Đánh giá phân tích và tính toán nâng cao chất lượng điện năng và giảm tổn thất điện năng cho lộ đường dây 371e2 24 tại đảo cát bà huyện cát hải thành phố hải phòng

M ục tiêu và nhiệm vụ của luận văn Do tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng điện năng, trong phạm vi của đề tài này để nghiên cứu các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng điện năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HÀ TRUNG TƯỜNG

ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CHO

LỘ ĐƯỜNG DÂY 371E2.24 TẠI ĐẢO CÁT BÀ

HUYỆN CÁT HẢI, THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN – HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội – 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HÀ TRUNG TƯỜNG

ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CHO

LỘ ĐƯỜNG DÂY 371E2.24 TẠI ĐẢO CÁT BÀ

HUYỆN CÁT HẢI, THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện – Hệ thống điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN – HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ VIỆT TIẾN

Hà Nội – 2018

M ỤC LỤC

Mục lục hình 4

Mục lục bảng 5

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6

TÀI LIỆU THAM KHẢO 6

LỜI CAM ĐOAN 7

LỜI CẢM ƠN 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I: CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 11

1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 11

1.1 Khái niệm về chất lượng điện năng 11

1.2 Các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng 12

1.2.1 Chất lượng tần số 12

1.2.2 Chất lượng điện áp 13

1.3 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI 19

1.3.1 Nhóm các biện pháp tổ chức quản lý vận hành 19

1.3.1.1 Phân bố phụ tải hợp lý 19

1.3.1.2 Chọn sơ đồ cấp điện hợp lý 19

1.3.1.3 Chọn điện áp ở đầu vào thiết bị điện thích hợp 20

1.3.1.4 Điều chỉnh chế độ làm việc của thiết bị điện một cách hợp lý 20

1.3.1.5 Lựa chọn tiết diện dây trung tính hợp lý 20

1.3.1.6 Phân bố đều phụ tải giữa các pha 20

1.3.1.7 Không vận hành thiết bị non tải 20

1.3.2 Nhóm các biện pháp kỹ thuật 20

1.3.3 Điều chỉnh điện áp 21

1.3.3 Bù công suất phản kháng 22

1.3.3.1 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp 22

1.3.3.2 Phương pháp bù công suất phản kháng 23

1.4 Kết chương 1: 24

CHƯƠNG II: TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, 25

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 25

2.1 TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 25

2.1.1 Các định nghĩa 25

1

2.1.2 Phân loại tổn thất điện năng 25

2.1.3 Ý nghĩa của việc giảm tổn thất điện năng 26

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 27

2.2.1 Tính toán tổn thất điện năng theo phương pháp đo lường 27

2.2.1.1 Tính toán tổn thất điện năng theo các chỉ số công tơ 27

2.2.1.2 Phương pháp dùng thiết bị đo các thông số lưới điện 28

2.2.2 Tính toán tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải điển hình 29

2.2.3 Phương pháp tính toán TTĐN dựa trên ĐTPT điển hình của nguồn 31

2.2.4 Tính toán tổn thất điện năng theo đường cong tổn thất 32

2.2.5 Tính toán tổn thất điện năng theo thời gian tổn thất công suất lớn nhất 33

2.2.5.1 Phương pháp tính toán theo τ 33

2.2.5.2 Phương pháp xác định theo τpvà τq 34

2.2.5.3 Tính bằng phương pháp 2τ 35

2.2.6 Tính toán tổn thất điện năng theo phương pháp điện trở đẳng trị 35

2.2.7 Tính toán tổn thất điện năng theo cường độ dòng điện thực tế 36

2.2.8 Tính toán tổn thất điện năng theo hệ số tổn thất 36

2.3 CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 39

2.3.1 Biện pháp quản lý kinh doanh 39

2.3.2 Biện pháp kỹ thuật 39

2.3.2.1 Biện pháp không đòi hỏi vốn đầu tư 39

2.3.2.2 Biện pháp đòi hỏi vốn đầu tư 39

2.3.2.3 Bài toán bù công suất phản kháng 40

2.3.2.3.1 Sự cần thiết của bù công suất phản kháng 40

2.3.2.3.2 Hàm mục tiêu tổng quát của bài toán bù kinh tế 41

2.4 Kết chương 2: 46

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG BẰNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT 5.0 TRÊN ĐƯỜNG DÂY LỘ 371E2.24 LƯỚI ĐIỆN ĐẢO CÁT BÀ HUYỆN CÁT HẢI THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG 48

3.1 Giới thiệu chung về lưới điện trung thế đảo Cát Bà, huyện Cát Hải, TP.Hải Phòng 48

3.1.1 Tổng quan lưới điện trung thế 48

3.1.2 Kết quả sản xuất kinh doanh trong năm 2017 48

3.1.3 Đánh giá chung về đặc điểm lưới điện Đảo Cát Bà: 50

3.2 Xây dựng sơ đồ tính toán trên phần mềm PSS/ADEPT 51

3.2.1 Thiết lập thông số mạng lưới 51

2

3.2.1.1 Xác định thư viện dây dẫn: 52

3.2.1.2 Xác định thông số thuộc tính của lưới điện: 53

3.2.2 Tạo sơ đồ: 54

3.2.3 Chạy các chức năng tính toán 58

3.2.4 Báo cáo 62

3.3 Kết quả xây dựng lưới điện và tính toán các phương án cải tạo 63

3.3.1 Kết quả xây dượng lưới điện 63

3.3.2 Tính toán trào lưu công suất với lưới điện hiện tại 63

3.3.3 Các tính toán với phương án cải tạo thứ nhất 64

3.3.3.1 Phương án kết dây 64

3.3.3.2 Các kết quả tính toán 65

3.3.4 Phương án cải tạo thứ 2 69

3.3.4.1 Phương án kết dây 69

3.3.4.2 Các kết quả tính toán 70

3.4 Kết chương 3: 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

Kết luận 75

Phụ lục 77

3

M ục lục hình

Hình 1.1: Sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng bộ 16

Hình 1.2: Đồ thị thời gian phục vụ của đèn và quang thông 18

Hình 1.3: Sự ảnh hưởng của điện áp đối với công suất 19

Hình 1.4: Hiệu quả của bù lọc 23

Hình 2.1: Đo điện năng vào ra các phần tử 27

Hình 2.2: Đo điện năng vào ra một lưới điện 27

Hình 2.3: Xác định TTĐN bằng cách đo dòng điện hoặc công suất và điện áp 28

Hình 2.4: Lưới điện với các điểm đo ĐTPT điển hình 30

Hình 2.5: Lưới trung áp và vị trí lấy ĐTPT điển hình 30

Hình 2.6: Đồ thị dòng điện trung bình bình phương Itb2 37

Hình 3.1: Thành phần phụ tải tỉnh lộ 371E2.24 49

Hình 3.2: Thiết lập thông số mạng lưới 52

Hình 3.3: Hộp thoại network properties 53

Hình 3.4: Hộp thoại network Economics 54

Hình 3.5: Thiết lập thông số nguồn 55

Hình 3.6: Thiết lập thông số tải 55

Hình 3.7: Thiết lập thông số dây dẫn 56

Hình 3.8: Thiết lập thông số nút 56

Hình 3.9: Thiết lập thông số tụ 57

Hình 3.10: Thiết lập thông số thiết bị đóng cắt 57

Hình 3.11: Các chọn lựa tổng quát cho các bài toán phân tích 58

Hình 3.12: Các chọn lựa cho các bài toán phân bố công suất 58

Hình 3.13: Các chọn lựa cho các bài toán phân tích khởi động động cơ 59

Hình 3.14: Các chọn lựa cho phần lập báo cáo 59

Hình 3.15: Các chọn lựa cho các bài toán xác định vị trí bù tối ưu 60

Hình 3.16: Các chọn lựa cho các bài toán xác định điểm dừng tối ưu 60

Hình 3.17: Các chọn lựa cho các bài toán phân tích độ tin cậy 61

Hình 3.18: Các chọn lựa cho các bài toán phân tích sóng hài 61

Hình 3.19: Cửa sổ Report Preview 62

Hình 3.20: Sơ đồ lưới điện đường dây 371E2.24 trên nền PSS/ADEPT 63

Hình 3.21: Sơ đồ cải tạo lưới điện 65

Hình 3.22: Thiết lập chỉ số kinh tế kỹ thuật 66

Hình 3.23: Thiết lập số lượng và công suất tụ bù đang có trong kho 67

Hình 3.24: Kết quả tính toán tụ bù 67

Hình 3.25: Kết quả tính toán đối với phụ tải tháng 7 năm 2017 của lộ 371E2.24 sau khi được thực hiện bài toán CAPO 68

Hình 3.26: Mô phỏng lưới điện theo phương án cải tạo 2 70

Hình 3.27: Vị trí lắp đặt tại nút tụ bù phương án cải tạo sô 2 phụ tải tháng 1/2017 71

Hình 3.28: Kết quả tính tụ bù với phụ tải 7/2017 72

4

M ục lục bảng

Bảng 1: Thông số kỹ thuật TBA 110 kV - Cát Hải (E2.24) 50 Bảng 2: Kết quả tính toán công suất và tổn thất công suất, điện áp và tổn thất điện áp với phụ tải tháng 1 năm 2017 63 Bảng 3: Kết quả tính toán công suất và tổn thất công suất, điện áp và tổn thất điện áp với phụ tải tháng 1 năm 2017 64 Bảng 4: Kết quả tính toán với diện phụ tải tháng 1 năm 2017 65 Bảng 5: Kết quả tính toán với phụ tải tháng 7 năm 2017 65 Bảng 6: Kết quả tính toán đối với phụ tải tháng 1 năm 2017 của lộ 371E2.24 sau khi được thực hiện bài toán CAPO 68 Bảng 7: Kết quả tính toán đối với phụ tải tháng 7 năm 2017 của lộ 371E2.24 sau khi được thực hiện bài toán CAPO cụ thể như sau 68 Bảng 8: Các vị trí lắp tụ cụ thể như sau: 69 Bảng 9: Kết quả tính với phụ tải tháng 1 năm 2017 khi chưa tính toán lắp đặt tụ bù 70 Bảng 10: Kết quả tính với phụ tải tháng 7 năm 2017 khi chưa tính toán lắp đặt tụ bù 70 Bảng 11: Kết quả tính toán cho việc lắp đặt thêm 01 bộ tụ 71 Bảng 12: Các vị trí lắp đặt tụ 72 Bảng 13: Kết quả tính toán sau khi lắp đặt tụ bù 73 Bảng 14: Tổn thất công suất và tổn thất điện áp giảm được so với chế độ vận hành hiện tại 74 Bảng 15: Thống kê phụ tải Pmax theo tháng của các phụ tải điển hình trong trong khu vực tính toán 77 Bảng 16: Thống kê phụ tải Qmax theo tháng của các phụ tải điển hình trong trong khu vực tính toán 83

5

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CLĐA : Chất lượng điện áp CLĐN : Chất lượng điện năng CSPK : Công suất phản kháng CSTD : Công suất tác dụng ĐADT : Điện áp dưới tải ĐCĐA : Điều chỉnh điện áp

ĐCKĐB : Động cơ không đồng bộ

MBA : Máy biến áp TCTĐL : Tổng Công ty Điện lực

Phan Đăng Khải, Huỳnh Bá Minh (2001), Bù công suất phản kháng lưới cung cấp và

phân phối điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

Trần Đình Long (2000), Bảo vệ các hệ thống điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà

Nội

Nguyễn Xuân Phú (1998), Cung cấp điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Hữu Phúc, Áp dụng PSS/ADEPT 5.0 trong lưới phân phối, Đại học Điện lực

6

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các nghiên cứu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào trước đây Các số liệu thống kê, báo cáo, các tài liệu khoa học trong luận văn được sử dụng của các công trình khác đã nghiên cứu được chú thích đầy đủ, đúng quy định

Hà Nội, tháng năm 2018

Hà Trung Tường

7

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội, các Viện, Khoa chuyên ngành, các thầy cô giáo viện Điện và viện Đào tạo sau đại học, đặc biệt các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện đã tạo điều kiện và chỉ bảo cho tôi trong quá trình học tập và khi thực hiện luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn trân thành nhất tới TS Lê Việt Tiến trong suốt thời gian qua đã nhiệt tình chỉ dạy và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn thạc sĩ này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo Điện lực Cát Hải - Công ty TNHH MTV Điện lực Hải Phòng, người thân trong gia đình, bạn bè, đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình thực hiện luận văn

Do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế mặc dù tôi đã rất cố gắng thực hiện, tuy nhiên khối lượng công việc lớn nên luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót Tôi kính mong các thầy, cô giáo chỉ bảo, đóng góp ý kiến để tôi có thể hoàn thiện và tiếp tục nghiên cứu để phát triển đề tài

8

M Ở ĐẦU

1 Lý do ch ọn đề tài

Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng Do đó đòi

hỏi ngành điện phải đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng ngày càng tốt hơn Không

chỉ đảm bảo tính liên tục cung cấp điện mà điện năng được cung cấp phải đảm bảo

chất lượng

Hiện nay đất nước ta đã hội nhập quốc tế sâu và rộng, các nhà đầu tư nước ngoài đã đầu tư vào Việt Nam ở nhiều tình thành và nhiều lĩnh vực chủ yếu là công nghiệp nên nhu cầu cung cấp điện với chất lượng cao là nhiệm vụ thiết yếu của ngành điện

Do đó việc nâng cao chất lượng điện đặc biệt là trong lưới điện phân phối mang

một ý nghĩa chiến lược và cần sự phối hợp nhận thức của toàn xã hội

Trước những yêu cầu đó ngoài việc mở rộng, phát triển nguồn điện thì vấn đề nghiên cứu, đưa ra các giải pháp đảm bảo các thông số chất lượng điện, giảm tổn thất điện năng là một vấn đề cấp bách hiện nay

2 M ục tiêu và nhiệm vụ của luận văn

Do tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng điện năng, trong phạm vi của

đề tài này để nghiên cứu các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng điện năng trong lưới điện phân phối như: điện áp ở nút phụ tải, tổn thất công suất và điện năng trên lưới điện, độ tin cậy cung cấp điện đối với hộ tiêu thụ nguyên nhân làm giảm chất lượng điện năng, từ đó phân tích, tìm ra những giải pháp nâng cao chất lượng điện năng,

giảm tổn thất điện năng đối với lưới điện phân phối

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng của lưới phân phối nói chung và ứng dụng vào một xuất tuyến của lưới phân phối Thành phố Hải Phòng Tác giả tập đi trung nghiên cứu 2 phương án cải tạo lưới kết hợp bù công suất

phản kháng nhằm giải quyết bài toán giảm tổn thất điện năng nâng cao chất lượng điện năng đang đặt ra với ngành điện

Đồng thời luận văn ứng dụng một số Option của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 để

giải bài toán giảm tổn thất điện năng, nâng cao chất lượng điện năng trên lưới điện lộ 371E2.24 nhằm minh chứng cho các luận điểm nghiên cứu

4 Ý nghĩa khoa học và thực hiện

Trong thời đại Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa, năng lượng là nguồn lực chủ

yếu của sự phát triển kinh tế và xã hội Trong đó điện năng đóng vai trò cực kỳ quan

trọng, là nguồn năng lượng được sử dụng rất rộng rãi trong mọi hoạt động của con người

Trong quá trình truyền tải điện năng từ nới sản xuất đến nới tiêu thụ lượng điện

9

năng tổn thất rất lớn Các khảo sát gần đây cho thấy tổn thất trong truyền tải và phân

phối trong một số lưới điện có thể lớn hơn 8% tổng sản lượng điện năng Chất lượng điện áp ở một số nút trong lưới điện không đáp ứng tiêu chuẩn, độ tin cậy cung cấp điện rất thấp Bài toán chất lượng điện năng, giảm tổn thất điện năng là bài toán khó

của ngành điện và nhất là trước tình hình thực tế như hiện nay, công nghiệp, dịch vụ

sử dụng điện ngày càng tăng cơ cấu vận hành lưới phân phối một số nơi có thể sẽ không đáp ứng việc cung cấp điện trong một vài năm tới do vậy việc cải tạo lưới điện

kết hợp tính toán để nâng cao chất lượng điện năng cần phải đi song song với nhau

5 N ội dung chính của luận văn: gồm 03 chương

Chương 1: Chất lượng điện năng, các biện pháp nâng cao chất lượng điện năng Chương 2: Tổn thất điện năng, các biện pháp giảm tổn thất điện năng

Chương 3: Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng, nâng cao chất lượng điện năng

bằng phần mềm PSS/ADEPT trên lộ đường dây 371 - E2.24 lưới điện Đảo Cát Bà huyện Cát Hải thành phố Hải Phòng

10

CHƯƠNG I: CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG

CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

1.1 Khái ni ệm về chất lượng điện năng

Điện năng được tạo ra từ sự biến đổi các dạng năng lượng khác nhau như: thế năng, động năng, nhiệt năng, quang năng, hóa năng… Sự chuyển đổi này được thực hiện thông qua các nhà máy phát điện Trước khi truyền năng lượng điện đến các hộ tiêu thụ thông qua hệ thống truyền tải phức tạp mà điểm bắt đầu là nhà máy điện, điện năng đã bị thay đổi đặc tính cho phù hợp Đó là sự thay đổi các thông số cơ bản như điện áp, dòng điện, tần số

Định nghĩa về chất lượng điện năng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện

Sự gia tăng ứng dụng của các thiết bị điện tử và các máy phát phân phối đã làm tăng

sự quan tâm đến chất lượng điện năng trong những năm gần đây Đảm bảo chất lượng điện năng là phải đảm bảo ổn định về điện áp và tần số Chỉ cần một trong các yếu tố trên không đảm bảo, chất lượng điện năng sẽ không đảm bảo

Hệ thống điện Việt Nam gồm có các nhà máy điện, các lưới điện, các hộ tiêu thụ được liên kết với nhau thành một hệ thống để thực hiện 4 quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng trong lãnh thổ Việt Nam Hệ thống điện Việt Nam có nhiều cấp điện áp định mức khác nhau: 500kV, 220kV, 110kV, 64kV, 35kV, 22kV, 15kV, 10kV, 6kV, 0.4kV với tần số định mức là 50Hz Trong khi tần số

là đại lượng mang tính hệ thống thì điện áp lại không đồng nhất tại các điểm khác nhau trong hệ thống Trong cùng một cấp điện áp, điện áp ở xa nguồn thường có giá trị nhỏ hơn ở những điểm gần nguồn do tồn tại tổn thất điện áp trong mạng điện Các thiết bị dùng điện đều được thiết kế để làm việc với giá trị tần số định mức của Hệ thống điện và giá trị điện áp định mức thường bằng hoặc lân cận giá trị định mức của một cấp điện áp phân phối nào đó Nếu thiết bị dùng điện được cung cấp ở tần số định mức của hệ thống điện và với điện áp định mức của thiết bị đó thì chất lượng điện năng sẽ được đảm bảo

Chất lượng điện năng được xem là đảm bảo nếu tần số và điện áp biến đổi trong phạm vi cho phép quanh giá trị định mức vì dao động về tần số có thể do những dao động hay nhiễu loạn của hệ thống trong quá trình vận hành Phạm vi này được quy định trên cơ sở đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của thiết bị dùng điện và các tiêu chuẩn về độ lệch điện áp và tần số Khi các giá trị thực tế của điện áp và tần

số vượt ra ngoài độ lệch cho phép phải tiến hành các biện pháp điều chỉnh

Các chỉ tiêu chất lượng điện năng liên quan chặt chẽ với sự cân bằng công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q trong hệ thống điện

Có thể tăng thêm nguồn công suất phản kháng Q bằng các thiết bị bù hoặc phân

bố lại công suất phản kháng Q, khi trong hệ thống điện có hiện tượng thừa cục bộ

11

Việc điều chỉnh điện áp trong mạng điện rất phức tạp Mỗi mức cân bằng P và

Q trong hệ thống điện xác định một giá trị của tần số và điện áp Khi sự cân bằng bị phá vỡ tần số và điện áp sẽ biến đổi cho đến khi xác lập sự cân bằng mới, ứng với các giá trị xác lập mới của tần số và điện áp

Quá trình biến đổi của công suất và các chỉ tiêu chất lượng điện năng khi cân bằng công suất bị phá hoại xảy ra rất phức tạp vì giữa chúng có quan hệ tương hỗ Vì thế để giải quyết các vấn đề thực tế phải đưa ra những điều kiện lý tưởng hóa làm đơn giản bài toán Những điều kiện đó là sự thay đổi cân bằng công suất P ảnh hưởng

chủ yếu đến tần số, còn sự cân bằng công suất Q ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp

Điều kiện cần thiết để có điều kiện điều chỉnh được tần số và điện áp là trong

hệ thống điện phải có đủ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q để đáp ứng nhu cầu luôn biến đổi của phụ tải và bù vào tổn thất trong quá trình sản xuất và truyền tải điện năng

Điều chỉnh tần số có thể thực hiện tập trung ở bất kỳ nhà máy điện nào, ngược lại điều chỉnh điện áp không thể tiến hành tập trung mà phải thực hiện ở chỗ thiếu công suất phản kháng Q

Điều chỉnh điện áp có thể thay đổi cân bằng công suất tác dụng P và cân bằng công suất phản kháng Q nhưng chủ yếu được thực hiện bằng cách thay đổi cân bằng công suất phản kháng Q

1.2 Các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng

1.2.1 Chất lượng tần số

Tần số là một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện năng Tốc độ quay và năng suất làm việc của các động cơ đồng bộ và không đồng bộ phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều Khi tần số giảm thì năng suất của chúng cũng bị giảm thấp Tần số tăng cao dẫn đến sự tiêu hao năng lượng quá mức Do vậy và do một số nguyên nhân khác, tần số luôn được giữ ở định mức

Độ dao động tần số đặc trưng bởi độ lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tần số khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1% Độ dao động tần số không được lớn hơn giá trị cho phép

Đối với hệ thống điện Việt Nam, trị số định mức của tần số được quy định là 50Hz Độ lệch cho phép khỏi trị số định mức trong điều kiện bình thường là ± 0,2Hz

theo thông tư số 39/2015/ TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2015 của Chính Phủ

1.2.1.3 Biện pháp giữ ổn định tần số

Tần số là một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện năng Tốc độ quay và năng suất làm việc của các động cơ đồng bộ và không đồng bộ phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều Khi tần số giảm thì năng suất của chúng cũng bị giảm thấp Tấn số tăng cao dẫn đến sự tiêu hao năng lượng quá mức

Khi có sự cân bằng công suất thì tần số được giữ không đổi Nhưng vào mỗi thời điểm tùy thuộc số lượng hộ tiêu thụ được nối vào và tải của chúng, phụ tải của hệ thống điện liên tục thay đổi làm phá hủy sự cân bằng công suất và làm tần số luôn biến động Để duy trì tần số định mức trong hệ thống điện yêu cầu phải thay đổi công suất tác dụng một cách tương ứng và kịp thời

Như vậy vấn đề điều chỉnh tần số liên quan chặt chẽ với điều chỉnh và phân phối công suất tác dụng giữa các tổ máy phát và giữa các nhà máy điện Tần số được điều chỉnh bằng cách thay đổi lượng hơi hoặc nước đưa vào tuốc-bin Khi thay đổi lượng hơi hoặc nước vào tuốc-bin, công suất tác dụng của máy phát cũng thay đổi

Khi xảy ra sự thiếu hụt công suất tác dụng làm giảm thấp tần số trong hệ thống điện, nếu còn công suất tác dụng dự trữ thì hệ thống điều chỉnh tần số và công suất đã xét ở trên sẽ hoạt động để duy trì được mức tần số định trước Tuy nhiên, sau khi huy động toàn bộ công suất tác dụng dự trữ có thể có trong hệ thống điện nếu tần số vẫn không được khôi phục, thì biện pháp duy nhất có thể áp dụng lúc ấy là cắt bớt một số phụ tải ít quan trọng nhất Vì vậy để giữ ổn định tần số thì nguồn phát phải có độ dự trữ công suất đủ lớn trong hệ thống, các nhà máy điện đã trang bị các hệ thống tự động điều chỉnh tần số rất nhanh khi xảy ra sự thiếu hụt công suất tác dụng làm giảm thấp tần số trong hệ thống điện

Về phương diện quản lý của các Công ty Điện lực, để giữ ổn định tần số thì biện pháp tăng cao độ dự trữ công suất tác dụng của nguồn phát đồng nghĩa là giảm tổn thất công suất tác dụng trên lưới điện xuống mức thấp nhất Vì vậy, trong lưới điện phân phối để nâng cao chất lượng điện năng qua chỉ tiêu tần số thì biện pháp giảm tổn thất công suất được áp dụng Để giảm tổn thất công suất thì bài toán tái cấu trúc lưới điện và bù công suất phản kháng được lựa chọn nghiên cứu trong luận văn

1.2.2 Chất lượng điện áp

1.2.2.1 Tiêu chuẩn điện áp

Duy trì điện áp định mức là một trong những yêu cầu cơ bản để đảm bảo chất

13

lượng điện năng của hệ thống điện Chất lượng điện năng được đặc trưng bằng các giá trị quy định của điện áp và tần số trong hệ thống điện Chất lượng điện năng ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các thiết bị dùng điện Các thiết bị dùng điện chỉ có thể làm việc với hiệu quả tốt trong trường hợp điện năng có chất lượng điện năng cao Tần số của dòng điện được điều khiển trong phạm vi toàn hệ thống Các chỉ tiêu chính của chất lượng điện áp là độ lệch điện áp, dao động điện áp, sự không đối xứng, độ không hình sin của đường cong điện áp và độ không cân bằng

Độ lệch điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện là độ chênh lệch giữa điện áp thực tế Utvà điện áp định mức Uđmvới điều kiện là tốc độ biến thiên của điện áp nhỏ hơn 1% Uđm/s, được tính như sau:

∆U = 𝑈𝑡 −𝑈𝑑𝑚

𝑈𝑑𝑚 100% (1.4)

- Độ lệch cho phép ∆Ucp%

- Trên cực của các thiết bị chiếu sáng từ -2,5 ÷ 5%

- Trên các cực của động cơ, các thiết bị mở máy từ -5 ÷ 10%

- Trên các thiết bị còn lại từ -5 ÷ 5%

- Trong các trạng thái sự cố, cho phép tăng giới hạn trên thêm 2,5% và giảm giới hạn dưới thêm 5%

- Theo thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2015 thì trong chế

độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định như sau:

a) Tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện là ± 05 %;

b) Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là + 10% và - 05 %;

Điều chỉnh điện áp theo độ lệch

Chất lượng điện năng của hệ thống điện chủ yếu là tần số và điện áp Khi đảm bảo sự cân bằng giữa công suất phát từ các nguồn điện và nhu cầu phụ tải, chế độ làm việc ổn định của hệ thống điện được xác lập Điều đó được thể hiện bởi các giá trị duy trì của tần số trong hệ thống và điện áp tại các nút chủ yếu của mạng điện cao áp và đây cũng là hai trong tập thông số trạng thái của hệ thống điện

Tần số là một thông số có tính chất hệ thống Ngược lại việc quản lý chất lượng điện áp về nguyên tắc phải được thực hiện phân tán và theo nhiều cấp khác nhau trong mạng điện nhằm đạt các chỉ tiêu về độ lệch tuyệt đối so với giá trị điện áp yêu cầu, về khoảng thời gian xảy ra độ lệch, về hậu quả của độ lệch Nghĩa là đây cần đánh giá

sự kiện sai lệch về chất lượng điện áp trong không gian 3 chiều: chiều rộng của cường

độ, chiều dài của thời gian (còn gọi là đánh giá tích phân) và chiều sâu của hiệu quả (thiệt hại kinh tế) Tuy nhiên những chỉ tiêu trên đây được thực hiện trong những ràng buộc cụ thể về cấu trúc hệ thống, khả năng thiết bị, vốn đầu tư…

14

Điều chỉnh điện áp theo độ lệch là nhằm đảm bảo sao cho độ lệch điện áp so với điện áp định mức ở tất cả các thiết bị dùng điện nằm trong phạm vi cho phép

Chất lượng điện áp phải được đảm bảo ở mạng điện hạ áp phía sau TPP, và phải được đảm bảo trên cực các thiết bị dùng điện sử dụng điện áp cao hơn nếu có

b Dao động điện áp dU

Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian tương đối ngắn Phụ tải chịu ảnh hưởng của dao động điện áp không những về biên độ dao động mà cả về tần số xuất hiện của dao động đó

Nguyên nhân chủ yếu là do mở máy các động cơ lớn, ngắn mạch trong hệ thống điện, các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi sự đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng và phản kháng, các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép cỡ lớn… thường gây

ra dao động điện áp

dU=𝑈𝑚𝑎𝑥−𝑈𝑚𝑖𝑛

Trong đó:

Umax: điện áp hiệu dụng lớn nhất

Umin: điện áp hiệu dụng nhỏ nhất

Uđm: điện áp danh định

- Tiêu chuẩn quy định:

+ Tần suất xuất hiện 2 - 3 lần/giờ thì dU = 3 ÷ 5% Uđm

+ Tần suất xuất hiện 2 - 3 lần/phút thì dU = 1 ÷ 1,5% Uđm

+ Tần suất xuất hiện 2 - 3 lần/giây thì dU = 0, 5% Uđm

Xuất hiện khi có điện áp thứ tự nghịch (TTN)

Khi điện áp TTN lớn thì độ không đối xứng cao

1.2.2.2 Ảnh hưởng điện áp đến sự làm việc của phụ tải

Hệ thống điện cần phải đảm bảo cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện năng có chất lượng Nếu chất lượng điện năng vượt ra ngoài giới hạn quy định thì thiết bị điện có thể sẽ bị sự cố hư hỏng, giảm tuổi thọ hoặc làm việc kém hiệu quả và không kinh tế Sau đây ta xét ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của các phụ tải thông dụng trong thực tế như sau:

a Đối với động cơ

Moment của động cơ không đồng bộ tỉ lệ thuận với bình phương điện áp U đặt vào động cơ

Đối với động cơ đồng bộ, khi điện áp thay đổi làm cho moment quay thay đổi, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và máy bù đồng bộ giảm đi khi điện áp giảm quá 5% so với định mức, vì các máy phát và máy bù đồng bộ được thiết

kế để giữ nguyên khả năng phát công suất phản kháng khi điện áp thay đổi ít

Hình (1.1) biểu diễn sự thay đổi đặc tính moment của động cơ điện không đồng

bộ khi điện áp thay đổi

Hình 1.1: Sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng bộ

b Đối với các thiết bị chiếu sáng

Các thiết bị chiếu sáng rất nhạy cảm với điện áp, khi điện áp giảm 2,5% thì quang thông của đèn dây tóc giảm 9%, đối với đèn huỳnh quang khi điện áp tăng 10% thì tuổi thọ của nó giảm 20% - 25%, với các đèn có khí khi điện áp giảm xuống quả 20% định mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì độ tăng điện áp kéo dài thì nó có thể cháy bóng đèn Đối với đèn hình, khi điện áp nhỏ hơn 95% điện áp định mức thì chất lượng

hình ảnh bị méo mó Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị liên lực bưu điện, các thiết bị tự động hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp Chính vì thế độ lệch điện

áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và điện tử được quy định nhỏ hơn so với các thiết bị điện khác

17

Hình 1.2: Đồ thị thời gian phục vụ của đèn và quang thông

kỹ thuật của chúng Khi điện áp ở lò luyện kim giảm từ 10% - 15% thành phẩm có thể giảm từ 15% - 20% do hư hỏng và do bị kéo dài thời gian luyện kim

d Đối với nút phụ tải tổng hợp

Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành phần thì công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc tính tĩnh của phụ tải (hình 1.3)

Từ (hình 1.3) ta thấy công suất tác dụng ít chịu ảnh hưởng của điện áp so với công suất phản kháng Khi điện áp giảm thì công suất tác dụng và công suất phản kháng đều giảm đến một giá trị điện áp giới hạn Ughnào đó, nếu điện áp tiếp tục giảm thì công suất phản kháng tiêu thụ tăng lên hậu quả sẽ làm cho điện áp lại càng giảm và

phụ tải ngừng làm việc (hiện tượng này gọi là hiện tượng Tháp điện áp có thể xảy ra

với một nút phụ tải hoặc toàn bộ hệ thống điện khi điện áp giảm xuống 70% - 80% so với điện áp định mức ở nút phụ tải) Đây là một sự cố vô cùng nguy hiểm cần phải tiên đoán để tìm biện pháp ngăn chặn kịp thời

Hình 1.3: Sự ảnh hưởng của điện áp đối với công suất

+ Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của bản thân hệ thống điện:

+ Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện và các thiết bị bù sinh ra

+ Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn thất không tải, tăng độ cảm ứng từ trong lõi thép và có thể dẫn đến nguy hiểm do máy phát nóng cục bộ, khi điện áp tăng quá cao sẽ chọc thủng cách điện

+ Đối với đường dây, điện áp tăng cao làm tăng công suất vầng quang ở các đường dây siêu cao áp

PHÂN PH ỐI

Do lưới điện phân phối ở nước ta có nhiều cấp điện áp khác nhau và phương thức cấp điện phức tạp cho nên việc đưa ra một biện pháp để nâng cao chất lượng điện cần được tính toán phân tích kỹ lưỡng cả về hai mặt là đáp ứng về kỹ thuật và hiệu quả

về kinh tế Với những đặc trưng của mạng điện phân phối chúng ta có thể phân ra 2 nhóm biện pháp chính để nâng cao chất lượng điện

1.3.1 Nhóm các biện pháp tổ chức quản lý vận hành

Các biện pháp tổ chức quản lý vận hành không đòi hỏi chi phí lớn Nhưng yêu cầu người thực hiện phải hiểu rõ về sơ đồ và tình trạng làm việc của lưới điện vận hành Nhóm này bao gồm các biện pháp chính sau:

1.3.1.1 Phân bố phụ tải hợp lý

Việc phân bố phụ tải hợp lý sẽ làm san bằng đồ thị phụ tải, giảm sự chênh lệch phụ tải và hao tổn điện áp tại hai thời điểm phụ tải cực đại và cực tiểu, dẫn đến giảm chênh lệch về độ lệch điện áp tại hai thời điểm này Như vậy sẽ làm giảm khoảng giới hạn của độ lệch điện áp và nâng cao hiệu suất sử dụng của lưới điện

1.3.1.2 Chọn sơ đồ cấp điện hợp lý

19

Sơ đồ cung cấp điện hợp lý nhằm giảm tối đa các thông số R, X trong lưới điện, làm giảm tối đa hao tổn điện áp dẫn đến giảm độ lệch điện áp tại các nút của lưới điện

Hoàn thiện cấu trúc lưới để vận hành với tổn thất nhỏ nhất Vấn đề này đòi hỏi vốn đầu tư, tuy nhiên phụ thuộc vào địa hình và mật độ phụ tải của lưới Nói chung đây là giải pháp khó đạt hiệu quả cao đối với những tuyến dây hiện hữu, chỉ thực hiện

có hiệu quả với những tuyến dây mới, đang trong giai đoạn đầu tư

1.3.1.3 Chọn điện áp ở đầu vào thiết bị điện thích hợp

Thông thường máy biến áp và đường dây được tính toán lựa chọn theo chế độ tải cực đại và cực tiểu Nhưng phụ tải thực tế trong quá trình vận hành tại phần lớn thời gian lại khác chế độ tính toán Do đó việc chọn điện áp đầu vào của các thiết bị điện thích hợp sẽ làm giảm sự sai khác độ lệch điện áp đầu vào của các thiết bị điện này

1.3.1.4 Điều chỉnh chế độ làm việc của thiết bị điện một cách hợp lý

Việc điều chỉnh chế độ làm việc của thiết bị điện một cách hợp lý sẽ kết hợp được phụ tải phản kháng giữa các hộ dùng điện Do đó làm giảm tổn thất công suất và hao tổn điện áp của lưới điện tại các thời điểm khác nhau

1.3.1.5 Lựa chọn tiết diện dây trung tính hợp lý

Đối với lưới điện có dây trung tính, nếu chọn dây trung tính quá nhỏ sẽ làm tăng hao tổn điện áp trên dây trung tính dẫn đến mất đối xứng của lưới điện

1.3.1.6 Phân bố đều phụ tải giữa các pha

Phân bố thời gian làm việc và đưa vào thiết bị vận hành trong các thời gian hợp

lý, tránh hiện tượng quá tải cục bộ vào giờ cao điểm Vấn đề này chỉ thực hiện ở cấp

vĩ mô, có sự tham gia của nhiều bộ ngành và nhà nước

Tăng cường sử dụng các thiết bị ba pha Biện pháp này làm giảm sự mất đối xứng trong lưới điện

1.3.1.7 Không vận hành thiết bị non tải

Các thiết bị vận hành non tải làm cho hệ số công suất thấp, tăng cường công suất phản kháng làm tăng hao tổn dẫn đến tăng độ lệch điện áp

1.3.2 Nhóm các biện pháp kỹ thuật

- Nhóm này được thực hiện khi các biện pháp tổ chức vận hành được áp dụng

mà vẫn không mang lại kết quả như mong muốn, nhóm này bao gồm các giải pháp:

 Điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng trong lưới phân phối

 Đối xứng hóa lưới điện

 Hạn chế sóng hài trong lưới hạ áp

 Nâng cao điện áp vận hành lưới phân phối và đưa về điện áp quy chuẩn, chuyển điện áp 6, 10, 15 kV lên vận hành ở cấp điện áp 22 kV.Giảm bán kính cấp điện đưa TBA 110kV về trung tâm phụ tải

Việc thực hiện giải pháp này tương đối hiệu quả nhưng đòi hỏi vốn đầu tư lớn

mà thời gian thực hiện dài và kết hợp cải tạo lưới điện nâng cao độ tin cậy lưới điện đồng thời giảm tổn thất điện năng thực hiện đồng bộ mới mang lại kết quả tốt

Giải pháp kỹ thuật chính nâng cao chất lượng điện cần tập trung nghiên cứu trong phạm vi đề tài này là phương pháp nâng cao điện áp vận hành lưới phân phối bằng hai phương án, phương án nâng cao tiết điện dây dẫn truyền tải công suất về tâm phụ tải kết hợp bù công suất phản kháng và phương án giảm bán kính cấp điện đưa TBA 110kV về trung tâm phụ tải kết hợp bù công suất phản kháng

1.3.3 Điều chỉnh điện áp

Để duy trì điện áp trên cực của thiết bị trong miền giới hạn hay nằm trong phạm vi cho phép chúng ta phải áp dụng các biện pháp điều chỉnh điện áp ít nhất có thể bù được các tổn thất điện áp do các phần tử trong các hệ thống cung cấp điện gây

ra và trong nhiều trường hợp chúng ta phải phối hợp nhiều biện pháp điều chỉnh điện

áp với nhau vì có phương pháp điều chỉnh này có thể cải thiện được thông số này nhưng lại gây ảnh hưởng không tốt đến các thông số khác Nhìn chung, trong các biện pháp điều chỉnh điện áp hiện nay chúng ta thấy rằng:

Đối với các phương pháp điều chỉnh điện áp ở thanh cái trạm phát điện hoặc

trạm biến áp trung gian bằng cách thay đổi kích từ của máy phát điện, chúng ta có thể điều chỉnh điện áp ở thanh cái trạm phát điện Biện pháp này thực hiện đơn giản và có ảnh hưởng chung trong toàn mạng Nhưng gặp khó khăn là mức điều chỉnh cho điện

áp nếu tốt cho phụ tải ở gần thì lại không phù hợp với phụ tải ở xa và ngược lại Vì thế biện pháp này được phối hợp với các biện pháp khác nữa mới đảm bảo được chất lượng điện áp trong toàn mạng

Các máy biến áp trung gian (hoặc khu vực) cấp điện cho một vùng rộng lớn, vì vậy nên dùng máy biến áp có điều chỉnh điện áp dưới tải Trong trường hợp chỉ có máy biến áp thường thì thanh cái phía hạ áp của máy biến áp của máy biến áp nên đặt các máy đồng bộ công suất lớn để tiến hành điều chỉnh điện áp

Điều chỉnh điện áp riêng cho từng điểm trong mạng điện: Ở những nơi phụ tải yêu cầu cao về điện áp, chúng ta có thể đặt các thiết bị điều chỉnh điện áp như: máy biến áp có tự động điều chỉnh điện áp, máy bù đồng bộ, tụ điện tĩnh,… Phương pháp điều chỉnh này sát hợp với yêu cầu của từng phụ tải và luôn được ưu tiên chú ý sử dụng, song có nhược điểm là phải dùng nhiều thiết bị điều chỉnh phân tán

Trong thực tế phải phối hợp giữa điều chỉnh ở trung tâm và cục bộ mạng điện Đồng thời ngoài việc dùng các thiết bị điều chỉnh điện áp chúng ta phải áp dụng các biện pháp tổng hợp khác để đảm bảo chất lượng điện áp của hệ thống cung cấp điện

Điện áp tại các điểm nút trong hệ thống được duy trì ở một giá trị định trước nhờ có những phương thức vận hành hợp lý, chẳng hạn như tận dụng công suất phản kháng của các máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá tải tại các phần tử của

hệ thống điện, tăng và giảm tải hợp lý của những đường dây truyền tải, chọn tỷ số biến đổi thích hợp ở các máy biến áp hay sử dụng các thiết bị bù truyền thống và hiện

21

đại để bù lượng công suất phản kháng nhằm nâng cao chất lượng điện

Để điều chỉnh điện áp ta có thể sử dụng các phương pháp sau đây:

 Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp tăng áp và của máy biến áp giảm áp bằng cách đặt đầu phân áp cố định hoặc điều áp dưới tải

 Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh và máy biến áp bổ trợ

 Sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng

Nhận xét:

Trong các phương pháp trên chúng ta thấy rằng việc điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp hay sử dụng các máy biến áp bổ trợ là phương pháp truyền thống được sử dụng từ lâu Tuy nhiên nó chỉ có hiệu quả điều chỉnh ở một mức độ nào đó, nghĩa là phạm vi điều chỉnh hẹp, trong nhiều trường hợp nó không đáp ứng được yêu cầu cần thay đổi của lưới điện để điều chỉnh giữ ổn định điện áp lưới Trong khi đó phương pháp điều chỉnh điện áp bằng cách bù công suất phản kháng có thể điều chỉnh rộng và linh hoạt hơn, vì thế nó đang được tập trung nghiên cứu để áp dụng những công nghệ bù CSPK mới vào trong lưới điện

1.3.3 Bù công suất phản kháng

1.3.3.1 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp

Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp Trong lưới điện trung áp, hạ áp thì R khá lớn, dòng công suất tác dụng cũng ảnh hưởng đến điện

áp Nhưng không thể dùng cách điều chỉnh dòng công suất tác dụng để điều chỉnh điện áp được, vì công suất tác dụng là yêu cầu của phụ tải để sinh ra năng lượng, chỉ

có thể được cung cấp từ các nhà máy điện Còn công suất phản kháng không sinh công, nó chỉ là dòng công suất gây từ trường dao động trên lưới điện, rất cần thiết nhưng có thể cấp tại chỗ cho phụ tải Do đó trong các lưới điện này vẫn phải điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng

Cân bằng công suất phản kháng vừa có tính chất hệ thống vừa có tính chất địa phương Do đó điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng phải thực hiện cả ở cấp hệ thống lẫn cấp địa phương Ở cấp hệ thống điều chỉnh điện áp ở mức trung bình của hệ thống, còn ở cấp địa phương điều chỉnh nhằm đạt được yêu cầu điện áp cụ thể của địa phương Cân bằng công suất phản kháng được thực hiện bằng hai cách:

- Điều chỉnh công suất phản kháng của các nguồn công suất phản kháng như nhà máy điện, máy bù đồng bộ, các bộ tụ bù

- Điều chỉnh dòng công suất phản kháng hay phân bố lại công suất phản kháng trên mạng điện bằng cách điều chỉnh đầu phân áp ở các máy biến áp, điều chỉnh thực hiện bù dọc Khi tính toán điều chỉnh điện áp chỉ cần xét hai chế độ đặc trưng của phụ tải, đó là chế độ phụ tải công suất cực đại (max) và chế độ công suất phụ tải cực tiểu (min) Nếu đảm bảo chất lượng điện áp ở hai chế độ này thì sẽ đảm bảo điện áp ở

Như vậy là tổn thất điện áp giảm đi khi có thiết bị bù

Tụ bù dọc được đặt nối tiếp trên đường dây để bù điện kháng của đường dây Tức là làm giảm điện kháng giữa 2 điểm dẫn đến tăng khả năng truyền tải

và giảm tổn thất truyền tải

Hình 1.4: Hiệu quả của bù lọc

Tụ bù dọc có nhược điểm là dòng ngắn mạch qua tụ lớn nên cần có các thiết bị bảo vệ tụ khi có ngắn mạch đường dây (ví dụ khe hở phóng điện…) Tụ bù dọc có tác dụng cải thiện phân bố điện áp trên đường dây dài Tùy theo tính chất dòng đường dây (cảm hay dung) mà điện áp qua tụ tăng hay giảm Trong chế độ tải nặng, tụ bù dọc có tác dụng rất tốt trong việc tăng điện áp cuối đường dây

1.3.3.2.2 Tụ bù ngang

Tụ bù ngang đang được sử dụng rộng rãi trong lưới điện bởi nó có thể mắc ngay trên đầu các hộ dùng điện, trên thanh cái các trạm biến áp hoặc tại các điểm nút của mạng điện Tụ bù ngang có thể độc lập hoặc mắc thành từng nhóm theo sơ đồ Δ hoặc Y Khi mắc tụ bù ngang hao tổn điện áp được xác định

∆U = PR+(Q−QU b).X (1.14)

23

Như vậy điện áp sẽ tăng thêm một lượng là:

V= QbX

- Làm việc tin cậy, êm dịu

- Tuổi thọ cao

- Tiêu thụ công suất tác dụng ít

- Có thể đồng thời làm tăng hệ số công suất cosφ và tăng độ đối xứng

- Có thể thay đổi dung lượng bằng cách thay đổi sơ đồ của các tụ bù

- Không thể điều chỉnh trơn nên độ chính xác kém

- Gây mất ổn định cho lưới điện do công suất của tụ QC = 3U2ωC.10-3

; Khi U giảm QCgiảm mạnh

1.4 Kết chương 1:

Với sự phát triển của công nghiệp hoá hiện đại hoá, nhất là công nghệ điện tử nên các bộ tụ ngang không những có thể điều chỉnh trơn được mà còn có thể tự động tiêu thụ hay phát công suất phản kháng lên lưới một cách linh hoạt Nếu kết hợp thêm các bộ lọc thì những thiết bị này còn có thể loại trừ được các thành phần dòng điện bậc cao đảm bảo độ không sin của lưới điện nằm trong phạm vi cho phép Các thiết bị này gọi là công nghệ FACTS mà các thiết bị nó bao gồm: thiết bị bù tĩnh SVC, bộ lọc bù công suất phản kháng Statcom, hệ thống bù hỗn hợp UPSC, …

CHƯƠNG II: TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 2.1 T ỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

2.1.1 Các định nghĩa

Tổn thất điện năng (TTĐN) trong hệ thống điện (HTĐ) nói chung là chênh lệch giữa sản lượng điện sản xuất từ nguồn điện và lượng điện năng được tiêu thụ tại phụ tải trong một khoảng thời gian nhất định

Trong thị trường điện, TTĐN trên một lưới điện là sự chênh lệch giữa lượng điện năng đi vào lưới điện (bao gồm từ các nguồn điện và từ các lưới điện lân cận) và lượng điện năng đi ra khỏi lưới điện (bao gồm cấp cho phụ tải của lưới điện đó hoặc đi sang các khu vực lưới điện lân cận) trong một khoảng thời gian nhất định

Khoảng thời gian xác định TTĐN thường là một ngày, một tháng hoặc một năm tùy thuộc mục đích hoặc công cụ xác định TTĐN

TTĐN trên một phần tử có thể xác định bằng cách đo lường hoặc tính toán như sau:

∆ - là TTĐN trên phần tử trong thời gian T

2.1.2 Phân lo ại tổn thất điện năng

a Tổn thất trong quá trình sản xuất (tổn thất trong quá trình phát điện)

Trong quá trình sản xuất điện, phải sử dụng các máy phát điện Do không sử dụng động bộ hệ thốn máy phát điện nên không phát huy được hết công suất của máy móc và hiệu quả kinh tế không cao Do máy phát không phát huy được hết công suất nên một lượng điện cũng đã bị tổn thất

b Tổn thất trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng

- Theo quan điểm kinh doanh điện, người ta chia TTĐN thành hai loại: TTĐN

kỹ thuật và TTĐN thương mại (hay là phi kỹ thuật)

- TTĐN kỹ thuật là TTĐN do tính chất vật lý của quá trình truyền tải điện năng gây ra TTĐN kỹ thuật cao hay thấp phụ thuộc vào công nghệ sản xuất truyền tải điện Loại tổn thất này không thể loại bỏ hoàn toàn mà chỉ có thể hạn chế ở mức độ hợp lý Thông thường, TTĐN kỹ thuật gồm khoảng 65% tiêu tốn trên đường dây, 30% trong máy biến áp, còn lại trong các phần tử khác của hệ thống điện (như cuộn điện kháng, thiết bị bù, thiết bị đo lường ) chiếm khoảng 5% TTĐN kỹ thuật cũng có thể chia thành hai dạng như sau:

 TTĐN phụ thuộc vào dòng điện: là tổn thất do phát nóng trong các phần tử có tải dòng điện, phụ thuộc vào cường độ dòng điện và điện trở tác dụng của phần

tử Có thể xem đây là tổn thất dọc – là thành phần chính được tính đến trong TTĐN kỹ thuật

25

 TTĐN phụ thuộc vào điện áp: bao gồm tổn thất không tải của MBA, tổn thất vầng quang điện, tổn thất do rò điện, tổn thất trong mạch từ của các thiết bị đo lường Có thể xem đây là tổn thất ngang

- TTĐN thương mại là lượng TTĐN trên HTĐ không liên quan đến các tính chất vật lý của quá trình truyền tải điện năng Nguyên nhân gây nên tổn thất ở khâu này là do vấn đề quản lý HTĐ Bởi vậy, không thể giải quyết bằng các biện pháp kỹ thuật mà chỉ có thể dùng các pháp quản lý trong kinh doanh TTĐN thương mại chủ yếu xảy ra ở LPP

c Tổn thất trong quá trình tiêu thụ

Mức độ tổn thất ở khả năng này phụ thuộc vào khả năng sử dụng, điều kiện trang bị các thiết bị phụ tải ở các hộ dùng điện Nguyên nhân gây nên tổn thất ở khâu này là việc sử dụng điện không hợp lý của các đối tượng sử dụng điện

Tất cả mọi tổn thất ở khâu này đều diễn ra phía sau đồng hồ đo đếm điện của cơ

sở kinh doanh điện, nên các thành phần, đối tượng sử dụng điện cần biết rõ nguyên nhân để giảm tổn thất cho chính mình bằng cách chọn phương thức sử dụng hợp lý, tiết kiệm nhưng lại có hiệu quả cao nhất

2.1.3 Ý nghĩa của việc giảm tổn thất điện năng

Đối với ngành điện là một ngành sản xuất kinh doanh sản phẩm điện nên muốn tiếp tục duy trì và phát triển thì ngành điện phải có lợi nhuận để thực hiện tái đầu tư

mở rộng để phát triển Nếu sản phẩm điện mua về từ các nhà máy phát điện, trong quá trình truyền tải vầ phân phối bị tổn thất 100% thì các công ty kinh doanh điện sẽ không

có lợi nhuận, thâm hụt ngân quỹ dẫn đến nhanh chóng bị phá sản Trong trường hợp lượng điện tổn thất với tỷ lệ cao Do đây là chính là một bộ phận cấu thành nên chi phí sản phẩm, nên khi bị tổn thất cao tất yếu sẽ dẫn đến giá thành điện cao, phần nào khiến cho nhu cầu tiêu thụ điện giảm dẫn đến ngành điện thu hồi vốn lâu Ngược lại, giảm được TTĐN không những mang lại lợi ích kinh tế to lớn cho ngành điện nói riêng mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến việc cải thiện đời sống nhân dân, góp phần vào việc giảm chi phí cho toàn bộ quá trình sản xuất, tạo điều kiện hạ giá thành điện kích thích tiêu dùng

Đối với các khách hàng sử dụng điện để sản xuất, giá điện giảm sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất, tăng thêm thu nhập thực tế, các sản phẩm hàng hóa được sản xuất với chi phí thấp sẽ khiến giá bán thấp kích thích tiêu dùng, sức mua tăng lên

Đối với Nhà nước, TTĐN giảm, ngành điện có lợi nhuận nên Nhà nước sẽ không phải bù lỗ giá điện, ngân sách được sử dụng đầu tư vào các công việc có ích

khác, tạo sự phát triển đồng đều cho xã hội

Đối với các hộ tiêu thụ điện sinh hoạt được dùng điện với giá thấp, chất lượng cao, điện áp, tần số ổn định do HTĐ được đầu tư mới, không còn hiện tượng câu móc điện nên độ bền của các thiết bị, máy móc cao hơn Không còn xảy là các tình trạng tai nạn về điện đáng tiếc do vi phạm sử dụng điện hay sự cố do điện gây ra

Việc giảm TTĐN có ý nghĩa rất lớn đối với toàn xã hội Chính vì lẽ đó, TTĐN

đã, đang và sẽ còn là vấn đề quan trọng, là mục tiêu số một của ngành điện cần được giải quyết

2.2.1 Tính toán t ổn thất điện năng theo phương pháp đo lường

Nhóm phương pháp này sử dụng thiết bị đo tực tiếp điện năng hoặc các đại lượng liên quan để tính ra điện năng chạy qua tất cả các phần tử tải điện gây tổn thất trên HTĐ Hai phương pháp xác định TTĐN sử dụng thiết bị đo là:

2.2.1.1 Tính toán t ổn thất điện năng theo các chỉ số công tơ

Phương pháp xác định tổn thất điện năng thông dụng nhất là so sánh sản lượng điện ở đầu vào lưới và năng lượng tiêu thụ tại các phụ tải trong cùng khoảng thời gian Theo phương pháp này, công tơ đo điện năng được đặt giữa hai đầu vào ra các phần tử hoặc giữa các điểm kết nối vào ra một khu vực lưới điện nhất định

Hình 2.1: Đo điện năng vào ra các phần tử

Hình 2.2: Đo điện năng vào ra một lưới điện

TTĐN được xác định như sau:

Đối với cách đo theo từng phần tử, từ lượng điện năng đo được ở các vị trí vào

Avào và ra Ara, TTĐN được tính đơn giản như sau: ∆𝐀 = 𝐀𝐯à𝐨− 𝐀𝐫𝐚

Đối với một khu vực lưới điện, TTĐN được tính như sau:

Trong đó: Ang, Anh: Điện năng nhận từ Nng nguồn và tại Nnhđiểm liên kết HTĐ;

Ag, At: Điện năng giao tại Ng điểm liên kết HTĐ và tại Nt phụ tải (trong khu vực lưới đang xét TTĐN)

Việc đo điện năng tại các điểm đo phải thực hiện cho cùng một chu kỳ thời gian đồng bộ trên toàn bộ các mạch vào ra của lưới điện đang xét Muốn vậy các thiết bị đo cần được kết nối cũng như phải có khả năng lưu trữ số liệu trong một thời gian nhất định để kiểm soát tính đồng bộ của các giá trị đo Điều này chỉ thực hiện được khi dùng các công tơ điện tử Vì số lượng điểm đo khá nhiều, nên phương pháp này thường chỉ áp dụng được cho lưới truyền tải điện, nơi có hệ thống đo lường và giám sát tốt, không chỉ để giám sát việc cung cấp điện mà còn để đảm bảo sự vận hành tin cậy và tối ưu của HTĐ

Phương pháp này tuy có đơn giản nhưng thường mắc phải sai số lớn do một số nguyên nhân sau:

- Không thể lấy được đồng thời các chỉ số của các công tơ tại đầu nguồn và ở các điểm tiêu thụ cùng một thời điểm

- Nhiều điểm tải còn thiếu thiết bị đo hoặc thiết bị đo không phù không phù hợp với phụ tải

- Số chủng loại đồng hồ đo rất đa dạng với nhiều mức sai số khác nhau, việc chỉnh định đồng hồ đo chưa chính xác hoặc không chính xác do chất lượng điện không đảm bảo

Để nâng cao độ chính xác của phép đo người ta sử dụng đồng hồ đo đếm tổn thất, đồng hồ này chỉ được sử dụng ở một số mạng điện quan trọng

2.2.1.2 Phương pháp dùng thiết bị đo các thông số lưới điện

Nếu không đo trực tiếp điện năng thì có thể tận dụng các thông số đo lường khác để tính toán TTĐN Việc đo các thông số bao gồm đo dòng điện hoặc công suất trên tất cả các phần tử trên lưới điện đang xét và điện áp tại các điểm đo dòng điện tương ứng Trị số dòng điện hoặc công suất và điện áp đo được là các hàm theo thời gian I(t), S(t) và U(t)

Hình 2.3: Xác định TTĐN bằng cách đo dòng điện hoặc công suất và điện áp

Từ đó, thành phần TTĐN phụ thuộc dòng điện trên từng phần tử được xác định

∆Ai = ∫ ∆P0T i(t)dt = 3Ri ∫ I0T i2(t)dt= Ri ∫ �Si (t)

Ui(t)�2dt

T

Trong đó: Ri: Điện trở của phần tử thứ i;

∆tk: Khoảng thời gian thứ k (k=1,m) ghi nhận dòng điện tải Iikhoặc công suất Sik trên ĐTPT dạng bậc thang; ∆tk càng nhỏ thì kết quả càng chính xác, nhưng số liệu đo cần lưu trữ càng lớn

TTĐN trên toán lưới điện sẽ là: ∆A = ∑ (∆An i+ ∆PUi Ti)

i=1 (2.5)

Trong đó:

∆PUi: Thành phần tổn thất công suất phụ thuộc điện áp của phần tử i ∆PUicó thể là tổn thất công suất không tải MBA, tổn thất do vầng quang điện của đường dây;

Ti: Thời gian có điện áp của phần tử i;

n: Số phần tử trên lưới điện đang xét

Phương pháp này có những đặc điểm chính sau:

Phương pháp này sẽ cho kết quả đủ tin cậy nếu lưới điện là ba pha đối xứng và điện áp ít thay đổi ở các vị trí vào và ra khỏi phần tử

Tính TTĐN dựa trên trị số hiệu dụng của dòng điện và điện áp cho phép xét cả tổn thất do sóng hài

Phải đo trên tất cả các phần tử của lưới điện đang xét, cần lượng lớn thiết bị đo nếu xét lưới điện rộng

Các thông số I(t), S(t) và U(t) phải đồng bộ về mặt thời gian Muốn vậy thiết bị

đo phải được kết nối

Do đó, cũng như phương pháp đo trực tiếp điện năng, phương pháp đo các thông số lưới điện chỉ thích hợp đối với lưới truyền tải khi hệ thống đo lường và giám sát có thể đáp ứng những yêu cầu trên đây

2.2.2 Tính toán t ổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải điển hình

Phương pháp này đánh giá TTĐN dựa trên những trạng thái vận hành xác lập điển hình của một khu vực lưới điện nhất định

Đối với lưới điện, giả thiết lưới điện chỉ vận hành ở một vài trạng thái xác lập điển hình Ứng với mỗi trạng thái, giả thiết có đầy đủ số liệu về sơ đồ lưới điện, thông

số các phần tử trên lưới

Đối với nguồn và phụ tải, giả thiết biết được số liệu ĐTPT điển hình của tất cả các mạch vào ra khỏi lưới điện trong quá khứ

29

Hình 2.4: Lưới điện với các điểm đo ĐTPT điển hình

Từ giả thiết có thể thấy rằng đối với lưới truyền tải, ĐTPT của các nhà máy điện và các mạch vào ra liên kết với các lưới điện khác nhìn chung thay đổi bất định Hơn nữa, sơ đồ và thông số các phần tử (ví dụ các thiết bị FACTS) của lưới điện cũng thay đổi nhiều trong quá trình vận hành, đặc biệt trong thị trường điện Bởi vậy, rất khó có thể đặc trưng sự vận hành của lưới truyền tải bởi một vài trạng thái vận hành điển hình Tuy nhiên, đối với lưới phân phối, nhìn chung sơ đồ lưới điện và ĐTPT ít thay đổi khi xét trong một phạm vi lưới đủ nhỏ (một lộ đường dây trung áp, hoặc hạ áp), dó đó phương pháp này được trình bày cho đánh giá TTĐN trong lưới phân phối với cấu trúc một nguồn cấp

Hình 2.5: Lưới trung áp và vị trí lấy ĐTPT điển hình Hình trên mô tả một sơ đồ điển hình của một lưới điện trung áp, một nguồn cấp, trong đó số liệu ĐTPT của các mạch vào Png(t), Qng(t) (nguồn từ TBA trung gian) và ra

Pt(t), Qt(t), Pg(t), Qg(t) (phụ tải thứ cấp các TBAPP và truyền sang lưới lân cận) Hai cách tính toán TTĐN cho lưới điển hình này như sau:

Phương pháp tính toán TTĐN dựa trên ĐTPT điển hình của các nút tải:

Khi đó ta biết Pt(t), Qt(t), Pg(t), Qg(t) Nếu các ĐTPT có dạng bậc thang với m bậc, thì ứng với mỗi khoảng thời gian ∆tk, công suất của tất cả các nút tải Ptk, Qtk và nút giao điện Pgk, Qgk đều xác định Từ đó tính toán chế độ xác lập cho lưới điện và xác định công suất chạy trên tất cả các phần tử đường dây và MBA tương ứng với ∆tk

đó Việc tính toán chế độ xác lập có thể sử dụng một công cụ phần mềm phân tích HTĐ Lặp lại việc tính toán chế độ xác lập này cho m bậc của ĐTPT

Từ đó, TTĐN của lưới điện đang xét được tính như sau:

∆A = � ∆ALi

nLi=1

+ ��∆ABj + ∆A0Bj�

nB

j=1

Trong đó:

nL và nB: Số nhánh đường dây và số nhánh MBA trên lưới phân phối đang xét;

∆ALi: TTĐN của phần tử đường dây i; ∆ALi = Ri

∆A0Bj: TTĐN không tải của phần tử MBA j được xác định như sau: ∆A0Bj = ∆P0j T0j

2.2.3 Phương pháp tính toán TTĐN dựa trên ĐTPT điển hình của nguồn

Khi đó ta biết ĐTPT của nguồn Png(t) Ngoài ra, giả thiết ta biết được công suất lớn nhất Ptmax hoặc điện năng tiêu thụ At của các nút phụ tải cũng như của nút giao sang lưới lân cận Pgmax hoặc điện năng giao Ag

Phương pháp này chấp nhận một giả thiết quan trọng là ĐTPT của các nút phụ tải và nguồn có dạng giống nhau Ngoài ra, giả thiết hệ số cosϕ của các phụ tải lấy giá trị trung bình (cosϕtb) Với các giả thiết này, ĐTPT của các nút tải và nút giao điện được xây dựng như sau:

Nếu biết Ptmax và Qtmax của nút tải, công suất tại thời gian ∆tk của một nút tải nào đó được tính như sau: Ptk = Ptmax.mk Qtk = Ptk.tgϕtb

Nếu biết Attiêu thụ của nút phụ tải thì tính được Ptmaxcủa phụ tải như sau:

Như vậy, quá trình tính toán tổn thất được thực hiện như sau:

Ứng với một thời đoạn ∆tk cuả ĐTPT nguồn điển hình, xác định Ptk và Qtk, Pgk

và Qgk Gọi các giá trị này là xấp xỉ đầu 𝐏𝐭𝐤(𝐧), 𝐐𝐭𝐤(𝐧), 𝐏𝐠𝐤(𝐧), 𝐐𝐠𝐤(𝐧) (n = 1)

Tính toán chế độ xác lập của lưới điện để tính công suất cấp từ nguồn 𝐏𝐧𝐠.𝐤(𝐧) So

31

sánh 𝐏𝐧𝐠𝐤(𝐧) với 𝐏𝐧𝐠𝐤 của ĐTPT nguồn Png(t) và xác định sai số số 𝐏𝐬𝐬𝐤(𝐧) Cuối cùng thực hiện bước hiệu chỉnh lại giá trị công suất các nút phụ tải và nút giao Ptk và Qtk, Pgk và

Qgk Chẳng hạn đối với nút tải h nào đó, việc hiệu chỉnh ở bước lặp thứ (n+1) là:

Lặp lại quá trình tính toán trên với các thời đoạn ∆tk còn lại của ĐTPT của nguồn, ta sẽ tính được cho mỗi phần tử của lưới điện một bộ số liệu ĐTPT công suất chạy qua phần tử đó Từ đó tính TTĐN của lưới điện

2.2.4 T ính toán tổn thất điện năng theo đường cong tổn thất

Thực chất của phương pháp tính tổn thất theo đường cong tổn thất là tiến hành tính toán trên cơ sở biểu đồ phụ tải điển hình Giả thiết biết được đồ thị phụ tải và cosφ của tất cả các nút, coi thanh cái nguồn cung cấp là nút cân bằng, tình toán phân bố dòng và xác định tổn thất công suất tổng ∆P ứng với mỗi thời điểm của biểu đồ phụ tải, từ đó xác định được tổn thất điện năng theo khoảng thời gian tính toán Tức là nếu

lưới điện có cấu trúc và phương thức vận hành hoàn toàn xác định thì sẽ tồn tại một đường cong tổn thất duy nhất như hình vẽ

Biểu đồ phụ tải

Biểu đồ tổn thất điện năng

Đuờng cong tổn thất

điện năng

Đuờng cong tổn thất công suất P = f(

t 24

24 t

P M

P

P)

Ta cú thể xỏc định được tổn thất điện năng tổng trong ngày đờm thụng qua biểu

đồ phụ tải cụng suất tổng tại thanh cỏi dựa vào biểu đồ phụ tải của trạm biến ỏp

* Ưu điểm: Khi đó xõy dựng được đường cong tổn thất thỡ việc xỏc định tổn thất

điện năng dễ dàng và nhanh chúng Từ đường cong tổn thất và biểu đồ phụ tải cho ta xỏc định được ΔPmax, ΔPminvà τ Đõy là cụng cụ rất hiệu quả để giải quyết cỏc bài toỏn khỏc nhau liờn quan đến tớnh kinh tế, kỹ thuật, vận hành cung cấp điện do xõy dựng được họ đường cong với cỏc giỏ trị khỏc nhau

*Nhược điểm: Để xõy dựng được đường cong tổn thất cụng suất ta phải thu thập

nhiều thụng tin, xõy dựng biểu đồ phụ tải và tiến hành hàng loạt cỏc phộp tớnh xỏc định ΔPi, ứng với Pi, cỏch làm này mất nhiều thời gian và tớnh toỏn phức tạp

Biểu đồ phụ tải là do đo đếm, số liệu thống kờ điển hỡnh tuy chớnh xỏc với số liệu cụ thể nhưng lại ớt chớnh xỏc khi ứng dụng thực tế do đo đếm khụng đồng thời

Khụng ỏp dụng tớnh cho mọi lưới điện vỡ mỗi lưới cú một đường cong tổn thất cụng suất đặc trưng

Trong một lưới điện khi cấu trỳc lưới thay đổi thỡ ta lại cú một đường cong tổn thất riờng Muốn vậy, ta phải cú một họ đường cong cụ thể như vậy sẽ rất mất thời gian và cụng sức

2.2.5 Tớnh toỏn t ổn thất điện năng theo thời gian tổn thất cụng suất lớn nhất 2.2.5.1 Phương phỏp tớnh toỏn theo τ

Đõy là phương phỏp đơn giản và sử dụng thuận tiện nhất Trong cỏc trạng thỏi,

ta chọn trạng thỏi cú ΔP lớn nhất và tớnh hao tổn ở trạng thỏi này, tổn thất tương đương gõy ra bởi dũng điện cực đại chạy trong mạng với thời gian hao tổn cực đại theo cụng thức: ∆A = 3I2

max.R.10-3τ = ΔPmax.τ (2.6) Trong đú: Imax – Dũng điện cực đại chạy trong mạng, A

τ – Là thời gian hao tổn cụng suất cực đại, tức là nếu mạng điện liờn tục tải Imaxhay Pmax thỡ sẽ gõy ra hao tổn năng lượng trong mạng vừa đỳng bằng hao tổn trờn

33

thực tế

Phương pháp này cũng gặp trở ngại là thời gian hao tổn cực đại thay đổi phụ thuộc vào tính chất phụ tải, hệ số công suất, thời gian sử dụng công suất cực đại … Vì vậy việc tính toán tổn thất điện năng theo τ cũng mắc sai số lớn Giá trị thời gian hao tổn cực đại được xác định theo đồ thị phụ tải như sau:

Công thức Kenzevits: τ = (0,124 + Tmax.10-4)2.8760 (h) (2.8)

Tmax: Thời gian sử dụng công suất cực đại, h với Tmax = 𝐴

𝑃𝑚𝑎𝑥

Công thức Vanlander:

2

max min

max

min max

max max

P

P 1 P

2P T

T 1

T T T

− +

−

Phương pháp này ta coi đồ thị phụ tải của công suất tác dụng và công suất phản kháng đồng thời cực đại, giả thiết này dẫn đến sai số lớn trong tính toán Ngoài ra phương pháp này không được sử dụng để tính toán khi điện trở của đường dây thay đổi ví dụ như dây thép

* Ưu điểm: Tính toán đơn giản; Giá trị Imax hay Pmaxxác định được nhờ khảo sát

và đo đếm; Nếu một đường dây cấp điện cho các trạm tiêu thụ có tính chất giống nhau thì khối lượng đo đếm không lớn; Cho biết tình trạng làm việc của toàn lưới, xác định được phần tử nào làm việc không kinh tế

* Nhược điểm: Việc xác định chính xác giá trị τ rất khó nếu không có đồ thị phụ

tải; Khi không có đồ thị phụ tải ta phải xác định τ theo Tmax thông qua các công thức thực nghiệm dẫn đến kết quả tính toán có sai số lớn; Trên lưới điện có nhiều phụ tải để xác định được giá trị của τ ứng với nhiều phụ tải sẽ tốn rất nhiều công sức và thời gian

2.2.5.2 Phương pháp xác định theo τ p và τ q

Để giảm bớt sai số khi tính toán hao tổn năng lượng cần phải xét đến hình dáng của đồ thị phụ tải, hệ số công suất và trong một ngày đêm giá trị cực đại công suất tác dụng và phản kháng có xảy ra đồng thời không

Để xét đến điều kiện trên người ta dùng phương pháp xác định hao tổn điện năng theo τp và τq

Trong công thức ∆A = ΔPmax.τ hao tổn công suất cực đại được phân tích thành hai thành phần ΔPp( tổn thất do công suất tác dụng P gây ra) và ΔPq ( tổn thất do công suất phản kháng Q gây ra) Thời gian hao tổn công suất cực đại τ cũng được phân tích thành τp, τq Khi đó hao tổn điện năng được xác định theo công thức:

ΔA = ΔPp.τp + ΔPq.τq

Đối với phương pháp này gặp khó khăn là đồ thị công suất phản kháng kém

chính xác và hầu như không biết nên phương pháp này ít được sử dụng

2.2.5.3 Tính b ằng phương pháp 2τ

Để tính theo phương pháp này người ta xét đến trạng thái phụ tải cực đại và cực

tiểu Trong đồ thị phụ tải ngày đêm người ta chia làm hai phần theo khoảng thời gian

tmax và tmin, tmax là khoảng thời gian phần đồ thị chứa công suất cực đại, tmin là phần

thời gian còn lại trên đồ thị phụ tải tương ứng với phần có công suất cực tiểu

Điện năng tiêu thụ trong một ngày đêm Anđcó thể viết theo công thức:

Anđ = Pmax.tmax + Pmin.tmin (2.10)

Trong đó: tmax + tmin= 24 giờ

Suy ra:

min max

min nd

max

PP

24PA

t

−

−

Ta sử dụng mỗi phần đồ thị đó theo nguyên tắc diện tích tương tự như ta xác

định được thời gian tổn thất công suất của mỗi phần đồ thị

1

2 min

2 min

1

2 max

2 max

.

.

t

i i

t

i i

t P P

t P P

τ τ

ta coi cosφ = const và P2

i trùng S2ikhi đó ta có:

i

t i

i

t

i

t P

P

t P

1

2

max min

2

max

τ τ

→ ∆Anđ= ΔPmax.τmax+ ΔPmin.τmin

Vậy: ∆A = ∆𝐴𝑛đ �𝐴𝑡𝑏𝑛đ

𝐴𝑛đ �2 𝑇 (2.10)

Atbnđ - điện năng ngày đêm trung bình để tính toán;

Anđ - điện năng ngày đêm của ngày chọn để tính toán

2.2.6 Tính toán t ổn thất điện năng theo phương pháp điện trở đẳng trị

Tổn thất điện năng trong mạng điện có thể xác định theo biểu thức

∆A = 3 𝑘𝑓2 𝐼𝑡𝑏2 𝑅đ𝑡 𝑡 (2.11)

Trong đó: kf – là hệ số hình dạng, xác định theo chỉ số của công tơ ghi m lần trong số

thời gian khảo sát t;

r

ri f

A

A m k

Ar - điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian t

m - số lần đo trong khoảng thời gian t

Itb – dòng điện trung bình

ϕ

cos

3U t

A

tb =

Rđt - điện trở đẳng trị của mạng điện

Đối với đường dây phân nhánh hình tia đơn giản ta có:

1 1 6

1 L r

=

∑

∑

2 mti c

2 mti i c

dt

kR

.kr1

RR

Trong đó: r0 - điện trở của một km đường dây

Rc - điện trở đoạn dây cung cấp

ri - điện trở nhánh dây thứ i

kmti - hệ số mang tải của nhánh dây thứ i;

max

i mti

P

P

Pi - phụ tải của nhánh dây thứ i

Pmax – phụ tải nhánh dây nặng nhất

n – là số nhánh dây Xác định hao tổn điện năng theo phương pháp này đơn giản, dễ tính toán Tuy nhiên, đối với mạng phức tạp việc xác định điện trở đẳng trị của lưới điện lại trở nên phức tạp và gặp khó khăn trong tính toán bởi vì khi đó điện trở đẳng trị phụ thuộc vào dòng điện hoặc công suất phụ tải của các nhánh dây

2.2.7 Tính toán t ổn thất điện năng theo cường độ dòng điện thực tế

Tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối chủ yếu là tổn thất tỷ lệ với bình phương dòng điện chạy trong mạng và được xác định theo biểu thức:

∆A = 3R∫ 𝐼𝑇 𝑡2 𝑑𝑡 10−3

0 (2.12)

* Ưu điểm: Nếu ta xây dựng được đường cong bình phương cường độ dòng điện thực

tế thì phương pháp này cho kết quả chính xác

* Nhược điểm: Trong thực tế cường độ dòng điện luôn biến đổi, nó phụ thuộc

vào rất nhiều yếu tố Vì vậy xác định tổn thất điện năng theo cường độ dòng điện thực

tế là rất phức tạp

2.2.8 Tính toán t ổn thất điện năng theo hệ số tổn thất

Hệ số tổn thất LsF là tỷ lệ giữa dòng điện trung bình bình phương I2

tb và bình phương của dòng điện cực đại I2 max Như vậy hệ số tổn thất điện năng LsF cũng là tỷ

số giữa tổn hao công suất trung bình ∆Ptb và tổn hao công suất khi phụ tải cực đại

∆Pmaxtrong một khoảng thời gian xác định T

Trong đó dòng điện trung bình bình phương I2

tblà được coi là dòng điện có giá trị không đổi, khi chạy trên lưới trong suốt thời gian khảo sát T sẽ gây nên TTĐN đúng bằng tổn thất điện năng do dòng điện làm việc gây ra Hay nói cách khác diện tích hình chữ nhật giới hạn bởi đường thẳng I2

tb và đồ thị I2 theo thời gian t (h) trong khoảng thời gian T là bằng nhau Hình dáng của đồ thị I2 theo t (h) trên hình dưới đây cũng chính là hình dáng cỉa đồ thị thể hiện sự biến đổi tổn thất công suất tác dụng P theo thời gian Thời gian tính toán tổn thất công suất thưởng được lấy trong 1 năm với giá trị T=8760h

Hệ số tổn thất điện năng LsF là thường được sử dụng như một phương pháp để tính toán TTĐN khi có đồ thị ngày đêm như hình sau:

Hình 2.6: Đồ thị dòng điện trung bình bình phương Itb2Khi đó ta có:

8760

t tb

I dt

Ta có:

2 2

tb trên cho I2max thì:

∆A = 3R.𝐼𝑡𝑏2 8760 = 𝐼𝑡𝑏2

𝐼𝑚𝑎𝑥2 3𝐼𝑚𝑎𝑥2 𝑅 = 𝐿𝑠𝐹 ∆𝑃𝑚𝑎𝑥 8760 (2.14) Như vậy nếu biết giá trị LsF, có thể xác định TTĐN trên lưới điện dựa theo công thức này

Hệ số tải LF (Load Factor): Là tỷ số giữa công suất trung bình trên công suất cực đại

37

của ĐTPT

𝐿𝐹 = Ptb

Pmax = AT

Pmax.TTrong đó: ATlà điện năng cung cấp trong thời gian T

Hệ số tổn thất LsF (Loss factor): Là tỷ số giữa tổn thất công suất trung bình trên tổn thất công suất lớn nhất ứng với công suất phụ tải cực đại

𝐿𝑠𝐹 = ∆Ptb

∆P max = ∆AT

∆P max T Trong đó: ∆AT: là TTĐN trong thời gian T (Ví dụ 1 năm)

Quan hệ giữa giữa Tmax, τ với LF và LsF: Từ định nghĩa LF và LsF có thể suy ra

những mối liên hệ sau: 𝑳𝑭 =𝐓𝐦𝐚𝐱

Đối với đường dây một phụ tải: 𝐿𝑠𝐹 = ∆Ptb

∆Pmax =Itbbp2

Imax2 Trong đó: Itbbp: Dòng điện trung bình bình

phương: 𝐼𝑡𝑏𝑏𝑝 = �1T∫ I0T t2dt

Quan hệ giữa LF và LsF được xây dựng dưới

dạng các hàm thực nghiệm dựa trên tính toán

thực nghiệm cho các loại lưới điện và phụ tải

khác nhau Nhìn chung, ta có 𝑳𝑭𝟐 < 𝐿𝑠𝐹 <

𝑳𝑭

Một số hàm thực nghiệm hay được sử dụng

LsF = c LF + (1 − c) LF2

Trong đó: c = 0,3 (lưới truyền tải),

c = 0,15 (lưới phân phối)

Quan hệ thực nghiệm giữa LF và LsF

LF