GIÁM SÁT ONLINE THÔNG SỐ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN VẠN NINH TỈNH KHÁNH HOÀ THEO CÔNG NGHỆ GIS VÀ WEB THÍCH NGHI. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Luận văn giới thiệu về các thông số vận hành lưới điện Vạn Ninh tỉnh Khánh Hòa và đưa ra các cơ sở toán học tính toán phân bố trào lưu công suất, tổn thất công suất trong lưới điện hiện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HOÀNG THIÊN CA

GIÁM SÁT ONLINE THÔNG SỐ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN VẠN NINH TỈNH KHÁNH HOÀ THEO CÔNG NGHỆ GIS VÀ WEB THÍCH NGHI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng, Năm 2017

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HOÀNG THIÊN CA

GIÁM SÁT ONLINE THÔNG SỐ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN VẠN NINH TỈNH KHÁNH HOÀ THEO CÔNG NGHỆ GIS VÀ WEB THÍCH NGHI

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60 52 02 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Thị Tịnh Minh

Đà Nẵng, Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

NGUYỄN HOÀNG THIÊN CA

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN

GIÁM SÁT ONLINE THÔNG SỐ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN VẠN NINH TỈNH

KHÁNH HOÀ THEO CÔNG NGHỆ GIS VÀ WEB THÍCH NGHI

Học viên: Nguyễn Hoàng Thiên Ca Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

ĐHĐN

Tóm tắt – Trong giai đoạn phát triển lưới điện thông minh ngày nay, việc giám sát

online các thông số vận hành trong lưới điện là xu hướng tất yếu Luận văn giới thiệu về các thông số vận hành lưới điện Vạn Ninh tỉnh Khánh Hòa và đưa ra các cơ sở toán học tính toán phân bố trào lưu công suất, tổn thất công suất trong lưới điện hiện tại Đề tài đề xuất tính toán trào lưu công suất theo phương pháp của D Das et al nhằm hạn chế nhược điểm về bộ nhớ, thời gian tính toán Đề tài đã xây dựng giao diện giám sát online trào lưu công suất sử dụng thuật toán D.Das cải tiến kết hợp với công nghệ GIS và Web thích nghi Giao diện này có thể được truy cập trên di động hoặc máy tính Giao diện này được áp dụng cho tuyến 476 – VG huyện Vạn Ninh tỉnh Khánh Hoà Kết quả giám sát được trào lưu công suất trên xuất tuyến tại các vị trí có công-tơ điện tử ghi nhận dữ liệu

Từ khoá - trào lưu công suất, thuật toán cải tiến D.Das, công nghệ GIS, công nghệ Web

thích nghi, mobile apps

Abstract - Today, the online monitoring network is indispensable trend of Smart Grid

This thesis introduces operation parameters and gives the mathematical basis to calculate the load flow and losses of Van Ninh grid in Khanh Hoa province The new method of calculating load flow based on Das et al is presented here This method is to minimize the memory loss and computation time In this thesis, an interface of online supervising grid has built by using the improved D.Das algorithm combined with adaptive GIS and Web technologies This interface can be accessed on mobile or computer The result is applied for the 476 - EVG feeder in Van Ninh distribution network at Khanh Hoa province

Key words - power flow, D.Das’s algorithm improvement, GIS technology, Web

responsive, mobile apps

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và tính thực thực tiễn 2

5 Tên đề tài 2

6 Phương pháp nghiên cứu 2

7 Tổ chức biên chế đề tài 3

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN 22KV VẠN NINH 4

1.1 Tổng quan về thông số vận hành lưới điện phân phối: 4

1.1.1 Điện áp: 4

1.1.2 Hệ số công suất: 4

1.1.3 Tần số: 4

1.1.4 Tổn thất điện năng: 4

1.2 Tổng quan lưới điện phân phối huyện Vạn Ninh 5

1.3 Tình hình TTĐN lưới điện Vạn Ninh 6

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến TTĐN khu vực huyện Vạn Ninh 8

1.4.1 Tổn thất kỹ thuật 8

1.4.2 Tổn thất phi kỹ thuật 9

1.5 Các biện pháp giảm TTĐN 10

1.5.1 Công tác tổ chức thực hiện: 10

1.5.2 Biện pháp kỹ thuật: 10

1.5.3 Biện pháp kinh doanh: 12

1.6 Đánh giá chung 12

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 14

2.1 Tính trào lưu công suất trong lưới điện phân phối 14

2.1.1 Dùng phần mềm Pss/adept 14

2.1.2 Lập trình Matlab theo thuật toán của D.DAS 20

2.2 Áp dụng tính toán đối với lưới nghiên cứu 25

2.2.1 Các bước thực hiện áp dụng thuật toán 1 26

2.2.2 Kết quả tính toán theo phương pháp D.Das 29

2.3 Kiểm tra tính chính xác của thuật toán 29

2.3.1 Kết quả tính toán theo phần mềm PSS/ADEPT 29

2.3.2 So sánh kết quả tính toán của phương pháp D.Das với phần mềm PSS/ADEPT 31

2.4 Thuận lợi và hạn chế của các phương pháp tính toán trào lưu công suất 32

2.4.1 Thuận lợi và hạn chế khi sử dụng phần mềm PSS/ADEPT 32

2.4.2 Thuận lợi và hạn chế trong tính toán với phương pháp D.Das 33

2.5 Tính toán trào lưu công suất theo phương pháp D.DAS cải tiến 33

2.5.1 Cơ sở toán học và sơ đồ tổng quát thuật toán của phương pháp 33

2.5.2 Mô hình toán học các thiết bị sử dụng 33

2.5.3 Các bước thực hiện của thuật toán cải tiến 36

2.5.4 Áp dụng thuật toán cải tiến cho lưới điện 15 nút 37

CHƯƠNG 3 GIÁM SÁT THÔNG SỐ VẬN HÀNH BẰNG CÔNG NGHỆ KẾT NỐI HIỂN THỊ ONLINE 41

3.1 Khảo sát và lựa chọn công nghệ 41

3.1.1 Giải pháp thu thập dữ liệu: 41

3.1.2 Lựa chọn máy chủ: 41

3.1.3 Lựa chọn giữa web apps và mobile apps: 42

3.1.4 Lựa chọn giữa các map API: ứng dụng miễn phí và ứng dụng tính phí 42

3.2 Kiến trúc giải pháp 43

3.3 Giải pháp công nghệ thông tin 44

3.3.1 Phần mềm thu thập, đóng gói và tổng hợp dữ liệu 44

3.3.2 Công nghệ GIS – Giải pháp ArcGis 46

3.3.3 Công nghệ Web thích nghi Responsive: 48

3.4 Các bước tiến hành kết nối online cho lưới điện 49

3.5 Kết quả hiển thị online cho xuất tuyến thực tế 476 – EVG 49

3.5.1 Giới thiệu về xuất tuyến 476 – EVG 49

3.5.2 Các bước tiến hành hiển thị thông số online trên xuất tuyến 50

3.5.3 Nhận định và đánh giá kết quả 58

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC

PHẢN BIỆN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

|V(i)| : Biên độ điện áp tại nút i

EVN : Tập đoàn điện lực Việt Nam

EVNCPC : Tổng công ty điện lực miền Trung

GPS : Global positioning system

LP(j) : Tổn thất công suất thực của nhánh j

LQ(j) : Tổn thất công suất phản kháng của nhánh j

P(m2) : Tổng công suất thực chạy qua nút m2

PL(i) : Công suất thực của tải tại nút i

PLOSS : Tổng tổn thất công suất thực của mạng

PSS/ADEPT : Power System Simulator/ Advanced Distribution Engineering

Productivity Tool Q(m2) : Tổng công suất phản kháng chạy qua nút m2

QL(i) : Công suất phản kháng của tải tại nút i

2.1 Số thứ tự nhánh, nút chuyển và nút nhận tương ứng của

2.14 Tổn thất của lưới điện 15 nút - 11 kV tính bằng phương pháp

2.15 Sơ đồ lưới điện 15 nút – 11kV thiết lập bởi PSS/ADEPT 30 2.16 Tổn thất của lưới điện 15 nút - 11kV tính bằng PSS/ADEPT 31 2.17 thị so sánh tổn thất công suất giữa phương pháp D.Das và

2.18 Đồ thị sai số tuyệt đối của tổn thất công suất lưới điện 15 nút –

2.19 Mô hình Γ máy biến áp: giản đồ tương đương thu gọn 34

2.23 File Excel chứa CSDL đường dây (hình trái) và máy biến áp (hình

2.24 File Excel lưu trữ dữ liệu công suất tại các nút và điện áp đo được

3.5 Tổn thất tại các nhánh: vùng thấp, vùng trung bình, vùng cao 46

3.7 Sự hình thành của bản đồ cuối cùng từ 2 layer và bản đồ nền 47 3.8 Thuộc tính của thanh tìm kiếm dựa trên chiều rộng màn hình 48

3.15 Phần mềm Mapsource sử dụng truy xuất dữ liệu GPS 53 3.16 File Báo cáo tổng hợp tình trạng _ Sheet tổn thất 53 3.17 File báo cáo tổng hợp tình trạng _ Sheet Thông tin nút 54 3.18 File báo cáo tổng hợp tình trạng _ Sheet Thông tin nhánh 54

3.19 Hiển thị thanh tìm kiếm trên điện thoại theo phương cầm máy

vụ khách hàng

Áp dụng công nghệ và các thành tựu mới của khoa học kỹ thuật vào lưới điện, nhiều trạm biến áp đã chuyển dần thành trạm không người trực, công nghệ Scada trong nhà máy và trong điều độ được vận dụng ngày càng hiệu quả Chính vì vậy, việc giám sát online lưới điện cũng phải được kể đến như phần không thể thiếu trong lưới điện Smart grid ngày nay Tuy nhiên, đối với hệ thống lưới điện phân phối, do tính chất của bán kính cấp điện, phân bố các hộ phụ tải cũng như cấu trúc lưới phức tạp, nên việc giám sát online cho lưới điện này còn nhiều hạn chế, đặt biệt là về vấn đề tổn thất công suất và điện năng Xuất phát từ nhu cầu trên, đề tài này nghiên cứu kết hợp phương pháp tính toán tổn thất điện năng lưới phân phối và ứng dụng công nghệ công nghệ GIS và công nghệ Web thích nghi để xây dựng chương trình có thể cảnh báo tổn thất online lưới điện phân phối 22kV

Đề tài đề xuất áp dụng thực tế cho lưới điện phân phối Vạn Ninh – Khánh Hòa Kết quả của đề tài mong muốn thể hiện việc nâng cao công tác quản lý vận hành, độ tin cậy cung cấp điện và giảm tổn thất điện năng một cách hiệu quả dựa trên việc giám sát online trào lưu công suất của lưới điện 22kV cho khu vực

1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Tổn thất điện năng trong sản xuất kinh doanh ngành điện bị tác động bởi nhiều yếu tố, trong đó được chia thành 2 yếu tố chính là yếu tố kỹ thuật và yếu tố phi kỹ thuật Để giảm tổn thất điện năng một cách hiệu quả, cần nghiên cứu, phân tích các nguyên nhân, yếu tố tác động cũng như khoanh vùng vị trí gây nhiều tổn hao một cách chính xác

Lưới điện phân phối 22kV khu vực huyện Vạn Ninh những năm vừa qua được đầu tư, nâng cấp đồng thời áp dụng công nghệ mới trong việc cập nhật chỉ số điện năng và quản lý hệ thống đo đếm điện năng các trạm biến áp từ xa Tuy nhiên, việc tính toán tổn thất vẫn dựa vào yếu tố chủ quan-con người là chính và được thực hiện

định kỳ theo từng tháng, từng quí dẫn đến việc số liệu tính toán chưa phục vụ hiệu quả cho công tác đánh giá, và phân tích tình hình tổn thất điện năng của khu vực

Thêm vào đó, công tác quản lý vận hành lưới điện phân phối được thực hiện bằng phần mềm PSS/Adept chưa hỗ trợ việc giám sát online, nên dẫn đến việc tính toán tổn thất và thực tế còn nhiều sai số cũng như đề xuất các biện pháp giảm tổn thất điện năng trong lưới chưa thật sự hiệu quả

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài này đề xuất việc cảnh báo tổn thất online cho lưới điện Vạn Ninh bằng công nhệ công nghệ GIS và công nghệ Web thích nghi nhằm hạn chế nhược điểm hiện tại và nâng cao giải pháp quản lí và vận hành lưới điện

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu: lưới điện phân phối 22kV

- Phạm vi nghiên cứu: tính toán phân tích tổn thất điện năng lưới phân phối và các giải pháp công nghệ quản lý trực quan tổn thất điện năng xuất tuyến trung áp 22kV khu vực huyện Vạn Ninh

3 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu đánh giá phương pháp tính toán tổn thất điện năng bằng phương pháp mới [1] So sánh với phương pháp tính hiện tại trên phần mềm PSS/Adept

- Áp dụng tính toán cho xuất tuyến 476 – EVG khu vực Vạn Ninh

- Đề xuất giải pháp công nghệ xây dựng hệ thống quản lý tổn thất online theo công nghệ GIS và công nghệ Web thích nghi

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC THỰC TIỄN

- Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được sử dụng như tài liệu tham khảo cho công tác vận hành, quản lý lưới điện phân phối 22kV

- Đề tài nghiên cứu xuất phát từ thực tế hiện tại của lưới điện phân phối huyện Vạn Ninh, kết quả sau khi nghiên cứu tính toán có ý nghĩa thực tiễn và có thể áp dụng trong quản lý và vận hành Cụ thể, vấn đề quản lý tổn thất hiện nay được thực hiện thủ công mang tính chủ quan nhiều nên việc nghiên cứu và xây dựng hệ thống cảnh báo tổn thất online giai đoạn hiện nay mang lại hiệu quả thiết thực trong công tác giảm tổn thất điện năng, tiết kiệm chi phí quản lý góp phần nâng cao hiệu quả kinh doanh điện năng và phù hợp với xu thế đổi mới của lưới điện hiện đại

5 TÊN ĐỀ TÀI

“GIÁM SÁT ONLINE THÔNG SỐ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN VẠN NINH TỈNH KHÁNH HOÀ THEO CÔNG NGHỆ GIS VÀ WEB THÍCH NGHI”

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Đề tài nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết tính toán tổn thất điện năng kết hợp giải pháp công nghệ thông tin nhằm xây dựng chương trình quản lý trực quan ứng dụng vào lưới điện phân phối huyện Vạn Ninh

7 TỔ CHỨC BIÊN CHẾ ĐỀ TÀI

Căn cứ mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài được đặt tên là: “Giám sát online thông số vận hành lưới điện Vạn Ninh tỉnh Khánh Hoà theo công nghệ GIS và Web thích nghi”

Luận văn gồm các chương sau:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về lưới điện 22kV Vạn Ninh

Chương 2: Cơ sở tính toán tổn thất điện năng

Chương 3: Giám sát thông số vận hành bằng công nghệ kết nối hiển thị online Chương 4: Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN 22KV VẠN NINH

1.1 Tổng quan về thông số vận hành lưới điện phân phối:

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 %;

c) Trường hợp nhà máy điện và khách sử dụng điện đấu nối vào cùng một thanh cái trên lưới điện phân phối thì điện áp tại điểm đấu nối do Đơn vị phân phối điện quản

lý vận hành lưới điện khu vực quyết định đảm bảo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật vận hành lưới điện phân phối và đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng sử dụng điện Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn định sau

sự cố, cho phép mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện

bị ảnh hưởng trực tiếp do sự cố trong khoảng + 05 % và - 10 % so với điện áp danh định

Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự cố, cho phép mức dao động điện áp trong khoảng 10 % so với điện áp danh định

1.1.2 Hệ số công suất:

Đơn vị sử dụng điện để sản xuất, kinh doanh, dịch vụ có trạm biến áp riêng hoặc không có trạm biến áp riêng nhưng có công suất sử dụng cực đại từ

40 kW trở lên có trách nhiệm duy trì hệ số công suất (cos ) tại điểm đặt thiết bị

đo đếm điện năng theo hợp đồng mua bán điện không nhỏ hơn 0,9

Các đơn vị cung cấp điện năng, quản lý vận hành phải bảo đảm hệ số công suất cos ≥ 0,9 tại điểm đo của bên mua điện có công suất từ 40 kW trở lên hoặc có máy

biến áp từ 100 kVA trở lên

1.1.3 Tần số:

Tần số danh định của hệ thống điện quốc gia là 50Hz Trong chế độ vận hành bình thường của hệ thống điện, tần số được phép dao động từ 49,8Hz đến 50,2Hz Trong trường hợp sự cố đơn lẻ được phép dao động từ 49,5Hz đến 50,5Hz Trong trường hợp hệ thống điện quốc gia bị sự cố nhiều phần tử, sự cố nghiêm trọng hoặc trong trạng thái khẩn cấp, cho phép tần số hệ thống điện dao động trong khoảng từ

47Hz cho đến 52Hz

1.1.4 Tổn thất điện năng:

Tổn thất điện năng của lưới điện phân phối bao gồm:

Tổn thất điện năng kỹ thuật là tổn thất điện năng gây ra do bản chất vật lý của đường dây dẫn điện, trang thiết bị điện trên lưới điện phân phối

Tổn thất điện năng phi kỹ thuật là tổn thất điện năng do ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình quản lý kinh doanh điện mà không phải do bản chất vật lý của đường dây dẫn điện, trang thiết bị điện trên lưới điện phân phối gây ra [1]

1.2 Tổng quan lưới điện phân phối huyện Vạn Ninh

Lưới điện trung áp huyện Vạn Ninh được nhận nguồn từ một TBA 110kV – EVG với công suất 25MVA Hiện nay, tình trạng mang tải của trạm EVG 80 – 90%

Sơ đồ lưới điện Vạn Ninh chưa hoàn thiện, chỉ có 01 TBA 110kV EVG cấp điện, không có nguồn dự phòng 110kV khi trạm EVG sự cố hay cắt điện vệ sinh công nghiệp

Lưới điện trung áp xây dựng từ năm 1997, gồm có 04 xuất tuyến trung áp 15kV vận hành hình tia cấp điện cho 13 xã, thị trấn trên địa bàn huyện Vạn Ninh Trong năm

2014, 2015, toàn bộ lưới điện trung áp đã được cải tạo nâng cấp lên điện áp 22kV Lưới điện này đã có thể kết lưới mạch vòng với lưới điện 22kV Ninh Hòa qua xuất tuyến 473 – F1 Bên cạnh công tác xây dựng, cải tạo lưới điện, phụ tải cũng đã được phân bố giữa các xuất tuyến một cách hợp lý hơn, cụ thể như sau:

- Xuất tuyến 471 – EVG cấp điện xã Vạn Thọ, Vạn Thạnh, sử dụng dây 2x3AC70 Phụ tải chủ yếu là các cơ sở nuôi trồng thủy sản, sản xuất theo mùa vụ, tập trung tại cuối nguồn

- Xuất tuyến 472 – EVG cấp điện cho các xã: Vạn Bình, Vạn Phú, sử dụng dây 4AC95 + AC 185, 2x3AC95

- Xuất tuyến 473 – EVG cấp điện cho các xã: Vạn Long, Vạn Khánh, Vạn Phước, Đại Lãnh, trục chính sử dụng dây 2x3AC95, 3AC95, cáp ngầm C/XLPE 120mm2

- Xuất tuyến 476 – EVG cấp điện cho xã Vạn Thắng, thị trấn Vạn Giã Trục chính trung áp đi qua khu vực đông dân cư sử dụng dây nhôm bọc lõi thép tiết diện 185mm2

- Xuất tuyến 473 – F1 nhận điện từ 472 – EVG, cấp điện xã Xuân Sơn, dây dẫn trục chính ACSR 185mm2

- Xuất tuyến 471 – F1 nhận điện từ 476 – EVG, cấp điện xã Vạn Lương, Vạn Hưng, sử dụng dây bọc tiết diện 120mm2 từ F1 đến trụ 471 – F1/22A, từ 22A đến cuối tuyến dùng dây nhôm trần lõi thép tiết diện 120mm2, 95 mm2

Bán kính cấp điện lưới điện trung áp huyện Vạn Ninh tương đối lớn, xấp xỉ 40km, nên chỉ có thể kết lưới nội bộ ở phía Bắc và liên lạc với 473- E24 Ninh Hòa ở phía Nam trong thời gian ngắn Dây dẫn nhánh rẽ và trục chính chưa được đầu tư xây dựng đồng bộ, sử dụng dây tăng cường không đồng nhất tiết diện và chất lượng Điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến tình hình TTĐN lưới điện Vạn Ninh

Với chủ trương của Chính phủ về việc phấn đấu giảm TTĐN, giảm chi phí sản xuất kinh doanh với tinh thần chung là không cho phép TTĐN của các đơn vị năm sau tăng hơn thực hiện năm trước, TTĐN là một trong những mối quan tâm hàng đầu của của Công ty cổ phần Điện lực Khánh Hoà nói chung và Điện lực Vạn Ninh nói riêng Trong phạm vi luận văn chỉ xét đến giám sát TTĐN lưới điện phân phối

1.3 Tình hình TTĐN lưới điện Vạn Ninh

a) Cấp 22kV:

Tổn thất trung áp bao gồm tổn thất trong máy biến áp phân phối, tổn thất trên đường dây, trong tụ điện… và giá trị tổn thất phụ thuộc nhiều vào mật độ trạm biến áp 110kV, tiết diện dây dẫn, mức độ tập trung phụ tải, cosφ…

Theo kết quả thống kê TTĐN cấp điện áp 22kV năm 2015, 2016 trong Bảng 1.1,

có thể thấy sau khi thực hiện cải tạo toàn bộ xuất tuyến trung áp khu vực Vạn Ninh từ 15kV lên vận hành 22kV trong quí 3 năm 2015 và đầu tư xây dựng tăng tiết diện dây dẫn trục chính tuyến 473 – F1, 476 – EVG lên 185mm2, tổn thất trung áp đã giảm đáng

kể cụ thể như sau : tổn thất lũy kế năm 2016 : 2,56% giảm so với năm 2015 : 0,44%

8, tháng 9 năm 2016, TTĐN thay đổi đột biến do việc điều chỉnh phiên ghi điện ngày

01 hàng tháng thay vì chốt thương phẩm ngày 25

Hình 1.1 Kết quả TTĐN 22kV năm 2015, 2016

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Tuy nhiên, trong thời gian tới, để tiếp tục giảm TTĐB hiệu quả cần tính đến giải pháp cấy mới TBA 110kV Nam Xuân Sơn và TBA 110kV Tu Bông, tăng cường tiết diện trục chính và hình thành xuất tuyến mới để sang tải cho khá nhiều tuyến đang mang tải cao vừa nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm TTĐN

b) Cấp 0,4kV:

Tổn thất lưới điện hạ áp ảnh hưởng bởi các yếu tố: bán kính cấp điện lớn, tiết diện dây dẫn không đồng nhất, dây dẫn vận hành lâu năm, kém chất lượng, trạm biến

áp vận hành lệch pha và các yếu tố kinh doanh

Lưới điện hạ áp khu vực huyện Vạn Ninh trong những năm gần đây đã được cải tạo đáng kể: thay toàn bộ dây trần bằng cáp vặn xoắn có tiết diện phù hợp; xây dựng mới các TBA để tách lưới sang tải, giảm bán kính cấp điện, tăng cường công tác cân pha, cải tạo toàn các TBA 1 pha sang vận hành 1 pha 3 dây

Tính đến 31/12/2016, khu vực Vạn Ninh không còn TBA có tổn thất trên 8% đối với khu vực nông thôn và trên 6% đối với khu vực thị trấn Tổn thất hạ áp các tháng trong năm 2016 giảm ≈ 0,3% so với cùng kỳ năm 2015, tổn thất lũy kế năm 2016 giảm 0,77% so với năm 2015 (theo thống kê TTĐN 0,4kV Bảng 1.2)

Các công trình ĐTXD, SCL cải tạo lưới điện thường bắt đầu quí 1 hàng năm, do

đó, sẽ đem lại hiệu quả giảm tổn thất vào thời gian còn lại trong năm, đặc biệt là 6 tháng cuối năm Kết quả TTĐN 0,4kV năm 2015, 2016 (Hình 1.2) cho thấy tổn thất hạ

áp 6 tháng cuối năm 2016 giảm từ 0,8 đến 1,24% trong khi 6 tháng đầu năm tổn thất

hạ áp không có sự biến đổi rõ rệt

c) TTĐN toàn điện lực so cùng kỳ năm 2015:

Bảng 1.3 TTĐN toàn điện lực năm 2015, 2016

TTĐN năm 2015 2,70 16,95 4,23 6,66 10,79 4,57 9,13 6,83 5,96 5,74 -3,04 12,05 TTĐN năm 2016 6,61 -11,09 22,64 8,83 10,51 0,66 10,02 7,38 -0,06 5,94 2,03 -1,1

Hình 1.3 TTĐN toàn điện lực năm 2015, 2016 TTĐN toàn điện lực phụ thuộc vào nhiều yếu tố tổn thất kỹ thuật và tổn thất kinh doanh dẫn đến một số tháng trong năm có thể xuất hiện tổn thất <0 Kết quả thống kê TTĐN toàn điện lực Hình 1.3 cho thấy ảnh hưởng rõ rệt của yếu tố kinh doanh Tháng

02 năm 2016, do ảnh hưởng bởi chênh lệch ngày chốt thương phẩm và thanh cái cùng với sự thay đổi phương thức kết lưới cấp điện giữa Ninh Hoà và Vạn Ninh, tổn thất tháng 02 <0 đồng thời dẫn đến tổn thất tháng 03 tăng đột biến [2]

Để giảm TTĐN hiệu quả, cần nâng cao chất lượng quản lý và có lộ trình giảm tổn thất hợp lý, thực hiện đồng bộ trên các phương diện: biện pháp tổ chức, quản lý vận hành, kinh doanh, đầu tư xây dựng

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến TTĐN khu vực huyện Vạn Ninh

1.4.1 Tổn thất kỹ thuật

Tổn thất kỹ thuật là tiêu hao điện năng tất yếu xảy ra trong quá trình truyền tải và phân phối điện do dây dẫn, máy biến áp, thiết bị trên lưới điện đều có trở kháng Khi dòng điện chạy qua gây tiêu hao điện năng do phát nóng máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị điện, ngoài ra đường dây dẫn điện cao áp từ 115kV trở lên còn có tổn thất vầng quang, riêng dòng điện qua cáp ngầm, tụ điện còn có tổn thất do điện môi, đối với

đường dây điện đi song song với đường dây khác như dây chống sét, dây thông tin…có tổn hao điện năng do hỗ cảm

Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện bao gồm tổn thất công suất tác dụng và tổn thất công suất phản kháng Tổn thất công suất phản kháng do từ thông rò và từ hóa trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây, tổn thất công suất phản kháng chỉ làm lệch góc pha và ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng Tổn thất công suất tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện năng Tổn thất kỹ thuật ảnh hưởng đến TTĐN huyện Vạn Ninh do các nguyên nhân chủ yếu như sau:

- Bán kính cấp điện lớn các xuất tuyến trung áp lớn, phần lớn đi qua vùng đồi núi

và khu vực nhiễm mặn

- Các TBA khách hàng trên địa bàn huyện Vạn Ninh, đặc biệt là các trạm cấp điện cơ sở nuôi trồng thuỷ sản thường xuất hiện khoảng thời gian máy biến áp vận hành non tải hoặc không tải lớn hơn so với điện năng sử dụng, mặt khác tải thấp sẽ không phù hợp với hệ thống đo đếm dẫn tới tổn thất điện năng cao

- Máy biến áp vận hành quá tải do dòng điện tăng cao làm phát nóng cuộn dây và dầu cách điện của máy dẫn đến tăng tổn thất trong MBA đồng thời gây sụt áp và làm tăng tổn thất điện năng trên lưới điện phía hạ áp

- Tồn tại các thiết bị trên lưới vận hành lâu năm: có hiệu suất thấp, đặc biệt MBA

là loại có tỷ lệ tổn thất cao hoặc vật liệu lõi từ không tốt dẫn đến sau một thời gian vận hành tổn thất có xu hướng tăng lên Dây dẫn không được cải tạo nâng cấp trong quá trình vận hành làm tăng nhiệt độ dây dẫn, điện áp giảm dưới mức cho phép và tăng tổn thất điện năng trong dây dẫn

- Tổn thất dòng rò: sứ cách điện, chống sét van và các thiết bị khác không được kiểm tra, bảo dưỡng hợp lý dẫn đến dòng rò, phóng điện

- Hành lang tuyến không đảm bảo: không thực hiện tốt việc phát quang, cây mọc chạm vào đường dây gây dòng rò hoặc sự cố

- Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên dây trung tính, dây pha cà cả trong MBA, đồng thời cũng dây quá tải ở pha có dòng điện lớn

- Các điểm tiếp xúc, các mối nối kém nên làm tăng nhiệt độ, tăng tổn thất điện năng

- Chế độ sử dụng điện không hợp lý: Công suất sử dụng của nhiều phụ tải có sự chênh lệch quá lớn giữa giờ cao điểm và thấp điểm gây khó khăn cho công tác vận hành Đặc biệt, đặc thù phụ tải khu vực Vạn Ninh chủ yếu phục vụ nuôi trồng thủy sản theo mùa vụ dẫn đến hiện tượng quá bù hoặc vị trí và dung lượng bù không hợp lý điều này dẫn đến vận hành với hệ số cosφ không phù hợp dẫn đến tăng dòng điện truyền tải hệ thống và tăng tổn thất điện năng

1.4.2 Tổn thất phi kỹ thuật

Tổn thất phi kỹ thuật hay còn gọi là tổn thất kinh doanh là tổn thất do hệ thống tính toán không hoàn chỉnh, do sai số thiết bị đo lường, do số đo công tơ không đồng

thời và không chính xác, do điện năng được đo không vào hóa đơn và không thu được tiền, do bỏ sót khách hàng hoặc tình trạng trộm cắp điện…

Tổn thất kinh doanh phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trình quản lý hành chính,

hệ thống công tơ đo đếm và ý thức của người sử dụng, tổn thất kinh doanh cũng một phần chịu ảnh hưởng của năng lực và công cụ quản lý của bản thân các điện lực, trong

đó có phương tiện máy móc, máy tính, phần mềm quản lý Tổn thất kinh doanh bao gồm các nguyên nhân sau:

- Các thiết bị đo đếm như công tơ, TU, TI không phù hợp với tải có thể quá lớn hoặc quá nhỏ hoặc không đạt cấp chính xác yêu cầu, hệ số nhân của hệ thống đo không đúng, các tác động làm sai lệch mạch đo đếm điện năng gây hỏng hóc công cơ, các mạch điện đo lường…

- Sai sót khâu quản lý: TU, TI mất pha, công tơ hỏng chưa kịp xử lý hay thay thế kịp thời, không thực hiện đúng chu kỳ kiểm định và thay thế công tơ định kỳ theo quy định của pháp lệnh đo lường, đâu nhầm, đấu sai sơ đồ dấu dây… là các nguyên nhân dẫn đến đo đếm không chính xác gây tổn thất điện năng

- Sai sót trong nghiệp vụ kinh doanh: ghi sai chỉ số công tơ, thống kê tổng hợp không chính xác, bỏ sót khách hàng, treo tháo công tơ sai mã trạm…

- Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng

- Sai sót trong khâu tính toán xác định tổn thất kỹ thuật

1.5 Các biện pháp giảm TTĐN

1.5.1 Công tác tổ chức thực hiện:

- Xây dựng chương trình giảm tổn thất điện năng, trong đó xác định cụ thể các biện pháp về tổ chức, các biện pháp về kỹ thuật và kinh doanh, có định lượng thời gian, nội dung triển khai, phân công cụ thể Các giải pháp, chiến lược đề ra nhằm đảm bảo việc giảm tổn thất điện năng theo lộ trình do EVNCPC và CTCP Điện lực Khánh Hoà giao

- Để điều hành công tác giảm tổn thất điện năng, Điện lực đã thành lập tổ giảm TTĐN do Giám đốc Điện lực làm tổ Trưởng trong đó phân công cụ thể nhiệm vụ của từng cán bộ Việc tổng hợp số liệu về TTĐN thường xuyên tại đơn vị giao cho Phòng

Kỹ thuật thực hiện theo các biểu mẫu của Công ty Hàng tháng, tổ chức họp kiểm điểm tình hình thực hiện, theo dõi sát sao, liên tục; kịp thời xử lý các vướng mắc phát sinh (hoặc kiến nghị Công ty giải quyết); có tổng kết, đánh giá để rút kinh nghiệm thực hiện trong thời gian tiếp theo

1.5.2 Biện pháp kỹ thuật:

- Tổ chức kết lưới và quy hoạch lại tổng thể lưới điện trung áp, xây dựng phương

án hình thành các mạch kép, mạch vòng, đưa ra lộ trình thực hiện hàng năm

- Tuân thủ đúng, đủ các biện pháp quản lý kỹ thuật để giảm TTĐN, theo dõi vận hành, tổ chức xử lý ngay các trường hợp lưới điện vận hành không đảm bảo các qui chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật như: hoán chuyển máy biến áp các trạm biến áp non tải và

trạm biến áp quá tải hoặc thay thế máy biến áp có công suất phù hợp với phụ tải sử dụng

- Thực hiện cân pha đường dây trung hạ thế bị lệch pha; xử lý các mối nối tiếp xúc kém bị phát nhiệt; vệ sinh định kỳ hệ thống điện và vệ sinh tăng cường đối với khu vực bị nhiễm bụi, nhiễm mặn đặc biệt xuất tuyến 471 nhánh rẽ 122 Đầm Môn- Vạn Thạnh; thường xuyên theo dõi xử lý và khôi phục vận hành các giàn tụ bù trung

hạ áp bị hỏng thiết bị

- Thường xuyên theo dõi điện áp thanh cái các trạm 110kV EVG, phối hợp với trực ca điều độ viên giữ điện áp thanh cái 22kV nằm trong giới hạn cho phép Định kỳ hàng tháng, quí thực hiện kiểm tra hệ thống điện và đo tải các trạm biến áp phân phối; theo dõi phụ tải các tuyến trung thế theo đúng các qui trình, qui định của ngành

- Đối với lưới điện trung hạ áp, qua kiểm tra đo tải hàng tháng sẽ phát hiện trạm biến áp có điện áp thấp và điều chỉnh nấc máy biến áp để đảm bảo điện áp đầu cực thứ cấp bằng 105% Uđm vào giờ thấp điểm; Sang tải tách lưới vận hành lưới điện các trạm biến áp công cộng hợp lý nhằm giảm bán kính cấp điện và đảm bảo điện áp cuối nguồn nằm trong giới hạn cho phép

- Làm việc với khách hàng có TBA chuyên dùng đang vận hành non tải chuyển sang nhận điện từ trạm biến áp công cộng nhằm giảm tổn thất không tải qua máy biến áp

- Tính toán lắp đặt tụ bù trung hạ thế: theo dõi chương trình MDMS kết hợp với

số liệu đo đếm thực tế để tính toán vị trí và dung lượng bù công suất phản kháng trên lưới trung thế để có biện pháp hoán chuyển, thay thế tụ bù trên các đường dây trung

áp Lắp đặt bổ sung tụ bù tại các trạm biến áp công cộng có hệ số Cosφ thấp; đối với khách hàng có công suất cực đại từ 40kW trở lên, Điện lực yêu cầu lắp đặt bù công suất phản kháng để đảm bảo hệ số công suất > 0,9 (áp dụng từ ngày 10/12/2014) nhằm giảm công suất phản kháng trên hệ thống điện để giảm TTĐN và giảm sụt áp

- Đối với các đường dây trung thế nằm trong khu vực nhiễm mặn, ngoài việc tổ chức vệ sinh công nghiệp, thực hiện thay thế sứ cách điện Minh Long, Hoàng Liên Sơn hiện có bằng sứ cách điện polymer để giảm tình trạng phóng điện, rò điện trên đường dây trung thế tại các xuất tuyến này

- Lập danh mục thứ tự ưu tiên các hạng mục công trình XDCB, SCL có tác dụng tích cực đến việc giảm TTĐN: cải tạo 1 pha 3 dây lưới hạ áp các TBA; xây dựng mới TBA để giảm bán kính cung cấp điện; hoàn thiện lưới điện hạ áp các trạm công cộng

có TTĐN cao; tăng cường tiết diện dây dẫn; di dời TBA về trung tâm phụ tải…

- Đối với các công trình chống quá tải, ưu tiên giải pháp cấy mới trạm biến áp để san tải, giảm bán kính cấp điện, hạn chế tối đa nâng dung lượng MBA Uu tiên sử dụng các máy biến áp có công suất nhỏ, chuẩn hóa các gam công suất MBA toàn Công

ty về 03 gam cơ bản: 100kVA, 250kVA, 400kVA

- Đối với công tác phê duyệt phụ tải mới: kiểm tra chặt chẽ công suất đăng ký của nhà đầu tư để chọn dung lượng MBA phù hợp nhằm tránh tình trạng non tải Yêu cầu khách hàng cam kết, ràng buộc cụ thể về công suất đã đăng ký sử dụng trong hợp đồng mua bán điện Xem xét yêu cầu chủ đầu tư thiết kế hệ thống chiếu sáng và động lực nhận điện từ các MBA riêng biệt để tránh tình trạng non tải khi ngừng hoặc giảm quy

mô sản xuất

1.5.3 Biện pháp kinh doanh:

- Kết hợp thay thế công tơ định kỳ với công tác áp giá bán điện, chỉnh sửa thùng công tơ nghiêng và kiểm tra sử dụng điện

- Lập kế hoạch kiểm tra sử dụng điện chi tiết, trong đó tập trung vào các TBA

có sản lượng cao, lượng điện năng tổn thất lớn; có tiến độ thực hiện theo từng tháng, quý

- Thường xuyên thực hiện công tác kiểm tra sử dụng điện các khu vực có tổn thất phi kỹ thuật cao, các đối tượng sử dụng điện có biểu hiện bất thường… Thực hiện phân tích tính toán tổn thất theo từng xuất tuyến, từng cấp điện áp, làm rõ được nguyên nhân dẫn đến tổn thất cao của từng TBA

- Tiếp tục thỏa thuận với các khách hàng để chuyển dời các công tơ sản lượng lớn còn lại về gần trạm biến áp nguồn để giảm bớt lượng điện năng truyền tải trên lưới

hạ áp công cộng, giảm TTĐN

- Quán triệt công tác ghi chỉ số, nhằm đảm bảo chính xác số liệu để xác định chính xác TTĐN và có hướng xử lý, khắc phục kịp thời

- Theo dõi khắc phục lỗi chương trình đo xa RF Spider, đảm bảo dữ liệu thu

thập các công tơ các TBA đạt 100% online

1.6 Đánh giá chung

1.6.1 Thành tựu trong giảm TTĐN

Chất lượng thiết bị là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến TTĐN cũng như độ tin cậy cung cấp điện Nhận biết được điều này, Điện lực Vạn Ninh đã lập kế hoạch và từng bước thay thế thiết bị vận hành lâu năm trên lưới, cụ thể như sau:

- Năm 2013, thay thế 31 MBA vận hành trên 15 năm bằng MBA hiệu THIBIDI đáp ứng đủ tiêu chuẩn kỹ thuật vận hành trên lưới

- Năm 2014, 2015: cùng với chương trình cải tạo cấp điện áp vận hành đã thay thế 755 chống sét van 15kV bằng chống sét van 18kV hiệu Cooper

- Năm 2016: thay thế 06 MBA vận hành lâu năm bằng MBA Amorphous – MBA lõi thép vô định hình theo dự án của JCM Nhật Bản

- Năm 2017: tiếp tục dự án JCM của Nhật Bản, thực hiện thay thế 22 MBA vận hành lâu năm trên lưới bằng MBA Amorphous

Đối với các TBA có bán kính cấp điện lưới hạ áp > 800m, sơ đồ lưới mất cần đối

đã dần được đầu tư cải tạo xây dựng mới các TBA để tách lưới sang tải cũng như di dời TBA về trung tâm phụ tải

Đồng thời toàn bộ các TBA vận hành 1pha 2 dây đều được cải tạo lên 1 pha 3 dây, góp phần hiệu quả trong công tác giảm TTĐN lưới hạ áp

Trong năm 2015, sau nỗ lực cải tạo toàn bộ lưới điện trung áp vận hành 15kV lên 22kV và thực hiện ĐTXD các công trình nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đã tạo nên một bước ngoặc lớn, góp phần cải thiện đáng kể TTĐN lưới điện huyện Vạn Ninh Tổn thất lũy kế năm 2016 2,56%, giảm so với năm 2015 là 0,44%

Thực hiện Nghị quyết của HĐQT Công ty cổ phần Điện lực Khánh Hòa về việc giao chỉ tiêu tổn thất trung áp không có xuất tuyến trên 2,5% và giảm các TBA công cộng có tổn thất ≥ 4,5% đối với khu vực thành thị (nhóm 1) và ≥6,5% đối với khu vực nông thôn (nhóm 2) Tính đến tháng 07/2017, Điện lực Vạn Ninh không còn TBA nhóm 1 có tổn thất ≥ 4,5% và nhóm 2 ≥6,5%

1.6.2 Các tồn tại và yếu tố ảnh hưởng đến giới hạn nghiên cứu của đề tài

Trong các thông số vận hành như đã nêu ở trên, đề tài tập trung giám sát hai thông số chính là điện áp và trào lưu công suất nhằm tiến đến tính toán tổng thất công suất của lưới điện huyện Vạn Ninh

TTĐN trung áp khu vực huyện Vạn Ninh có dấu hiệu chững lại, do đặc thù vị trí địa lý, các xuất tuyến trung áp có chiều dài trên 40km, chỉ có thể giải quyết giảm TTĐN bằng giải pháp đầu tư TBA 110kV

Lưới điện tồn tại nhiều nhánh rẽ 1 pha, phụ tải 1 pha công suất lớn nên dễ dẫn đến mất cân bằng pha Công tác cân pha, sang tải các lộ hạ áp chưa thực sự phát huy hiệu quả

Một số vị trí liên lạc nội bộ giữa các xuất tuyến chưa được lắp đặt hệ thống đo đếm, việc tính toán tổn thất còn dựa trên tạm tính sản lượng và thông số đầu nguồn Công tác ghi chỉ số định kỳ vẫn còn tình trạng chưa cập nhật trạng thái đối với các điểm đo không có sản lượng Công tác phúc tra chỉ số công tơ không kịp thời, không phát hiện công tơ đứng cháy hỏng hoặc thay thế khi khách hàng sử dụng non tải

Hệ thống đo xa chưa sử dụng nhất quán cho từng xuất tuyến, tồn tại 3 chương trình hoạt động riêng biệt: RF Sipder, Ami one, IFC dẫn đến thời gian chốt dữ liệu công tơ chưa đồng bộ Một số công tơ TBA xuất hiện trạng thái offline Điều này gây khó khăn cho công tác quản lý cũng như tính toán chính xác hiệu suất khu vực

Đề tài tập trung giám sát online trào lưu công suất cũng như điện áp trong lưới điện Vạn Ninh dựa trên các thông số thu thập được từ các công-tơ đo xa được bố trí trên xuất tuyến 476 – EVG khu vực Vạn Ninh như trình bày ở những chương tiếp theo

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

2.1 Tính trào lưu công suất trong lưới điện phân phối

2.1.1 Dùng phần mềm Pss/adept

Phần mềm PSS/ADEPT (Power System Simulator/ Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) là công cụ thiết kế và phân tích lưới điện phân phối được xây dựng và phát triển bởi nhóm phát triển phần mềm A Shaw Group Company,

Power Technologies International (PTI) thuộc Seimens Power Transmission and

Distribution, Inc-PSS/ADEPT là một module trong phần mềm PSSTM

Phần mềm PSS/ADEPT được phát triển dành cho các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật trong ngành điện Nó được sử dụng như một công cụ để thiết kế và phân tích lưới điện phân phối PSS/ADEPT cũng cho phép chúng ta thiết kế, chỉnh sửa và phân tích

sơ đồ lưới và các mô hình lưới điện một cách trực quan giao diện đồ họa với số nút không giới hạn Phiên bản PSS/ADEPT 5.0 ra đời vào 4/2004, với nhiều tính năng bổ sung và cập nhật đầy đủ các thông số thực tế trên lưới điện

Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã tập huấn hướng dẫn các đơn vị trực thuộc

sử dụng thành thạo phần mềm này Ưu tiên là các bài toán: phân bố công suất trên lưới, ngắn mạch, bù công suất phản kháng, độ tin cậy, …là các vấn đề mà các đơn vị cần giải quyết hàng ngày, thậm chí hàng giờ

Các chức năng ứng dụng của PSS/ADEPT:

- Vẽ sơ đồ và cập nhật lưới điện trong giao diện đồ họa

- Phân tích mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn và số nút không giới hạn

- Hiển thị kết quả tính toán ngay trên sơ đồ lưới điện

- Xuất kết quả dưới dạng Report sau khi phân tích và tính toán

- Nhập thông số và cập nhật dễ dàng thông qua Data Sheet của mỗi thiết bị trên

sơ đồ

Nhiều Module tính toán trong hệ thống điện không được đóng gói sẵn trong phần mềm PSS/ADEPT, nhưng chúng ta có thể mua từ nhà sản xuất từng Module sau khi cài đặt chương trình Các Module bao gồm:

- Bài toán tính phân bố công suất (Load Flow - Module có sẵn): phân tích và tính toán điện áp, dòng điện, công suất trên từng nhánh và từng phụ tải cụ thể

- Bài toán tính ngắn mạch (All Fault – Module có sẵn): tính toán ngắn mạch tại tất cả các nút trên lưới, bao gồm các loại ngắn mạch như ngắn mạch 1 pha, 2 pha và 3 pha

- Bài toán TOPO (Tie Open Point Optimization) sẽ phân tích, tính toán, định hình hệ thống hình tia để có tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất, đóng khóa để hình thành mạng vòng trong hệ thống, tách riêng điện kháng trong mạng vòng và giải hệ

thống điện, mở khóa mạng vòng với dòng nhỏ nhất TOPO thực hiện cho đến khi mở khoá cũng giống như đóng khoá

- Bài toán CAPO (Optimal Capacitor Placement), đặt tụ bù tối ưu: tìm ra những điểm tối ưu để đặt các tụ bù cố định và tụ bù ứng động sao cho tổn thất công suất trên lưới là nhỏ nhất

- Bài toán tính toán các thông số đường dây (Line Properties Calculator): tính toán các thông số của đường dây truyền tải

- Bài toán phối hợp và bảo vệ (Protection and Coordination)

- Bài toán phân tích sóng hài (Hamornics): phân tích các thông số và ảnh hưởng của các thành phần sóng hài trên lưới

- Bài toán phân tích độ tin cậy trên lưới điện (DRA- Distribution Reliability Analysis): tính toán các thông số tin cật trên lưới điện như SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI…[3]

Trong phạm vi luận văn này ta chỉ sử dụng Module để tính toán phân bố công

suất (Load Flow) Các bước thực hiện cho bài toán phân bố công suất (Load Flow)

Để có thể thực hiện một bài toán phân bố công suất, ta cần thực hiện 4 bước chính sau:

- Thiết lập thông số mạng lưới (program, network setting)

- Tạo sơ đồ (creating diagrams)

- Chạy bài toán phân tích ( load flow)

- Báo cáo kết quả ( reports, diagrams)

a) Thiết lập thông số mạng lưới

Trong bước này, ta thực hiện các khai báo các thông số lưới điện cần tính toán

để mô phỏng trong PSS/ADEPT gồm các nội dung:

- Xác định thư viện dây dẫn

Bước này, nhằm khai báo cho phần mềm PSS/ADEPT biết thư viện thông số các tuyến dây của lưới điện áp dụng

Cách thực hiện:

+ Vào File/Program setting (Hình 2.1)

+ Chọn mục Construction dictionnary để chọn thư viện dây

+ Chọn file pti.con

+ Chọn OK

- Xác định thông số thuộc tính của lưới điện

Bước này, nhằm khai báo cho phần mềm PSS/ADEPT thiết lập ngay từ đầu các thuộc tính của lưới điện như: Điện áp qui ước là điện áp pha hay điện áp dây và trị số, tần số, công suất biểu kiến cơ bản…

Cách thực hiện: Vào Network/ Network properties (Hình 2.2)

Các thuộc tính chính:

+ Input voltage type: Loại điện áp đầu vào

+ Root node: Nút gốc

+ System 3 phase base KVA: Công suất 3 pha cơ bản hệ thống

+ System standard base voltage (kV): Điện áp tiêu chuẩn cơ bản hệ thống + System frequency: Tần số hệ thống

Hình 2.1 Xác định thư viện dây dẫn

Hình 2.2 Xác định thông số cơ bản của lưới điện

b) Tạo sơ đồ

Bao gồm các bước:

Vẽ sơ đồ lưới điện cần tính toán vào chương trình PSS/ADEPT

Cập nhật số liệu đầu vào cho sơ đồ lưới điện: Từ số liệu quản lý kỹ thuật của Điện lực chúng ta lần lượt nhập vào các giá trị thuộc tính của các phần tử như dưới đây

- Nguồn (Source)

Các thuộc tính chính (Hình 2.3):

+ Base rating (kVA): Công suất định mức cơ bản của nguồn

+ Nominal voltage (kV): Điện áp định mức

+ Schedule voltage (pu of nominal): Điện áp theo hệ đơn vị tương đối

+ Angle (deg): góc pha

Hình 2.3 Thiết lập thông số nguồn

Nút (Node)

Các thuộc tính chính (Hình 2.4):

+ Base voltage (kV): Điện áp định mức tương đối

+ Type: loại nút (gồm busbar (thanh cái), point ( điểm)

Dây dẫn (Line)

Các thuộc tính chính (Hình 2.5):

+ From node: Nút bắt đầu; To node: Nút kết thúc

+ Phasing: Số pha của dây

+ Line length: Chiều dài dây dẫn

+ Positive sequence resistance (ohm/unit length): Điện trở thứ tự thuận

+ Positive sequence reactance (ohm/unit length): Điện kháng thứ tự thuận

Hình 2.4 Thiết lập thông số nút

Hình 2.5 Thiết lập thông số dây dẫn

c) Máy biến áp ( Transformer)

Các thuộc tính chính (Hình 2.6):

+ Phasing: Số pha của MBA

+ Type: Kiểu MBA

+ Nameplate rating (kVA/phase): Công suất định mức mỗi pha + Leakage resistance: Điện trở rò trong hệ đơn vị tương đối

+ Leakage reactance: Điện kháng rò trong hệ đơn vị tương đối

Hình 2.6 Thiết lập thông số máy biến áp

d) Tải tĩnh (Static Load)

+ Phase A/B/C: Công suất thực và công suất phản kháng từng pha

Hình 2.7 Thiết lập thông số phụ tải

2.1.2 Lập trình Matlab theo thuật toán của D.DAS

Phân tích trào lưu công suất của mạng điện phân phối chưa được quan tâm nhiều như của mạng điện truyền tải Tuy một số nghiên cứu đã được tiến hành cho mạng điện phân phối nhưng việc lựa chọn phương pháp giải phù hợp là khá khó khăn Các phương pháp tính toán thông thường như Newton-Raphson phụ thuộc nhiều vào bộ nhớ máy tính và đối với một số lưới điện có tỉ số R/X lớn không thể hiện hết hiệu quả tính toán [4] D.Das et al đã đề xuất một phương pháp tính toán trào lưu công suất cho lưới phân phối bởi việc đánh giá một biểu thức đại số của điện áp, có thể xử lý các loại đặc tính tải khác nhau và đòi hỏi ít bộ nhớ máy tính hơn

Các bước thực hiện xây dựng thuật toán để lập trình:

- Thành lập công thức tính toán, tính điện áp tại các nút xác định

- Thành lập thuật toán để xác định nút, nhánh và tính toán lưu lượng dòng tải

a) Thành lập công thức tính toán, tính điện áp tại các nút xác định

Bất kỳ xuất tuyến nào có thể biểu diễn bằng giản đồ đơn giản thu gọn gồm 2 nút, nút chuyển đại diện cho nguồn và nút nhận đại diện cho tải như Hình 2.8

Hình 2.8 Giản đồ thu gọn của mạng 15 nút

Từ giản đồ thu gọn trên ta có các phương trình sau:

| (1) | (1) | (2) | (2)(1)

1/2 2

1/2 2

2 2 2

V

X P Q LQ

Lưu ý: Từ biên độ điện áp của nút chuyển m1 và nút nhận m2, góc pha điện áp

có thể được tính theo phương trình (Janev, Koch, & Andersson, 2009):

b) Thành lập các thuật toán để xác định nút, nhánh và tính toán lưu lượng dòng tải

*Thuật toán 1 "Xác định nút và nhánh tương đương” như trên Hình 2.9

Trước khi thực hiện tính toán lưu lượng dòng tải trên các nhánh và nút bất kỳ, cần tiến hành xác định tất cả các nút và các nhánh nằm ngay sau nút đó Để xác định

cụ thể các nút và nhánh theo thứ tự phù hợp ta thực hiện bằng cách sử dụng một thuật toán như Hình 2.9

Trong đó:

- Dữ liệu đầu vào: nút chuyển, nút nhận và tổng số nút

- Dữ liệu thu được: xác định chính xác các nút và nhánh nằm ngay sau nút đó

Hình 2.9 Thuật toán để xác định nút, nhánh

*Thuật toán 2 “Tính toán lưu lượng dòng tải”

Trong thuật toán này, chúng ta phải lấy chính xác công suất qua tất cả các nút chuyển, nút nhận và điện áp của tất cả các nút Sau khi các nút và nhánh được xác định thông qua thuật toán 1, tính biên độ điện áp của các nút bằng các phương trình (2.11), (2.12), (2.13) và tổn thất của nhánh bằng phương trình (2.15)

Thuật toán tính lưu lượng dòng tải được thể hiện bằng sơ đồ khối như Hình 2.10 Điều kiện hội tụ của phương pháp tính này là: nếu sự sai khác giữa hai bước lặp về tổng công suất thực và tổng công suất phản kháng phân phối từ đầu xuất tuyến nhỏ hơn ε (kW, kVAr) thì coi là hội tụ

Hình 2.10 Thuật toán để tính toán lưu lượng dòng tải

2.2 Áp dụng tính toán đối với lưới nghiên cứu

Hình 2.11 Sơ đồ lưới điện 15 nút – 11 kV Lưới nghiên cứu được thiết kế dựa trên lưới điện 15 nút 11 kV tại Ấn Độ như Hình 2.11 được cấp điện từ trạm biến áp (hay được coi là nguồn cung cấp) là nút 1 Hình 2.12 và Hình 2.13 là dữ liệu của hệ thống lưới điện được đưa ra

Hình 2.12 Thông số đường dây của lưới điện 15 nút

Hình 2.13 Thông số phụ tải của lưới điện 15 nút

Giải thích áp dụng phương pháp D.Das cho lưới điện nghiên cứu

2.2.1 Các bước thực hiện áp dụng thuật toán 1

Xác định số thứ tự nhánh, nút chuyển và nút nhận của xuất tuyến

Định nghĩa các biến và thực hiện phương thức nhận diện nút, nhánh nằm sau mỗi nút

a) Số thứ tự nhánh, các nút chuyển và nút nhận của xuất tuyến

Bảng 2.1 Số thứ tự nhánh, nút chuyển và nút nhận tương ứng của mạng 15 nút

Số thứ tự nhánh (j) Nút chuyển IS(j) Nút nhận IR(j)

ip Biến đếm nút (đếm số nút ngay sau nút được xem xét)

IK(ip) Biến xác định nút (giúp xác định nút chuyển và nút nhận được cho

bởi nhánh i trên Bảng 2.1, i>j) LL(ip) Biến lưu trữ nút chuyển của hàng thứ i trên Bảng 2.1 (i>j)

KK(ip) Biến lưu trữ nút nhận của hàng thứ i trên Bảng 2.1 (i>j)

N(j) Tổng số nút ngay sau nút IR(j) và chính nó

IB(j,ip+1) Nút chuyển

IE(j,ip+1) Nút nhận

c) Giải thích ý nghĩa của IB(j, ip+1) và IE(j,ip+1):

Xem xét nhánh đầu tiên trên Hình 2.11, i.e j=1, nút nhận của nhánh 1 là nút 2,

do đó IB(1,ip+1) và IE(1,ip+1) sẽ xác định tất cả các nhánh và nút ngay sau nút 2 và chính nó

Tương tự, xem xét nhánh 2, i.e j=2, nút nhận của nhánh 2 là nút 3 Do đó, IB(2,ip+1) và IE(2,ip+1) sẽ xác định các nút và nhánh ngay sau nút 3 và chính nó Đối với mỗi nhận diện nút và nhánh, chỉ số ip sẽ tăng thêm 1 đơn vị Lưu ý trước khi nhận diện nút và nhánh nằm sau một nút bất kỳ, chỉ số ip được thiết lập lại bằng 0

d) Minh họa phương thức nhận diện:

Đối với j=1, (nhánh đầu tiên trên Hình 2.11), IR(j) = 2, kiểm tra IR(j) = IS(i) hay không với i=2,3,…,LN1-1 Ta thấy với các giá trị i = 2, 5 và 7 thì IR(j) = IS(i) Cụ thể:

Ta thấy rằng nút 2 là nối với các nút 3, 9 và 6 và các nhánh tương ứng là nhánh

2, (2 → 3), nhánh 5 (2 → 9) và nhánh 7 (2 → 6) Tương tự, phương thức nhận diện sẽ xác định các nút và các nhánh được kết nối với nút 3, 9 và 6:

- Đầu tiên, nó sẽ kiểm tra xem nút 3 có xuất hiện trong cột bên trái của Bảng 2.1 không Ta thấy rằng nút 3 được nối với các nút 4 và 11 (nhánh 3 và 10 trong Hình 2.11, Bảng 2.1) Do đó IB (j, 5) = 3, IE (j, 5) = 4, IB (j, 6) = 3, IE (j, 6) = 11 và KK (5)

= 4, KK (6) = 11

- Sau đó, nó sẽ kiểm tra xem nút 9 xuất hiện trong cột bên trái của Bảng 2.1 không Ta thấy nút 9 nối tới nút 10 (nhánh 6 trong Hình 2.11, Bảng 2.1) Do đó, IB (j, 7) = 9, IE (j, 7) = 10, KK (7) = 10

- Tương tự như vậy, nút 6 được nối với các nút 7 và 8 Do đó, IB (j, 8) = 6, IE (j, 8) = 7, IB (j, 9) = 6, IE (j, 9) = 8, KK (8) = 7, và KK (9) = 8

Theo lập luận như trên, một lần nữa ta thấy rằng nút 3 được nối với các nút 4 và

11, nút 9 nối với nút 10 và nút 6 được nối với các nút 7 và 8 Một cách tương tự, phương thức được đề xuất sẽ kiểm tra xem các nút 4, 11, 10, 7 và 8 được kết nối với bất kỳ nút khác Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi tất cả các nút và các nhánh ngay nút 2 được xác định

Xem xét các nút nhận của nhánh 2, 3,…,LN1-1 trên Hình 2.11, tương tự như trình bày ở trên, các nút và nhánh ngay sau các nút nhận này được xác định

Bảng 2.3 và Bảng 2.4 lần lượt thể hiện các nút và nhánh ngay sau nút 3 và 4

2.2.2 Kết quả tính toán theo phương pháp D.Das.

Kết quả tổng tổn thất các nhánh khi sử dụng phương pháp D.Das được tính toán như trên Hình 2.14

+ Tổn thất công suất tác dụng : ∆P = 61,7944 kW

+ Tổn thất công suất phản kháng : ∆Q = 57,2977 kVAr

Hình 2.14 Tổn thất của lưới điện 15 nút - 11 kV tính bằng phương pháp D.Das

2.3 Kiểm tra tính chính xác của thuật toán

Để xác minh được độ chính xác của phương pháp của D.Das, ta tiến hành tính toán tổn thất công suất lưới 15 nút như trình bày ở mục trên Hình 2.11 bằng phần mềm PSS/ADEPT và so sánh kết quả với kết quả tính toán theo phương pháp của D Das

2.3.1 Kết quả tính toán theo phần mềm PSS/ADEPT

Sau khi thực hiện các bước thiết lập và nhập thông số vào phần mềm tính toán PSS/ADEPT để phân bố công suất đồng thời tính toán điện áp từng nút, tổng tổn thất

và tổn thất từng nhánh như mục 2.2 đã trình bày, ta sẽ vẽ được một sơ đồ lưới điện 15 nút – 11kV như Hình 2.15

Kết quả tổng tổn thất các nhánh khi dùng phần mềm PSS/ADEPT:

+ Tổn thất công suất tác dụng: ∆P = 61,7937 kW

+ Tổn thất công suất phản kháng: ∆Q = 57,2971 kVAr

Hình 2.15 Sơ đồ lưới điện 15 nút – 11kV thiết lập bởi PSS/ADEPT