Nghiên cứu cấu trúc tối ưu của mạng điện áp dụng cho khu vực thừa thiên huế

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học nông nghiệp I

-

khương anh sơn

nghiên cứu cấu trúc tối ưư của mạng điện

áp dụng cho khu vực thừa thiên huế

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 xin 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

Tác giả luận văn

Khương Anh Sơn

i

lời cảm ơn

Qua một thời gian thực hiện, đến nay đề tài : "Nghiên cứu cấu trúc tối

ưu của mạng điện (áp dụng cho khu vực Thừa Thiên Huế)" đã được

hoàn thành Trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã nhận được rất

nhiều sự giúp đỡ quý báu của cá nhân và tập thể trong và ngoài trường

- Tôi xin chân thành cảm ơn Ts Trần Quang Khánh đã quan

tâm, giúp đỡ tôi rất tận tình trong phương hướng và nội dung nghiên

cứu của đề tài

- Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô giáo trong 2 bộ môn

Cung cấp và sử dụng điện, Điện kỹ thuật thuộc khoa Cơ điện - Trường

Đại học Nông nghiệp I - Hà nội đã có nhiều ý kiến đóng góp, bổ sung

cho nội dung đề tài được hoàn thiện

- Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí - Công

nghệ, Trường Đại học Nông Lâm Huế, Đại học Huế đã tạo điều kiện để

tôi yên tâm trong quá trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận văn

tốt nghiệp

- Tôi xin chân thành cảm ơn các cá nhân và tập thể Điện lực Thừa

Thiên Huế, Sở Công nghiệp Huế, Công ty Cổ phần Cơ khí ôtô Thống

Nhất Huế đã giúp tôi rất nhiều trong việc thu thập tài liệu, số liệu phục

vụ cho đề tài

- Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp

đã động viên tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài

Tác giả

Khương Anh Sơn

Mục lục

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục bảng biểu vi

Danh mục hình vẽ vii

Chương 1 Mở đầu 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 10

1.2 Mục đích và kết quả của đề tài 11

chương 2 Tổng quan 12

2.1 Đặt vấn đề 12

2.2 Đánh giá một số phương pháp xác định các tham số của mạng điện 14

2.2.1 Xác định bán kính phục vụ của trạm biến áp 14

2.2.2 Xây dựng biểu đồ khoảng kinh tế của dây dẫn 16

2.2.3 Bài toán lựa chọn công suất máy biến áp dựa vào giản đồ khoảng

kinh tế của cấu trúc trạm biến áp phân phối 18

2.2.4 Các phương pháp lựa chọn cấp điện áp trung gian hợp lý trong

hệ thống cung cấp điện 20

2.3 Đánh giá một số phương pháp xác định cấu trúc tối ưu của lưới điện 23

2.3.1 Đặt vấn đề 23

2.3.2 Vị trí của trạm biến áp 24

2.3.3 Sơ đồ nối điện tối ưu 26

2.3.4 Lựa chọn dung lượng tối ưu của máy biến áp phân phối 29

2.4 Nhận xét về những phương pháp tính các tham số và xác định cấu trúc tối ưu của mạng điện 35

chương 3 Xây dựng mô hình toán học và xác định phương pháp

tính 37

3.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 37

3.2 xây dựng mô hình toán học 38

3.2.1 Một số giả thiết khi tính toán tối ưu trong hệ thống điện 40

3.2.2 Hàm mục tiêu 40

3.2.3 Mô hình toán học của một số phần tử cơ bản 43

3.3 Các phương pháp tính toán 45

3.3.1 Phương pháp so sánh các phương án theo chỉ tiêu thời gian thu hồi vốn đầu tư 45

3.3.2 Phương pháp kinh điển 46

3.3.3 Phương pháp Lagrange 47

3.3.4 Phương pháp đơn hình 48

3.3.5 Phương pháp cận và nhánh 48

3.3.6 Phương pháp Gradient 49

3.4 Xác định một số tham số tối ưu của mạng điện 50

3.4.1 Mật độ dòng điện kinh tế 50

3.4.2 Khoảng kinh tế của đường dây cao áp 52

3.4.3 Khoảng kinh tế của trạm biến áp 56

3.4.4 Bán kính kinh tế của lưới điện phân phối 57

3.4.5 Chọn cấp điện áp tối ưu 58

3.4.6 Xác định cấu trúc tối ưu của mạng điện 63

3.4.7 Lựa chọn tối ưu công suất và số lượng máy biến áp trong mạng điện địa phương 69

chương 4 áp dụng trên lưới điện tỉnh Thừa Thiên Huế 72

4.1 Đặc điểm chung và phương hướng phát triển kinh tế xã hội 72

4.1.1 Đặc điểm tự nhiên và vị trí địa lý tỉnh Thừa Thiên Huế 72

4.1.2 Thực trạng kinh tế xã hội 73

4.1.3 Phương hướng phát triển kinh tế xã hội giai đoạn 2001 - 2010 74

4.2 Hiện trạng lưới điện tỉnh Thừa Thiên Huế 75

4.2.1 Lưới điện chuyên tải 75

4.2.2 Lưới điện 75

4.3 Xác định các tham số tối ưu của lưới điện 78

4.3.1 Xây dựng biểu đồ chọn dây dẫn tối ưu cho đường dây trung, hạ áp và xây dựng biểu đồ jkt = f(Tmax) 78

4.3.2 Xây dựng biểu đồ chọn trạm biến áp tối ưu 90

4.3.3 Bán kính kinh tế của lưới điện phân phối 93

4.3.4 Chọn cấp điện áp tối ưu 97

4.4 Xác định cấu trúc tối ưu của mạng điện 104

4.4.1 Xác định vị trí trạm biến áp Nhật Lệ và Cơ khí Thống Nhất 104

4.4.2 Sơ đồ nối tối ưu xuất tuyến 473 Tả Ngạn 2 E7 và mạng điện hạ áp của Công ty Cơ khí ôtô Thống Nhất 106

4.4.3 Lựa chọn số lượng và công suất máy biến áp của trạm biến áp

22/0,4 kV của Công ty Cơ khí ôtô Thống Nhất, Huế 113

chương 5 phân tích kết quả và thảo luận 118

chương 6 kết luận và đề nghị 129

6.1 Kết luận 129

6.2 đề nghị 129

Tài liệu tham khảo 122

Phụ lục 124

Danh mục Bảng biểu

Bảng 2.1 : Số liêu thống kê các cấp điện áp được sử dụng trên thế giới 4

Bảng 2.2 : Khả năng quá tải khi sự cố của máy biến áp dầu 23

Bảng 3.1 : Xác định hệ số tổng quát d khi biết số dây dẫn 46

Bảng 4.1 : Kết quả các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của Điện lực Huế 68

Bảng 4.2 : Các chỉ tiêu kinh tế của đường dây cáp nhôm ngầm 22 kV 69

Bảng 4.3 : Chi phí tính toán của đường dây cáp nhôm ngầm 22 kV 70

Bảng 4.4 : Điện trở của đường dây cáp nhôm 22 kV 71

Bảng 4.5 : Dòng điện giới hạn trên và dưới của các đường dây 35,22,1 kV 73

Bảng 4.6 : Giá thành và điện trở của đường dây cáp đồng ngầm 0,4 kV 74

Bảng 4.7 : Chi phí tính toán của đường dây cáp đồng ngầm 0,4 kV 75

Bảng 4.8 : Dòng điện giới hạn trên và dưới của các đường dây hạ áp 77

Bảng 4.9 : Thời gian làm việc và hao tổn cực đại Tmax = f(τ) 78

Bảng4.10: Kết quả tính tóan mật độ dòng điện kinh tế jkt = f(Tmax) … 78

Bảng 4.11 :Các chỉ tiêu kinh tế của máy biến áp 22/0,4 kV 80

Bảng 4.12:Tổn hao không tải và ngắn mạch của máy biến áp 22,15/0,4kV 81

Bảng 4.13 : Chi phí tính toán của máy biến áp 22/0,4 kV 82

Bảng 4.14: Công suất giới hạn trên và dưới của các máy biến áp 84

Bảng 4.15 : Tính toán bán kính kinh tế của mạng điện phân phối 86

Bảng 4.16: Tính toán bán kính kinh tế của mạng điện hạ áp 87

Bảng 4.17 : Chi phí tính toán của các mạng điện ứng với các cấp điện áp 89

Bảng 4.18 : Tọa độ và công suất các điểm tải trạm biến áp Nhật Lệ 93

Bảng 4.19 : Tọa độ và công suất các điểm tải trạm biến áp Công ty cơ khí ôtô Thống Nhất Huế .95

Bảng 4.20 : Phụ tải và khoảng cách các điểm tải xuất tuyến 473 …97

Bảng 4.21 : Giá trị Zij của xuất tuyến 473 …98 Bảng 4.22 : Phụ tải và khoảng cách các điểm tải trạm biến áp Công ty

Cơ khí ôtô Thống Nhất …… 100

Bảng 4.23 : Giá trị Zij của Cơ khí ôtô Thống Nhất 100

Bảng 4.24 : Tên các phân xưởng 102

Bảng 4.25 : Các tham số của máy biến áp 103

Bảng 4.26 : Các tham số so sánh của các phương án 104

Bảng 4.27 : Kết quả tính toán chọn phương án đặt máy biến áp 105

Bảng 5.1 : Kết quả tính toán ác chỉ tiêu kinh tế của máy biến áp 107

Bảng 5.2 : Kết quả tính tóan các chỉ tiêu kinh tế của đường dây… 108

Bảng 5.3 : Giá trị jkt của một số khu vực ……….… ……… 110

Bảng 5.4 : Kết quả tính toán bán kính kinh tế tính toán của mạng điện Thừa Thiên Huế……… 111

Bảng 5.5 : Bán kính thực tế của mạng điện Thừa Thiên Huế……… 112

Bảng 5.6 : Kết quả tính toán chọn cấp điện áp tối ưu……… 113

Hình vẽ

Hình 3.1 : Đường cong chi phí xác định khoảng kinh tế của đường dây 44

Hình 3.2 : Đường cong chi phí xác định khoảng kinh tế máy biến áp 48

Hình 3.4 : Đường cong biểu diễn các hàm f(U) và Pn(U) 52

Hình 4.1 : Biểu đồ chi phí tính toán của dây cáp nhôm ngầm 22 kV 74

Hình 4.2 : Biểu đồ chi phí tính toán của dây cáp đồng ngầm 0,4 kV 76

Hình 4.3 : Biểu đồ chọn giá trị mật độ dòng điện kinh tế jkt = f(Tmax) ….79

Hình 4.4 : Biểu đồ chi phí tính toán của máy biến áp 22/0,4 kV 83

Hình 4.5 : Bán kính tối ưu của mạng điện phân phối ……… 86.1 Hình 4.6 : Bán kính tối ưu của mạng điện hạ áp ứng ……… 87.1 Hình 4.7 : Biểu đồ xác định cấp điện áp tối ưu với dây AC 90

Hình 4.8 : Biểu đồ xác định cấp điện áp tối ưu với dây nhôm ngầm.… 91

Hình 4.9 : Mặt bằng tuyến đường dây hạ thế sau trạm biến áp Nhật lệ 94

Hình 4.10 : Mặt bằng tổng thể và sự phân bố tải của Công ty cơ khí ôtô Thống Nhất Huế ….96

Hình 4.11 : Sơ đồ nối tối ưu xuất tuyến 473 Tả Ngạn 2 E7 …99

Hình 4.12 : Sơ đồ nối tối ưu mạng điện Cơ khí ôtô Thống Nhất 101

Chương 1 Mở đầu

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, đất nước ta đang đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, khoa học

và công nghệ là nhu cầu sử dụng điện tăng cao Nhu cầu này không những phát triển mạnh ở các trung tâm phụ tải lớn như: các đô thị, khu công nghiệp, trung tâm dịch vụ du lịch - nghỉ mát mà còn lan rộng tới nông thôn, vùng sâu, vùng xa của đất nước Theo thống kê năm 2002 và dự báo trong những năm tới, tốc độ tăng nhu cầu điện nông nghiệp trung bình tăng 3,2% năm; Công nghiệp tăng 9,2% năm và đối với lĩnh vực sinh hoạt dịch vụ nhu cầu điện đạt khoảng 7,2% năm [3, 6] Nhịp độ tăng trưởng tiêu thụ điện năng cả giai đoạn

2001 - 2010 khoảng 12 ữ14% năm [3] Để đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng cao, ngành điện đã đầu tư, nâng cấp từ việc xây dựng mới đến qui hoạch, cải tạo lại lưới điện ở các cấp điện khác nhau, điều đó thể hiện sự quan tâm

đúng mức của Đảng và Nhà nước đối với công cuộc điện khí hóa Đất nước,"Ngành điện phải đi trước một bước trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước", "Điện tạo đà cho phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội, nâng cao đời sống vật chất và tinh thần của người dân, góp phần giữ gìn an ninh chính trị, bảo vệ tổ quốc "

Trong những năm qua, bên cạnh việc xây dựng nhiều nhà máy điện,

đường dây tải điện, trạm biến áp nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các trung tâm phụ tải và đã giành nhiều công sức vào việc lập tổng sơ đồ phát triển hệ thống điện Tuy nhiên, ở chừng mực nào đó, việc đi sâu nghiên cứu chế độ làm việc, đặc điểm phụ tải, xu thế phát triển, xác định cấu trúc hợp lý của phụ tải - khâu cuối cùng quan trọng nhất trong hệ thống điện, còn chưa được quan tâm đúng mực Dẫn đến sự phát triển ồ ạt của các cấp lưới và nguồn điện Có thể nhận thấy hệ thống điện còn có nhiều bất cập

như: các tuyến đường dây không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật, quá cũ nát, thiết bị lạc hậu, thiếu tính đồng bộ; việc quy hoạch không dựa trên một quy hoạch tổng thể mà mang tính tự phát, tùy tiện Hậu quả để lại hàng loạt vấn

đề cần khắc phục rất cấp bách như: sự mất cân đối giữa nguồn và lưới, giữa cung và cầu, độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng không cao, tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong hệ thống quá lớn [11] Điều này gây thiệt hại nghiêm trọng đến nền kinh tế quốc dân ở đây một phần nguyên nhân do hạn chế về vốn đầu tư, nhưng nguyên nhân quan trọng và chủ yếu vẫn là chúng ta chưa đánh giá đúng mức, chưa đầu tư thích đáng cho công tác nghiên cứu cấu trúc mạng điện cho các vùng phụ tải.Vì vậy, việc đi sâu nghiên cứu cấu trúc của mạng điện là một nội dung mang ý nghĩa kinh tế -

kỹ thuật quan trọng Nó cũng là một đòi hỏi cấp bách của sự nghiệp điện khí hóa đất nước hiện nay

Từ yêu cầu thực tế trên, chúng tôi chọn đề tài "Nghiên cứu cấu trúc tối

ưu của mạng điện, ( áp dụng cho khu vực Thừa Thiên Huế) " với mong

muốn đưa ra những ý kiến, kết luận hữu ích cho quá trình phát triển hệ thống

điện của nước nhà

1.2 Mục đích và kết quả của đề tài

* Mục đích của đề tài

Tìm ra các tham số tối ưu của mạng điện ứng với các điều kiện cụ thể

* Kết quả sẽ đạt được

- Xây dựng được biểu đồ chọn dây dẫn tối ưu

- Xây dựng được biểu đồ chọn máy biến áp tối ưu

- Xây dựng được biểu đồ chọn cấp điện áp tối ưu

chương 2 Tổng quan

2.1 Đặt vấn đề

Tính đến năm 1999 lưới phân phối cấp điện áp 6 - 35 kV thuộc sự quản

lý của Tổng Công ty Điện lực Việt nam có chiều dài 5050 km, tỷ lệ giữa lưới phân phối và truyền tải khoảng 4 lần [3] Do tính lịch sử lưới phân phối Việt Nam tồn tại nhiều cấp điện áp khác nhau 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV, việc phân phối điện được thực hiện theo phương thức cấp điện hỗn hợp cả hai mô hình một và hai cấp điện áp Đã gây nhiều khó khăn trong công tác quy hoạch, thiết kế, quản lý vận hành lưới điện

Chế độ vận hành bình thường của lưới phân phối là vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá Để tăng cường cung cấp điện có thể sử dụng cấu trúc mạch vòng kín nhưng vận hành hở Phụ tải của lưới phân phối đa dạng và phức tạp, nhất là ở Việt Nam các phụ tải sinh hoạt, dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp cùng trong một hộ tiêu thụ Điều đó dẫn đến khó khăn cho việc tính toán và xây dựng các đồ thị phụ tải đặc trưng

Ngoài ra, việc phát triển lưới điện có tính chất chắp và do hạn chế về tiền vốn, phụ tải phát triển nhanh và chưa có qui hoạch tổng thể một cách hoàn chỉnh Các đường dây quá dài, mang tải lớn vượt khả năng của cấp điện

áp sử dụng Thêm vào đó, việc quản lý lưới điện chưa có tiêu chuẩn thiết bị, chế độ làm việc, chương trình quản lý phụ tải, dẫn đến việc chất lượng cung cấp điện kém, hiệu quả kinh tế thấp [23]

Lưới điện hạ áp hiện nay phần lớn còn chưa đáp ứng được các yêu cầu

về kinh tế - kỹ thuật Chẳng hạn như bán kính lưới quá dài (ở một số khu vực nông thôn bán kính > 1 km); vị trí đặt trạm biến áp và sơ đồ nối dây chưa phù hợp và chưa tối ưu, và các trạm biến áp làm việc quá non tải hoặc quá đầy tải Những yếu tố trên đã ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng điện năng, hao tổn

điện năng trên đường dây và gây thiệt hại lớn về kinh tế cho ngành điện

Bảng 2.1 Số liệu thống kê về các cấp điện áp được sử dụng trong hệ

thống cung cấp điện của một vài đô thị trên thế giới, (kV)

Như vậy, việc nghiên cứu tổng thể về lưới trung áp và hạ áp phân phối hiện nay là rất cần thiết, trong đó vấn đề tồn tại cần giải quyết khi qui hoạch - thiết kế hệ thống cung cấp điện là cần tìm ra các tham số tối ưu của mạng điện ứng với các điều kiện cụ thể (như các loại dây dẫn, máy biến áp, chọn cấp điện áp tối ưu cho lưới phân phối và lựa chọn cấu trúc hợp lý của lưới phân phối

Việc qui hoạch, thiết kế, xác định cấu trúc tối ưu của hệ thống cung cấp

điện để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cũng như khả năng phát triển trong tương lai nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện năng liên tục tăng trưởng của phụ tải Cần lưu ý là bài toán này phụ thuộc rất nhiều vào lịch sử phát triển hệ thống cung cấp điện đã có cũng như vào điều kiện cụ thể hiện tại của khu vực Như vậy, ta không thể đem kết quả qui hoạch, thiết kế của bất kỳ một khu vực nào đó áp đặt cho một khu vực khác

Về số cấp điện áp phân phối xu hướng hiện nay là giảm đến mức tối

thiểu, nhằm đơn giản hóa kết cấu, tạo điều kiện thuận lợi hơn cho vận hành quản lý lưới và có khả năng đưa sâu lưới cao áp vào trung tâm phụ tải, làm tăng khả năng chuyên tải và giảm tổn thất trong toàn hệ thống Như vậy, vấn

đề chủ yếu cần phải giải quyết là lựa chọn cấp điện áp nào trong số cấp điện

đủ tin cậy

2.2 Đánh giá một số phương pháp xác định các tham số của

mạng điện

2.2.1 Xác định bán kính phục vụ của trạm biến áp

2.2.1.1 Xác định chiều dài đường dây trục chính theo tổn thất điện áp cho phép

Chiều dài đường trục được xác định theo công thức:

L =

ϕγ

∆U U

2 cp dm

; cos

.r.k.k

Thay các số liệu vào biểu thức trên kết quả thu được là quan hệ L = f(γ, FL)

∆Ucp - tổn thất điện áp cho ph

l - chiều dài cáp nhánh lấy

Hệ số 2 ở tử vì coi phụ tải phân bố đều

kdd - hệ số đồng đều của phụ tải kdd = 1

kđt - hệ số đồng thời của phụ tải V

γ mật độ phụ tải (1ữ 50) VA/m2

r0L - điện trở của đường dây trục chính, Ω/km

* ưu điểm của phương pháp trên:

Đơn giản, dễ áp dụng và có xét đến tổn thất điện áp cho phép trên

đường dây (điều kiện cần trong việc chọn tiết diện dây dẫn trong mạng điện)

dẫn ( 95 ữ 240)mm2

cực đại (τ), giá thành

2.2.1.2 lớn nhất của đường dây trục chính theo công

ột trạm biến áp phân phối có thể phục vụ theo khả năng d

ải lớn nhất trên một nhánh đường dây trục chính được xác định t

SL =

* Nhược điểm:

- Chỉ xét một số loại tiết diện dây

- Kết quả tính toán chưa tin cậy

- Chưa xét tới các chỉ tiêu kinh tế của đường dây cung cấp và đường dây hạ áp các tham số của lưới điện như thời gian tổn thất

tổn thất điện năng, hệ số phân nhánh của lưới điện (Ψ)

Xác định chiều dài

suất của trạm biến áp

Chọn cấu trúc lưới hạ áp là hình tia, bán kính phục vụ của trạm biến áp

đt.kdd.γ.10-3 , (kVA) ; ( 2.3)

Từ (2.2) và (2.3)

đó :

SBđm - công suất định mức của MBA, (k

kqt - hệ số quá tải của MBA, kqt = 1,3

SL - công suất truyền tải trên một nhánh đường dây trục chính

thể tính SL khi đã biết mật độ phụ tải của khu vực khảo sát

SL = L.l.k

ta được:

L = 10

kk

k

dd dt

qt Bdm

, (m) (2.4)

2

l

VA/m ) và SBđm có giá trị từ (100 ữ 400) (kVA) Từ đó được quan hệ L = f(γ, SBdm)

Thay số liệu đã biết vào với γ thay đổi từ (1ữ 50) (

Nhận xét ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này

h toán

ật độ từ (1 ữ 10)VA/m2

cực đại (τ), giá thành

n thất điện năng, hệ số phân nhánh của lưới điện (Ψ)

ẫn phải đạt được hiệu quả kinh tế

ọn tiết diện dây dẫn (F) là cực tiểu chi phí tính toán cho xây lắp và vận hành:

* ưu điểm:

- Đơn giản, dễ tín

* Nhược điểm:

- Kết quả tính toán chưa tin cậy, chẳng hạn ở m

bán kính phục vụ của trạm biến áp phân phối quá lớn

- Chưa xét tới các chỉ tiêu kinh tế của đường dây cung cấp và đường dây hạ áp; các tham số của lưới điện như thời gian tổn thất

tổ

2.2.2 Xây dựng biểu đồ khoảng kinh tế của dây dẫn

Dây dẫn được chọn trong sự tăng trưởng không ngừng hàng năm của phụ tải và sự phát triển liên tục của lưới điện Dây d

cao nhất trong suốt tuổi thọ của chúng [25]

Tiêu chuẩn kinh tế chủ yếu để lựa ch

2

3 )

V - vốn đầu tư cho đường dây

Imax - dòng điện tải cực đạ

R - điện trở của dây dẫn

τ - thời gian tổn thất công suất lớ

c - giá tiền một kWh điện năng

Xây dựng biểu đồ khoảng ki

10 3

3 2

2

c R U

S

dm

ZL = (atc + kkh)VL+

= (atc + kkh)VL+ L .l. k .k . .c.r 2.10 6

0 2

2 dd 2 dt

3

ư

γU

; (2.6) Tính toán với L = 250 m, l = 40 m, τ = 1600 h , c = (450, 600, 750)

đ/kWh

kđt = 0,8 , kđ = 0,04, an = 0,125 và vốn đầu tư cho một km đường dây và

điện trở dây dẫn Kết quả cho thấy, khi cho mật độ phụ tải thay đổi trong khoảng γ (1ữ 50) (VA/m2), hàm chi phí tính toán của đường dây nhôm lõi thép (AC) sẽ đạt cực tiểu trong

Mậ ộ phụ tải (VA

h trong khoảng thời gian xác định Sau đó tiết diện này

đư ưới điện trong khu vực đó mà không cần tính

ận xét về ưu điểm và nhược điểm của phương pháp trên

*ưu điểm:

- Việc tính toán dễ dàng khi biết được các thông số của lư

cần thiết

- Đã xét tới điều kiện hao tổn điện năng trên đường dây

- Việc rút ra được một số tiết diện dây dẫn tối ưu cho các đường trục

và đường nhán

ợc áp dụng khi thiết kế l

- Mô hình này chỉ phù hợp với mạng điện xí nghiệp (có phụ tải ít biến đổi)

áy biến áp dựa vào giản đồ khoảng kin

h toán cho các trạm biến áp

(2.7) Trong

- Thông số τ lấy chưa phù hợp với phụ tải

- Kết quả mới chỉ đưa ra áp dụng cho khu vực Hà Nội giai đoạn đó, chưa

đưa ra tiêu chuẩn chung cho các vùng khác

hoặc các đường dây cao, trung, hạ áp có mật độ phụ tải lớn

2.2.3 Bài toán lựa chọn công suất m

h tế của cấu trúc trạm biến áp phân phối

∆P0 , ∆Pk - tổn thất không tải và ngắn mạch của máy biến áp

c - giá tiền tổn thất điện năng o

Số trạm biến áp đặt cho khu vực khảo sát được tính theo biểu th

S

kqt Bdm

Stt

nB =

Sk

.D.k

kdt dd γ

; (2.9)

qt = 1,3

Bdm qt

Trong đó:

Stt - công suất tính toán của toàn khu vực

kqt - hệ số quá tải của máy biến áp, k

1 km2

kdd - hệ số tính đến sự phân bố không đồng đều của phụ tải trong khu vực

D - diện tích toàn khu vực, D =

γ - mật độ phụ tải (VA/m2)

Kết quả đạt được như sau: nên sử dụng ba loại máy biến áp có công suất

định mức:(160, 250, 320) kVA là tốt nhất Các khu vực có mật độ phụ tải nhỏ

sẽ xây

ưu điểm và nhược điểm của phương pháp

g tính toán không quá lớn, thuận tiện cho việc áp dụng tính ưu việt của máy tính điện tử trong quá trìn

ợc cấu trúc lưới phân phối

(có xét

ồng/kWh) Phương pháp này gặp khó khăn đối với lưới điện thiết kế mới

phụ tải và giả thiết mật độ phụ tải phân bố đều trên toàn khu vực khảo sát Cho

uất máy biến áp dựa vào mật độ phụ tải là không tin cậy

dựng các trạm biến áp phân phối có dung lượng 160 kVA, các khu vực

có mật độ phụ tải lớn dùng các trạm biến áp có dung lượng 320 kVA

- Xác định dung lượng trạm biến áp phân phối gắn liền với lưới 0,38 kV đến đường dây trục chính và các đường dây nhánh) Thực chất là xây dựng các giản đồ khoảng kinh tế cho toàn bộ cấu trúc của các trạm biến áp phân phối

có xét đến giá trị một đơn vị kWh tổn thất điện năng (c = 450, 600, 750

đ

- Vì xây dựng hàm chi phí tính toán Z = f(γ) phụ thuộc chủ yếu vào mật độ

nên việc chọn công s

2.2.4 Các phương pháp lựa chọn cấp điện áp trung gian hợp lý trong hệ

thống cung cấp điện

2.2.4.1 Đặt vấn đề

Khi qui hoạch, thiết kế lưới điện, một trong những nội dung có ý nghĩa

quyết định cần được giải quyết đúng đắn là lựa chọn cấp điện áp cho lưới Chọn đúng cấp điện áp của mạng điện là công việc quan trọng hàng đầu và có

ảnh hưởng rất lớn đến tính kinh tế kỹ thuật của toàn hệ thống

ở nước ta hiện nay, trong các hệ thống cung cấp điện tồn tại khá nhiều cấp điện áp trung gian: 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV [6, 13, 25] Sự tồn tại các cấp điện áp như vậy có nhiều lý do ở Miền Bắc trước đây ta sử dụng chủ yếu các thiết bị của Liên xô với các cấp điện áp 6 kV, 10 kV, 35 kV Các cấp

điện áp này được lựa chọn cụ thể đối với mỗi lưới điện của nước bạn, trong khi

đó ta áp dụng sang điều kiện Việt Nam một cách máy móc, không tính toán so sánh Còn ở Miền Nam cũng tương tự, chịu ảnh hưởng của các thiết bị do Mỹ, Nhật, Pháp, chế tạo với các tiêu chuẩn không giống nhau Hiện trạng này chắc chắn không đảm bảo được tính hợp lý đối với điều kiện cụ thể của nước ta

Để khắc phục tình trạng trên Bộ năng lượng đã có quyết định số: 1867NL/KHKT ngày 12/09/1994 về việc sử dụng cấp điện áp phân phối 22 kV trên toàn quốc [23] Nhưng trong quá trình tính toán chọn ra cấp điện áp 22 kV chỉ dựa vào lý thuyết (tức là áp dụng trên một lưới trung áp giả tưởng) Hình dáng cấu trúc được xây dựng trên cơ sở những kinh nghiệm qui hoạch, thiết kế

ới tr

p ứng

g rãi, rõ ràng là một nội dung có tính cấp thiết

cứu về vấn đề này với các hướng khác nhau Nội dung của

lư ung áp của các chuyên gia và cơ quan thiết kế) ở Nga người ta đã xây dựng được biểu đồ chọn cấp điện áp tối ưu [6, 19] Còn ở Việt Nam đã có một vài tác giả xây dựng biểu đồ này nhưng kết quả còn chưa tin cậy, chưa đá

được tình hình phát triển phụ tải hiện nay

Việc nghiên cứu có tính chất tổng quan, đưa ra được cơ sở phương pháp tính

để lựa chọn cấp điện áp hợp lý cho hệ thống cung cấp điên, phù hợp cho từng khu vực, có khả năng áp dụng rộn

2.2.4.2 Các phương pháp lựa chọn cấp điện áp tối ưu cho lưới trung thế

Xuất phát từ cơ sở chọn cấp điện áp tối ưu cho lưới trung áp, đã có một

số tác giả nghiên

các phương pháp như sau:

t số công thức kinh nghiệm [5,24 - 25] [6,127 - 128], [19,50 - 51], [25

, (kV) (2.14) Tro

(103 kV)

ng đó:

P - công suất truyền tải,

l - khoảng cách truyền tải, (km)

Công thức của tác giả V ức)

l5,0S3

U = + , (kV) ( 2.15)

ác của công thức Still do Nicogoxov X.N đề xuất:

Trong đó S (MVA) và l (km)

- Dạng kh

4Pl16

U= , (kV) (2.16)

- Theo cẩm nang kỹ thuật Thụy Điển

P

161 + , (kV) ( 2.17 )

cấp ứng với

17

U=Trong đó:

P - công suất truyền tải, (103 kV)

l - khoảng cách truyền tải, (km)

Nhận xét về các công thức trên

*ưu điểm: đơn giản, dễ áp dụng

*Nhược điểm: ta thấy rằng các công thức trên không thích hợp với hệ thống cung cấp điện Chúng được xác định trên cơ sở quan hệ giữa cấp điện áp

U với công suất truyền tải S (hoặc P) và chiều dài l của đường dây Vì vậy áp dụng theo các công thức trên chỉ là sơ bộ gần đúng

Trong thực tế các yếu tố P (hoặc S) và chiều dài của đường dây là các yếu

tố tự do Chúng được phép lựa chọn thông qua các phân vùng cung

một mật độ phụ tải (γ) đã cho của toàn khu vực Tính hợp lý của cấp điện

áp được chọn phải đảm bảo tính kinh tế chung của toàn khu vực với sự lựa chọn công suất, số lượng trạm biến áp phân phối, tiết diện dây dẫn, cấu trúc

của lưới cung cấp, cấu trúc lưới trung áp (xác định bán kính lưới điện), sơ đồ

c định trị số điện áp bằng cách vạch ra một số phương án điện áp tiêu chuẩn, từ đó lựa chọn các phần tử của

i tìm được Phương án tối ưu là phương án có Z min nhược điểm của phương pháp

- G

Sự xuất hiện của kỹ thuật tính toán mới vấn đề nghiên cứu giải quyết

lựa chọn cấp điện áp trung gian hợp lý theo ý tưởng của phương pháp nội suy

ới phương pháp khoảng kinh tế của đường dây Nội dung phư

vị trí các trạm biến áp, lựa chọn sơ đồ nối dây Kết uả công việc này có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc của toàn mạng điện;

nối dây của các trạm biến áp phân phối, giá thành tổn thất điện năng

Phương pháp này có xét đến sự biến động của phụ tải, giá thành tổn thất

điện năng Từ đó lựa chọn cấp điện áp tối ưu với các điện áp nằm trong dãy

điện áp tiêu chuẩn

* Nhược điểm:

ặp khó khăn khi mạng điện có nhiều nguồn, nhiều điểm phụ tải

- Chỉ xét trên một tuyến dây tiêu biểu, trên một đơn vị diện tích (D =1 km2)

- Phương pháp này đòi hỏi khối lượng tính toán lớn với số liệu đầu vào tương đối nhiều Mặt khác ít nhiều mang tính cục bộ, khi sử dụng kết quả cho các khu vực khác sẽ không hoàn toàn phù hợp

bài toán vừa nêu được mở ra với nhiều triển vọng Luận văn sẽ đi nghiên cứu

Lagrange kết hợp v

ơng pháp được trình bày ở phần sau của luận án

2.3 Đánh giá một số phương pháp xác định cấu trúc tối ưu của

đồng thời quyết định đến độ tin cậy, chất lượng điện năng, điều kiện chi phí vận

của mạng kính hoạt

2.3.2 Vị trí của trạm biến áp

Vị trí của trạm biến áp có một vai trò rất lớn đối với cấu trúc

điện, thường trạm biến áp được đặt ở trung tâm phụ tải để giảm bán

g Tuy nhiên trong nhiều trường hợp vị trí của nó phụ thuộc vào điều kiện kinh tế, địa hình, khu vực xây dựng Xu hướn

∑

= = n 1 i

; X

=1 i i

P

=1 i i

P

= n

n

1 i

i i

t quả nhận được tâm phụ tải điện là điểm cố định trên mặt bằng

2.3.2.2 Vị trí của trạm biến áp xác định theo năng lượng truyền tải

xi , yi - tọa độ của điể

Pi - công suất của điểm tải i

X, Y - tọa độ của trạm biến áp tiêu thụ

* ưu điểm:

-Tính toán đơn giản, dễ thực hiện trên máy tính

- Nó không chỉ xét đến trị số của phụ tải điện mà còn xét đến

gian làm việc Ti củ

* Nhược điểm: - Sai

- Kế

của khu vực

2.3.2.3 Vị trí của trạm biến áp dựa trên chi phí quy đổi

iải phương trình ta được nghiệm chính là tọa độ của trạm

* ưu điểm:

-Tính toán đơn giản, dễ thực hiện trên máy tính

- Số liệu dễ lấy

2 2

1

i

Y

yj ; (2.21)

xi , yj - tọa độ của các điểm tải

iểm tiêu thụ Lấy đạo hàm biểu thức trên theo X và Y và cho bằng không

Hi - là chi phí quy đổi từ nguồn cung cấp thứ i đến trạm biến áp

H - chi phí quy đổi từ trạm biến áp đến đ

X , Y - tọa độ của trạm biến áp tiêu thụ

m, n - số lượng nguồn cung cấp và số lượng đ

Giải hệ phương trình ra nghiệm chính là tọa độ của trạm biến áp

Nhận xét ưu nhược điểm của các phương pháp trên

* ưu điểm :

-Tính toán đơn giản, dễ thực hiện

- Số liệu khó lấy

- Kết quả chính xác hơn các phương pháp trên

* Nhược điểm: kết quả nhận được tâm phụ tải điện là điểm cố định trên mặt bằng của khu vực

Nhận xét: Ta thấy rằng, từ các phương pháp giới thiệu ở trên, việc xác định

tâm phụ tải chưa thể coi là đúng và tính toán để lựa chọn địa điểm còn phải tiếp tục Trên thực tế, tâm phụ tải điện thường thay đổi vị trí trên mặt bằng của khu vực vì lý do sau:

Công suất tiêu thụ của thiết bị thay đổi theo thời gian Đồ thị phụ tải cũng thay đổi do sự thay đổi của quá trình công nghệ sản xuất, do áp dụng

uật, do suất tiêu thụ điện năng trên đơn vị sản phẩm

thay đổi, do việc nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị v.v Do đó nói cho

đúng hơn là tâm phụ tải của khu vực cần xác định không phải là một điểm ổn

định trên mặt bằng của khu vực đó mà là một miền tản mạn

2.3.3 Sơ đồ nối điện tối ưu

Xuất phát từ cơ sở của việc lựa chọn sơ đồ nối dây tối ưu, đã có mtác giả nghiên cứu về vấn đề này đều có chung một mục tiêu là làm cho chi phí qui đổi của đường dây là cực tiểu Nhưng mỗi một phương pháp có hình thức thể hiện riêng với mức độ chính xác khác nhau

2.3.3.1 Lựa chọn sơ đồ nối dây theo chi phí qui đổ

Khi đã xác định được dung lượng và vị trí các trạm cung cấp, dung lượng và

vị trí các trạm tiêu thụ thì

đến các trạm tiêu thụ rồi đến các phụ tải sao cho đảm bảo được yêu cầu kinh tế

và kỹ thuật [7, 18] Tức là tìm phương án nối dây có:

Thỏa mãn các điều kiện

Ui ≥ Umin ;

(2.24) Trong

ể nhờ máy tính điện tử

iện có những phụ tải cùng mức độ

hở không đề cập đến

Zi - chi phí tính toán của phương pháp nối dây i

An : hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư ( an = 0,125)

kkhi : hệ số khấu hao và chi phí vận hành của phương án i

Vi : vốn đầu tư của phương án i

g∆Ai : phí tổn về tổn thất điện năng trên đường dây

đồ thường căn cứ vào điều kiện cụ thể vạch ra một loạt các phương án nối dây rồi tính các trị số Zi và chọn được phương án Zmin

Sau đó, tiến hành

U > UTrong trường hợp không thỏa mãn điều kiện này hoặc tính toán chọn phương án Z khác sử dụng các biện pháp khác sao cho thỏ

23) và (2.24)

* ưu điểm của phương pháp:

- Tính toán đơn giản và tận dụng được kinh nghiệm của người thiết kế; thời gian giải có thể được rút ngắn đáng k

* Nhược điểm:

- Lời giải chỉ phù hợp với những mạng đ

ưu cầu thấp về độ tin cậy cung cấp điện (hộ loại 3) hoặc khi cần tăng cường độ tin cậy thì chỉ dùng đường dây kép

- Trong quá trình xác định các phương án mạng điện

giá trị tổn thất lớn nhất của điện áp ∆Umax

Phương pháp tính còn chung cho cả đoạn dây, chưa tính toán tới chi pcho từng đoạn (khoảng các

dòng điện của phụ tải phía sau đối với mạ

Phương pháp hệ số phương án

Mục đích của phương pháp này là sử dụng hệ số phương án Kij để xác

định s

Hệ số

(2.25)

ữ ∞

ương pháp này ta chọn giá trị λ bất kỳ và xác định Kij ứng với tất

rạm biến áp) trong bước này ta chọn giá trị Kij nhỏ nhất Lúc đó sẽ biến áp) đến điểm tải j có

lij - khoảng cách từ nguồn nối i đến điểm tải j

L0i - khoảng cách từ trạm biến áp đến nguồn nối i

Theo ph

cả các điểm cần có điện

Bước đầu cho i = 0 (nguồn là t

nối điện từ nguồn (trạm nhất

Ví dụ : Xác định Kij i 1 2 3 n

Cho λ = 0 ta được các giá trị

Kij K01 K02 K0nSau đó so sánh các giá trị Kij Giả sử K01 min ta nối nguồn 0 v

này điểm 1 trở thành nguồn Tức là ta có 2 nguồn 0 và 1 có thể cấp điện cho các điểm tải khác Ta tiến hành xác định tiếp K1j và so sánh các giá trị vừa tìm được cùng v

trên ch sánh giá trị Z1 với Z2

à ta đã chọn Ta lấy giá trị λ tăng lên bằng 2, 3 và tính toán tương tự Cứ

nhiệt độ cho phép đã quy định, đó là

như vậy khi tính đến Zk > Zk-1 thì ta được sơ đồ nối điện tối ưu với

* ưu điểm : Kết quả tìm được khá tin cậy

* Nhược điểm : Tính toán khá phức tạp

Lựa chọn dung lượng tối ưu của máy biến áp phân phối

2.3.4.1 Phư

số nhu cầu và tổn thất điện năng nhỏ nhất [19] [2

- Trong điều kiện phát nóng:

u kiện bắt buộc với mọi máy biến áp

- Theo hệ số yêu cầu:

n

Pc = ∑

1 d

kTrong đó: Pc - công suất tính để chọn

Pđ - công suất đặt của thiết bị

- Tổn thất điện năng nhỏ nhất

Tổn thất điện năng trong máy biến áp được tính the

∆ =∆ +∆ ⎜⎛ ⎟⎞ τ

2 Pt k 0

B

SPtP

A ; (2.28)

⎠

⎝SdmBTrong đó:

∆P0 - tổn thất công suất tác dụng không tải, kW

t - thời gian vận hành máy biến áp, giờ (thường lấy bằng thời gian vận hành

ức của máy biến áp

các tham số của bản thân máy biến áp (Sđm, ∆P0 , ∆Pk ) mà còn

biến áp ( t, τ)

Từ quan hệ giữa tổn thất điện năng ∆ABvới tham số máy biến áp:

∆AB = ứng với điều kiện ∆AB min được gọi là dung lượng

g 50% công suất của khu vực đó Khi phụ tải loai 1 lớn hơn

∆Pk - tổn thất công suất tác dụng ngắn mạch, kW

một năm, t = 8760 giờ)

τ - thời gian tổn thất công suất lớn nhất, giờ

Spt, và S đm - công suất của phụ tải và công suất định m

- Chưa so sánh kinh tế - kỹ thuật của các phương án

2.3.4.2 Một số tiêu chuẩn lựa chọn số lượng và công suất máy biến áp

- Đảm bảo liên tục an toàn cung cấp điện [12, 19]

Trạm biến áp cung cấp điện cho phụ tải loại 1 nên dùng 2 máy Khi phụ tải loại 1 bé hơn 50% tổng công suất khu vực đó thì ít nhất mỗi một máy phải

có dung lượng bằn

50 %

ét thêm uật tương đương nhau thì nên

é nhất

ho phép trên cơ sở thay đổi phụ tải hàng ngày

Hệ số điền kín của máy biến áp : kđk của

hệ số điền kín sẽ cho phép quá tải 3 % so với công suất định mức của máy biến áp Qui tắc này, chỉ áp dụng khi nhi

quá 35 C

α3% =

tổng công suất thì mỗi máy biến áp phải có dung lượng bằng 100% công suất của khu vực đó ở chế độ làm việc bình thường, cả hai máy biến áp làm việc, còn trong trường hợp sự cố một máy thì ta sẽ chuyển toàn bộ phụ tải về máy không sự cố

- Vốn đầu tư bé nhất: để vốn đầu tư bé nhất thì số lượng máy đặt trong trạm biến áp phải được so sánh, tính toán kinh tế Bên cạnh đó phải x

về giá đầu tư cho một kVA, với điều kiện kỹ th

chọn loại máy có giá đầu tư cho một kVA (đồng/kVA) là b

Việc sử dụng hợp lý khả năng chịu quá tải của máy biến áp cho phép ta giảm được công suất đặt và do đó thực hiện được tiết kiệm vốn đầu tư

Tồn tại ba trường hợp quá tải cho phép sau đây:

+ Quá tải c

< 100 %, thì cứ mỗi sự giảm 10 %

ệt độ không khí xung quanh không 0

α1% =

Qui tắc này được gọi là qui tắc quá tải 3%

+ Quá tải cho phép trên cơ sở non tải trong thời gian mùa hè

Nếu phụ tải trung bình cực đại hàn

công suất định mức ủa máy biến áp, thì khi cần

ợc gọi là qui tắc quá tải 1%

P

PP100

dm

he max

dmư ; (2.30)

Bảng 2.2 Khả năng quá tải kh sự cố ủa m y biế áp ầu i c á n d

Bội số quá tải

I

Ik

dm

max

qt = 1,3 1,6 1,75 2,0 2,4 ,03

Thời gian cho phép (phút) quá tải tqt

- nếu đặt ngoài trời

quá tải

ữa dòng điện pha A có phụ tải lớn nhất

máy biến áp đặt trong nhà

Trong trạng thái sự cố của mạng điện, máy biến áp cho phép quá tải lớn Bảng (2.2) cho khả năng quá tải lúc sự cố của máy biến áp dầu, làm mát tự nhiên hoặc bằng quạt [19]

+ Quá tải cho phép trong trường hợp phụ tải không đối xứng

ở các xí nghiệp có phụ tải một pha, máy biến áp của xí nghiệp đó có khả năng làm việc với phụ tải không cân bằng giữa các ph

g lượng máy biến áp theo pha cchọn theo một phụ tải tính toán nhỏ hơn để máy biến áp được vận hành

trong phạm vi cho phép Khi đó tỉ số gi

cho phép và dòng điện pha định mức của máy biến áp là:

dmT

525,1I

I145,01

B

A

I

II

+ Tổn thất công suất trong máy biến áp là:

T ; (2.32)

+ Tổn thất công suất tác d trên dây điện cần thiết để vận chuyển công suất phản kháng ∆Q là:

) ; (2.33) 0

Sdm 0 là công suất phản kháng để từ hóa máy biến áp ở

ản kháng của cuộn dây máy biến áp

I% - dòng điện không tải của máy biến áp, tính %

∆Q = k

100

%

Uk dm

Khi phụ tải của trạm biến áp yêu cầu thay đổi nhiều, để có đ−ợc một chế độ làm việc thích hợp và kinh tế tốt nhất là nên đặt nhiều máy biến áp

* −u điểm:

- Đã tính đến hầu hết các điều kiện cần thiết để chọn dung l−ợng máy Nhận xét về các −u nh−ợc điểm của các tiêu chuẩn trên

biến áp tối ưu

- Độ tin cậy cao

Lựa chọn công suất tối ưu máy biến áp sao cho tổn

thống cung cấp điện là bé nhất

huẩn lựa chọn tối ưu là:

⇒ min ; (2.35) Trong đó:

n = 3 - Số các phần tử của mạng

Z - tổng chi phí tính toán của toàn mạng

A - hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư ( αn = 0,125)

Z2 - chi phí tính toán mạng trung áp

Nhận xét ưu nhược điểm của phương pháp

u điểm:

Phương pháp đã tính cả chi phí mạng trung áp, mạng hạ áp và trạm biến áp

*Nhược điểm:

- Chưa xét đến độ tin cậy cung cấp điện

ảng kinh tế sẽ cho phép đơn giản hoá việc lựa chọn thiết bị điện trong lưới

điện phân phối, nhanh chóng định hình cấu trúc tổng thể của toàn lưới bằng thủ tục gọn nhẹ, dễ thực hiện với kết quả đủ chính xác, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

- Phương pháp xác định bán kính của lưới điện còn sử dụng các hệ số thực nghiệm, nên kết quả tính toán bán kính lưới điện là khá lớn, không thể đem áp dụng vào thực tiển

- Hầu hết các phương pháp lựa chọn cấp điện áp hợp lý đang được sử dụng

đều đi theo các hướng: sử dụng các biểu thức giải tích gần đúng hoặc tính toán chọn cấp điện áp trên một lưới trung áp

xây dựng trên cơ sở những kinh nghiệm qui hoạch, thiết kế lưới trung áp của các chuyên gia và cơ quan thiết kế Từ đó lựa chọn cấp điện áp hợp lý cho hệ thống điện Tuy giảm nhẹ được khối lượng tính toán, song các phương pháp trên đều không cho kết quả đủ tin cậy bởi không tính đến hết những yếu tố chính liên quan đến việc lựa chọn điện áp (mật độ phụ tải, giá thành điện năng ) Mặt khác ít nhiều mang tính cục bộ, khi sử dụng kết quả cho các khu vực khác sẽ không hoàn toàn phù hợp

- Vấn đề cuối cùng, cũng là vấn đề quan trọng nhất trong quá trình truyền tải điện năng đến nơi sử dụng, có ý nghĩa quyết định đến chất lượng

điện năng, giá thành truyền tải điện đó là xác định cấu trúc và lựa chọn công suất, số lượng máy biến á trong mạng điện địa phương Những công p

n, có thể thiết lập được các biểu đồ khoản

trình nghiên cứu đề cập tới những vấn đề nêu trên vẫn dựa trên cơ sở của phương pháp quy hoạch, thiết kế các lưới điện tổng quát và sử dụng những biểu thức giải tích, công thức kinh nghiệm, đường cong tính toán và các thủ tục đơn giản cho phép những người làm công tác thiết kế, quy hoạch

đ số lượng, dung lượng và cấu trúc của mạng điện, dẫn đến kết quả bị sai lệch Vì vậy các phương pháp này không đáp ứng được điều kiện kinh tế

- kỹ thuật cho mạng điện

Các phương pháp trên, ngoài những ràng buộc về kinh tế- kỹ thuật khi xác định cấu trúc, công suất và số lượng

ến những hạn chế khắt khe về diện tích sử dụng, cảnh quan, sự gia tăng của phụ tải cũng như yêu cầu cao về an toàn điện, về tổn thất điện năng

Tóm lại, việc phân tích đi đến lựa chọn một phương pháp tính toán phù hợp với đối tượng cụ thể là hết sức quan trọng và có ý nghĩa, chúng

cụ thể ở phần sau của luận văn

Trên cơ sở phân tích trên chúng tôi áp dụng phương pháp tính toán

sẽ được trình bày trong mục 3 như sau:

Phương pháp xác định khoảng kinh tế của đường dây và máy biến áp

được trình bày trong phần 3.2 của luận vă

g kinh tế của dây dẫn và trạm biến áp dựa trên các thông số quan trọng

là dòng điện, công suất của phụ tải và giá thành tổn thất điện năng

Phương pháp xác định bán kính kinh tế của lưới điện được trình bày ở phần 3.3 của luận văn đã tính đến chi phí nhỏ nhất phụ thuộc vào nhiều tham số quan trọng như: mật độ phụ tải, mật độ kinh tế của dây dẫn, các chỉ tiêu kinh

tế của đường dây cung cấp, đường dây phân phối và chỉ tiêu kinh tế của máy biến áp nên kết quả tương đối chính xác

Trong luận án đưa ra phương pháp tính so sánh các cấp điện áp tiêu

chuẩn để lựa chọn cấp trung áp hợp lý trong mạng điện trên một tuyến dây tiêu biểu Để lựa chọn cấp điện áp hợp lí đã tính đến các yếu tố ảnh hưởng

ở phần 3.4 của luận văn sẽ trình bày những phân tích, tính toán và kết

iến áp trong mạng điện địa phương Mục đích nhằm giúp những người làm

cung cấp điện nhanh chóng định

ng, phạm vi nghiên cứu

nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật như: mật độ phụ tải, giá thành tổn thất

điện năng, hệ số phân nhánh, hệ số hình dáng của lưới điện, các chỉ tiêu kinh

tế của đường dây cung cấp, đường dây phân phối và máy biến áp Đồng thời kiểm định trên phương pháp nội suy Lagrange, kết hợp với phương pháp khoảng kinh tế của dây dẫn để xác định cấp điện áp hợp lý của mạng điện Từ kết quả cho phép chọn đúng cấp điện áp của mạng điện trung áp, đảm bảo các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật cho lưới

m đưa ra phương pháp nối điện tối ưu (kết hợp với phương

inh tế của dây dẫn), xác định vị trí, công suất và sb

công tác quy hoạch, thiết kế các hệ thống

hình được các phương án sơ bộ về cấu trúc của lưới điện phân phối, trên cơ sở

đó định hình được lưới trung áp cho từng khu vực

chương 3 xây dựng mô hình toán học

và xác định phương pháp tính

3.1 Đối tượ

Đối tượng nghiên cứu chung của để tài là các lưới điện trung áp có sơ

đồ mạng hở hoặc mạng kín vận hành hở, thuộc phạm vi xây dựng, quản lý của các địa phương; thiết bị phân đoạn có thể dùng dao cách ly cắt có tải hoặc máy cắt Lưới điện hạ áp được thiết kế theo dạng hình tia Có thể được liên thông với lưới hạ thế của trạm kế cận bằng dao cách ly vận hành hở Trong thời gian thực hiện đề tài, chúng tôi tập trung nghiên cứu cho lưới điện Thừa Thiên Huế

Lưới điện trung áp Thừa Thiên Huế có nhiều cấp điện áp khác nhau: 35

kV, 22 kV,15 kV, 10 kV, 6 kV trong đó phổ biến là lưới 10 kV, 22 kV và 35 kV; lưới 6 kV hiện nay tỏ ra không phù hợp với sự gia tăng phụ tải lớn nên không được phát triển thêm; lưới điện 35 kV vừa làm nhiệm vụ cung cấp trực tiếp ch

dây cáp trên không, cáp ngầm, dây đồng, nhôm và dây nhôm

kính lưới điện quá dài, không

h nghiệm, ước lượng tương đối dẫn đến tổn thất công suất, điện

lõi thép với những tiết diện khác nhau

Một số đường dây được xây dựng từ trước, do tốc độ phát triển của phụ tải nhanh đến nay đã quá tải, cũ nát, chắp vá, bán

đảm bảo tiết diện dây dẫn Mặt khác trong quá trình thiết kế, qui hoạch lưới điện việc chọn vị trí đặt trạm, công suất trạm, lựa chọn sơ đồ nối dây còn làm theo kin

n

Các trạm biến áp tiêu thụ sử dụn

từ (75 ữ 1000) kVA, thông dụng từ (100 ữ 630) kVA, phần lớn làm việc non tải thậm chí ngay cả ở thời điểm phụ tải cực đại

Vì vậy, việc xây dựng, lựa chọn phương pháp tính toán để xác định các tham số và cấu trúc tối ưu của mạng điện là một vấn đề hết sức quan trọng và

có ý nghĩa

3.2 xây dựng mô hình toán học

Trong quá trình quy

ật nhằm xác định cấu trúc hoặc các tham số tối ưu của mạng điện Đó là phải tìm lời giải mà cho hiệu quả kinh tế cao nhất bằng các bài toán tối ưu

Mục đích của bài toán tối ưu trong hệ thống điện là xác định phương án quy hoạch (xây dựng phát triển) mạng điện đảm bảo chất lượng, độ tin cậy cung cấp điện với vốn đầu tư chi phí nhỏ nhất, mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất

Sự phức tạp của bài toán tối ưu được thể hiện bởi các tính chất sau:

+ Tính đa mục tiêu:

Trong thực tế giữa các phương án cung cấp điện đều có những mặt ưu

:

u là sự phụ thuộc của bản thân hệ thống

điện v

c hiện với các điều kiện ban đầu

xu

Từ những đặc điểm trên, có thể phân biệt 4 dạng bài toán tối ưu sau:

điểm và nhược điểm nhất định Mục đích của người quy hoạch là thiết lập mạng điện với chất lượng cao nhất, hiệu quả kinh tế lớn nhất với chi phí vốn

đầu tư nhỏ nhất Như vậy giữa những chỉ tiêu trên luôn có sự mâu thuẩn, khó

có thể đồng thời thỏa mãn hết được những mục tiêu đề ra Tính đa mục tiêu là bài toán trở nên phức tạp Bài toán tối ưu được thực hiện với việc làm trung hòa những mâu thuẩn, tìm ra giải pháp hợp lý nhất

+ Sự ràng buộc phức tạp

Sư phức tạp của bài toán tối ư

ới rất nhiều yếu tố ảnh hưởng, với điều kiện ràng buộc khác nhau Việc xét tới tất cả các yếu tố ảnh hưởng trong thực tế hầu như không thể thực hiện

được Mặt khác tùy theo mục đích và yêu cầu của bài toán cụ thể với độ chính xác nhất định, việc xét tới tất cả các yếu tố và sự ràng buộc là hoàn toàn không cần thiết, mà chỉ cần xét tới những yếu tố quan trọng có ảnh hưởng lớn

đến kết quả của bài toán

+ Tính bất định của các dữ liệu:

Trong các bài toán tối ưu đôi khi việc thự

ang tính bất định như chưa biết trước được ph

o trong tương lai, sự tác động ngẫu nhiên củ

ống của giá cả thị trường v v Sự bất định của các thông tin làm phức tạp hóa

i toán, đôi khi không thể giải được bằng các phương pháp thông

- Bài toán đơn mục tiêu ở điều kiện xác định

-ở điều kiện bất định

đơn giản và giả g làm ảnh hưởng nhiều đến kết quả ta

rung bình (ở thời điểm cực đại)

à giả thiết không đổi trong suốt quá trình tính toán

ọn cấp điện áp tối ưu, khu vực khảo sát có diện tích 1 km2

- T

Bài toán đa mục tiêu ở điều kiện xác định

- Bài toán đơn mục tiêu ở điều kiện bất định

- Bài toán đa mục tiêu

Ba dạng sau của bài toán tối ưu đòi hỏi các phương pháp giải đặc biệt Trong luận văn này chúng tôi chỉ xét bài toán tối ưu thứ nhất

3.2.1 Một số giả thiết khi tính toán tối ưu trong hệ thống điện

Do sự phức tạp của bài toán tối ưu, có nhiều yếu tố động Để

m nhẹ khối lượng tính toán mà khôn

ra các giả thiết sau:

- Lưới trung áp sử dụng sơ đồ dạng hỗn hợp (kết hợp dạng sơ đồ hình tia

ng dây chính liên thông) Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, các tia được liên thông với nhau tại các trạm biến áp phân phối c

y cắt điện (hoặc dao cắt phụ tải, dao cách li) ở vị trí thường mở

- Lưới trung áp sử dụng các cấp điện áp: 35 kV, 22 kV, 10 kV

- Lưới hạ áp có cấp điện áp 0,38 kV

- Thực tế điện áp trên lưới phân phối luôn thay đổi, dao động xung quanh giá trị Uđm Một cách gần đúng, trong tính toán ta lấy Utt = Uđm tại mọi thời điểm

- Giá trị của hệ số công suất cosϕ là giá trị t

v

- Khi tính toán lựa ch

rong khu vực khảo sát, thiết kế, tính toán, phụ tải phân bố đều với mật

độ không đổi là γ [kW/km2] Tùy theo trình độ kinh tế, mức sống của dân cư, tập quán sinh hoạt, trình độ văn hóa, khoa học kỹ thuật của khu vực đó mà giá trị của γ có các giá trị khác nhau Để tăng khả năng áp dụng của kết quả ta xét các giá trị γ thay đổi từ (0 ữ 10 000) kW/km2

3.2.2 Hàm mục tiêu