Với mục tiêu đem lại sản phẩm có chất lượng tốt nhất đến cho khách hàng đồng thời đảm bảo được hiệu quả kinh tế cao nhất, nghành điện đã thực hiện nhiều giải pháp đồng bộ trong đó việc giảm tổn thất trên lưới điện và đảm bảo điện áp tại các nút trong lưới điện đã trở thành một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu. Do vậy, việc nghiên cứu, tính toán phương thức vận hành tối ưu, nâng cao chất lượng cung cấp điện và hiệu quả kinh tế trong vận hành là một việc làm cần thiết.
Trang 1LÊ THANH GIANG
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN GIA LỘC
Trang 2i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này
là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào
Tôi cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc
Hải Dương, ngày 25 tháng 6 năm2015
Người cam đoan
Lê Thanh Giang
Trang 3ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi
DANH MỤC CÁC BẢNG viii
1 Lý do chọn đề tài 1
2 Nhiệm vụ nghiên cứu 2
3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2
4 Phương pháp nghiên cứu 2
5 Giả thuyết khoa học 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN GIA LỘC 4
1.1 Tổng quát về lưới điện phân phối 4
1.1.1 Khái niệm chung………………… 4
1.1.2 Đặc điểm cấu trúc của lưới phân phối 4
1.1.3 Các đặc trưng của lưới điện trung áp Việt Nam 7
1.2 Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội của huyện Gia Lộc 8
1.2.1.Vị trí địa lý 8
1.2.2.Dân số 9
1.2.3.Địa hình 10
1.2.4.Khí hậu, thuỷ văn 11
1.2.5.Tài nguyên thiên nhiên 11
1.2.6 Kinh tế - xã hội 12
1.3 Hiện trạng lưới điện huyện Gia Lộc 12
1.3.1 Các trạm biến áp và tụ bù trung thế 12
1.3.2 Các đường dây 14
1.3.3 Tổn thất điện năng trên lưới điện Gia Lộc 15
1.4 Kết luận 17
Trang 4iii
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP 19
2.1 Lý thuyết về tổn thất trong lưới phân phối 19
2.1.1 Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên đường dây tải điện 19
2.1.1.1 Tổn thất công suất trên đường dây 19
2.1.1.2 Tổn thất điện năng trên đường dây 20
2.1.2 Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong máy biến áp 21
2.1.2 1.Tổn thất công suất trong MBA 22
2.1.2.2 Tổn thất điện năng trong MBA 23
2.2 Các biện pháp giảm tổn thất điện năng (TTĐN) trong lưới phân phối 23
2.2.1 Bù công suất phản kháng 25
2.2.1.1 Mục tiêu và lợi ích bù công suất phản kháng 25
2.2.1.2 Các phương pháp bù công suất phản kháng lưới điện phân phối 27
2.2.1.3.Tính toán dung lượng bù công suất phản kháng [5] 29
2.2.2 Tái cấu trúc lưới điện 57
2.2.2.1 Giải thuật tìm kiếm Heuristic kết hợp với giải thuật tối ưu-Kỹ thuật vòng kín 58
2.2.2.2 Giải thuật của Civanlar và các cộng sự - Kỹ thuật đổi nhánh 60
2.2.2.3 Giải thuật nhân tạo tái cấu trúc lưới điện 62
2.3 Kết luận 72
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU NHẰM GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CHO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 35KV HUYỆN GIA LỘC SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT 73
3.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT sử dụng trong tính toán lưới điện phân phối73 3.1.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT 73
3.1.2 Các chức năng và ứng dụng của phần mềm 74
3.1.3 Các module tính toán của PSS/ADEPT 74
3.1.3.1 Module CAPO – Xác định vị trí bù tối ưu 75
3.1.3.2 Module Topo – Xác định điểm dừng tối ưu 81
Trang 5iv
3.1.4 Cách thức tạo sơ đồ và thiết lập các thông số lưới điện trung áp trong
PSS/ADEPT 82
3.1.5 Xây dựng cơ sở dữ liệu cho phần mềm PSS/ADEPT 83
3.1.5.1 Cơ sở dữ liệu dây dẫn 83
3.1.5.2 Cơ sở dữ liệu máy biến áp 84
3.1.5.3 Cơ sở dữ liệu phụ tải 84
3.2 Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT tìm điểm mở tối ưu và bù tối ưu công suất phản kháng đối với lưới điện phân phối huyện Gia Lộc 85
3.2.1 Cách xây dựng dữ liệu 85
3.2.1.1 Thu thập dữ liệu 85
3.2.1.2 Xây dựng hệ số đồ thị đối với từng đường dây trung thế 85
3.2.1.3 Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải đặc trưng 86
3.2.1.4 Phương pháp sử dụng hệ số đồng thời với phụ tải 87
3.2.2 Tính toán áp dụng cho phương thức hiện tại bằng module Load flow89 3.2.2.1 Phương thức vận hành hiện tại của lưới điện Gia Lộc 89
3.2.2.2 Tính toán các thông số lưới điện bằng module Loadflow 93
3.2.3 Tính toán bù tối ưu công suất phản kháng 99
3.2.3.1 Nhập tham số kinh tế cho bài toán xác định vị trí bù tối ưu của phần mềm PSS/ADEPT 99
3.2.3.2.Thực hiện tính toán bù tối ưu đối với lưới điện Gia Lộc 104
3.2.4 Tính toán điểm mở tối ưu 109
3.3 Kết luận 112
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 115
Trang 6v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Diễn giải
CSTD Công suất tác dụng
CSPK Công suất phản kháng
LĐPP Lưới điện phân phối
PSS/ADEPT Power System Simulato/Advanced Distribution
Engineering Productivity Tool TOPO Tối ưu hóa kết lưới
CAPO Tối ưu hóa vị trí đặt tụ điện cố định và điều chỉnh
Trang 7vi
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Lưới phân phối hình tia không phân đoạn 5
Hình 1 2: Lưới phân phối hình tia có phân đoạn 5
Hình 1 3: Lưới điện kín vận hành hở 5
Hình 1.4: Lưới điện kiểu đường trục 6
Hình 1.5: Lưới có đường dây dự phòng chung 6
Hình 1.6: Bản đồ hành chính huyện Gia Lộc 9
Hình 2 1: Sơ đồ thay thế của đường dây 35kV 19
Hình 2 2: Sơ đồ MBA 2 cuộn dây 21
Hình 2 3: Sơ đồ thay thế MBA 2 cuộn dây 22
Hình 2 4: Sơ đồ mô tả tính toán bù CSPK 30
Hình 2 5: Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia 31
Hình 2 6: Phân phối dung lượng bù trong mạng phân nhánh 32
Hình 2 7: Sơ đồ mạng điện để điều chỉnh điện áp 32
Hình 2 8: Sơ đồ mạng điện có phân nhánh 35
Hình 2 9: Mạng điện có đặt bù tụ điện tại hai trạm biến áp Tb và Tc 36
Hình 2 10: Điều chỉnh điện áp trong mạng điện kín bằng tụ điện 38
Hình 2.11: Sơ đồ mạng điện 1 phụ tải 39
Hình 2 12: Đồ thị phụ tải phản kháng năm 43
Hình 2 13 Đường dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung 46
Hình 2 14 Đường dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung có một bộ tụ 48
Hình 2 15 Các đường biểu thị độ giảm tổn thất công suất ứng với các độ bù và các vị trí trên đường dây có phụ tải phân bố đều ( = 0) 50
Hình 2 16 Đường dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung có hai bộ tụ bù 51 Hình 2 17: So sánh độ giảm tổn thất đạt được khi số tụ bù n = 1,2,3 và trên đường dây có phụ tải phân bố đều (λ = 0) 53
Hình 2 18 Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa chi phí tiết kiệm theo công suất bù 56
Trang 8vii
Hình 2 19: Mối quan hệ giữa Cosφ và lượng chi phí tiết kiệm được 56
Hình 2 20 Sơ đồ thuật toán giải thuật Heuristic kết hợp tối ưu hóa tái cấu trúc lưới điện 59
Hình 2 21 Sơ đồ thuật toán của Civanlar và các cộng sự 60
Hình 2 22.Sơ đồ thuật toán tạo ra cá thể trong quần thể 64
Hình 2 23.Sơ đồ thuật toán gen di truyền cho bài toán tái cấu trúc lưới 65
Hình 2 24.Sơ đồ thuật toán giải thuật kiến áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối 68
Hình 2 25.Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn 71
Hình 3 1.Sơ đồ áp dụng triển khai PSS/ADEPT 74
Hình 3 2 Biểu đồ dòng tiền tệ giả định 76
Hình 3 3: Sơ đồ lưới điện gia lộc 2015 90
Hình 3 4 Đồ thị phụ tải ngày điển hình lộ 378E8.1[10] 91
Hình 3 5 Đồ thị phụ tải ngày điển hình lộ 373E8.7[10] 91
Hình 3 6 Đồ thị phụ tải ngày điển hình lộ 377E8.14[10] 92
Hình 3 7 Sơ đồ lộ 377E8.14 – CD Phương Hưng, CD Viện Cây thiết lập trong phần mềm PSS/ADEPT 94
Hình 3 8 Các tham số kinh tế trong CAPO 103
Hình 3 9 Các tham số tùy chọn của tụ bù thiết lập trong tính toán CAPO 104
Hình 3 10 Mối liên hệ giữa dung lượng các bộ tụ lắp trên lưới và số tiền tiết kiệm được 108
Trang 9viii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1 1 Diện tích và dân số huyện Gia Lộc 9
Bảng 1 2 Thống kê các trạm biến áp thuộc Điện lực Gia Lộc quản lý 13
Bảng 1 3 Hiện trạng tụ bù trung thế Gia Lộc 14
Bảng 1 4 Thống kê khối lượng đường dây đang quản lý vận hành thuộc Điện lực Gia Lộc 14
Bảng 1 5 Tỷ lệ tổn thất trên lưới điện trung áp Gia Lộc 16
Bảng 3 1 Số liệu tính toán phụ tải đường dây 377E8.14 – CD Phương Hưng, CD Viện Cây 88
Bảng 3 2 Tham số các chế độ phụ tải của các lộ đường dây 93
Bảng 3 3 Dòng công suất và tổn thất công suất trên lộ 377E8.14- CD Phương Hưng, CD Viện Cây 95
Bảng 3 4 Tổn thất trên lưới điện Gia Lộc theo phương thức vận hành hiện tại 99
Bảng 3 5 Các tham số kinh tế thiết lập cho thuật toán CAPO 100
Bảng 3 6 Các tham số kinh tế thiết lập cho thuật toán CAPO 102
Bảng 3 7 Vị trí và dung lượng bù cố định 105
Bảng 3 8 Vị trí và dung lượng bù ứng động 105
Bảng 3 9 So sánh tổn thất trên lưới điện Gia Lộc sau khi bù tối ưu 106
Bảng 3 10: So sánh tổn thất và lượng tiền tiết kiệm được trong trường hợp lưới có 5 bộ tụ và khi lưới không có 5 bộ tụ được bù tối ưu 106
Bảng 3.11 Thông số khi tiến hành bù với các bộ tụ dung lượng 100kVAr 107
Bảng 3 12 Thông số khi tiến hành bù với các bộ tụ dung lượng 150kVAr 107
Bảng 3 13: Thông số khi tiến hành bù với các bộ tụ dung lượng 300kVAr 107
Bảng 3 14 Thông số khi tiến hành bù với các bộ tụ dung lượng 600kVAr 108
Bảng 3 15 Tổn thất lưới điện Gia Lộc theo phương thức vận hành mới 110
Bảng 3 16.So sánh kết quả tính toán bằng TOPO với thực tế hiện tại 111
Trang 101
MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài
Sự phát triển nhanh của kinh tế đòi hỏi sự phát triển của hệ thống điện phải
đi trước một bước Hiện tại tốc độ tăng trưởng phụ tải hàng năm luôn ở mức cao, các phụ tải công nghiệp phát triển mạnh đòi hỏi chất lượng điện năng ngày càng cao
Với mục tiêu đem lại sản phẩm có chất lượng tốt nhất đến cho khách hàng đồng thời đảm bảo được hiệu quả kinh tế cao nhất, nghành điện đã thực hiện nhiều giải pháp đồng bộ trong đó việc giảm tổn thất trên lưới điện và đảm bảo điện áp tại các nút trong lưới điện đã trở thành một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu
Do vậy, việc nghiên cứu, tính toán phương thức vận hành tối ưu, nâng cao chất lượng cung cấp điện và hiệu quả kinh tế trong vận hành là một việc làm cần thiết
Trong những năm qua, công tác vận hành lưới điện trên địa bàn huyện Gia Lộc chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, việc tính toán các phương thức vận hành bằng các phần mềm chuyên dụng chưa được coi trọng dẫn đến chưa có được phương thức vận hành tối ưu, tổn thất điện năng còn cao và chất lượng điện năng còn thấp Nhưng kể từ năm 2013, thực hiện chủ trương của Tổng công ty Điện lực Miền Bắc, Công ty TNHH MTV Điện lực Hải Dương, Điện lực Gia Lộc đã đặc biệt quan tâm đến vấn đề chất lượng cung cấp điện cho các khác hàng thông qua việc đảm bảo chất lượng điện năng, giảm tổn thất trên lưới và nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện
Với mục tiêu trong năm 2015 giảm tổn thất lưới trung áp 35kV xuống còn 5,2%, mục đích nghiên cứu của luận văn là tìm hiểu các biện pháp giảm tổn thất điện năng kỹ thuật, đánh giá sơ bộ hiện trạng lưới điện phân phối huyện Gia Lộc, trình bày giải pháp sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán, phân tích và đánh giá nhằm chọn ra phương thức vận hành tối ưu cho LĐPP huyện Gia Lộc hiện tại, nghiên cứu bù tối ưu để nâng cao hơn nữa chất lượng điện năng và giảm tới mức tối
ưu tổn thất điện năng trên lưới Từ đó đưa ra một số giải pháp khắc phục các tồn tại
để hoàn thiện hơn nữa kết dây của hệ thống nhằm đảm bảo lưới điện vận hành tin
Trang 112
cậy và linh hoạt, nâng cao được chất lượng điện năng, đặc biệt là giảm thiểu được tổn thất điện năng trên lưới điện
2 Nhiệm vụ nghiên cứu
+ Tìm hiểu các biện pháp giảm tổn thất điện năng kỹ thuật trong lưới phân
phối trung áp 35kV + Đề xuất một số giải pháp để hoàn thiện sơ đồ kết dây hiện tại nhằm nâng cao chất lượng phục vụ và tính linh hoạt của lưới điện phân phối huyện Gia Lộc
3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
+ Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện phân phối của huyện Gia Lộc
- Tỉnh Hải Dương
+ Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá sơ bộ độ tin cậy của phần mềm PSS/ADEPT qua đó áp dụng vào tính toán và phân tích các phương thức vận hành của lưới điện phân phối huyện Gia Lộc Từ đó chọn ra phương thức vận hành tối
ưu, tính toán bù công suất phản kháng, đề ra một số giải pháp nhằm hoàn thiện phương thức kết dây hiện tại
4 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tra cứu, hồi cứu tổng hợp tài liệu, số liệu, biên tập các tài liệu nhằm kế thừa các kết quả của các công trình nghiên cứu đã được triển khai, phục vụ việc nghiên cứu tổng quan
Ứng dụng phần mềm nhằm tính toán phương thức vận hành tối ưu cho lưới điện phân phối huyện Gia Lộc - Tỉnh Hải Dương, tham khảo ý kiến đóng góp của các chuyên gia, người hướng dẫn khoa học
Trang 123
5 Giả thuyết khoa học
Sau khi đề tài nghiên cứu hoàn thành sẽ góp phần tìm ra được phương thức vận hành tối ưu cho lưới điện Gia Lộc
Đề tài nghiên cứu tính toán được giải pháp tối ưu, áp dụng cho một lưới cụ thể, có thể áp dụng được với một số lưới điện khác mà không mất nhiều thời gian nghiên cứu
Trang 134
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN GIA LỘC 1.1 Tổng quát về lưới điện phân phối
1.1.1 Khái niệm chung
Lưới điện phân phối là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm biến áp trung gian đến cho các phụ tải Lưới phân phối nói chung gồm 2 thành phần đó là lưới phân phối điện trung áp 6-35kV và lưới phân phối điện hạ áp 380/220 V hay 220/110 V
Lưới điện phân phối đặc biệt quan trọng với hệ thống điện và mang nhiều đặc điểm đặc trưng như:
- Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện cho các phụ tải
- Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố Mỗi sự cố trên lưới phân phối đều có ảnh hưởng rất lớn đến sinh hoạt, các hoạt động kinh tế xã hội
- Đầu tư xây dựng sử dụng tỉ lệ vốn lớn
- Tỉ lệ tổn thất điện năng rất lớn: có khoảng (40÷50) % tổn thất xảy ra trên lưới phân phối
- Lưới phân phối trực tiếp cung cấp điện cho các thiết bị điện nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ, công suất và hiệu quả của các thiết bị điện
1.1.2 Đặc điểm cấu trúc của lưới phân phối
Lưới phân phối bao gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp Lưới phân phối trung áp có cấp điện áp trung bình từ 6-35 kV, đưa điện năng
từ các trạm trung gian tới các trạm phân phối hạ áp Lưới phân phối hạ áp có cấp điện
áp 380/220 V hay 220/110 V cấp điện trưc tiếp đến các hộ tiêu thụ
Nhiệm vụ của lưới điện phân phối là cấp điện cho phụ tải với chất lượng điện năng trong giới hạn cho phép tức là đảm bảo để các phụ tải hoạt động đúng với các thông số yêu cầu đề ra Một số sơ đồ cơ sở cho lưới trung áp là:
a) Lưới phân phối hình tia không phân đoạn được thể hiện ở Hình 1.1 Đặc điểm của nó là đơn giản rẻ tiền nhưng độ tin cậy thấp, không đáp ứng được nhu cầu của các phụ tải quan trọng
Trang 145
Hình 1.1: Lưới phân phối hình tia không phân đoạn b) Lưới phân phối hình tia có phân đoạn Hình 1-2 là sơ đồ điển hình của lưới phân phối hình tia có phân đoạn Được chia làm nhiều đoạn nhờ thiết bị phân đoạn là các dao cách ly, cầu dao phụ tải, hay máy cắt phân đoạn Các thiết bị này có thể thao tác tại chỗ hoặc điều khiển từ xa Lưới này có độ tin cậy cao hay thấp phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn và thiết bị điều khiển chúng
Hình1 2: Lưới phân phối hình tia có phân đoạn c) Lưới điện kín vận hành hở Hình 1.3, thể hiện lưới này có cấu trúc vận hành kín hoặc hai nguồn, có các thiết bị phân đoạn trong mạch vòng Bình thường lưới vận hành hở, khi có sự cố hoặc sửa chữa đường dây người ta sử dụng các thiết
bị đóng cắt để điều chỉnh cấp điện, lúc đó phân đoạn sửa chữa bị mất điện, các phân đoạn còn lại vẫn cấp điện bình thường
Hình 1 3: Lưới điện kín vận hành hở
(9)
MC (1) 1 (2) 2 (3) 3 (4) 4 (5) 5
Trang 156
Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở có độ tin cậy cao hơn các sơ đồ trước Về mặt nguyên tắc lưới có thể vận hành kín song đòi hỏi thiết bị bảo vệ, điều khiển phải đắt tiền và hoạt động chính xác Vận hành lưới hở đơn giản và kinh tế hơn
d) Lưới điện kiểu đường trục Hình 1.4 thể hiện sơ đồ lưới điện kiểu đường trục Sơ đồ này cấp điện cho một trạm cắt hay trạm biến áp, từ đó có các đường dây cấp điện cho phụ tải hoặc các trạm biến áp khác Trên các đường dây cấp điện không
có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy cao Thường dùng cấp điện cho các xí nghiệp hoặc nhóm phụ tải xa nguồn có yêu cầu công suất lớn
Hình 1.4: Lưới điện kiểu đường trục e) Lưới điện có đường dây dự phòng chung Hình 1.5 thể hiện lưới có đường dây dự phòng chung Có nhiều đường dây phân phối được dự phòng chung bởi một đường dây dự phòng Lưới điện này có độ tin cậy cao và rẻ tiền hơn kiểu một đường dây dự phòng cho 1 đường dây Loại này được dùng tiện lợi cho lưới điện cáp ngầm
Hình 1.5: Lưới có đường dây dự phòng chung
Trang 167
1.1.3 Các đặc trưng của lưới điện trung áp Việt Nam
Lưới điện trung áp Việt Nam tồn tại khá nhiều cấp điện áp Sự tồn tại nhiều cấp điện áp buộc phải sử dụng nhiều loại thiết bị có xuất xứ khác nhau, điều đó gây trở ngại trong vận hành và khó thiết lập được chế độ làm việc kinh tế, ngoài ra quá trình cải tạo và quy hoạch cũng gặp trở ngại do thiếu các chỉ tiêu, định mức hợp lý dẫn đến thiếu chính xác trong dự báo, lựa chọn thiết bị, lãng phí vốn đầu tư dẫn đến tăng tổn thất công suất và giảm chất lượng điện năng
Một số đặc trưng của lưới điện phân phối: Lưới điện phân phối có đặc điểm
về thiết kế và vận hành khác với lưới truyền tải đó là cung cấp điện trực tiếp đến người sử dụng, ngoài ra còn có những đặc điểm sau:
- Lưới điện phân phối trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng và có tổn thất lớn hơn, kinh nghiệm vận hành của các nước trên thế giới cho thấy tổn thất lớn nhất trên lưới phân phối vào khoảng 4%, trong khi trên lưới truyền tải khoảng 2%
- Lưới điện phân phối thường có kết dây hình tia hoặc mạch vòng trong cùng một TBA nguồn hoặc với nhiều TBA nguồn với nhau Tuy có liên kết mạch vòng nhưng hầu hết lưới điện phân phối trung áp đều vận hành hở dẫn đến tổn thất công suất và chất lượng điện kém hơn so với vận hành kín, nhưng nó có nhiều ưu điểm như : đầu tư lưới điện rẻ hơn, yêu cầu của các thiết bị bảo vệ đơn giản, phạm vi mất điện không mở rộng
Đặc điểm chính của hệ thống lưới phân phối là cung cấp điện trực tiếp đến người sử dụng Vì vậy để đảm bảo chất lượng điện năng thì việc nghiên cứu, thiết
kế hệ thống lưới điện phân phối hết sức quan trọng
Hệ thống phân phối điện năng được xây dựng và lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ Khi thiết kế lắp đặt lưới điện phân phối phải đảm bảo các chỉ tiêu sau:
An toàn cho lưới điện và con người
Chi phí xây dựng lưới điện là kinh tế nhất
Đảm bảo ít gây ra mất điện nhất, bằng các biện pháp cụ thể như có thể có nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có mạch vòng liên lạc…
Trang 178
Lưới điện phân phối vận hành dễ dàng, linh hoạt và phù hợp với quy hoạch phát triển lưới điện trong tương lai
Đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật và chất lượng điện năng
Đảm bảo chi phí duy tu, bảo dưỡng là nhỏ nhất
Khi phát triển lưới điện phân phối, đặc biệt ở các thành phố lớn có mật độ phụ tải cao đòi hỏi độ tin cậy, ngoài các đường dây trên không, Việt Nam còn đang
sử dụng hệ thống đường cáp ngầm Tùy theo yêu cầu, hệ thống lưới điện phân phối được thiết kế sao cho đảm bảo các chỉ tiêu ở mức thích hợp Khi sự cố xảy ra, các thiết bị bảo vệ phải có đủ khả năng giải trừ sự cố nhanh, tin cậy, tránh thiệt hại và tránh lan truyền sự cố Đồng thời cũng phải có thiết bị tự động đóng lại nhằm khôi phục lại sự hoạt động của hệ thống khi có sự cố thoáng qua Do điều kiện lịch sử,
lưới điện phân phối Việt Nam bao gồm nhiều cấp điện áp khác nhau [1]
Lưới 35 kV: có mặt toàn quốc, đặc biệt là khu vực miền Bắc, trừ khu vực TP
Hồ Chí Minh, với tỷ trọng tương ứng Miền Bắc (87,9%), Miền Trung (9,3%), Miền Nam (2,8%)
Lưới 22 kV: có mặt trên cả nước và ngày càng mở rộng Tỷ trọng của lưới này ở mỗi địa phương là khác nhau
Lưới 15 kV: chủ yếu tập trung ở Miền Nam (82,4%) và Miền Trung (15,6%) Lưới 10 kV: chủ yếu tập trung ở Miền Bắc (74,8%) và Miền Trung (25,2%) Lưới 6 kV: chủ yếu tập trung ở Miền Bắc (92,8%) và Miền Trung (7,2%) Nói chung lưới điện trung áp Việt Nam trước đây và hiện nay vẫn có tính phân hóa vùng miền Tuy nhiên, với việc tiêu chuẩn hóa lưới điện trung áp cấp 22
kV trong những năm gần đây, lưới điện trung áp Việt Nam đang từng bước cải tạo
Trang 189
Tổng diện tích đất tự nhiên của huyện là 112 km2
Hình 1.6: Bản đồ hành chính huyện Gia Lộc
1.2.2.Dân số
Dân số huyện Gia Lộc năm 2013 là 147.332 người
Bảng 1 1 Diện tích và dân số huyện Gia Lộc
2013(người)
Mật độ (người/km2
TP Hải Dương Huyện Cẩm
Giàng
Trang 2011
trũng xen kẽ nhau, nghiêng dần từ Bắc xuống Đông Nam, gây khó khăn cho việc thủy lợi, cơ giới hóa
Đất đai Gia Lộc được hình thành do sự bồi tụ phù sa của hệ thống sông Hồng
và sông Thái Bình theo hình thức pha trộn (đặc biệt địa hình phía Tây Nam), nhưng chủ yếu vẫn mang phù sa của sông Thái Bình
1.2.4.Khí hậu, thuỷ văn
Cũng như các huyện đồng bằng Bắc Bộ, khí hậu Gia Lộc cũng mang tính chất nhiệt đới gió mùa mùa hè nóng mưa nhiều và kèm theo bão, mùa đông lạnh và khô hanh, cuối mùa đông có mưa phùn
Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 23oC đến 24oC, nhiệt độ cao nhất vào tháng
6, tháng 7 khoảng trên 30oC
, có khi lên tới 36oC – 37oC, tháng lạnh nhất là tháng 12, tháng 1 nhiệt độ xuống dưới 10oC, có ngày xuống tới 6oC – 7oC, độ ẩm không khí cao trung bình hàng năm khoảng 85%, tháng cao nhất (tháng 12) là 90% và tháng thấp nhất là 70% (tháng 7) Lượng mưa trung bình hàng năm đạt 1.600 – 1.700mm/năm, không đều trong cả năm
1.2.5.Tài nguyên thiên nhiên
Đất đai Gia Lộc được hình thành từ rất lâu đời do sự bồi đắp lắng phù sa của sông Hồng và sông Thái Bình Đất có thành phần cơ giới nặng, chua và nghèo chất dinh dưỡng, đặc biệt là nghèo lân và kali Nhiều năm qua, nhân dân trong huyện đã chú ý đầu tư áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật tiên tiến, cải tạo làm giàu thêm cho đất, trong đó đất nông nghiệp chiếm 66,8%, đất chuyên dùng 19,3%, đất dân cư 7,4%, đất chưa sử dụng 6,5%
Dân cư huyện chủ yếu sống ở nông thôn, làm nghề nông nghiệp và chăn nuôi gia súc Dân số nông nghiệp năm 2013 chiếm 86% tổng số dân toàn huyện Gia Lộc nổi tiếng là vùng chuyên canh rau màu của toàn tỉnh Hải Dương
Trang 2112
1.2.6 Kinh tế - xã hội
Cơ cấu kinh tế của huyện Gia Lộc chủ yếu là nông nghiệp với tỷ lệ trồng trọt chiếm 60,2%, chăn nuôi thủy sản chiếm 30% và dịch vụ nông nghiệp 8,8% giá trị toàn nghành Công nghiệp của Gia Lộc chủ yếu là công nghiệp nhẹ, toàn huyện duy trì ổn định hoạt động sản xuất của trên 200 doanh nghiệp, Công ty TNHH, Xí nghiệp, hợp tác xã TTCN và gần 4.000 hộ sản xuất TTCN trên địa bàn, thu hút trên 14.000 lao động, tập trung chủ yếu vào lĩnh vực sản xuất và chế biến nông sản xuất khẩu, vật liệu xây dựng và các sản phẩm may mặc
Trong năm 2014, tổng giá trị sản xuất theo giá thực tế tăng 416,6 tỷ đồng, trong đó ngành nông nghiệp tăng 33 tỷ đồng, công nghiệp – xây dựng tăng 256 tỷ đồng, dịch vụ tăng 127,6 tỷ đồng (đều so với năm 2013) [2], hoạt động tín dụng ngân hàng tiếp tục ổn định, thu chi ngân sách có nhiều cố gắng
Cho đến năm hết năm 2014, Công ty TNHH MTV Điện lực Hải Dương đã
cơ bản tiếp nhận toàn bộ lưới điện hạ áp của huyện Gia Lộc, phục vụ bán điện trực tiếp cho toàn bộ nhân dân và doanh nghiệp trong huyện
Hoạt động thương mại, vận tải kho bãi, bưu chính, viễn thông và các dịch vụ phục vụ cá nhân, cộng đồng tiếp tục ổn định và phát triển, đáp ứng cơ bản được nhu cầu của nhân dân
1.3 Hiện trạng lưới điện huyện Gia Lộc
Điện Lực Gia Lộc là một trong 12 Điện lực trực thuộc Công ty TNHH MTV Điện lực Hải Dương, chịu trách nhiệm quản lý và kinh doanh bán điện trên toàn bộ địa bàn huyện Gia Lộc Trong năm 2014, Điện lực Gia Lộc đã đáp ứng tốt nhu cầu cung cấp điện cho nhân dân và các doanh nghiệp trên địa bàn huyện
1.3.1 Các trạm biến áp và tụ bù trung thế
Hiện nay Điện lực Gia Lộc đã tiến hành tiếp nhận toàn bộ lưới điện hạ áp nông thôn, tính đến cuối năm 2014, toàn bộ Điện lực Gia Lộc đã quản lý 150 trạm biếp áp cấp điện áp 35/0,4kV và 47 trạm biến áp cấp điện áp 10/0,4kV với tổng công suất đặt là 89.965kVA Ngoài ra Điện lực Gia Lộc còn quản lý 01 trạm biến áp
Trang 22Nguồn: Báo cáo kỹ thuật tháng 12/2014 – Điện lực Gia Lộc
Trong năm 2014, Điện lực Gia Lộc đã làm tốt công tác chống quá tải các TBA cụ thể từ 11 trạm biến áp quá tải trong tháng 01/2014 đã giảm xuống chỉ còn
01 trạm quá tải vào tháng 10/2014 và trong tháng 11 và 12/2014 đã không còn trạm nào quá tải Cũng trong tháng 01/2014, vẫn còn 02 trạm biến áp hoạt động non tải (tỷ lệ nhỏ hơn 30% công suất đặt) đến tháng 4 đã thực hiện luân chuyển thay thế và các tháng cuối 2014 không có trạm biến áp nào non tải
Lưới trung thế Gia Lộc được lắp các tụ bù kỹ thuật, Cosφ trung bình trên toàn lưới điện đạt 0,93 Hiện trạng tụ bù trung thế như sau:
Trang 23Vị trí
Trang 24Nguồn: Báo cáo kỹ thuật tháng 12/2014 – Điện lực Gia Lộc
1.3.3 Tổn thất điện năng trên lưới điện Gia Lộc
Tổn thất điện năng trong lưới phân phối đang là vấn đề được quan tâm hiện nay của toàn bộ nghành điện Sơ bộ thì tổn thất này có thể chia làm 2 loại là tổn thất
kỹ thuật và phi kỹ thuật
Tổn thất kỹ thuật chủ yếu do các yếu tố sau:
Đường dây phân phối quá dài, bán kính cấp điện lớn
Tiết diện dây dẫn quá nhỏ, đường dây bị xuống cấp, không được cải tạo nâng cấp
Máy biến áp phân phối thường xuyên mang tải nặng hoặc quá tải
Máy biến áp là loại có tỷ lệ tổn thất cao hoặc vật liệu lõi từ không tốt dẫn đến sau một thời gian tổn thất tăng lên
Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên máy biến áp Nhiều thành phần sóng hài của các phụ tải công nghiệp tác động vào các cuộn dây máy biến áp làm tăng tổn thất
Vận hành với hệ số Cosφ thấp do thiếu công suất phản kháng
Chưa thực hiện tốt công tác kiểm tra định kỳ, thí nghiệm định kỳ nên không phát hiện các khiếm khuyết trên đường dây và thiết bị
Phương thức cấp điện không phải là kết dây cơ bản, do có sự cố trên các đường dây nên buộc phải chuyển phương thức cấp điện
Trang 2516
Tổn thất phi kỹ thuật, tổn thất thương mại bao gồm các dạng tổn thất sau: Trộm cắp, câu móc điện
Không thanh toán hoặc chậm thanh toán tiền điện
Sai sót thống kê phân loại các hóa đơn khách hàng
Sai sót trong việc ghi chỉ số công tơ hoặc đấu nối sai tỷ số TU, TI
Chưa kịp thời thay thế công tơ định kỳ dẫn đến công tơ bị kẹt, bị cháy hoặc sai số lớn
Trong năm 2014, tổn thất điện năng trên toàn lưới điện 35kV Gia Lộc ước đạt là 5,61% tương ứng với khoảng 6.815.712 kWh[3] So với kế hoạch được giao, Điện lực Gia Lộc đã vượt chỉ tiêu 0,02% Nguyên nhân chính là do đã kịp thời luân chuyển các máy biến áp non tải và kịp thời thay thế các máy biến áp quá tải, đồng thời tích cực cải tạo nâng cấp lưới điện, cân pha, kẹp tải để tránh tình trạng vận hành lệch pha của máy biến áp
Đối với lưới 10kV sau trạm trung gian Gia Lộc có tiết điện dây nhỏ, tổn thất cao, năm 2014 lộ 971 – TG Gia Lộc có tổn thất 11,6% [3], lưới vận hành hình tia, bán kính cấp điện dài và không có khả năng hỗ trợ nguồn khi trạm trung gian bị sự
cố Vấn đề này đặt ra yêu cầu bức thiết phải nhanh chóng chuyển đổi lưới 10kV lên các cấp điện áp cao hơn nhằm đáp ứng kịp thời yêu cầu nâng cao độ tin cậy và chất lượng điện năng
Bảng 1 5 Tỷ lệ tổn thất trên lưới điện trung áp Gia Lộc
Đơn
vị tính
Thực hiện năm 2014
Kế hoạch năm 2015
Kế hoạch năm 2015
So sánh với năm
Trang 2617
Trong năm 2015, Điện lực Gia Lộc đăng ký tỷ lệ tổn thất trên toàn bộ lưới điện là 8,67% trong đó tỷ lệ tổn thất trên lưới 35kV là 5,2%, so với cùng kỳ năm
2014 tỷ lệ tổn thất điện năng trên lưới điện trung áp đăng ký giảm 0,41%[3]
Để thực hiện được điều này cần đòi hỏi thực hiện quyết liệt và đồng bộ các giải pháp từ đầu tư cải tạo lưới điện hạ áp nông thôn, cân pha kẹp tải, thay thế luân chuyển các máy biến áp, thay thế công tơ, giám sát chống câu móc ăn trộm điện, thay thế cải tạo lưới 10kV lên lưới 22kV, 35kV, lắp đặt các tụ bù CSPK, vận hành lưới điện ở chế độ tối ưu…
Căn cứ vào hiện trạng và mục tiêu phấn đấu của toàn điện lực Gia Lộc trong năm 2015 đưa tổn thất điện năng phía 35kV xuống 5,2%, trong khuôn khổ luận văn này, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu các phương thức vận hành tối ưu và bù CSPK nhằm giảm tổn thất điện năng cho lưới điện trung áp 35kV của huyện Gia Lộc, qua
đó có thể đề ra một số kiến nghị về mặt phương thức vận hành và lắp đặt các tụ bù cho Điện lực Gia Lộc nhằm góp phần hoàn thành mục tiêu giảm tổn thất điện năng của toàn Điện lực
+ Sự phức tạp và đa dạng trong các nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng
mà việc giải quyết nó đang là trọng tậm của toàn ngành điện
+ Sự khó khăn trong việc thực hiện các mục tiêu đề ra đối với việc giảm tổn thất điện năng mà mục tiêu phấn đấu trong năm 2015 tổn thất toàn ngành điện giảm còn 8%
Trang 2718
+ Dựa trên hiện trạng và mục tiêu phấn đấu của toàn Điện lực Gia Lộc trong năm 2015 đưa tổn thất phía trung áp 35kV xuống 5,2%, luận văn sẽ tập trung nghiên cứu các phương pháp vận hành tối ưu cho lưới điện trung áp 35kV, qua đó mong muốn đề xuất, tham mưu các giải pháp vận hành tối ưu cho toàn bộ lưới điện 35kV của huyện Gia Lộc
Trang 2819
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP 2.1 Lý thuyết về tổn thất trong lưới phân phối
Vấn đề tổn thất trên lưới điện phân phối liên quan chặt 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 hành của lưới điện phân phối
Khi hệ thống điện vận hành, xảy ra các hiện tượng tổn thất sau:
+ Tổn thất điện áp trên đường dây và máy biến áp
+ Tổn thất công suất trên lưới
+ Tổn thất điện năng trên lưới
Sau đây chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu về tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới điện
2.1.1 Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên đường dây tải điện
Xét đường dây 3 pha trên không 35kV (bỏ qua dung dẫn của đường dây) phụ tải đối xứng, dòng điện các pha bằng nhau và có góc lệch pha cùng với điện áp, khi
đó cho phép chúng ta nghiên cứu mô hình mạng 3 pha theo mô hình mạng 1 pha Xét đường dây có nút đầu là 1, nút cuối là 2 có sơ đồ thay thế như hình vẽ
Hình 2 1: Sơ đồ thay thế của đường dây 35kV
2.1.1.1 Tổn thất công suất trên đường dây
Tổn thất công suất trên đường dây bao gồm tổn thất công suất tác dụng và tổn thất công suất phản kháng xảy ra trên điện trở và cảm kháng của đường dây
Tổn thất công suất tác dụng trên 1 pha đường dây là:
Trang 2912 2 2 '
∆ = ∆P12 + ∆Q12 = 2
2
12 2 2 '
Đối với công suất phản kháng, do có công suất do điện dung sinh ra nên công suất đưa vào đầu đường dây có thể nhỏ hơn công suất yêu cầu của phụ tải
2.1.1.2 Tổn thất điện năng trên đường dây
Nếu phụ tải của đường dây không thay đổi và xác định được tổn thất công suất tác dụng trên đường dây là ∆P, khi đó tổn thất điện năng trong thời gian t sẽ được tính bởi công thức:
∆A = ∆P.t (kWh) Tuy nhiên, trong thực tế tính toán, phụ tải của đường dây luôn luôn biến thiên theo thời gian nên việc tính toán tổn hao công suất như trên không hề đơn giản và không chính xác Khi đó ta phải biểu diễn gần đúng đường cong i(t), và S(t) dưới dạng bậc thang hoá để tính toán tổn thất năng lượng với điện áp định mức
Từ biểu thức:
dΔA = 3i2.R.dt, ta có:
Trang 3021
dtU
QPRdt(t)U
(t)SRdt3RiΔA
t
0
2 t
2 (t) 2 (t) t
0 2
2 t
R
1
2 i 2 i n
1
2 H
2 i 2 H
Trong đó:
i(t): dòng điện qua phụ tải thay đổi theo thời gian
S(t): công suất toàn phần của phụ tải thay đổi theo thời gian
P(t): Công suất tác dụng của phụ tải thay đổi theo thời gian
Q(t): công suất phản kháng của phụ tải thay đổi theo thời gian
Một khó khăn tương tự là trong tính toán thường không biết đồ thị P(t), Q(t)
Để tính hao tổn năng lượng ta phải dùng phương pháp gần đúng dựa theo một số khái niệm quy ước như thời gian sử dụng phụ tải cực đại (Tmax), thời gian hao tổn công suất cực đại (τ) và dòng điện trung bình bình phương (Itbbp) Ngoài ra còn có thể sử dụng một số phương pháp khác như sử dụng công tơ, tính theo đồ thị phụ tải, theo đặc tính xác suất của phụ tải…
2.1.2 Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong máy biến áp
Xét sơ đồ một máy biến áp 2 cuộn dây như hình vẽ
Hình 2 2: Sơ đồ MBA 2 cuộn dây Trong đó :
’’: Công suất đầu vào MBA
∆ 0: Tổn thất công suất trong MBA
’: Công suất ra khỏi MBA
∆ 0 =∆P0 + j ∆Q0
Trang 3122
Sơ đồ thay thế đơn giản MBA 2 cuộn dây với điện áp phía hạ áp chuyển lên phía cao áp như sau:
Hình 2 3: Sơ đồ thay thế MBA 2 cuộn dây
2.1.2 1.Tổn thất công suất trong MBA
Tổn thất công suất trong MBA bao gồm 2 thành phần phụ thuộc và không phụ thuộc vào phụ tải
Thành phần không phụ thuộc vào phụ tải là tổn thất trong lõi thép của MBA hay còn gọi là tổn thất không tải Tổn thất này không phụ thuộc vào công suất qua MBA mà chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của MBA và được xác định theo số liệu kỹ thuật của MBA:
với Ikt là dòng không tải định mức tính theo phần trăm
Thành phần tổn thất thứ 2 phụ thuộc vào công suất truyền qua MBA, là tổn thất trên điện trở cuộn dây MBA hay còn gọi là tổn thất ngắn mạch và được xác định như sau:
∆PB = 3I2Rb = 2
2 2
Trang 3223
∆ B = ∆PB + j.∆QB = 2
2 2
2.1.2.2 Tổn thất điện năng trong MBA
Dựa theo tổn thất công suất thì tổn thất điện năng trong MBA cũng chia làm
2 phần:
+ Tổn thất điện năng không tải – tổn thất điện năng trong lõi thép: được xác định theo tổn thất công suất không tải và thời gian làm việc của MBA
+ Tổn thất điện năng trong cuộn dây của MBA: Phụ thuộc vào tải của MBA
và được xác định theo đồ thị phụ tải Nếu công suất MBA có đồ thị như phụ tải thì dùng Tmax để tính thời gian hao tổn công suất cực đại
Tổn thất điện năng 1 năm tính theo là:
∆AB = ∆ABkt + ∆ABcd = ∆P0 Tb + ∆PN. max 2
Sdm
S (2.8) Trong đó Tb là thời gian vận hành 1 năm của MBA ≈ 8500 – 8760h
Smax là phụ tải cực đại 1 năm của MBA
2.2 Các biện pháp giảm tổn thất điện năng (TTĐN) trong lưới phân phối
Giảm tổn thất, nâng cao chất lượng điện năng hiện nay đang là mục tiêu trọng tâm của toàn bộ ngành điện Vấn đề này chịu tác động của rất nhiều yếu tố đòi hỏi phải thực hiện đồng bộ các giải pháp Tổng công ty Điện lực Miền Bắc trong những năm gần đây luôn yêu cầu các công ty Điện lực thành viên phải chú trọng thực hiện một số giải pháp chính như sau:
+ Không để quá tải đường dây, máy biến áp, thường xuyên theo dõi các thông số vận hành lưới điện, tình hình tăng trưởng phụ tải để có kế hoạch vận hành,
Trang 33+ Đảm bảo vận hành phương thức tối ưu: Thường xuyên tính toán kiểm tra đảm bảo phương thức vận hành tối ưu trên lưới điện Đảm bảo duy trì điện áp trong giới hạn cao cho phép theo quy định hiện hành và khả năng chịu đựng của thiết bị
+ Theo dõi thường xuyên Cosφ các nút trên lưới điện, tính toán vị trí và dung lượng lắp đặt tụ bù tối ưu để quyết định lắp đặt, hoán chuyển và vận hành hợp lý các bộ tụ trên lưới nhằm giảm tổn thất điện năng
+ Kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện ở tình trạng vận hành tốt Thực hiện kiểm tra bảo dưỡng lưới điện đảm bảo các tiêu chuẩt kỹ thuật vận hành Hành lang lưới điện, tiếp địa, mối tiếp xúc, cách điện của đường dây, thiết bị… Không để các mối nối, tiếp xúc (trên dây dẫn, cáp, đầu cực thiết bị v.v ) tiếp xúc không tốt gây phát nóng dẫn đến tăng TTĐN
+ Thực hiện tốt công tác quản lý kỹ thuật vận hành ngăn ngừa sự cố: Đảm bảo lưới điện không bị sự cố để duy trì kết dây cơ bản có TTĐN thấp
+ Thực hiện vận hành kinh tế máy biến áp: Đối với các khách hàng có TBA chuyên dùng mà tính chất của phụ tải hoạt động theo mùa vụ, đơn vị kinh doanh bán điện phải vận động, thuyết phục khách hàng lắp đặt thêm MBA có công suất nhỏ riêng phù hợp phục vụ cho nhu cầu này hoặc cấp bằng nguồn điện hạ thế khu vực nếu có điều kiện để tách MBA chính ra khỏi vận hành
+ Hạn chế các thành phần không cân bằng và sóng hài bậc cao: Thực hiện kiểm tra đối với khách hàng gây méo điện áp trên lưới điện Trong điều kiện gây ảnh hưởng lớn đến méo điện áp, yêu cầu khách hàng phải có giải pháp khắc phục
+ Từng bước loại dần các thiết bị không tin cậy, hiệu suất kém, tổn thất cao bằng các thiết bị mới có hiệu suất cao, tổn thất thấp (đặc biệt là đối với MBA)
Trang 3425
Trong việc thực hiện đồng bộ các giải pháp trên, 2 giải pháp đang được quan tâm và chú trọng thực hiện là đảm bảo phương thức vận hành tối ưu cho lưới phân phối (tái cấu trúc lưới) và đặt các bộ tụ bù công suất phản kháng Sau đây luận văn
sẽ trình bày cơ sở lý thuyết của 2 giải pháp trên
2.2.1 Bù công suất phản kháng
Trong quá trình cung cấp điện năng, một số phụ tải có nhu cầu được cung cấp CSPK, mặc dù không sinh ra công, nhưng cần thiết để tạo ra từ trường, một yếu
tố trung gian trong quá trình chuyển hóa điện năng
Sự truyền tải CSPK trên đường dây cũng như trong máy biến áp, sẽ làm xấu
đi các chỉ số kinh tế - kỹ thuật của mạng điện Do đó vấn đề đặt ra là làm giảm sự truyền tải CSPK trên đường dây và các phần tử có dòng điện chạy qua
Để giảm truyền tải CSPK trong mạng điện, có thể đặt các thiết bị bù một chiều (dùng tụ điện tĩnh bù ngang) hoặc thiết bị bù hai chiều (máy bù tĩnh - SVC hay máy bù đồng bộ) nhằm cung cấp thêm CSPK cho mạng điện tại các vị trí gần phụ tải gọi là bù CSPK
2.2.1.1 Mục tiêu và lợi ích bù công suất phản kháng
Khi CSPK được cung cấp từ các nhà máy điện, mỗi phần từ hệ thống (máy phát, máy biến áp đường dây, thiết bị bảo vệ ) phải gia tăng dung lượng Bù CSPK
có thể làm giảm nhẹ các điều kiện này bằng cách giảm nhu cầu CSPK từ nó đến 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 cống suất, giảm tổn thất điện áp trên đường dây và trạm biến
áp
+ Giảm đƣợc tổn thất công suất trong mạng điện
Ta có tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và MBA được xác định theo công thức (2.1c) và (2.5a) là:
2
12 2 2 '
Trang 3526
2 2
+ Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện
Khi ta giảm Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được thành phần tổn thất 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 phát 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:
Nói chung bù công suất phản kháng mang lại các lợi ích sau:
-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 giảm được dự trữ công suất tác dụng (hoặc tăng độ tin cậy) 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
Trang 3627
-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
2.2.1.2 Các phương pháp bù công suất phản kháng lưới điện phân phối
Sự tiêu thụ CSPK không hợp lý do cấu trúc lưới, phương thức vận hành không tối ưu và phụ tải các pha không đối xứng làm cho hệ số công suất giảm thấp Chính vì vậy, trước khi nghiên cứu bù tự nhiên để khắc phục các thiếu sót trong công tác quản lý, vận hành, phân phối, tiêu thụ điện…để hạn chế tiêu thụ CSPK quá mức, sau đó mới nghiên cứu bù nhân tạo theo phương thức sau:
a) Bù bằng tụ điện tĩnh
Đối với lưới trung áp (6,10, 22, 35 kV) thường bù rải với dung lượng mỗi cụm nhỏ (300-600) kVAr nên dùng tụ điện tĩnh để bù CSPK, còn đối với lưới hạ áp lưới 0,4 kV thì có thể dùng loại tụ (15, 20, 30) kVAr
Tụ điện tĩnh có suất đầu tư bé và không phụ thuộc vào công suất đặt, thời gian thiết kế, thi công nhanh, tiêu thụ công suất nhỏ, chi phí vận hành bảo dưỡng thấp, vị trí lắp đặt rất linh hoạt, có thể đặt sâu gần ngay phụ tải, cải thiện đường cong phân bố điện áp tốt, vận hành đơn giản, ít sự cố, nâng cấp mở rộng dễ dàng
b) Bù ngang
Lưới điện phân phối thường là ngắn (chiều dài l<20 km) do vậy ta bỏ qua dung dẫn do đường dây sinh ra nên thường dùng tụ điện tĩnh mắc song song với đường dây để cung cấp CSPK, 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 tải phản kháng tại điểm 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 sụt áp giữa nơi phát và nơi nhận cũng giảm theo Vì vậy đối với LĐPP, sử dụng phương thức bù ngang bằng tụ điện tĩnh để bù CSPK trực tiếp cho phụ tải
c) Bù cố định và điều chỉnh theo chế độ làm việc
Trang 3728
Bù cố định là bù chung cho mọi chế độ, nghĩa là các thiết bị bù đấu cứng vào LĐPP và được tính toán sao cho thỏa mãn mọi chế độ vận hành, trong vận hành các thiết bị bù này không điều chỉnh được
Bù điều chỉnh là đặt bù cho từng chế độ vận hành, nghĩa là các thiết bị bù có thể thay đổi khả năng làm việc theo yêu cầu của từng chế độ, trong vận hành các thiết bị bù này có thể điều chỉnh công suất được
d) Khắc phục nhược điểm của tụ bù tĩnh bằng thiết bị điều khiển Thyristor (SVC)
Các thiết bị bù giới thiệu ở trên không có tự động điều chỉnh, hoặc có điều chỉnh nhưng rất chậm (như máy bù đồng bộ), hoặc điều chỉnh từng nấc Sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất với thiết bị Thyristor công suất lớn đã cho phép thực hiện các thiết bị bù điều chỉnh nhanh (thường không quá 1/4 chu kỳ tần số công nghiệp) Hiện nay các thiết bị bù
có điều khiển được xác nhận là rất tốt không những trong lưới công nghiệp mà cả trong hệ thống điện truyền tải và phân phối
SVC (Static VAr Compensator) là thiết bị bù ngang dùng để cân bằng CSPK
có thể điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, nó được tổ hợp từ hai thành phần cơ bản:
+ Thành phần cảm kháng, dung kháng để tác động về mặt công suất phản kháng (có thể phát hay tiêu thụ công phản kháng tùy theo chế độ vận hành)
+ Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như Thyristor, các cửa đóng, mở GTO (Gate turn Off)
SVC được cấu tạo từ ba phần tử chính gồm:
+ Kháng điều chỉnh bằng thyristor -TCR (Thyristor Controlled Reactor): có chức năng điều chỉnh liên tục CSPK tiêu thụ
+ Kháng đóng mở bằng thyristor-TSR (Thyristor SWitched Reactor): có chức năng tiêu thụ CSPK, đóng cắt nhanh bằng Thyristor
+ Bộ tự động đóng mở thyristor-TSC (Thyristor Switched Capacitor): có chức năng phát CSPK, đóng cắt nhanh bằng Thyristor
Trang 38Các thiết bị bù điều chỉnh có hiệu quả rất cao, đảm bảo ổn định được điện áp
và nâng cao ổn định cho hệ thống điện Đối với các đường dây siêu cao áp các thiết
bị bù có điều khiển đôi khi là thiết bị không thể thiếu được Chúng làm nhiệm vụ chống quá áp, giảm dao động công suất và nâng cao tính ổn định tĩnh và động Nhược điểm của các thiết bị bù có điều khiển là giá thành cao Để lựa chọn và lắp đặt các thiết bị này cần phải phân tích tính toán tỷ mỷ và so sánh các phương án trên
cơ sở các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Các thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor là loại thiết bị bù ngang tĩnh (phân biệt với máy bù quay) CSPK được tiêu thụ hoặt phát ra bởi các thiết bị này có thể thay đổi được bằng việc đóng mở các thyristor
Bù cố định suất đầu tư rất thấp, ít sự cố, nhưng chỉ tính toán công suất bù ở chế độ phụ tải cực tiểu để tránh hiện tượng quá bù Vì vậy không đáp ứng được CSPK ở các chế độ khác Bù điều chỉnh thì đáp ứng được nhu cầu CSPK ở mọi chế
độ nhưng có suất đầu tư rất cao và dễ xảy ra sự cố
Do vậy cần kết hợp bù cố định và bù điều chỉnh tùy theo từng chế độ làm việc của phụ tải
2.2.1.3.Tính toán dung lượng bù công suất phản kháng [5]
Để tính toán dung lượng bù cho từng phát tuyến, ta phải dựa vào phát tuyến
đó để xét xem có bao nhiêu nhánh lớn cần bù Nếu phát tuyến không có nhánh rẽ lớn thì việc tính toán chỉ xét trên phát tuyến đó mà thôi Còn nếu phát tuyến đó có nhiều nhánh lớn thì ta phải tiến hành tính toán bù trên các nhánh đó coi như các nhánh rẽ đó là một phát tuyến mới
Từ thực tế vận hành, hệ số công suất trung bình trước khi bù khoảng 0,8 Để cải tiến hệ số công suất lên một giá trị để tránh nộp phạt theo quy định của nhà nước
là 0,9 và để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế…theo quy định của ngành điện là 0,95 thì
Trang 39a1 Phân phối dung lượng bù trong mạng điện hình tia
Bài toán đặt ra là trong một mạng hình tia có n nhánh, tổng dung lượng bù là
Qbu, hãy phân phối dung lượng bù trên các nhánh sao cho tổn thất CSTD do CSPK gây ra là nhỏ nhất để hiệu quả bù đạt lớn nhất
Giả sử dung lượng bù được phân phối trên các nhánh là Qbu1, Qbu2, ….Qbun, hình 2.5 Phụ tải phản kháng và điện trở của các nhánh lần lượt là Q1,Q2…Qn và
Trang 4031
Hình 2 5: Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia
Với điều kiện ràng buộc về cân bằng công suất bù là:
Q bu1 , Q bu 2 , , Q bu n Q bu1 Q bu 2 Q bu n Q bu 0
Để tìm cực tiểu của hàm P f Q bu1 , Q bu 2 , Q bu n chúng ta có thể dùng phương pháp Lagrangie và chúng ta tìm được dung lượng bù tối ưu của các nhánh là:
rn