dây dẫn

STT Loại dây Điện trở

r0 (Ω/km)

Điện kháng x0 (Ω/km)

Khi mô phỏng lộ 371 E1.32 ta lựa chọn tiết diện và chiều dài các đoạn đúng

với kết cấu lưới hiện trạng Thông số về dây dẫn lộ 371 E1.32 cho trong Bảng 2-2

39

Bảng 2- 2 Thông số dây dẫn lộ 371 E1.32

40