Đánh giá tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối và ứng dụng phần mềm trong khảo sát giải bài toán giảm tổn thất điện năng

Từ thực trạng tổn thất trên lưới phân phối còn ở mức cao và tính cấp thiết của việc phải giảm dần trị số này, tác giả tập đi trung nghiên cứu 2 phương pháp: tái cấu trúc lưới và bù công

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

LỜI MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 - TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 8

1.1 Các loại tổn thất điện năng 8

1.1.1 Tổn thất phi kỹ thuật 8

1.1.2 Tổn thất kỹ thuật 8

1.2 Các phương pháp xác định tổn thất điện năng 9

1.2.1 Các phương pháp áp dụng cho lưới trung áp 9

1.2.2 Các phương pháp áp dụng cho lưới hạ áp 16

1.3 Tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối ở Việt Nam 18

1.3.1 Tình hình tổn thất điện năng 18

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất điện năng ở lưới điện phân phối 20

1.4 Kết luận 21

CHƯƠNG 2 - CÁC BIỆN PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 22

2.1 Các biện pháp giảm tổn thất điện năng 22

2.1.1 Biện pháp không đòi hỏi vốn đầu tư 22

2.1.2 Biện pháp đòi hỏi vốn đầu tư 22

2.1.3 Nhận xét 22

2.2 Bài toán tái cấu trúc lưới điện 23

2.2.1 Sự cần thiết phải tái cấu trúc lưới điện 23

2.2.2 Hàm mục tiêu của tái cấu trúc lưới 24

t số giải thuật tái cấu trúc lưới điện 25

2.2.4 Tái cấu trúc lưới có xét đến sự thay đổi công suất của phụ tải 35

2.3 Bài toán bù công suất phản kháng 36

2.3.1 Sự cần thiết của bù công suất phản kháng 36

2.3.2 Bài toán bù kinh tế theo phương pháp dòng tiền tệ 38

2.3.3 Hiện tượng quá bù công suất phản kháng 40

2.4 Phối hợp tái cấu trúc lưới điện và bù công suất phản kháng 42

CHƯƠNG 3 - MODULE TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG PHẦN MỀM PSS/ADEPT 44

3.1 Bài toán phân bố công suất 44

3.2 Bài toán tái cấu trúc lưới điện (TOPO) 44

3.3 Bài toán bù công suất phản kháng (CAPO) 46

3.3.1 Cách PSS/ADEPT chọn vị trí bù tối ưu 46

3.3.2 Thiết lập các thông số kinh tế lưới điện cho CAPO 50

CHƯƠNG 4 - NGHIÊN CỨU GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG BẰNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT TRÊN LƯỚI ĐIỆN THANH XUÂN 52

4.1 Sơ đồ kết d y mạch v ng 477E1 5 472E1 5 52

4.2 Bài toán phân bố công suất ở phương thức vận hành hiện tại 56

4.2 y dựng đ thị phụ tải đ c trưng 56

4.2.2 ết quả ph n ố công suất 58

4.3 Bài toán 1: Bù công suất phản kháng cho cấu trúc lưới điện hiện tại 60

4.3.1 Tính toán bù công suất phản kháng phía trung áp 60

4.3.2 Tính toán bù công suất phản kháng phía hạ áp 61

4.3.3 Tính toán phân bố công suất sau khi bù 62

4 4 i toán 2: Tái cấu trúc lưới điện kết hợp bù công suất phản kháng 63

4.4.1 Tái cấu trúc lưới điện lựa chọn phương thức vận hành tối ưu 63

4.4.2 công suất phản kháng (CAPO) cho phương thức vận hành tối ưu 64

4.5 Kết luận 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC I - SỐ LIỆU ĐO CÔNG SUẤT QUÝ IV/2012 74

PHỤ LỤC II - THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY 79

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Đánh giá tổn thất điện năng trên lưới điện phân

phối và ứng dụng phần mềm trong việc khảo sát, giải bài toán giảm tổn thất điện năng” là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn l trung thực v chưa từng được công bố trong bất kỳ luận văn n o trước đ y

Hà Nội, tháng 9 năm 2013 Tác giả luận văn

Lê Thị Duyên

EVN: Tập đo n Điện lực Việt Nam

LĐPP: Lưới điện phân phối

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Đặc điểm của các phương pháp xác định TTĐN lưới trung áp

Bảng 1.2 Đặc điểm của các phương pháp tính TTĐN lưới điện hạ áp

Bảng 1.3 TTĐN của các đơn vị từ năm 2003 - 2009

Bảng 1.4 TTĐN của một số nước trong khu vực

Bảng 2.1 So sánh giá trị tổn thất của lưới điện minh họa

Bảng 2.2 Tổn thất điện năng sau khi bù công suất phản kháng

Bảng 3.1 Thiết lập thông số kinh tế cho bài toán CAPO

Bảng 4.1 Phương thức vận hành hiện tại

Bảng 4.2 Công suất và tổn thất công suất ở phương thức vận hành hiện tại Bảng 4.3 Điện áp trên các xuất tuyến ở phương thức vận hành hiện tại

Bảng 4.4 Dung lượng bù trung áp tại các nút

Bảng 4.5 Dung lượng bù hạ áp tại các nút

Bảng 4.6 Ph n bố công suất sau khi bù

Bảng 4.7 Độ giảm tổn thất công suất sau CAPO cho b i toán 1, chế độ cực đại Bảng 4.8 Độ giảm tổn thất công suất sau CAPO cho b i toán 1, chế độ cực tiểu Bảng 4.9 Phương thức vận h nh cơ bản tối ưu

Bảng 4.10 Công suất và tổn thất công suất ở phương thức vận hành tối ưu

Bảng 4.11 Dung lượng bù trung áp tại các nút, chế độ cực đại

Bảng 4.12 Ph n bố công suất sau khi bù trung áp

Bảng 4.13 Điện áp trên các xuất tuyến sau khi bù trung áp

Bảng 4.14 Dung lượng bù hạ áp tại các nút, chế độ cực đại

Bảng 4.15 Ph n bố công suất sau khi bù hạ áp

Bảng 4.16 Điện áp trên các xuất tuyến sau khi bù hạ áp

Bảng 4.17 Dung lượng bù hạ áp sau kiểm tra quá bù

Bảng 4.18 Phân bố công suất sau khi xét đến hiện tượng quá bù

Bảng 4.19 Tổn thất công suất sau TOPO, CAPO chế độ cực đại

Bảng 4.20 Tổn thất công suất sau TOPO, CAPO chế độ cực tiểu

Bảng 4.21 So sánh độ giảm tổn thất điện năng giữa 2 bài toán

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Lưới điện trung áp v các thiết bị đo

Hình 1.2 Lưới trung áp với các số liệu tính toán

Hình 1.3 Lưới trung áp v các số liệu tính toán

Hình 1.4 Sơ đồ lưới v số liệu phụ tải để tính TTĐN theo τ

Hình 1.5 Quan hệ thống kê giữa LF v LsF

Hình 1.6 Sơ đồ lưới hạ áp v số liệu trong tính TTĐN theo phương pháp đo Hình 2.1 Biểu đồ phụ tải ng y đêm

Hình 2.2 Lưới điện kín vận hành hở

Hình 2.3 Giải thuật tái cấu trúc lưới dựa trên phương pháp DAOP

Hình 2.4 Open loop backracking scheme

Hình 2.5 Mô hình khoá tương đương

Hình 2.6 Mô hình khoá sử dụng hàm liên tục y = x

Hình 2.7 Sơ đồ thuật toán

Hình 2.8 Lưới điện minh họa

Hình 2.9 Bù công suất phản kháng ở chế độ cực đại cho lưới điện minh họa Hình 3.1 Bài toán phân bố công suất

Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán tái cấu trúc lưới điện

Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán bù công suất phản kháng

Hình 3.4 Các tùy chọn trong hộp thoại CAPO

Hình 3.5 Các chỉ tiêu kinh tế

Hình 4.1 Sơ đồ mô ph ng xuất tuyến 477E1 5

Hình 4.2 Sơ đồ mô ph ng xuất tuyến 472 E1 5

Hình 4.3 Đồ thị phụ tải đặc trưng nh m phụ tải công nghiệp

Hình 4.4 Đồ thị phụ tải đặc trưng nh m phụ tải thương mại – dịch vụ

Hình 4.5 Đồ thị phụ tải đặc trưng nh m phụ tải sinh hoạt

Hình 4.6 Đồ thị phụ tải đặc trưng nh m phụ tải h nh chính – sự nghiệp Hình 4.7 Th ph n loại phụ tải

Hình 4.8 Th x y dựng đồ thị phụ tải

LỜI MỞ ĐẦU

Tổn thất điện năng l một trong những vấn đề luôn rất được quan tâm trong quá trình truyền tải điện năng từ nguồn tới phụ tải Bởi nó là một trong những yếu tố đánh giá hiệu quả truyền tải điện năng Giảm được tổn thất điện năng l giảm bớt được những chi phí nguyên vật liệu để sản xuất điện năng, giảm vốn đầu tư các nguồn điện mới, đường dây truyền tải công suất mới Nhờ đ tiết kiệm được tài nguyên quốc gia, giảm gánh nặng về vốn đầu tư cho ng nh điện; tăng cường chất lượng điện năng đưa đến phụ tải Đồng thời đảm bảo điện năng cho quá trình sản xuất kinh doanh, sinh hoạt của cả nước

Lợi ích từ việc giảm tổn thất điện năng l lợi ích trông thấy rõ rệt Đặc biệt với đất nước ta trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại h a; đẩy mạnh sản xuất công nghiệp thì việc tiết kiệm năng lượng là vô cùng cần thiết, cấp bách Tuy nhiên việc xác định được trị số tổn thất điện năng một cách chính xác yêu cầu đầu tư thời gian, phương pháp khảo sát, con người cũng tương đối lớn nên mức độ quan t m đến nó cũng tùy thuộc vào từng quốc gia, vùng miền khác nhau Do vậy, việc xác định trị số tổn thất điện năng cũng c những sự sai khác nhất định

Trong luận văn n y, tác giả đưa ra những số liệu cơ bản nhất về tình hình tổn thất điện năng ở nước ta trong một v i năm gần đ y Từ thực trạng tổn thất trên lưới phân phối còn ở mức cao và tính cấp thiết của việc phải giảm dần trị số này, tác giả tập

đi trung nghiên cứu 2 phương pháp: tái cấu trúc lưới và bù công suất phản kháng nhằm giải quyết bài toán giảm tổn thất điện năng đang đặt ra với ng nh điện Đồng thời luận văn ứng dụng một số option của phần mềm PSS/ADEPT để giải bài toán giảm tổn thất điện năng trên lưới điện cụ thể nhằm minh chứng cho các luận điểm nghiên cứu

Những kiến thức, kết quả thu được sẽ góp phần phục vụ cho công việc hiện nay của tác giả

CHƯƠNG 1 TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

1.1 Các loại tổn thất điện năng

Tổn thất điện năng được có thể được định nghĩa là sự chênh lệch giữa lượng điện năng được đưa v o hệ thống điện v lượng điện năng được tiêu thụ tại phụ tải trong một khoảng thời gian nhất định

+ Sử dụng trái phép (câu trộm điện)

+ Giả mạo đo đếm

+ Tổn thất do các thiết bị điện khác

+ Sai số của các thiết bị đo lường

+ Ước tính không chính xác nguồn cung cấp không c đồng hồ đo hoặc đo lường (chiếu sáng công cộng )

Tổn thất phi kỹ thuật gần như không thể tính toán theo mô hình toán học được Bởi nó phụ thuộc vào sự can thiệp của con người v o lưới điện phân phối Vì vậy tổn thất n y được xác định một cách gián tiếp Các phương pháp n y được cho bởi công thức như sau:

- Tổn thất điện năng phụ thuộc U: tổn thất không tải của MBA, tổn thất do vầng quang điện, do r điện, trong tụ bù, tổn thất trong mạch từ của các thiết bị đo lường

- Tổn thất do chất lượng điện: phát nóng phụ do I2, I0, sóng hài

Tổn thất kỹ thuật chiếm 6 – 8% của chi phí điện năng được tạo ra và 25% của chi phí cung cấp điện cho khách hàng

1.2 Các phương pháp xác định tổn thất điện năng

1.2.1 Các phương pháp áp dụng cho lưới trung áp

1.2.1 T nh toán TT d ng đ ng h đo điện năng

t

Hình 1 1 Lưới điện t ng áp các thi t ị đo

Số liệu tính toán bao gồm: điện năng đo được ở tất cả các đầu v o v ra kh i khu vực LTA cần tính TTĐN

- Ang: l điện năng nhận từ gốc xuất tuyến T ATG

- Ag: điện năng giao sang khu vực lưới khác

- At: điện năng các phụ tải trong khu vực lưới đang xét TTĐN

1.2.1 T nh toán TT dựa tr n đ thị phụ tải của các nút phụ tải

Sơ đồ lưới v số liệu phụ tải được thể hiện như hình dưới đ y

H nh 1 2 Lưới t ng áp ới các liệ t nh toán

Số liệu tính toán bao gồm: Cấu hình v thông số của lưới điện, điện áp nút nguồn 0 , ĐTPT P t , Q t phía hạ áp của tất cả các T A ph n phối v các điểm giao điện năng tại cùng thời điểm

TTĐN được xác định như sau:

 từng giai đoạn của ĐTPT, xác định tất cả các Pti, Qti;

 Tính toán ph n bố công suất v tính ∆Pnhi của tất cả các nhánh i;

- ∆Pi(t : Đồ thị TTCS của nhánh i trong m nhánh của LTA đang xét;

- ∆Poj: Tồn thất không tải của T APP j trong số mb TBAPP;

- Tj: thời gian đ ng điện T A ph n phối j

1 T nh TT theo phương pháp d ng đư ng cong tổn thất

Phương pháp n y c n gọi l phương pháp tính TTĐN theo thời gian tổn thất công suất lớn nhất τ τ được tính theo biểu đồ phụ tải điển hình của lưới điện

P 3 (t) Điển hình nh m

H nh 1 3 Lưới t ng áp các liệ t nh toán

Số liệu tính toán bao gồm: ĐTPT tổng của lưới đang xét AΣ, Ptmax của các phụ tải riêng biệt hoặc Ptmax t của một số nh m phụ tải đặc trưng

TTĐN được xác định như sau:

 từng PΣi của tổng ĐTPT tổng, tính ph n bổ Pti các nút tải:

max max

Trị số τ được tính theo ĐTPT của lưới điện theo các cách như sau:

   

 Tính CĐXL của lưới trong chế độ phụ tải cực đại để xác định ∆Pmax;

 Tính TTĐN theo các công thức trên tương ứng với cách tính τ”

1.2 T nh toán TT dựa tr n th i gian tổn thất công suất lớn nhất

Thời gian tổn thất công suất lớn nhất của một phần tử tải điện được đánh giá như sau:

- Atj: Điện năng tiêu thụ của phụ tải thứ j được cấp bởi nhánh đang xét

- C: Tập các phụ tải được cấp điện bởi nhánh đang xét

Một số công thức kinh nghiệm dựa trên thống kê của Liên Xô cũ:

Số liệu tính toán bao gồm: cấu hình v thông số của lưới điện, Ptmax hoặc Itmax, cos tb v At của tất cả các nút thứ cấp các T APP v các điểm giao diện

.

nh

A T

 Tính τnh theo quan hệ τnh = f(Tnh.max v tính TTĐN của các nhánh v suy ra TTĐN của to n lưới

Phương pháp n y chủ yếu dựa trên hai hệ số: hệ số tải LF Load Factor v hệ

số tổn thất LsF Loss Factor Chúng được định nghĩa v c quan hệ thống kê như sau:

 P tb  A LF

Lưu : hệ số k được chọn phù hợp với loại phụ tải

Số liệu tính toán bao gồm: Ptmax hoặc Itmax, cos tb, At

Tính toán TTĐN được xác định như sau:

 Tính ph n bố Pnhmax, Qnhmax sử dụng hệ số đt, tính Anh v LFnh

A A

Từ các phương pháp tính toán TTĐN nêu trên với lưới trung áp, có thể tổng hợp các đặc điểm chính như sau:

Bảng 1.1 Đặc đi m củ các phương pháp xác định TTĐN lưới trung áp

Đo điện năng Chính xác nhất Phải có hệ thống đo lường

tin cậy Tính theo ĐTPT của tất cả

các nút phụ tải

Chính xác đối với TTĐN

do d ng điện 50Hz

Cần số liệu ĐTPT tất cả các nút phụ tải, b qua các TTĐN do tiếp xúc, rò điện, I0, I2, sóng hài Tính theo ĐTPT của lưới

điện

Không cần ĐTPT các nút tải

Cần số liệu ĐTPT tất cả các nút phụ tải, b qua các TTĐN do tiếp xúc, rò điện, I0, I2, sóng hài và sai số do giả thiết ĐTPT đặc trưng của các loại phụ tải

Tính theo  Ít số liệu tính toán đơn giản Sai số do xử lý số liệu phụ

tải thiết kế và do dùng Kđt

và t = f(Tmax) Tính theo LsF Ít số liệu, tính toán đơn

giản

Sai số do xử lý số liệu phụ tải thiết kế và do dùng LsF = f(LF)

1.2.2 Các phương pháp áp dụng cho lưới hạ áp

1.2.2.1 T nh toán TT d ng đ ng h đo điện năng

Hình 1 6 Sơ đ lưới hạ áp liệ t ong t nh TTĐN theo phương pháp đo

- Số liệu đầu v o: điện năng đo được ở tất cả các đầu vào và ra kh i khu vực lưới hạ áp cần tính TTĐN

+ Ang: điện năng nhận từ nguồn (xuất tuyến TBAPP)

+ At: điện năng các phụ tải (trong khu vực LHA đang xét TTĐN

1.2.2 T nh toán TT dựa tr n TPT điển hình

- Số liệu ban đầu:

+ Cấu hình và thông số lưới điện

Điện năng tại các nút phụ tải At

ĐTPT điển hình và cos của đầu xuất tuyến hạ áp từ TBAPP

Trình tự tính toán:

 Các giả thiết: ĐTPT của các phụ tải giống ĐTPT điển hình;

 Ph n bố từng giờ ĐTPT điển hình cho từng phụ tải theo A t của phụ tải

- Pti.k: Công suất phụ tải giờ thứ k của phụ tải thứ i;

- Png.k: Công suất phụ tải giờ thứ k của ĐTPT điển hình tại T APP;

- Ati: Điện năng của tải thứ i

 Tính CĐXL v tính tổn thất công suất các nhánh từng giờ

Bảng 1.2: Đặc đi m củ các phương pháp t nh TTĐN lưới điện hạ áp

Đo điện năng Chính xác nhất Kết quả không chỉ là tổn thất

kỹ thuật mà còn tổn thất phi

kỹ thuật khá lớn Dùng ĐTPT điển hình

của lưới

Không cần ĐTPT của tất cả các nút tải

Giả thiết ĐTPT các nút giống ĐTPT của lưới

1.3 Tổn thất điện năng t n lưới điện phân ph i ở Việt N m

1.3.1 Tình hình tổn thất điện năng

Vấn đề tổn thất trên lưới phân phối liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận h nh Do đ trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của lưới phân phối

Tổn thất điện năng trên lưới điện trung áp tùy thuộc vào cấp điện áp:

+ Lưới điện 35kV chủ yếu tổn thất điện năng ở mức 2 – 2,5% của sản lượng điện nhận trên lưới Tổn thất trên lưới này cao do lưới điện n y đã quá cũ, đường dây tiết diện nh , bán kính dài, MBA loại cũ có tổn thất sắt v đồng cao

+ Lưới điện 22kV tổn thất ở mức 1 – 2% của sản lượng điện nhận trên lưới điện 22kV;

+ Lưới điện 15, 10, 6kV tổn thất ở mức 3 – 4% của sản lượng nhận trên lưới này Tỷ lệ n y cũng tương đối lớn do lưới điện đã quá cũ, chưa được nâng cấp lên điện

Bảng 1.3 TTĐN củ các đơn ị từ năm 2003 - 2009

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

TCT Điện lực Miền Bắc 7,86 7,78 8,63 8,46 8,11 6,65 8,14 TCT Điện lực Miền Nam 9,63 9,35 8,51 8,10 7,90 7,27 7,06 TCT Điện lực Miền Trung 7,44 7,23 7,05 6,83 7,76 7,53 7,82 TCT Điện lực Hà Nội 9,23 9,19 8,9 8,25 8,84 7,32 7,42 TCT Điện lực TP HCM 8,92 8,29 7,28 7,21 7,07 6,19 6,03 Toàn EVN 12,23 12,1 11,78 11,05 10,56 9,21 9,57

(Số liệu TT năm 009 tăng hơn năm 008 là do có t nh ảnh hưởng của việc tiếp

nhận lưới điện hạ áp nông thôn)

Như vậy, về cơ bản EVN đã nỗ lực rất lớn trong việc kéo tổn thất điện năng giảm thấp hơn kế hoạch được giao Đến hết năm 2008, cơ bản EVN đã đạt được chỉ tiêu đưa tổn thất điện năng xuống dưới 10% sớm hơn 2 năm so với Đề án giảm tổn thất điện năng được duyệt

Tuy nhiên, mức giảm tổn thất này vẫn còn rất khiêm tốn Chính phủ có quyết định yêu cầu EVN giảm mức tổn thất trên to n lưới điện (bao gồm cả lưới truyền tải) xuống mức 11% vào năm 2006 v 9% v o năm 2010 Như vậy vẫn còn nhiều biện pháp đồng bộ cần thực hiện để đạt được mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện Phân tích các biện pháp giảm tổn thất điện năng cho thấy nếu thực hiện tốt, tổn thất điện năng trên lưới phân phối có thể hạ thấp đáng kể

So sánh với một số nước trong khu vực thì TTĐN ở lưới phân phối của nước ta

Bảng 1.4 TTĐN của một s nước trong khu vực

số TTĐN, đem lại hiệu quả vận h nh cao hơn

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất điện năng ở lưới điện phân phối

1.3.2.1 Nguyên nhân khách quan

Lưới điện 22kV, 35kV thuộc quản lý của các Công ty Điện lực còn nhiều khu vực đã cũ cần phải nâng cấp; nhiều máy máy biến áp, đường dây có tổn thất cao, tiết diện nh nhưng vẫn phải tận dụng vận hành

Lưới điện 6, 10kV chưa chuyển đổi về 22kV l m gia tăng TTĐN

Còn tồn tại nhiều vùng bán kính cấp điện chưa hợp l , đường dây trung áp dài

v i trăm km các tỉnh miền núi phía Bắc) dẫn đến TTĐN cao

Tình hình kinh tế kh khăn, các đơn vị kinh doanh hoạt động cầm chừng, sản lượng công nghiệp giảm sút dẫn đến nhiều khu vực TBA vận hành non tải, g y tăng TTĐN

Trong giai đoạn 2004 – 2008, tình trạng ăn trộm điện xảy ra tương đối nhiều với các hình thức như: gắn chip trong công tơ, dùng nam châm từ trường mạnh

1.3.2.2 Nguyên nhân chủ quan

Nhiều công trình xây dựng mới, cải tạo lưới bị chậm tiến độ do thiếu vốn dẫn đến ảnh hưởng không nh tới kế hoạch giảm TTĐN

Một số nơi việc quản l TTĐN chưa tốt do chưa quan t m đến hệ thống đo đếm ranh giới nội bộ dẫn đến TTĐN một số tuyến dây, TBA còn cao

Một số đơn vị chưa ho n tất chương trình CMIS quản l TTĐN theo cấp điện

áp, theo xuất tuyến, chưa thực hiện tính toán TTĐN kỹ thuật để kiểm tra đối chiếu và phát hiện biến động về TTĐN

Một số Công ty Điện lực chưa thường xuyên tính toán phương thức vận hành tối ưu lưới điện, để điện áp thấp hoặc lắp tụ bù chưa đúng dẫn đến l m tăng TTĐN trên lưới điện phân phối

TTĐN ở TBA công cộng còn cao do công tác quản lý ở một số bộ phận còn yếu kém về trình độ chuyên môn và ý thức trách nhiệm

1.4 K t l ận

Từ những thống kê về tình hình tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối ở nước ta trong một v i năm gần đ y ta nhận thấy tỷ lệ tổn thất c n tương đối cao so với sản lượng sản xuất Mặc dù xu hướng tổn thất đã giảm dần nhưng mức giảm còn khá

chậm và vẫn còn cao so với các nước trong khu vực

Do vậy, trong công tác quản lý vận h nh, các đơn vị điện lực cần lựa chọn phương pháp tính toán tổn thất điện năng phù hợp để c được trị số tin cậy nhất Dựa trên số liệu tính toán được để có những đánh giá về tình hình tăng giảm tổn thất điện năng v áp dụng các biện pháp kỹ thuật, biện pháp quản l đồng bộ thì mới đạt được hiệu quả cao trong lộ trình giảm tổn thất điện năng như đã đề ra

Với tầm quan trọng của việc giảm tổn thất điện năng, chương tiếp theo tác giả xin đề cập đến một số biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối hiện nay

CHƯƠNG 2 CÁC BIỆN PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

2 1 Các iện pháp giảm tổn thất điện năng

Mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện phân phối chịu tác động của rất nhiều yếu

tố v đ i h i nhiều biện pháp đồng bộ Các biện pháp quản lý, hành chính nhằm giảm tổn thất thương mại cần thực hiện song song với các nỗ lực giảm tổn thất kỹ thuật Có thể liệt kê các biện pháp chính giảm tổn thất kỹ thuật trong lưới điện phân phối như sau:

2.1.1 Biện pháp không đòi hỏi vốn đầu tư

1 Tăng cường kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị, ngăn ngừa sự cố, hạn chế cắt điện

5 Tái cấu trúc lưới lựa chọn phương thức kết dây tối ưu

2.1.2 Biện pháp đòi hỏi vốn đầu tư

1 Nâng công suất và chống quá tải đường dây, máy biến áp

2 Nâng cấp điện áp vận hành từ 6, 10, 15kV về 22kV, đảm bảo điện áp xuất tuyến ở mức cao cho phép

3 Cải tạo rút ngắn bán kính cấp điện, đưa các T A 110kV v o s u trung t m phụ tải

4 Tính toán, lựa chọn dung lượng và vị trí lắp đặt tụ bù hợp lý Sử dụng bù động để nâng hệ số cos lên mức 0,95 đối với các TBA phân phối trên cơ sở tính toán kinh tế

2.1.3 Nhận xét

Trong nhóm biện pháp không đ i h i vốn đầu tư, biện pháp tái cấu trúc lưới điện là biện pháp chỉ cần thay đổi trạng thái đ ng/cắt của dao cách ly ta có thể tìm ra được cấu trúc lưới cho giá trị tổn thất điện năng nh , nhờ đ giảm được tổn thất điện năng Tuy nhiên, xét đồ thị phụ tải ng y đêm đặc trưng ở nước ta nói chung có dạng:

Cao

®iÓm tèi

24 h

H nh 2 1 Đ thị phụ tải ng y đ m

Đồ thị phụ tải có sự chênh lệch lớn giữa thời điểm cực đại và cực tiểu, do vậy bài toán tái cấu trúc lưới điện đặt ra: Tìm cấu trúc lưới phù hợp với từng chế độ tải, sao cho tổn thất công suất nh nhất

hi tìm được cấu trúc lưới tương ứng với chế độ phụ tải cực đại, phụ tải cực tiểu, người ta sử dụng thêm biện pháp đ i h i vốn đầu tư, cụ thể là bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hiệu quả vận hành, giảm được tổn thất điện năng nhiều hơn

Bù công suất phản kháng là biện pháp đ i h i chi phí ban đầu thấp hơn so với các biện pháp yêu cầu vốn đầu tư Với công nghệ sản xuất hiện nay, thì giá thành tụ bù ngày càng r đi Do đ , b i toán lắp đặt tụ bù giảm tổn thất điện năng l b i toán đang được quan tâm rộng rãi bởi tính khả thi của nó

Sau đ y, tác giả tập trung nghiên cứu hai phương pháp giảm tổn thất điện năng

- Tái cấu trúc lưới điện

- Bù công suất phản kháng lưới phân phối

2.2 B i toán tái cấ t úc lưới điện

2.2.1 Sự cần thiết phải tái cấu trúc lưới điện

Lưới điện phân phối hiện nay thường có cấu trúc mạch vòng kín, vận hành hở Các dao cách ly ph n đoạn được thay thế bởi các dao cách ly phụ tải hoặc dao cách ly

có lắp thiết bị chuyển mạch nhằm phân tách các nguồn cung cấp đến linh hoạt trong vận hành

Mặc dù vậy, thực trạng hiện nay các Công ty Điện lực đang vận h nh lưới điện chủ yếu theo kinh nghiệm vận hành và phân bố địa lý Đ y là một nguyên nhân dẫn đến tình hình tổn thất điện năng c n cao, chưa cải thiện được Các thiết bị chuyển mạch thì không phát huy được tác dụng trong vận h nh lưới

Biện pháp tái cấu trúc lưới điện, tận dụng các thiết bị chuyển mạch, thay đổi trạng thái đóng cắt của chúng có thể đem lại những lợi ích sau:

+ Thiết lập cân bằng tải giữa các tuyến dây theo sự biến thiên của đồ thị phụ tải

có thể làm giảm đáng kể lượng tổn thất điện năng

+ Nâng cao khả năng tải của lưới, giảm sụt áp cuối nguồn và giảm số khách hàng bị mất điện khi sự cố

Trước tình hình kh khăn về vốn đầu tư của EVN, trong khi vẫn phải đảm bảo hoàn thành mục tiêu giảm dần tổn thất điện năng thì việc tái cấu trúc lưới điện giảm tổn thất điện năng là một trong những biện pháp được quan tâm hàng đầu và cần nghiên cứu cụ thể, áp dụng rộng rãi

2.2.2 Hàm mục tiêu của tái cấu trúc lưới

Bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối l b i toán được xây dựng trên nhiều mục tiêu khác nhau Do vậy, ứng với mỗi một mục tiêu, người ta sẽ lập ra một số hàm, đối tượng, thuật toán nhằm phục vụ mục đích tối ưu h a b i toán đ Các nghiên cứu

về bài toán tái cấu trúc lưới phân phối:

 Bài toán 1: Tái cấu trúc lưới để cực tiểu chi phí vận hành

 Bài toán 2: Tái cấu trúc lưới để giảm tổn thất năng lượng

 Bài toán 3: Tái cấu trúc lưới để giảm tổn thất công suất

 Bài toán 4: Tái cấu trúc lưới để cân bằng tải giữa các đường dây và máy biến thế nguồn giữa các trạm bằng nhau

 Bài toán 5: Tái cấu trúc lưới theo h m đa mục tiêu: tổn thất công suất bé nhất, số lần đ ng cắt thiết bị chuyển mạch ít nhất, sụt áp tại các điểm cuối lưới bé nhất cùng đồng thời xảy ra

 Bài toán 6: Tái cấu trúc lưới để khôi phục lưới điện sau sự cố và cân bằng tải

Tuy nhiên, mục đích của luận văn nhằm nghiên cứu biện pháp giảm tổn thất điện năng nên tác giả đi nghiên cứu sâu về bài toán 3: tái cấu trúc lưới nhằm tổn thất công suất là nh nhất

Hàm mục tiêu tổng quát để tìm kiếm cấu trúc cho tổn thất nh nhất có thể viết như sau:

Trong đ : Ploss: tổng tổn thất công suất tác dụng trên lưới điện

Điều kiện ràng buộc của bài toán là dòng công suất chạy trên các nhánh phải nằm trong giới hạn tải của nhánh đ v điện áp các nút phải duy trì trong phạm vi cho phép:

2.2.3 t số giải thuật tái cấu trúc lưới điện

2.2.3.1 Các nghiên cứu cổ điển về tái cấu trúc lưới điện

1 Thuật toán đổi nhánh

Phương pháp kỹ thuật đổi nhánh - Branch exchange methods được bắt đầu với giả thiết là: Lưới phân phối vận hành với cấu trúc hình tia, một khoá điện đ ng lại và

lưới điện Cặp khoá điện được chọn nhờ kinh nghiệm và các công thức xấp xỉ để đánh giá sự thay đổi của tổn thất trong mỗi lần thay đổi trạng thái đ ng/cắt của cặp khoá Phương pháp thay đổi nhánh sẽ dừng lại khi không thể giảm được tổn thất nữa

Phương pháp này yêu cầu sự ph n tích đánh giá d ng công suất trên toàn bộ hệ thống tại thời điểm tính toán Sự thay đổi tổn thất nhờ thay đổi trạng thái đ ng/cắt của cặp khoá điện được tính toán qua công thức:

2

*

)(

m D

Em : Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút m

En : Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút n

Rloop : Tổng các điện trở trên v ng kín khi đ ng các khoá điện

2 Thuật toán cắt vòng kín

Phương pháp cắt vòng kín - loop cutting methods - hay còn gọi l phương pháp

mở lần lượt các thiết bị đ ng cắt ph n đoạn - sequential switch opening method”

được Shirmohammadi xây dựng và phát triển năm 1989 được bắt đầu với giả thiết là

tất cả các khoá điện đều đ ng Hệ thống điện phân phối điển hình trong trường hợp này là một lưới mạch v ng kín hi đ tổn thất trong lưới phân phối mạch vòng kín sẽ

là nh nhất Tuy nhiên, do các nhược điểm của lưới mạch vòng kín nênlưới phân phối

sẽ được mở mạch vòng tạo th nh các lưới điện hình tia bằng cách mở các khoá điện

mà dòng công suất chạy qua đ l nh nhất với giả thiết là việc mở khoá điện đ không gây mất ổn định trong lưới điện Sau mỗi lần mở khoá, một vòng sẽ được hở ra, thuật toán này dừng lại khi lưới phân phối đã ho n to n hình tia

3 Thuật toán tìm kiếm Heuristic

Phương pháp tìm kiếm Heuristic đ i h i xây dựng lưới trong từng tình huống hoặc phân tích một chuỗi các tình huống vận hành của các khoá điện sử dụng thuật toán depth-first” hoặc best-first” Thuật toán best-first” đôi khi c n gọi là thuật toán tìm kiếm greedy”, thuật toán có thể không tìm được ra biến toàn cục mặc dù đã sử dụng một số phương pháp nghiên cứu điều chỉnh một số các bước để tìm ra cấu hình lưới với điểm mở mạch vòng hợp lý Heuristics là một thuật toán nghiên cứu đánh giá

mà không cần các chi tiết phân tích của tất cả các trường hợp, do vậy thuật toán này có thể được sử dụng cho bất kỳ một thuật toán nào

4 Thuật toán tìm kiếm ngược Backtracking

Thuật toán - Backtracking - được Thomas E MacDermott nghiên cứu và phát triển năm 1998, thuật toán n y cũng l một trong những b i toán mở lần lượt các thiết

bị đ ng cắt ph n đoạn - sequential switch opening method” nhưng xuất phát điểm lại ngược lại so với thuật toán cắt vòng kín của Shirmohammadi Trong thuật toán này Thomas giả thiết tất cả các khoá điện đều mở, các phụ tải được thay thế bởi các nguồn

d ng đồng thời đưa ra một tỉ số giữa tổn thất công suất và trị số nguồn dòng tại nút được cấp điện nhờ khoá điện đang xét đ ng Tỷ số giữa tổn thất công suất và nguồn dòng càng nh thì càng có lợi Thuật toán Backtracking gồm một số các bước như sau:

Bước 1: Mở tất cả các khoá điện, mỗi khoá điện được xem là một kết nối giữa

các phụ tải với nhau hay giữa nguồn với phụ tải

Bước 2: Tìm cách gắn lần lượt từng phụ tải vào hệ thống qua một khoá điện

duy nhất, khoá điện này sẽ có trạng thái đ ng Các phụ tải có quyền lựa chọn xem việc nối với nguồn n o để tổn thất công suất bé nhất

Bước 3: Tải sau khi được nối vào hệ thống sẽ trở thành nguồn cho các tải kế

tiếp xem xét để kết nối điều n y đảm bảo mỗi tải chỉ được cung cấp điện từ một nguồn duy nhất - điều kiện cấu hình vận hành hình tia)

Bước 4: Quá trình hình th nh lưới điện sẽ kết thúc khi tất cả các phụ tải đều

được cung cấp điện Các khoá điện mở là các khoá còn lại trong hệ thống

Bài toán tái cấu trúc lưới cơ bản như kĩ thuật đổi nhánh, tái cấu trúc theo phương pháp cắt vòng kín, hay phương pháp backtracking đều thực hiện theo nguyên

lý cơ bản xét toàn bộ cấu hình lưới và kết quả đưa ra cấu hình vận hành hình tia, đảm bảo các chỉ tiêu đặt ra, tuy nhiên thời gian tính toán kéo dài và tính khả thi trong quá trình thực hiện giải bài toán bằng máy tính còn thấp

2.2.3.2 Nghiên cứu mới về tái cấu trúc lưới điện

Các phương pháp mới gần đ y được đưa ra dựa trên nguyên lý cơ bản và điều kiện tối ưu, các phương pháp đã áp dụng các kĩ thuật tiên tiến như, tìm kiếm theo mạng nơron, theo luật heuristic kết hợp cùng các hàm điều kiện, hay thành lập các ma trận trạng thái và chia để trị… đã rút ngắn thời gian thực hiện tìm kiếm và kết quả có

1 Tái cấu trúc lưới sử dụng phương pháp Heuristic không tuyến tính

Sử dụng chương trình tối ưu tăng riêng rẽ (DAOP – Discrete ascent optimal programming) được ứng dụng trong tối ưu trào lưu công suất và cân bằng pha cho hệ thống phân phối Trong DAOP, phụ tải được tạo thành bằng cách tăng từng bước, với mỗi bước tăng ở cuối mỗi nút sẽ có giá trị tổn thất tăng nh nhất

Xây dựng danh sách các khoá hoạt đ ng

Cách li các phần tử hỏng

Tiêu chuẩn hoá các dòng công suất

Lựa chọn: chạy trào lưu công suất cho tổn thất lí tưởng

Mở tất cả các khoá hoạt đ ng, chạy trào lưu cơ sở

L p lại:

ưa ra danh sách khoá ứng cử với điện áp ở 1 phía Thiết lập BestMerit (giá trị tốt nhất)= không xác định, BestSwitch (khóa tốt nhất) = không tìm thấy

Mở các khoá ứng cử, lưu trữ trào lưu công suất

Có tìm thấy Bestswitch không?

óng BestSwitch và cập nhật dòng công suất cơ sở Lựa chọn: Kiểm tra xem có phải quay lại bước trước không Cho đến: không có BestSwitch nào được tìm thấy

Bản ghi: tổn thất, phụ tải không được đáp ứng, hoạt đ ng của các khoá

Hình 2.3 Giải thuật tái cấ t úc lưới dự t n phương pháp DAOP

Sơ đồ giải thuật hình 2.3 chỉ ra thuật toán tái cấu trúc dựa trên phương pháp DAOP, giả thiết tất cả các khóa đầy tải đều hoạt động Quá trình cách li sự cố có thể đóng nhiều khoá hơn Đến cuối quá trình, thuật toán sẽ đưa ra một danh sách các khóa hoạt động cho việc tái cấu trúc Tổn thất biên và phụ tải không được cung cấp sẽ được giải quyết với hoạt động của các khoá đóng cắt tại trạng thái hiện tại của chúng

Mạch vòng chính của thuật toán trong hình 2.3 bắt đầu với việc mở tất cả các khoá và sau đó xây dựng một danh sách các khoá ứng cử ở mỗi bước Các khoá này phải có điện áp chỉ ở một phía của khoá mỗi bước, tất cả các khoá ứng cử phải được đóng cùng một thời điểm và giá trị của (2.5) được xem xét Khoá ứng cử với giá

trị nh nhất được đóng lại ở bước lặp đó và cập nhật trong trường hợp cơ sở Tổng tổn thất tăng ở mỗi bước theo sự tăng tự nhiên riêng biệt của thuật toán

Công thức:

) 001

0

+ Ploss: Lượng tổn thất tăng do đ ng khoá ứng cử

+ Sload: Lượng tải tăng

1 Tất cả các phụ tải đều được cung cấp – không có thêm khoá ứng cử nào

2 Không có thêm khoá đóng cắt nào được đóng mà không gây ảnh hưởng tới giới hạn của điện áp và dòng điện

Sơ đồ hình 2.4 chỉ chi tiết của bước lặp lại ở cuối vòng lặp chính trong sơ đồ hình 2.3 Bất cứ khi nào một khoá đóng để tạo nên mạch vòng, ít nhất một trong các khoá ứng cử từ bước lặp đó sẽ có điện áp ở cả hai phía Những sự thay đổi này sẽ được ghi nhớ trong một danh sách Những bước lặp tiếp theo trong thuật toán có thể thêm tải vào mạch, và khiến cho một trong những thay thế hấp dẫn hơn Thuật toán kiểm tra những nguồn cung cấp thay thế bất cứ khi nào một khoá ứng cử được chọn có một hoặc nhiều hơn các khoá mở mạch trong đường dẫn từ ngược đến nguồn Sau khi khoá lựa chọn mở, nếu một nguồn thay thế có biên độ điện áp cao hơn khoá lựa chọn, thuật toán sẽ đóng các khoá thay thế và chạy chương trình tính dòng công suất để xem nếu tổn thất có giảm hay không Nếu đúng vậy, khoá lựa chọn và khoá thay thế tốt nhất sẽ trao đổi vị trí cho nhau Mạch mở có thể chỉ có thể trao đổi một lần cho một bước lặp, nhưng có thể trao đổi lại ở bước lặp kế tiếp

Khóa ứng cử nào có điện áp ở 2 phía không?

Thêm cấu trúc mạch vòng mở với khóa là BestSwitch

Thay thế = danh sách các khóa có điện áp ở 2 phía

ánh dấu tất cả các mạch vòng mở không được trao đổi

Thiết lập tổn thất cơ sở BaseLoss từ cách giải trào lưu hiện tại

ước l p:

t BestLoop (mạch vòng tốt nhất) là không tìm được

Cho mỗi mạch vòng mở không trao đổi là khóa BestSwitch

Trao đổi khóa BestLoop và BestAlternate Cập nhật dòng công suất

ánh dấu estLoop trao đổi Cho đến: không BestLoop nào tìm được

Hình 2.4: Open loop backracking scheme

Thuật toán ở hình 2.3 yêu cầu trào lưu công suất không tuyến tính đầy đủ để đánh giá mỗi hoạt động của mỗi khoá ứng cử Dòng công suất này chỉ chạy trong một mạch là một tập con của hệ thống Thực tế, mạch vòng chính có thể tận dụng tổn thất tương đương của mỗi khoá ứng cử, sử dụng (2.6) cho tổn thất của mỗi nhánh có khoá Điện áp ở nhánh có khoá được giả thiết không đổi và tương đương với điện áp ở phía sau của mỗi khoá ứng cử và góc của dòng tải được giả thiết cân bằng Hàm ràng buộc dòng điện được kiểm tra tương ứng, loại b bất cứ sự giảm điện áp nào ở mỗi khoá Sau khi lựa chọn khóa ứng cử tốt nhất, thuật toán chạy tr o lưu công suất không tuyến tính đầy đủ và kiểm tra các điều kiện ràng buộc một lần nữa Nếu lần kiểm tra này thất bại, thuật toán sẽ lập lại các bước v các đánh giá về sau của khóa ứng cử đ sẽ sử dụng tr o lưu công suất đầy đủ Khi kết thúc mỗi bước tính toán, thuật toán luôn tìm ra cách giải tr o lưu đầy đủ th a mãn tất cả các ràng buộc nhưng tổng số lần chạy trào lưu công suất sẽ giảm đáng kể

Công thức:

)(

2

)(

2)(

2

' ' ' ' 23

' ' ' ' 13 '

' ' ' 12 33

2 3 22 2 2 11

2

1

i i r r

i i r r i

i r r loss

C B C B R

C A C A R B

A B A R R

I R I R

2 2 2 2

A'  ' 

r i

i i r

B'   0 , 5  0 , 866 ; '   0 , 5  0 , 866 (2.12)

r i

i i r

C'   0 , 5  0 , 866 ; '   0 , 5  0 , 866 (2.13)

Trong đ :

- Chỉ số dưới 1, 2 và 3 là 3 pha của dây dẫn

- R chỉ thành phần điện kháng của ma trận tổng trở của các nhánh nối tiếp

- kWflow là dòng công suất thực danh định chạy trên đường dây

- kVArflow là công suất phản kháng danh định trên đường dây

- kV l điện áp sau các khóa ứng cử

- Chỉ số dưới r và i chỉ ra phần thực và ảo của d ng điện

2 Tái cấu trúc lưới phân phối để giảm tổn thất sử dụng ph n t ch đ nhạy và tối ưu hóa trào lưu công suất

Phương pháp n y sử dụng công thức tối ưu h a tr o lưu công suất để giảm số lượng tính toán tr o lưu công suất và kết hợp với các điều kiện ràng buộc gắn với các

b i toán liên quan đến tối ưu h a công suất (OPF – Optimum power flow) Việc xác định vị trí đ ng cắt được đưa ra sử dụng một mô hình Heuristic” mới dựa trên việc

ph n tích độ nhạy từ kết quả của OPF Phương pháp Heuristic” được dựa trên hai điều kiện chính:

1) Các biến nguyên kh a đ ng cắt được tượng trưng bởi các hàm liên tục trong công thức OPF

2 Tr o lưu công suất tính toán được sử dụng để xác định tổn thất của hệ thống

và trạng thái tự nhiên của các kh a đ ng cắt

Mô h nh hó đóng cắt liên tục:

Trong hệ thống lưới phân phối, các đường d y thường được phân thành các nhánh chính, trong đ c thể bao gồm 1 hoặc 2 nhánh nh hơn

Hình 2.5: Mô h nh hoá tương đương

Hình 2.5 mô tả 1 nhánh nh được thay thế bằng mô hình hình pi đi kèm với

kh a đ ng cắt h a đ ng cắt được mô tả bằng trạng thái biến liên tục xkm tượng trưng cho vị trí của khóa với các trạng thái 1 ho n to n đ ng hoặc 0 (hoàn toàn mở)

Khóa mở được mô ph ng bằng cách gắn giá trị 0 vào biến xkm và giá trị này sẽ được nhân với thông số tương ứng của đường dây (g và b) Kết quả ra nh đồng nghĩa với tổng trở của nhánh có giá trị lớn, và vì vậy đường dây sẽ được coi như 1 nhánh ảo Lúc đ , mạng lưới sẽ luôn kết nối và ma trận tổng trở nút sẽ không duy nhất

h a đ ng cắt có giá trị xkm gần tới 1 ngụ ý rằng công suất c xu hướng chạy qua các kh a đ , vì vậy tạo nên các con đường cho dòng công suất Đ l tưởng chính được trình bày trong phương pháp tái cấu trúc này

Việc xác định cuối cùng liên quan đến sự đ ng mở của các kh a đ ng cắt được thực hiện sử dụng một quá trình mới dựa trên sự nhạy cảm của các kh a đ ng cắt đưa

ra bởi OPF Thực tế bất cứ hàm liên tục nào có giá trị xấp xỉ các bước đưa ra bởi hàm trạng thái của kh a đ ng cắt đều được chấp nhận

Trong phương pháp xấp xỉ này, sử dụng phương trình bậc nhất y = x như mô tả

ở hình 2.6 Hàm bậc nhất n y được lựa chọn vì đạo hàm bậc hai của các thành phần tương ứng của ma trận Hessian không tồn tại, và kết quả tìm được sẽ hội tụ và có chất lượng tốt

Hình 2.6: Mô hình khoá sử dụng hàm liên tục y = x

Bài toán tái cấu trúc lưới phân phối (DSR–Distribution system reconfiguration) được chuyển sang bài toán tối ưu như sau:

loss km

C Min

) ,

C : Giá tổn thất công suất trên nhánh k-m

- Lk m : Tổn thất công suất trên nhánh k-m

- use

km

C : Chi phí sử dụng nhánh k-m

- xkm : Giá trị của khoá nối giữa hai nút k-m

Hàm mục tiêu 1 được tạo thành bởi tổng hợp của 2 điều kiện:

1) Tổn thất công suất: Tổn thất n y tượng trưng cho phần chi phí thêm vào của các công ty phân phối điện, vì thế tổn thất n y nên được giảm tối đa

2) Chi phí sử dụng nhánh: H m n y được xây dựng với mục đích đảm bảo dòng chảy của công suất, dòng chảy l tưởng khi đi qua các nhánh với chi phí nh nhất

Điều kiện thứ 2 phải được đỏp ứng bất cứ khi n o b i toỏn liờn quan đến cỏc

nhỏnh cú chi phớ xõy dựng khỏc nhau Trong b i toỏn DSR, cỏc nhỏnh thường được

coi như c chi phớ giống nhau và khỏc khụng Chi phớ khụng tồn tại ở OPF cú thể tạo

ra một giải phỏp trong đ tất cả cỏc kh a đều được đ ng để giảm tối đa tổn thất

Phương trỡnh (2) liờn quan đến phương trỡnh trào lưu cụng suất của mạng lưới

phõn phối, và phương trỡnh (3) tớnh đến những hạn chế trong thực tế vận hành

Tối thiểu (1) đồng nghĩa với giảm số lượng trong điều kiện 1 và 2 Giảm tổn

thất cụng suất cú nghĩa là tăng giỏ trị liờn quan đến vị trớ khoỏ đ ng cắt vỡ trong mạng

lưới lớn, tổn thất cú xu hướng giảm Mặt khỏc, giảm chi phớ sử dụng nhỏnh đồng nghĩa

với việc giảm giỏ trị của vị trớ khoỏ đ ng cắt tương ứng Vỡ vậy, hàm mục tiờu cú xu

hướng đối lập nhau trong 2 điều kiện Tuy nhiờn, giỏ trị chi phớ cho tổn thất và ứng

dụng của nhỏnh được lựa chọn dựa trờn phõn tớch độ nhạy

S

Đ Cấu trúc l Ư ới tối Ư u

S Đ

Đ

Đóng khoá i S

Xác định khoá K mở

có sự tăng nhỏ nhất tổn thất

Kiểm tra kết thúc MSL Cập nhập khoá MSL

Kiểm tra tất cả các khoá

đều đóng

Đóng khoá i Cập nhập tổn thất vào danh sách Tính toán tổn thất Kiểm tra cấu trúc hiện tại Tính toán chế độ xác lập

Mở khoá i tiếp theo

Đ Chuyển các khoá có giá trị 0

Thiết lập danh sách khoá (MSL)

với trạng thái khoá đóng

Hỡnh 2.7: Sơ đ thuật toỏn

Dưới đ y tác giả khai thác phần mềm PSS/ADEPT để kiểm tra phương pháp Heuristic đã nghiên cứu cho lưới điện phân phối

2.2.4 Tái cấu trúc lưới có xét đến sự thay đổi công suất của phụ tải

Mục đích của bài toán tái cấu trúc lưới điện đang xét l nhằm lựa chọn được cấu trúc vận hành sao cho tổn thất điện năng l nh nhất

Đối với lưới điện có phụ tải bằng phẳng, thì việc tái cấu trúc lưới điện sẽ tìm được một phương thức vận hành cho mọi thời điểm mà vẫn đạt được tổn thất điện năng nh nhất

Tuy nhiên với lưới điện c đồ thị phụ tải thay đổi, biến thiên lớn trong ngày thì việc duy trì một cấu trúc lưới điện không phải l phương án tối ưu cho b i toán giảm tổn thất điện năng Thống kê đồ thị phụ tải của lưới điện ph n phối Việt Nam n i chung c sự chênh lệch lớn giữa các thời điểm trong ng y C thể ph n chia th nh các thời điểm như sau:

sẽ không đáp ứng được yêu cầu về mức độ tổn thất điện năng trong lưới điện

Ứng với mỗi chế độ tải khác nhau, ta có một cấu trúc lưới mà ở đ tổn thất điện năng l cực tiểu Để chứng t điều nay, ta xét lưới điện đơn giản:

Hình 2.8 Lưới điện minh họa

an đầu, lưới điện hình tia được xác lập ở trạng thái mở của vị trí dao cách ly NODE7 Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT ta tính toán được tổn thất công suất cho chế

độ phụ tải cực đại và phụ tải cực tiểu trong các trường hợp sau:

Bảng 2.1: So sánh giá trị tổn thất củ lưới điện minh họa

TT Cấ t úc lưới điện Vị trí mở

DCL P cực đại P cực ti u Tổng

2 Sau khi tái cấu trúc cho mọi

chế độ

NODE18

125,74 8,91 134,65

3 Sau khi tái cấu trúc lưới ứng với từng chế độ tải

133,83

Nhận thấy, nếu chỉ tái cấu trúc lưới cho mọi trường hợp tải thì tổn thất công suất giảm so với phương thức vận hành hiện tại, tuy nhiên nó không tối ưu bằng phương thức vận hành ứng với từng chế độ tải

Do vậy, ta kết luận rằng, khi xem xét bài toán tái cấu trúc lưới điện, cần phải quan t m đến biến động của đồ thị phụ tải của lưới đang xét, để từ đ c phương thức vận hành tối ưu nhất

2.3 B i toán ù công ất phản háng

2.3.1 Sự cần thiết của bù công suất phản kháng

Công suất phản kháng được tiêu thụ ở động cơ không đồng bộ, máy biến áp, đường dây tải điện và mọi nơi c từ trường Yêu cầu về công suất phản kháng có thể giảm tới tối thiểu chứ không thể triệt tiêu được vì nó là yếu tố trung gian trong quá trình chuyển h a điện năng

Nhu cầu công suất phản kháng chủ yếu tập trung ở các xí nghiệp công nghiệp

do các động cơ không đồng bộ có hệ số cos thấp thường từ 0,5 đến 0,8) Hiện nay ở nước ta, chế t i quy định về sử dụng công suất phản kháng chưa được quan t m đúng mức Tại các xí nghiệp công nghiệp không đầu tư lắp đặt nguồn cung cấp công suất phản kháng; các thiết bị máy móc lạc hậu, tiêu thụ nhiều công suất phản kháng dẫn đến một lượng lớn công suất phản kháng phải truyền tải từ nguồn về

Vì vậy để tránh truyển tải một lượng Q khá lớn trên đường d y, người ta đặt gần các hộ dùng điện các máy sinh ra Q (tụ điện , máy bù đồng bộ) để cung cấp trực tiếp công suất phản kháng cho phụ tải Bù công suất phản kháng đem lại lợi ích:

Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện Chúng ta đã biết tổn thất công suất trên đường d y được tính như sau:

Do vậy, bù công suất phản kháng là bài toán quan trọng, cần phải được quan

t m đúng mức trong khi thiết kế cũng như khi vận hành hệ thống cung cấp điện Trong lưới điện có 2 loại bù công suất phản kháng:

 Bù kỹ thuật: l b i toán bù để n ng cao điện áp Vì khi thiếu công suất phản

kháng, điện áp các nút sẽ giảm Nếu công suất phản kháng của nguồn thiếu thì đ y l biện pháp cưỡng bức duy nhất Nếu nguồn không thiếu công suất phản kháng thì bù công suất phản kháng là biện pháp n ng cao điện áp cạnh tranh với biện pháp tăng tiết diện d y, điều áp dưới tải…

 Bù kinh tế: mục đích l để giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng

lưới phân phối, bài toán bù công suất phản kháng là bài toán với mục đích kinh tế, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng

Giải bài toán bù kinh tế công suất phản kháng l xác định: số lượng trạm bù, vị trí đặt bù, công suất bù ở mỗi trạm và chế độ làm việc của tụ bù sao cho đạt hiệu quả kinh tế cao nhất Hàm mục tiêu của bài toán là tổng đại số của các yếu tố lợi ích và chi phí được lượng hóa về thứ nguyên là tiền Các yếu tố không thể lượng h a được và các tiêu chuẩn kỹ thuật được thể hiện bằng các ràng buộc và hạn chế

2.3.2 Bài toán bù kinh tế theo phương pháp dòng tiền tệ

- Cơ sở phương pháp: Trong đầu tư v vận h nh LĐPP đều có những khoản

chi phí và những khoản thu nhập xảy ra ở những thời điểm khác nhau trong khoản thời gian dài Các khoản thu, chi này gọi là dòng tiền tệ

Gọi N là số thời đoạn trong kỳ phân tích, r% là chiết khấu tính toán, i% là chỉ

số lạm phát, P là tổng số tiền quy ước n o đ gọi là hiện tại, F là tổng số tiền ở mốc thời gian quy ước n o đ gọi l tương lai Ta c quan hệ giữa F và P:

e

n 1

1 iN

 l để quy đổi giá trị tương lai F về giá trị hiện tại

P Thành phần n y l đại lượng thời gian tương đương quy đổi thời gian về thời gian hiện tại

Trong ng nh điện, tổn thất công suất, tổn thất điện năng tiết kiệm được cũng như quá trình bảo trì thiết bị diễn ra trong thời gian dài, vì vậy ta có thể sử dụng đại lượng thời gian tương đương Ne quy đổi các lợi ích hoặc chi phí đ về giá trị hiện tại

để so sánh, đánh giá các phương án

- Phương pháp tính toán bù tối ưu:

H m mục tiêu của b i toán:

Trong đ :

- T: thời gian l m việc của tụ bù giờ/năm

- gp, gq: giá điện năng tác dụng, giá điện năng phản kháng bình qu n khu vực tính bù

- Qi, Ui: phụ tải phản kháng, điện áp cuối nhánh i

- Ri, Xi: điện trở, điện kháng của nhánh i

- Qbj: công suất phản kháng bù tại nút j

- D: đường đi của d ng điện từ nguồn đến nút j

Trong biểu thức, hệ số của Q2

bj nh hơn 0 nên h m đạt cực đại khi:

bj

F0Q



Từ đ ta tính được giá trị Qbj tối ưu tại nút j:

2.3.3 Hiện tượng quá bù công suất phản kháng

Như đã đề cập, bài toán bù công suất phản kháng lưới điện phân phối là bài toán bù kinh tế, cân nhắc giữa chi phí đầu tư và tổn thất điện năng giảm được sao cho kinh tế nhất Do phụ tải thay đổi theo từng thời điểm trong ng y, nên đôi khi bù công suất phản kháng làm tổn thất công suất giảm được ở chế độ phụ tải cực đại, kéo theo cải thiện điện áp nhưng lại l m tăng tổn thất công suất ở chế độ cực tiểu v quá điện áp cục bộ

Xét công thức tính tổn thất công suất và tổn thất điện áp trên lưới điện không có thiết bị bù: