Tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110KV khu vực miền bắc

Các biện pháp bù công suất phản kháng để giảm tổn thất 1.5.4.4 Ảnh hưởng của biểu đồ phụ tải đến giá trị bù tối ưu 28 1.6 Nhận xét về các phương pháp tính toán tổn thất điện năng, các

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN THỊ HỒNG

TÍNH TOÁN TỔN THẤT VÀ TỐI ƯU HÓA VỊ TRÍ ĐẶT TỤ BÙ

CHO LƯỚI ĐIỆN 110KV KHU VỰC MIỀN BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội – Năm 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN THỊ HỒNG

TÍNH TOÁN TỔN THẤT VÀ TỐI ƯU HÓA VỊ TRÍ ĐẶT TỤ BÙ

CHO LƯỚI ĐIỆN 110KV KHU VỰC MIỀN BẮC

Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN

mã số: 004665C810

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÃ VĂN ÚT

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của Tác giả

Các số liệu, kết quả tính toán trong bản luận văn tốt nghiệp là trung thực

và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trần Thị Hồng

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan Mục lục Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ

Chương 1: LƯỚI TRUYỀN TẢI VÀ VẤN ĐỀ GIẢM TỔN THẤT

ĐIỆN NĂNG, CÁC BIỆN PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

ĐỂ GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

3

1.1 Vai trò, đặc điểm chung của lưới điện truyền tải 3

1.1.1 Các yêu cầu chung 3

1.1.2 Cấu trúc của Hệ thống điện 3

1.1.3 Vai trò và đặc điểm chung của lưới điện truyền tải 110kV 5

1.2 Tổn thất điện năng 6

1.2.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong HTCCĐ 6

1.2.2 Tổn thất kỹ thuật 6

1.2.3 Tổn thất kinh doanh (tổn thất phi kỹ thuật) 7

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

thất

8 1.3.1 Điện áp làm việc của trang thiết bị 8

1.3.2 Truyền tải công suất phản kháng 8

1.4 Các phương pháp tính tổn thất điện năng 9

1.4.1 Tính tổn thất điện năng theo biểu đồ 11

1.4.1.1 Tính toán theo biểu đồ dòng điện 11

1.4.1.2 Biểu đồ phụ tải cho ở dạng công suất toàn phần 12

1.4.1.3 Phương pháp dòng điện trung bình bình phương 12

1.4.1.4 Sử dụng chương trình tính toán 13

1.4.2 Tính toán tổn thất điện năng theo thời gian tổn thất

công suất cực đại

14

1.4.3 Phương pháp đường cong tổn thất 16

1.4.3.1 Trường hợp chỉ đo được biểu đồ công suất tổng

trên thanh cái và cho trị số công suất định mức (hay cực đại) các nút

16

1.4.3.2 Trường hợp lưới có một phụ tải hay một nhóm

phụ tài với đặc tính khác biệt

17

1.4.3.3 Quản lý vận hành HTCCĐ theo đường cong tổn

thất

18 1.5 Các biện pháp giảm tổn thất điện năng 21 1.5.1 Giảm tổn thất điện năng đối với đường dây 21

1.5.2 Đối với máy biến áp 22

1.5.3 Giảm tổn thất điện năng trong vận hành 23

1.5.4 Các biện pháp bù công suất phản kháng để giảm tổn thất

1.5.4.4 Ảnh hưởng của biểu đồ phụ tải đến giá trị bù tối ưu 28

1.6 Nhận xét về các phương pháp tính toán tổn thất điện năng, các nội

dung thực hiện trong luận văn

30

Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEPT TRONG VIỆC

TÍNH TOÁN TỔN THẤT VÀ TỐI ƯU HÓA VỊ TRÍ ĐẶT TỤ BÙ 32

2.1.6 Đặt thuộc tính của chương trình PSS/ADEPT 44

2.1.7 Thoát khỏi chương trình khi kết thúc 44 2.2 Tính toán thông số đường dây và lập file từ điển dữ liệu 44

2.2.1 Tính toán thông số đường dây 44 2.2.1.1 Cài đặt các tùy chọn cho việc tính thông số đường dây 45

2.2.1.2 Các bước tính toán thông số đường dây 46

trên sơ đồ

55

2.3.2.1 Tạo các phần tử trên sơ đồ lưới điện 55

2.3.2.2 Phân nhóm các phần tử trên sơ đồ lưới điện 58 2.3.2.3 Phân nhóm của từng loại phụ tải (nhóm tải) 59

2.3.2.4 Khai báo các thông số để phân tích kinh tế mạng điện 60 2.3.3 Bước 3: Tính toán trào lưu công suất và xuất kết quả tính toán ra màn hình hoặc máy in

2.4.1 Các bước thực hiện khi tính toán vị trí bù tối ưu trên lưới điện 63

2.4.2 Trình tự các bước thực hiện bài toán 63

2.4.2.1 Định nghĩa các chi phí sử dụng trong tính toán tối ưu vị trí

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

HTĐ Hệ thống điện

TBA Trạm biến áp

Network Lưới điện

PSS/ADEPT Power System Simulator/Advanced Distribution

Engineering Tool (công cụ mô phỏng lưới điện phân phối) TOPO Tie Open Point Optimization (tối ưu hóa kết lưới)

CAPO Tối ưu hóa vị trí đặt tụ

DRA Tính toán độ tin cậy lưới điện

LINE PRO Tính toán thông số dường dây điện

PC Tính toán phối hợp bảo vệ

HTCCĐ Hệ thống cung cấp điện

DANH MỤC HÌNH VẼ

Số hiệu

1.3 Đồ thị biến thiên của dòng điện theo thời gian 11

1.4a; 1.4b Đồ thị phụ tải được chữ nhật hóa; Đồ thị phụ tải được hình thang hóa 11

1.5 Đồ thị phụ tải của dòng điện theo thời gian T 13

1.6 Đồ thị xác định dòng điện trung bình bình phương Itb 13

1.7 Biểu đồ phụ tải xây dựng theo phương pháp đường cong tổn thất 17

1.8 Cách xây dựng biểu đồ tổn thất công suất 17

1.9 Xác định tổn thất công suất và điện năng theo ĐCTT 19

1.10a;1.10b Họ các đường cong tổn thất trên lưới 20 1.11 Sơ đồ thuật toán xác định dung lượng bù tối ưu 27

2.3 Cửa sổ sau khi tính toán phân bố dòng công suất 36

2.6 Người dùng có thể lựa chọn các công cụ hiển thị thông qua Tools 37

2.12 Thanh công cụ hiển thị kết quả trên sơ đồ 40

2.14 Trang thuộc tính của sơ đồ lưới 41

2.16 Thuộc tính của lưới điện: Tab lưới điện 42

2.19 Tùy chọn các thuộc tính hiển thị trong PSS/ADEPT 43

2.21 Các tùy chọn trước khi tính toán thông số đường dây 45

2.25 Bảng xuất kết quả tổng trở, tổng dẫn thứ tự không, thứ tự thuận

2.26 Lưu tổng trở, tổng dẫn thứ tự thuận, thứ tự không và tương hỗ

2.27 Kết quả tính toán được lưu vào file từ điển dữ liệu: “PTI.con” 49

2.28 Cài đặt các tùy chọn của chương trình về tính toán trào lưu công suất 50

2.30 Cài đặt các đặc tính trên sơ đồ cần tính toán 52

2.31 Cài đặt các tùy chọn cho bài toán phân bố công suất 52

2.32 Hiển thị chi tiết từng bước lặp trong quá trình phân tích 53

2.33 Hộp thoại xuất hiện khi chương trình ở trạng thái tạm ngừng 54

2.34 Mô hình thay thế MBA 3 cuộn dây thành 3 MBA 2 cuộn dây ghép lại 56

2.38 Phân nhóm các phần tử trên sơ đồ lưới điện 59

2.40 Khai báo các thông số để phân tích kinh tế mạng điện 60

2.41 In sơ đồ lưới điện 61 2.42 Các thông số phân tích kinh tế cho bài toán tối ưu hóa vi trí đặt tụ bù 64 2.43 Các thông số người sử dụng phải định nghĩa 68

3.15 Bảng tính Rh , Rt , Rl , Xh , Xt , Xl cho MBA 3 cuộn dây 79

3.2 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 1-2009 83 3.3 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 2-2009 83 3.4 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 3-2009 84 3.5 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 4-2009 84 3.6 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 5-2009 85 3.7 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 6-2009 85 3.8 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 7-2009 86 3.9 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 8-2009 86 3.10 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 9-2009 87 3.11 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 10-2009 87 3.12 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 11-2009 88 3.13 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 12-2009 88 3.14 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của năm 2009 89

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay nền kinh tế nước ta đang có những bước phát triển mạnh mẽ, tốc độ công nghiệp hóa tăng nhanh, nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng lớn Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, là những yêu cầu ngày càng khắt khe của công nghệ đòi hỏi về chất lượng điện năng ngày càng cao, cũng như về chi phí sản xuất và truyền tải ngày càng phải giảm thấp Đứng trước tình hình đó ngành Điện phải thực hiện những kế hoạch phát triển nguồn và lưới điện để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ của các phụ tải điện, không ngừng cải tạo nâng cấp lưới điện hiện có, đề ra những giải pháp, phương thức vận hành hợp lý để nâng cao chất lượng điện năng, khai thác lưới điện hiệu quả, giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải đến mức thấp nhất, để có thể đáp ứng ngày càng tốt hơn những đòi hỏi về chất lượng điện năng đồng thời tiết kiệm chi phí đầu tư, sản xuất và truyền tải điện

Mặt khác trên thế giới cũng như nước ta hiện nay đang có nguy cơ cạn kiệt nguồn năng lượng sơ cấp do vậy chúng ta phải triệt để tiết kiệm năng lượng nhất điện năng Do đó việc tính toán tổn thất điện năng để có giải pháp khai thác hiệu quả ở lưới điện truyền tải sẽ góp phần giảm tổn thất kỹ thuật, giảm chi phí truyền tải điện cho toàn ngành

Với lưới truyền tải điện 110kV nói chung và lưới 110kV miền Bắc của Việt Nam nói riêng việc tính toán giảm tổn thất điện năng gặp không ít khó khăn, chiều dài đường dây lớn, địa hình phức tạp, các đường dây do xây dựng chắp nối nhiều giai đoạn, tiết diện các đường dây khác nhau, thời điểm sử dụng công suất khác nhau, phân bố công suất trên đường dây không đều nhau Mặt khác, với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của phụ tải trong khi đường dây chưa được cải tạo nâng cấp kịp thời gây quá tải đường dây làm ảnh hưởng lớn đến tổn thất điện năng của lưới, do đó Tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110kV khu vực miền Bắc là rất cần thiết

Trong bối cảnh nêu trên, với mục đích đi sâu tìm hiểu thêm về phương pháp và công cụ phân tích tổn thất cũng như lựa chọn dung lượng bù, đề tài luận văn được

lựa chọn là “Tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110kV khu vực miền Bắc”

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài là tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110kV khu vực Miền Bắc

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện Miền Bắc, Lý thuyết về tổn thất điện năng trên lưới truyền tải, Chương trình PSS/ADEPT vận dụng trong tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110kV khu vực Miền Bắc

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đi vào nghiên cứu Tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110kV khu vực Miền Bắc

4 Phương pháp nghiên cứu

Trên cơ sở lý thuyết Lưới truyền tải và vấn đề giảm tổn thất điện năng, các biện pháp bù công suất phản kháng để giảm tổn thất điện năng, sử dụng phần mềm PSS/ADEPT trong việc tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù, xây dựng chương trình mô phỏng tính toán toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110kV khu vực miền Bắc

5 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Lưới truyền tải và vấn đề tính toán tổn thất điện năng Biện pháp

bù công suất phản kháng để giảm tổn thất điện năng

Chương 2: Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT trong việc tính toán tổn thất và

tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù

Chương 3: Tính toán áp dụng cho lưới 110kV khu vực miền Bắc

Chương 1 LƯỚI TRUYỀN TẢI VÀ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, BIỆN PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ GIẢM TỔN THẤT

1.1 Vai trò, đặc điểm chung của lưới điện truyền tải

1.1.1 Các yêu cầu chung

Lưới điện được đánh giá theo 04 tiêu chuẩn chính:

1 Vận hành an toàn

2 Đảm bảo chất lượng điện năng

3 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

4 Hiệu quả kinh tế

Ba tiêu chuẩn đầu là để phục vụ khách hàng - trong đó an toàn điện bao gồm

an toàn điện chung, nguy cơ cháy nổ, hành lang an toàn Ngoài ra còn có tiêu chuẩn

mỹ quan cho xã hội

Tiêu chuẩn 4 thuộc về ngành điện Hiệu quả kinh tế bao gồm: -Chi phí bảo quản, vận hành ít nhất gồm chi phí cho tổn thất điện năng và chi phí vận hành; -Tránh được nguy cơ làm hại thiết bị (do quá tải, quá áp); -Thất thu ít nhất (do mất điện năng…) Các tiêu chuẩn trên được quán xuyến trong quy hoạch, thiết kế cũng như vận hành

1.1.2 Cấu trúc của Hệ thống điện

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác như thiết bị điều khiển, thiết bị bù, bảo vệ v.v được nối với nhau thành hệ thống, làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng

Hệ thống điện phát triển không ngừng trong không gian và thời gian để đáp ứng các nhu cầu ngày càng phát triển của phụ tải Tùy theo mục đích nghiên cứu hệ

thống điện được chia thành các phần hệ thống tương đối độc lập nhau Cấu trúc chung của hệ thống điện như sơ đồ (Hình 1.1):

Về mặt quản lý vận hành Hệ thống điện được chia thành:

+ Khối các nhà máy điện do các nhà máy điện quản lý (các nhà máy điện thuộc nhiều thành phần kinh tế khác nhau như; các nhà máy lớn quan trọng thuộc Nhà nước quản lý, còn lại thuộc các Công ty cổ phần, Công ty liên doanh)

+ Lưới điện siêu cao áp ( có U ≥ 330 kV) và các trạm biến áp khu vực do các Công ty truyền tải quản lý (tài sản Nhà nước)

+ Lưới truyền tải (110-220) kV, thường do các Công ty Điện lực quản lý (tuy vẫn là tài sản Nhà nước)

+ Lưới điện phân phối (U ≤ 35 kV) do các Điện lực quản lý (có thể là tài sản Nhà nước, các Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên, các Công ty cổ phần Điện lực, các khách hàng v.v.)

1.1.3 Vai trò và đặc điểm chung của lưới điện truyền tải 110kV

Lưới điện 110 kV của Việt Nam là một trong 2 phần cơ bản của lưới điện truyền tải khu vực, làm nhiệm vụ đưa điện năng từ các trạm 220 kV khu vực đến các trạm trung gian (TTG) với khoảng cách lớn

Các đặc điểm của lưới truyền tải 110kV:

- Sơ đồ kín có dự phòng

- Thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không

- Phải bảo quản định kỳ hàng năm

- Trung tính máy biến áp được nối đất trực tiếp

Nếu xét riêng lưới 110 kV truyền tải 110 kV có thể đưa về dạng chung như trên hình 1.2 Thực tế, lưới 110 kV thường nhận điện từ các trạm lớn khu vực 220/110kV và cung cấp công suất cho các trạm trung gian 110/35 kV hoặc 110/22

kV Một số ít trạm tăng áp 110/10,5 kV cung cấp công suất cho lưới 110 kV từ các nhà máy điện Đặc điểm sơ đồ vừa nêu có thể sử dụng khi phân tích tổn thất chỉ riêng lưới điện truyền tải 110 kV

Hình 1.2 Sơ đồ lưới truyền tải 110kV

Lưới điện phân phối

Lưới truyển tải 220 kV

Lưới truyền tải 110 kV

~

1.2 Tổn thất điện năng

Tổn thất công suất và tổn thất điện năng là những chỉ tiêu quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống điện (HTĐ) Tổn thất trong HTĐ bao gồm 2 thành phần, tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại Tổn thất kỹ thuật là dạng tổn thất xảy ra do bản chất vật lý của các phần tử trong HTĐ, do kết cấu của lưới điện và do phương thức vận hành HTĐ, còn tổn thất thương mại là tổn thất xảy ra trong quá trình quản lý việc sản xuất, truyền tải và sử dụng điện năng Vấn

đề tính toán tổn thất gắn liền với bài toán thiết kế, vận hành HTĐ, cũng như lựa chọn cấu trúc hợp lý của lưới điện

1.2.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong HTCCĐ

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

1.2.2 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 Nó phản ảnh hiệu suất của hệ thống trong quá trình sản xuất, truyền

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

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

Tổn thất trên điện trở của phần tử tỉ lệ với bình phương của dòng điện chạy qua phần tử đó theo biểu thức P I R= 2 Tuy nhiên cũng cần phải xét đến mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của phần tử bởi vì khi dòng điện tăng lên thì nhiệt

độ của thiết bị cũng tăng

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

Tổn thất không tải xuất hiện trong các phần tử có chứa mạch từ như máy

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 hỗ cảm giữa các phần tử

- Tổn thất vầng quang

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 kỹ thuật có thể được phân loại theo cấp điện áp

- Tổn thất ở lưới truyền tải:

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

+ Tổn thất qua máy biến áp truyền tải

- Tổn thất ở lưới phân phối:

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

+ Tổn thất ở lưới hạ áp (0,4kV)

1.2.3 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

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

1.3.1 Điện áp làm việc của trang thiết bị

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

- Nâng cấp điện áp định mức của lưới điện

Là biện pháp giảm tổn thất rất đáng kể bởi trị số tổn thất tỉ lệ nghịch với bình phương của điện áp định mức:

RU

QPRI3

2 2

=

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

- 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

1.3.2 Truyền tải công suất phản kháng

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

thức 1.1) Giảm công suất phản kháng truyền tải là biện pháp chủ yếu khi áp dụng các biện pháp giảm thiểu tổn thất

- Ảnh hưởng của các thiết bị bù

Các thiết bị bù công suất phản kháng thường được đặt ở phụ tải Các thiết bị này có tác dụng phát công suất phản kháng vào đường dây, giảm lượng công suất phản kháng chạy trên đường dây nhằm cải thiện điện áp làm việc của phụ tải, tăng

hệ số công suất và giảm tổn thất trên đường dây

- Điện dung tự nhiên của đường dây

Điện dung tự nhiên của đường dây có tác dụng giống như các thiết bị bù, phát công suất phản kháng vào lưới, làm giảm được dòng công suất phản kháng chạy trên lưới dẫn tới giảm tổn thất trên đường dây

Công suất phản kháng do điện dung tự nhiên của đường dây sinh ra:

Q BU = 2 Trong đó:

B: điện dẫn phản kháng của đường dây (B = ω C)

U: điện áp làm việc của đường dây

Có thể nhận thấy rằng, lượng công suất phản kháng của đường dây sinh ra tỉ

lệ với bình phương điện áp làm việc Do vậy, ở những cấp điện áp cao và siêu cao (220; 500kV) thì lượng công suất do đường dây sinh ra này là rất lớn, trong chế độ non tải hoặc không tải thì điện áp cuối đường dây có thể tăng quá trị số cho phép,

vì vậy đối với các cấp điện áp trên thì người ta thường đặt kháng bù trên đường dây

để giữ điện áp tại các nút nằm trong phạm vi cho phép Để tận dụng công suất này người ta thường bù không hoàn toàn công suất điện dung tự nhiên của đường dây Khi đó đường dây đóng vài trò nguồn bù công suất phản kháng cho hệ thống

1.4 Các phương pháp tính tổn thất điện năng

Tổn thất công suất và điện năng là một chỉ tiêu quan trọng, luôn phải được xét đến trong thiết kế và vận hành HTCCĐ Việc đánh giá chính xác trị số tổn thất công suất và điện năng có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn, không thể nói đến hiệu

quả của bài toán thiết kế và vận hành tối ưu nếu chưa đưa ra được các đánh giá phù hợp trị số tổn thất công suất và điện năng của HTCCĐ trong các tình huống xem xét

Sự phát triển của kỹ thuật thu thập và xử lý thông tin, những tiến bộ về phương tiện tính toán ( các MTĐT tốc độ nhanh ) đã cho phép tạo ra những khả năng mới xác định chính xác các lượng tổn thất - thông tin quan trọng nhất giúp cho hệ thống đảm bảo hoạt động điều hành mang hiệu quả tối ưu thực tế

Cũng cần phân biệt bài toán xác định tổn thất công suất và xác định tổn thất điện năng Tổn thất công suất chỉ tương ứng với một phương thức vận hành, một chế độ của phụ tải và nguồn xác định Còn tổn thất điện năng mang ý nghĩa thực tiễn, gắn liền với hoàn cảnh điều kiện hoạt động lâu dài của HTCCĐ

Cơ sở và phương pháp xác định tổn thất công suất, thực chất là phân tích chế độ xác lập của HTCCĐ: tính phân bố dòng, áp, công suất trên các phần tử của lưới điện Tổn thất sẽ được tính chính xác nếu kể đến đầy đủ các yếu tố của phần

tử Nói chung mọi thông số của các phần tử đều trực tiếp hay gián tiếp liên quan đến trị số tổn thất công suất tổng trong lưới: tổn thất có tải và không tải trong các máy biến áp, dung dẫn của đường dây trên không và cáp, đầu phân áp đang vận hành của trạm, dung lượng bù tĩnh Tuy nhiên, ta thường gặp khó khăn ở số liệu đầu vào vì các số liệu đo lường thường là thiếu Về nguyên tắc thì phải biết được P,Q tại từng giờ trong ngày và ở mọi nút, tuy nhiên ở lưới điện Việt Nam hiện nay thì số liệu chỉ biết ở các trạm lớn còn ở các trạm địa phương thì số liệu thiếu dẫn tới gây khó khăn cho việc tính toán Để giải quyết khó khăn về mặt thiếu số liệu đầu vào, thường phải dùng các phương pháp tính gần đúng (ví dụ như phương pháp lấy hệ số đồng thời cho dòng điện trên các nhánh.) Hiện nay đang tồn tại rất nhiều những chương trình tính toán CĐXL của HTCCĐ rất hữu hiệu và có độ chính xác cao, do đó vấn đề xác định tổn thất công suất, nói chung không có khó khăn Nội dung phức tạp chính nằm trong bài toán xác định tổn thất điện năng

Có thể chia các phương pháp tính toán tổn thất điện năng làm 2 nhóm: tính toán theo trị số tổn thất công suất cực đại và tính toán trực tiếp theo biểu đồ công suất

1.4.1 Tính tổn thất điện năng theo biểu đồ

1.4.1.1 Tính toán theo biểu đồ dòng điện

Với quy luật biến thiên như hình 1.3 sau đây:

Hình 1.3 Đồ thị biến thiên của dòng điện theo thời gian

Với hệ tọa độ I - t Chia trục hoành (t) thành n đoạn bằng nhau với độ dài ∆t =

Hình 1.4a Đồ thị phụ tải được

chữ nhật hóa Hình 1.4b Đồ thị phụ tải được hình thang hóa

Tổn thất điện năng tính theo dạng đồ thị dòng điện đã cho ở các dạng Hình 1.4a sẽ bằng:

2

( 2

n

t t

I I n

t (1.2) Khi I0 = In công thức (1.1) sẽ nhận được dạng công thức (1.2)

Theo phương pháp này thứ nguyên của dòng điện tính bằng (A) tổn thất điện năng tính bằng (kWh) thì công thức (1.1) sẽ được tính theo công thức (1.3) sau: ∆A = 3R.10-3 ∑n I t

n

t

1

2 (1.3) Công thức 1.2 sẽ được tính theo công thức (1.4) sau:

2

t t

I I n

t (1.4)

1.4.1.2 Biểu đồ phụ tải cho ở dạng công suất toàn phần

Hình dạng đồ thị và cách tính tương tự như trên, công thức tính tổn thất điện năng sẽ tính như sau:

∆A = R.10-3 ∑⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞

n

n

t U

S n

2 2

n

U

S U

S U

S n

t

(1.6) Trong đó thứ nguyên của; công suất S là (kVA), điện áp U là (kV) tổn thất điện năng ∆A là (kWh)

1.4.1.3 Phương pháp dòng điện trung bình bình phương

Dòng điện trung bình bình phương Itb là dòng điện quy ước có giá trị không đổi, chạy trên đường dây trong suốt thời gian khảo sát T và gây nên tổn thất điện năng bằng tổn thất điện năng do dòng điện làm việc gây ra (Hình 1.5 và 1.6)

0

2

(1.9) Tính toán Itb cũnggiống như phương pháp tích phân đồ thị phụ tải Tích phân

ở biểu thức (1.9) được tính tương tự theo biểu thức (1.1) và (1.2) tức là:

2

( 2

n

t t

I I n

t

Nếu đã biết giá trị dòng điện Itb thì tổn thất điện năng trên đường dây tính theo biểu thức:

∆A = 3R 2

tb

I T 10-3 (kWh) (1.10)

1.4.1.4 Sử dụng chương trình tính toán

Các công thức nêu trên mang ý nghĩa lí thuyết, tính tổn thất điện năng trên một phần tử khi biết thông số (điện trở) và biểu đồ dòng điện hay công suất làm việc Thực tế, với HTĐ phức tạp cần sử dụng chương trình mới tính được phân bố công suất hay dòng điện ở mỗi phần tử Khi đó, nếu biết biểu đồ phụ tải và nguồn,

có thể tính toán tổn thất điện năng cho toàn hệ thống theo các bước sau:

1) Tính phân bố dòng, áp, công suất cho các nút và các nhánh tại mỗi thời đoạn ∆t của biểu đồ Thường tính cho biểu đồ ngày điển hình ở những khoảng thời gian tương đối lớn, đặc trưng trong năm (hàng tháng, hàng quý hoặc từng mùa)

2) Tính tổn thất điện năng cho ngày điển hình theo một trong các phương pháp nêu trên

3) Tính tổn thất điện năng tổng cộng trong năm

Nhận xét:

Về lý thuyết phương pháp tính theo biểu đồ cho phép xác định chính xác trị

số tổn thất điện năng vì xét đến cấu trúc cụ thể của lưới điện trong mỗi tình huống phụ tải Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi nhiều số liệu thống

kê phụ tải, khối lượng tính toán lớn Trong tương lai khi kỹ thuật đo và truyền tin phát triển thì phương pháp này khả thi (ví dụ hệ thống truyền tải dự liệu bằng sóng), tuy nhiên hiện tại còn nhiều khó khăn

1.4.2 Tính toán tổn thất điện năng theo thời gian tổn thất công suất cực đại

Theo cách này tổn thất điện năng được xác định theo công thức sau:

Trong đó: τ là thời gian tổn thất công suất lớn nhất Về ý nghĩa τ là thời gian tương đương để tổn thất điện năng tính theo biểu đồ công suất có trị số bằng tổn thất điện năng tính theo công suất cực đại

Dễ thấy phương pháp này chứa đựng rất nhiều yếu tố không chinh xác Trước hết là trị số Pmax để xác định ∆Pmax là một đại lượng ngẫu nhiên Mỗi biểu đồ ngày

cụ thể có một trị số Pmax không giống với các ngày còn lại Trị số "cực đại trung bình" cần được chấp nhận để tính toán

Về khả năng đảm bảo tính tương đương của thời gian tổn thất công suất lớn nhất τ lại càng không có mấy ý nghĩa Hãy xét một số công thức xác định τ truyền thống

Công thức kinh điển:

τ = (0,124+Tmax.10-4)8760 (2.2) Công thức Kenzevik:

P

P1(P

P28760

T1

T87608760

T2

max min

max

min max

max

−+

−+

- Tra đường cong τ = f(Tmax , cosϕ)

Dễ thấy các công thức chỉ chứa một số ít các thông tin về dạng của biểu đồ công suất Khi cho trước các thông số này dạng biểu đồ vẫn có thể thay đổi rất đa dạng làm thay đổi trị số tổn thất Các công thức cũng không chứa một yếu tố nào thể hiện đặc trưng riêng của mỗi lưới Lưới có tổn thất lúc tải cực đại như nhau nhưng khi non tải tổn thất thay đổi theo những tỉ lệ hoàn toàn khác Ví dụ lưới non tải thì phụ tải giảm tổn thất vẫn cao do tổn thất không tải chiểm tỉ lệ cao, lưới quá tải thì giảm tải làm giảm nhanh trị số tổn thất (điện áp lưới được cải thiện)

Thực tế người ta còn xác định giá trị τ theo thông số đo tại thanh cái Chẳng hạn, xác định τ = ∆A/∆Pmax, trong đó ∆A lấy theo trị số đo công tơ tổng thanh cái

và số đo tổng các công tơ tiêu thụ Tổn thất thương mại và sai số thiết bị đo có thể làm mất ý nghĩa của trị số tính toán

Tính toán tổn thất điện năng theo tổn thất công suất cực đại có sai số rất lớn nên thường chỉ áp dụng cho các tính toán thiết kế Đánh giá tổn thất trong vận hành

và xác định dung lượng bù tối ưu, nói chung không nên áp dụng

1.4.3 Phương pháp đường cong tổn thất

Thực chất của phương pháp này là xác định gián tiếp tổn thất điện năng theo biểu đồ phụ tải Với mức độ thông tin thiếu khác nhau, phương pháp tổn thất cho kết quả về độ chính xác cao nhất có thể được

1.4.3.1 Trường hợp chỉ đo được biểu đồ công suất tổng trên thanh cái và cho trị

số công suất định mức (hay cực đại) các nút

Với giả thiết đặc tính phụ tải như nhau tại mọi nút đường cong tổn thất được xây dựng như sau

Đầu tiên xây dựng biểu đồ phụ tải tương đối của mọi nút (kể cả nút thanh cái) Mỗi nút lấy công suất định mức (hoặc cực đại) làm lượng cơ bản Nếu đặc tính phụ tải giống nhau thì các biểu đồ tương đối của mọi nút trùng nhau và trùng với biểu đồ nút thanh cái (tổng phụ tải) Như vậy có thể xây dựng được biểu đồ này theo số liệu duy nhất đo trên thanh cái

Tiếp theo xây dựng biểu đồ công suất các nút trong hệ đơn vị có tên (bằng cách nhân với lượng cơ bản).Về nguyên tắc có thể tính tổn thất công suất tổng trong lưới ứng với các giờ khác nhau theo biểu đồ biểu đồ Từ đó xây dựng quan hệ: ∆PΣ = (PΣ), cũng chính là đường cong tổn thất

Thực tế có thể thực hiện theo cách sau: giả thiết công suất tổng thanh cái thay đổi từ Pmin đến Pmax Chọn các giá trị khác nhau trong phạm vi này và chia tỉ lệ cho các nút phụ tải Tính trị số tổn thất công suất tổng ứng với mỗi giá trị công suất thanh cái đã cho, xây dựng đường cong tổn thất

Phương pháp vừa nêu sẽ mắc sai số nhiều nếu các phụ tải có đặc tính thay đổi khác nhau

Một số đặc điểm của đường cong tổn thất :

- Tính xác định :

hh

Khi biểu đồ phụ tải các nút (tính theo trị số tương đối) có dạng không thay đổi và giữ nguyên cosϕ thì đường cong là hoàn toàn xác định Nói chung, với lưới

có cấu trúc ổn định thì điều kiện này đảm bảo Trong nhiều trường hợp biểu đồ (tương đối) của các nút còn có thể giống nhau, việc tính toán tương đối đơn giản

- Nối điểm bất kỳ của đường cong với gốc toạ độ, hệ số góc của đường thẳng đặc trưng cho tỷ lệ tổn thất công suất Tồn tại một vùng (xung quanh a) tỉ lệ tổn thất điện năng ít nhất (Hình 1.8) Lưới làm việc non tải hoặc quá tải đều có thể dẫn đến tăng cao tỉ lệ tổn thất điện năng

- Do tính chất xác định của đường cong tổn thất, có thể mở rộng phạm vi xây dựng đường cong về 2 phía của biểu đồ phụ tải thực (Tính toán bằng cách thay đổi trị số công suất, giữ nguyên dạng của biểu đồ)

- Khi có thay đổi nhiều về cấu trúc và tính chất phụ tải, đường cong tổn thất

có thể thay đổi nhiều Trong quản lý vận hành, thường xuyên phải kiểm tra, tính toán xây dựng lại đường cong tổn thất

1.4.3.3 Quản lý vận hành HTCCĐ theo đường cong tổn thất

Đường cong tổn thất là một công cụ thuận lợi, sử dụng hiêu quả trong thiết

kế vận hành tối ưu HTCCĐ Đó là vì bản thân đường cong chứa rất nhiều thông tin

về đặc trưng kinh tế - kỹ thuật của lưới cung cấp

a Xác định tổn thất điện năng

Khi đường cong tổn thất công suất đã được xây dựng, có thể sử dụng làm công cụ chính để tính toán tổn thất điện năng Giả sử biết biểu đồ công suất tổng thanh cái hình 1.9 (luôn có thể đo đạc, xác định trong vận hành) Đường cong cho phép xác định tổn thất điện năng giờ và toàn bộ thời gian trong ngày không kèm theo phép tính toán phức tạp nào

Hình 1.9 Xác định tổn thất công suất và điện năng theo ĐCTT

Hình 1.9 minh hoạ quá trình xác định biểu đồ tổn thất công suất trong ngày của HTCCĐ Tổn thất điện năng xác định bằng diện tích của biểu đồ Quá trình trên dễ dàng thực hiện bằng chương trình hoá trên MTĐT Kết quả tính toán có thể dùng cho nhiều bài toán khác nhau, nói riêng có thể xác định τ = ∆A/∆P cho lưới

cụ thể

b Phân tích các đặc tính tổn thất trong lưới

Từ dạng chung của đường cong, có thể thấy rằng, nhiều thông tin có thể có được qua đường cong tổn thất Trước hết, tồn tại miền làm việc của HTCCĐ ứng với tổn thất công suất và điện năng ít nhất (xung quanh công suất Pa, hình 1.8) Khi phụ tải giảm thấp (dưới miền tối ưu) tỉ lệ tổn thất điện năng tăng do tổn hao

không tải lớn Khi phụ tải tăng cao (trên miền tối ưu), tỷ lệ tổn thất cũng tăng do quá tải các trạm, sụt áp quá lớn trên các tuyến Như vậy phân tích biểu đồ có thể dễ dàng đánh giá được lưới đang làm việc ở trạng thái nào về phương diện tổn thất Mỗi trường hợp sẽ ứng với cách xử lý giảm tổn thất khác nhau Trường hợp đầu, tổn thất có thể giảm được bằng cách lựa chọn sơ đồ vận hành, tối ưu hoá số lượng máy biến áp làm việc để giảm tổn hao không tải Trường hợp sau, cần nghĩ đến các khả năng cải thiện cosϕ, đặt thêm thiết bị bù, nâng cao khả năng tải các tuyến Để đánh giá hiệu quả các biện pháp kỹ thuật, có thể xem xét, sự biến dạng của đường cong tổn thất Hiêu quả cuối cùng là tổn thất điện năng ít nhất

Khi thay đổi phương thức vận hành (phân đoạn lưới, chuyển đổi đầu phân

áp, đóng cắt dung lượng bù ) có thể xây dựng được một họ các đường cong tổn thất (hình 1.10a) Sử dụng họ đường cong này có thể xác định được phương thức vận hành tối ưu và thời điểm chuyển đổi phương thức vận hành, sao cho có một chế độ làm việc hợp lý nhất của HTCCĐ ( về phương diện giảm tổn thất ) Chẳng hạn chuyển đổi tại các điểm phân công suất P1, P2 trên hình 1.10a Khi đó đảm bảo cho đường cong tổn thất luôn đi theo đường bao phía dưới của họ đường cong Tổn thất điện năng trong ngày sẽ là nhỏ nhất Đây cũng chính là cơ sở của phương pháp tổ chức và điều khiển vận hành tối ưu HTCCĐ trong thời gian thực

Có bù

Đường cong còn đặc biệt tiện lợi khi đánh giá hiệu quả các phương tiện bù Các đường cong tổn thất được xây dựng khi có và không có dung lượng bù đặt thêm sẽ phản ánh đầy đủ hiêu quả kinh tế giảm tổn thất điện năng của lưới - một chỉ tiêu chủ yếu cho phép so sánh hiệu quả kinh tế

Giả thiết có một cấu trúc lưới và một phương thức vận hành hoàn toàn xác định (khi đó sẽ tồn tại một đường cong tổn thất duy nhất) dễ dàng có thể xác định được tổn thất điện năng tổng trong ngày thông qua biểu đồ tổng công suất thanh cái

Trên Hình 1.9 trình bày quá trình xây dựng biểu đồ tổn thất công suất và xác định tổn thất điện năng nhờ sử dụng đường cong tổn thất Diện tích của biểu đồ tổn thất công suất chính là tổn thất điện năng:

Cần nói thêm rằng, độ chính xác của đường cong, hay nói đúng hơn là độ phù hợp của đường cong với thực tế phụ thuộc vào mức độ đầy đủ của các thông tin có được Chẳng hạn, khi không có biểu đồ phụ tải các nút mà chỉ biết phân bố phụ tải các nút ở một vài thời điểm quan sát Khi đó đường cong tổn thất vẫn có thể xây dựng được bằng cách thay đổi tỉ lệ công suất các nút và giữ nguyên cosϕ Phép tính khá đơn giản, nhưng độ chính xác chỉ đủ cao khi dạng của biểu đồ phụ tải các nút và cosϕ ít thay đổi Sự quan sát thống kê lâu năm tại một lưới cung cấp điện có thể cho phép chính xác hóa dần đường cong tổn thất xây dựng cho đường dây

1.5 Các biện pháp giảm tổn thất điện năng

1.5.1 G iảm tổn thất điện năng đối với đường dây

Như trên đã nêu tổn thất công suất và tổn thất điện năng tác dụng trên đường dây chủ yếu do thành phần điện trở tác dụng gây nên theo công thức sau:

U

Q P j l U

Q P

.

2 2 0

2 2

Trong đó: ∆P = l

U

Q P

Mặt khác điện trở các mối nối, các tiếp xúc cũng có ảnh hưởng đến tổn thất do

bị phát nóng nếu tiếp xúc xấu, do vậy các mối nối, các tiếp xúc phải được nối chắc chắn, nhất là các mối nối, tiếp xúc của các kim loại khác nhau, hạn chế đến mức thấp nhất các điểm nối và tiếp xúc Trong vận hành phải thường xuyên kiểm tra để

xử lý kịp thời các tiếp xúc bị phát nhiệt, ngăn ngừa sự cố có thể phát sinh

Giảm bán kính cấp điện tức là giảm chiều dài đường dây cũng làm giảm điện trở đường dây, nhưng phải đầu tư xây dựng thêm nhiều trạm trung gian, làm tăng tổng vốn đầu tư

Việc nâng cao điện áp vận hành chỉ thực hiện trong phạm vi cho phép giới hạn điều chỉnh bởi với một điện áp định mức nhất định không thể nâng điện áp quá cao

sẽ làm ảnh hưởng đến độ bền cách điện của đường dây cũng như thiết bị có thể gây nên sự cố làm hư hỏng thiết bị

1.5.2 Đối với máy biến áp

- Như trên đã nêu tổn thất không tải của máy biến áp không phụ thuộc vào phụ tải mà nó phụ thuộc vào chất lượng vật liệu làm mạch từ và từ thông chính, muốn giảm được tổn thất này đòi hỏi công nghệ chế tạo máy biến áp phải cao, chất lượng thép làm mạch từ phải có độ từ thẩm cao (tử trở nhỏ), lá thép càng mỏng càng tốt, cách điện giữa các lá thép phải đảm bảo để hạn chế dòng xoáy (fuco) Hạn chế mức thấp nhất các khe hở giữa trụ và gông từ

Tổn thất trong cuộn dây máy biến áp hoàn toàn phụ thuộc vào phụ tải và điện trở dây cuốn máy biến áp, do vậy muốn giảm tổn thất trong cuộn dây phải chế tạo

dây cuốn bằng vật liệu dẫn điện tốt, trong vận hành phải quan tâm đến chế độ làm mát của máy biến áp và chế độ vận hành hợp lý

1.5.3 Giảm tổn thất điện năng trong vận hành

Ngoài các biện pháp giảm thổn thất điện năng đã nêu trên ở trên, trong quá trình quản lý vận hành và sửa chữa cải tạo lưới điện chúng ta cũng có các biện pháp

để làm giảm tổn thất điện năng như: đặt các thiết bị bù công suất phản kháng hợp

lý, nâng cao điện áp vận hành mạng điện, thay dây dẫn có tiết diện nhỏ bằng dây dẫn có tiết diện lớn hơn, thay các máy biến áp quá tải và non tải bằng các máy biến

áp có công suất đặt phù hợp với công suất phụ tải

Khuyến khích các khách hàng dùng điện sản xuất vào thấp điểm đêm, hạn chế dùng điện vào cao điểm để san bằng biểu đồ phụ tải, sẽ giảm được tổn thất điện năng cũng như khai thác hiệu quả kinh tế hơn các công trình điện, giảm suất sự cố của lưới điện cũng như giảm sức ép đầu tư xây dựng các công trình

điện chỉ để đáp ứng công suất cao điểm

Chọn sơ đồ vận hành có cấu trúc hợp lý nhất của mạng Đối với trạm biến áp có nhiều máy biến áp phải xây dựng các đường cong tổn thất công suất của trạm để chọn phương thức vận hành kinh tế nhất của trạm biến áp

Nâng cao chất lượng sửa chữa và kiểm tra lưới điện

Trong quá trình sản xuất và truyền tải điện phải không ngừng nâng cao chất lượng thiết bị, thay thế các thiết bị cũ tiêu tốn điện năng nhiều bằng các thiết bị công nghệ cao tiêu thụ điện năng ít (như thay thế các trang, thiết bị kiểu điện từ, cảm ứng v.v bằng các thiết bị kỹ thuật số)

Ngoài ra người ta còn đang nghiên cứu đề sản xuất các vật liệu dẫn điện có điện trở thấp như vật liệu siêu dẫn hoặc truyền tải điện trong môi trường lạnh và một số phương pháp khác

1.5.4 Biện pháp bù công suất phản kháng để giảm tổn thất điện năng

1.5.4.1 Nguyên tắc chung

Lưới điện truyền tải phần lớn cấp điện trực tiếp cho các phụ tải trung áp có công suất lớn và các trạm biến áp chuyên dùng, do vậy trên lưới trung áp truyền tải lượng công suất vô công rất lớn để cung cấp cho các thiết bị điện từ Lượng công suất vô công này cũng gây nên các tổn thất điện năng, tổn thất điện áp Để giảm tổn thất do thành phần phản kháng gây nên chúng ta có thể đặt bù công suất phản kháng

Trong lưới truyền tải có thể có hai loại bù công suất phản kháng gồm:

- Bù kỹ thuật: Khi nguồn thiếu công suất phản kháng dẫn đến điện áp bị giảm

thấp Để đảm bảo tổn thất điện áp trong phạm vi cho phép, người ta có thể đặt bù

kỹ thuật trong trường hợp lưới cao áp không đủ công suất phản kháng Nếu nguồn vẫn đủ công suất phản kháng thì bù kỹ thuật chỉ là một biện pháp đảm bảo điện áp, ngoài ra còn có thể có các biện pháp khác làm cho công suất phản kháng của nguồn cấp về nhiều hơn như là tăng tiết diện dây dẫn, điều áp dưới tải

- Bù kinh tế: Để giảm tổn thất công suất, tổn thất điện năng và tổn thất điện áp

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

Chi phí khi đặt bù gồm:

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

- Tổn thất điện năng trong tụ bù

Trong đó vốn đầu tư là thành phần chủ yếu, khi đặt bù còn có nguy cơ quá áp khi phụ tải ở chế độ min hoặc không tải và nguy cơ xẩy ra cộng hưởng và tự kích thích ở phụ tải Các nguy cơ này ảnh hưởng đến vị trí và công suất bù

Giải bài toán bù công suất phản kháng là xác định; số lượng trạm bù, vị trí đặt của chúng trên lưới truyền tải, công suất bù ở mỗi trạm và chế độ làm việc của tụ

bù sao cho đạt hiệu quả kinh tế cao nhất, nói cách khác là sao cho thời gian thu hồi vốn là ngắn nhất và lợi nhuận kinh tế thu về là cao nhất

Có thể có ba cách điều khiển tụ bù đó là:

+ Đặt tụ cố định; Công suất tụ bù cố định bị hạn chế bởi các điều kiện của chế

độ min

+ Tụ được cắt ra khi công suất phản kháng yêu cầu giảm dưới mức nhất định; Cho phép nâng cao công suất bù nhưng phải có thiết bị điều khiển

+ Tụ được điều khiển theo nấc hoặc liên tục theo phụ tải; Cho hiệu quả bù cao, được sử dụng trong các hệ thống phân phối điện tự động hóa

Như vậy trước khi lập bài toán bù, người thiết kế hệ thống bù phải lựa chọn trước cách đặt bù và cách điều khiển tụ bù rồi mới lập bài toán để tìm số lượng trạm bù, vị trí đặt và công suất mỗi trạm

Hàm mục tiêu của bài toán bù là tổng đại số của các yếu tố lợi ích và chi phí nói trên đã được lượng hóa về một thứ nguyên chung là tiền Các yếu tố không thể lượng hóa được và các tiêu chuẩn kỹ thuật thì được thể hiện bằng các ràng buộc và hạn chế

Để giải bài toàn bù cần biết rõ cấu trúc của lưới truyền tải, đồ thị phụ tải phản kháng của các trạm biến áp hoặc ít nhất cũng phải biết hệ số sử dụng công suất phản kháng của chúng Phải biết giá cả và các hệ số kinh tế khác, loại và đặc tính

kỹ thuật, kinh tế của tụ bù Nếu tính bù theo độ tăng trưởng của phụ tải thì phải biết

hệ số tăng trưởng phụ tải hàng năm

Cần nhấn mạnh bù kinh tế không thể tách rời hoàn toàn bù kỹ thuật Vì bù kinh tế làm giảm nhẹ bù kỹ thuật và hai loại bù này có thể phối hợp với nhau tạo thành một thể thống nhất làm lợi cho toàn hệ thống

1.5.4.2 Suất giảm chi phí tổn thất của thiết bị bù trong HTCCĐ

Khi đặt một dung lượng bù Qbj vào nút j trong lưới điện, tổn thất công suất tổng có thể thay đổi một lượng δPj = ∆P1 - ∆P2 Trong đó ∆P1 và ∆P2 tương ứng là tổng tổn thất trước và sau khi đặt bù Chi phí tổn thất giảm được trong một năm có thể tính theo biểu thức: ∆Cj = g.τ.δPj [đ/năm]

Trong đó : g - giá bán điện [đ/kWh]; τ - thời gian tổn thất công suất lớn nhất [h] Trị số đạo hàm: βj = ∂∆Cj/∂Qbj được gọi là suất giảm chi phí tổn thất của thiết bị bù khi đặt vào nút j Đơn vị tính của β là đ/kVar.năm Có thể hiểu là khi đặt một đơn

vị dung lượng bù vào nút j thì mỗi năm chi phí tổn thất giảm được βj đồng

Trị số β > 0 thể hiện thiết bị bù có hiệu quả giảm tổn thất, ngược lại tổn thất bị tăng thêm Suất giảm chi phí tổn thất của mỗi nút không phải là một con số cố định bởi

nó phụ thuộc vào hiện trạng phân bố CSPK trên các nhánh Tuy nhiên, khi tính được suất giảm chi phí tổn thất cho mọi nút sẽ có cơ sở để đánh giá về hiệu quả bù trong lưới điện đang xét:

- Nếu mọi nút đều có β âm hoặc chỉ có một số ít nút với β dương và nhỏ thì nhu cầu đặt bù trong lưới này không có Không nên đặt vấn đề bù kinh tế

- Các nút có trị số β dương và càng lớn thì hiệu quả đặt bù càng cao;

- Nút bù chỉ có hiệu quả kinh tế khi thời gian thu hồi vốn nhỏ hơn trị số đã chọn

(với thiết bị bù thường chọn Tđm = 2-3 năm) Có thể tính thời gian thu hồi vốn khi đặt thiết bị bù vào nút j theo công thức: Tthj = k0/βj [năm]

Trong đó k0 - là suất vốn đầu tư cho thiết bị bù (tính bằng đ/kVar)

Khi đặt bù ở nhiều nút, hiệu quả bù ảnh hưởng lẫn nhau bởi phân bố CSPK thay đổi Khi tăng dung lượng bù tại mỗi nút, hiệu quả bù cũng giảm dần

1.5.4.3 Các bài toán liên quan đến bù tối ưu công suất phản kháng

Bài toán chọn dung lượng bù tối ưu theo hiệu quả kinh tế rất phức tạp bởi ngoài phụ thuộc vào cấu trúc lưới, công suất phụ tải các nút, hiệu quả kinh tế còn phụ thuộc sự thay đổi phụ tải theo biểu đồ Một số bài toán hộ trợ thường được đặt ra cho các chương trình tính toán Người sử dụng thường phải kết hợp các phương pháp với kinh nghiệm chuyên gia để lắp đặt đúng vị trí với dung lương bù tối ưu

1 Tính toán suất giảm chi phí tổn thất và thời gian thu hồi vốn khi đặt bù vào

mỗi nút theo ý nghĩa nêu trên

Với HTĐ phức tạp, các chương trình thường tính toán gần đúng:

bj

C Q

2 Bài toán xác định dung lượng bù tại các nút, đảm bảo thời gian thu hồi vốn đầu tư đều nhỏ hơn thời hạn đã cho

Sơ đồ thuật toán trình bầy trên hình 1.11 Các bước thực hiện như sau:

Bước 1 Tính suất giảm chi phí tổn

thất õj = ∂∆C/∂Qbj cho mọi nút, ứng với

Qbj là tổng dung lượng bù tại nút cho đến bước đang xét

Tính thời gian thu hồi vốn tương ứng:

Q/C

kT

j

0 j

Bước 3 So sánh thời gian thu hồi vốn của nút kém hiệu quả nhất Tth s với thời hạn thu hồi vốn đầu tư định mức Tth đm Nếu Tth s < Tth đm thì tăng thêm dung lượng bù cho nút k (nút có hiệu quả bù cao nhất) một lượng ∆Qb và quay lại thực hiện bước

1 Ngược lại, quá trình tính kết thúc, in dung lượng bù các nút ở bước cuối cùng (loại bỏ ÄQb ở bước tăng trước cho nút k) Trị số ∆Qb tăng thêm ở mỗi bước cần đủ nhỏ, ví dụ lấy ∆Qb = (5÷10) kVar Quá trình dung lượng bù các nút tăng thêm làm giảm dần trị số ∂∆C/∂Qb, do đó thời gian thu hồi vốn Tth tăng lên Quá trình tính toán kết thúc sau một số hữu hạn bước lặp, khi Tth s >Tth đm

3 Bài toán xác định dung lượng bù tối ưu cho một số ít nút đã chọn

Thực hiện bài toán theo mục b) có thể xảy ra trường hợp chương trình kết thúc với dung lượng bù các nút đều bằng 0 trong khi có rất nhiều nút đang có hàm hiệu quả õ > 0 và Tth < Tth đm Đó là vì tồn tại ngay từ đầu một nút có Tth > Tth đm Như vậy để thực hiện bài toán b) cần loại trừ trước các nút có õ < 0 và các nút có

Tth > Tth đm (không đưa vào vòng lặp) Cách làm này là hợp lý bởi các nút có hiệu quả âm hoặc kém hiệu quả không nên đặt bù, nhưng đặt vào các nút khác lúc đó vẫn có hiệu quả

Các bước thực hiện như sau:

- Xác định hiệu quả bù cho tất cả các nút, thực chất là tính biểu thức (4) ứng với dung lượng hiện tại của các dung lượng bù Chọn N nút có hiệu quả bù cao nhất

- Thực hiện giải bài toán như trong trường hợp a) nhưng chỉ xét trong phạm vi N nút đã chọn

1.5.4.4 Ảnh hưởng của biểu đồ phụ tải đến giá trị bù tối ưu

Xét lưới truyền tải trên hình 2.2 sau:

Qbù(kVAr)

U

Hình 1.12 (a) Lưới truyền tải có một phụ tải

Công suất phản kháng yêu cầu cực đại là Qmax công suất bù là Qbù, đồ thị thời gian kéo dài của công suất phản kháng yêu cầu là q(t), đồ thị thời gian kéo dài của

công suất phản kháng sau khi bù là qb(t) = q(t) - Qbù

Trên hình 1.14 (b) có qb1(t) ứng với Qbù = Qmin

Trên hình 1.14 (c) có qb2(t) ứng với Qbù = Qtb

Trên hình 1.14 (d) có qb3(t) ứng với Qbù = Qmax