Nghiên cứu nâng cao hiệu quả kinh tế, chất lượng điện áp và độ tin cậy trong quy hoạch lưới điện trung áp

Nghiên cứu nâng cao hiệu quả kinh tế, chất lượng điện áp và độ tin cậy trong quy hoạch lưới điện trung áp Nghiên cứu nâng cao hiệu quả kinh tế, chất lượng điện áp và độ tin cậy trong quy hoạch lưới điện trung áp luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 GS.TS Lã Văn Út

2 PGS.TS Nguyễn Lân Tráng

Hà Nội – 2011

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Đức Hạnh

Để hoàn thành bản luận án này, ngoài sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, Nghiên cứu sinh đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ từ bên ngoài

Trước hết, Nghiên cứu sinh vô cùng biết ơn sự hướng dẫn và chỉ đạo tận tình của giáo viên hướng dẫn khoa học GS.TS Lã Văn Út; PGS.TS Nguyễn Lân Tráng trong suốt quá trình nghiên cứu và làm luận án của mình Không có sự hướng dẫn

và giúp đỡ đó, chắc chắn Nghiên cứu sinh sẽ không hoàn thành được luận án

Nghiên cứu sinh xin chân thành cám ơn tập thể các cán bộ giảng viên của bộ môn Hệ Thống Điện – trường Đại học Bách khoa Hà Nội vì sự ủng hộ, giúp đỡ và góp ý trong quá trình học tập, nghiên cứu và làm luận án

Điều không thể thiếu được là Nghiên cứu sinh xin chân thành cám ơn Viện Đào tạo sau đại học- trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Ban lãnh đạo Viện Năng lượng về sự quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian học tập vừa qua

Cuối cùng Nghiên cứu sinh vô cùng biết ơn sự quan tâm, giúp đỡ, động viên của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian qua, nhờ đó tác giả có thêm nhiều thời gian và nghị lực để hoàn thành luận án

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Đức Hạnh

Tỷ số lợi nhuận / chi phí Doanh thu năm thứ t Cung cấp điện Chế độ xác lập Customer interruption duration index- Chỉ số về thời gian trung bình một lần mất điện

Chi phí năm thứ t Dao cách ly Distributed generation- Nguồn điện phân tán

Dự phòng

Độ tin cậy Energy not Suplied- điện năng ngừng cung cấp

Hệ thống điện cung cấp điện

Máy biến áp Máy cắt Đặc tính mô men động

Mô men giới hạn

Quá trình quá độ System average interruption frequency index- Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối

System average interruption duration index- Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối

Công suất giới hạn Trạm biến áp Thiết bị phân đoạn Thiếu hụt điện năng

Bộ tự động điều chỉnh kích từ Thời gian ngừng cung cấp điện cho các khách hàng trong năm Thời gian hoàn vốn

Tổn thất điện năng

Chi phí quy đổi

Tỷ lệ tổn thất điện năng LPP của các Công ty điện lực

Thống kê suất sự cố lưới điện LĐTA của các Công ty Điện lực

Tốc độ tăng trưởng nhu cầu điện, khối lượng xây dựng mới lưới

điện trung áp Việt Nam tới năm 2025

Giá bán điện bình quân khu vực nghiên cứu

Bảng tổng hợp khối lượng LĐTA quận Hoàn Kiếm

Nhu cầu điện, dung lượng TBA phân phối quận Hoàn Kiếm tới

năm 2020

Nguồn cấp điện cho Quận Hoàn Kiếm

Tổng hợp kết quả tính toán các phương án Q.Hoàn Kiếm

Tổng hợp kết quả tính toán các phương án H.Đông Hưng

Tổng hợp kết quả tính toán các phương án H.Vị Xuyên

Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải

Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực và HTCCĐ

trường hợp lưới điện hình tia

Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực và HTCCĐ

trường hợp lưới điện hình tia có nguồn dự phòng

Đặc tính phụ tải tổng hợp

Bảng so sánh công suất các nhánh theo điều kiện phát nóng

Kết quả Biến thiên thông số nút trên đường dây lộ 375

Biến thiên công suất nhánh trên đường dây lộ 375 năm 2010

Tổng hợp kết quả tính toán độ dự trữ, giới hạn công suất theo

các phương pháp thiết kế

Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải

Tổng hợp kết quả tính toán ĐTCCCĐ khi chưa cải tạo

Kết quả tính toán ĐTCCCĐ khi nguồn DP đặt tại vị trí 1

Kết quả tính toán ĐTCCCĐ khi nguồn DP đặt tại vị trí 2

Kết quả tính toán ĐTCCCĐ khi nguồn DP đặt tại vị trí 3

Kết quả tính toán ĐTCCCĐ khi nguồn DP đặt tại vị trí 4

Kết quả tính toán ĐTCCCĐ khi nguồn DP công suất 2MW Kết

quả tính toán ĐTCCCĐ khi nguồn DP công suất 3MW Kết quả

tính toán ĐTCCCĐ khi nguồn DP công suất 10MW

Ký hiệu Tên hình Trang

Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA toàn quốc năm 2006

Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA khu vực miền Bắc

Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA khu vực miền Nam

Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA khu vực miền Trung

Khối lượng đường dây và trạm biến áp phân phối qua các năm

Cấu trúc của quy hoạch hệ thống điện

Các bước tính toán, lựa chọn phương án hiện đang sử dụng

Các bước tính toán, lựa chọn phương án đề xuất

Các bước tính toán nghiên cứu định hướng phát triển LĐTA

Nguồn dự phòng trong lưới điện phân phối

Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian

Sơ đồ HTCCĐ với phân miền khu vực

Sơ đồ HTCCĐ hình tia

Lưới điện điều khiển tự động có nguồn dự phòng

Quan hệ giữa Lk,i,j(t) và Pk,i,j(t)

Lượng công suất, thời gian thiếu hụt công suất khu vực xét

Sơ đồ tính toán các chỉ tiêu ĐTCCCĐ trong HTCCĐ

Biểu đồ phụ tải các khu vực tính toán

Chỉ số ĐTCCCĐ các khu vực lưới điện hình tia

Chỉ số ĐTCCCĐ các khu vực lưới điện hình tia có nguồn DP

Quá trình sụp đổ điện áp nút

Sơ đồ khảo sát giới hạn CCĐ theo ĐK sụp đổ điện áp

Giới hạn CCĐ theo các ĐK với L=0,8, bán kính l= 10km

Giới hạn CCĐ theo các ĐK với L=0,8, bán kính l= 20km

Sơ đồ đẳng trị hình tia và đặc tính Q(U) của phụ tải

Đặc tính mô men tĩnh

Mô hình đẳng trị của động cơ không đồng bộ

Phụ thuộc của U* = U/U1 vào s và sụp đổ điện áp

Các dạng đặc tính công suất tải

Đặc tính dQ/dE, dE/dU, dP/dS

Các P.Pháp và tiêu chuẩn khác nhau để phân tích ổn định HTĐ

Đặc điểm sơ đồ lưới điện trung áp

Giới hạn ổn định điện áp nút

Đặc tính tĩnh của phụ tải

Sơ đồ 1 sợi tuyến 375 cấp điện cho các hộ phụ tải năm 2015

Sơ đồ 1 sợi tuyến dây sau khi cải tạo theo PP.Thông thường

Sơ đồ lưới điện sau cải tạo có xét đến đặc tính ổn định

Sơ đồ 1 sợi tuyến 373 cấp điện cho các hộ phụ tải năm 2015

Biến thiên dU/dk nút Quang Bình theo phương pháp có xét tới điều kiện ổn định điện áp

Sơ đồ một sợi lộ 476 với phân miền khu vực Các phương án phát triển lưới điện

Sơ đồ một sợi lộ 476 khi nguồn dự phòng đặt tại vị trí 1

Sơ đồ một sợi lộ 476 khi nguồn dự phòng đặt tại vị trí LP9

Sơ đồ một sợi lộ 476 khi nguồn dự phòng đặt tại vị trí LP16

Sơ đồ một sợi lộ 476 khi nguồn dự phòng đặt tại vị trí P13

0.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

0.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

0.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

0.4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

0.4.1 Kết quả chủ yếu và ý nghĩa khoa học

0.4.2 Tính thực tiễn của luận án

0.5 BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP, CÁC VẤN ĐỀ

NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN ÁN

1.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA LĐTA

1.1.1 Ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của HTĐ

1.1.2 Cấu trúc lưới điện

1.2 HIỆN TRẠNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA LĐTA VIỆT NAM

1.2.1 Có nhiều cấp điện áp

1.2.1.1 Khu vực miền Bắc 1.2.1.2 Khu vực miền Nam 1.2.1.3 Khu vực miền Trung 1.2.2 Phát triển lưới điện trung áp qua các năm

1.2.3 Độ tin cậy CCĐ cho các hộ phụ tải

1.3 NÂNG CAO HIỆU QUẢ LĐTA

1.3.1 Bài toán lựa chọn cấu trúc HTCCĐ

1.3.1.1 Lựa chọn phương án phát triển 1.3.1.2 Lựa chọn cấp điện áp hợp lý 1.3.2 Bài toán đảm bảo độ tin cậy cho các khách hàng

1.3.3 Bài toán nâng cao chất lượng điện áp và đảm bảo OĐ điện áp nút tải

1.3.4 Bài toán xác định vị trí, loại thiết bị lắp đặt trên lưới

1.4 QUY HOẠCH LĐTA VÀ CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU TRONG

1.4.2.1 Phương pháp tối ưu toán học

1.4.2.2 Phương pháp quy hoạch theo tiêu chuẩn

1.4.3 Nhận xét về phương pháp quy hoạch LĐTA

1.4.4 Các nội dung nghiên cứu trong luận án

Chương 2: NGHIÊN CỨU CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ TỔNG HỢP, SO

SÁNH PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP

CHO MỘT SỐ KHU VỰC ĐIỂN HÌNH

2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

2.2 CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ ÁP DỤNG TRONG BÀI TOÁN QUY

HOẠCH PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN

2.2.1 Phương pháp cực tiểu hàm chi phí tính toán

2.2.1.1 Chỉ tiêu chi phí quy đổi

2.2.1.2 Chỉ tiêu chi phí quy về hiện tại (PVC)

2.2.1.3 Nhận xét chung về phương pháp chi phí cực tiểu

2.2.2 Phương pháp phân tích kinh tế-tài chính dự án

2.2.2.1 Chỉ tiêu giá trị hiện tại hóa của lãi ròng (NPV)

2.2.2.2 Chỉ tiêu tỷ số lợi nhuận / chi phí (B/C)

2.2.2.3 Chỉ tiêu thời gian hoàn vốn (Tp)

2.2.2.4 Chỉ tiêu tỷ lệ hoàn vốn nội tại (IRR)

2.2.2.5 Nhận xét chung về phương pháp phân tích kinh tế-tài chính

2.2.3 Phương pháp chi phí biên

2.2.3.1 Cơ sở lý thuyết của chi phí biên

2.2.3.2 Chỉ tiêu chi phí biên dài hạn (LRMC)

2.2.3.3 Nhận xét chung về phương pháp chi phí biên

2.3 PHÂN LOẠI LĐTA THEO KHU VỰC VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU

ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN LĐTA VIỆT NAM

2.3.1 Mô hình nghiên cứu

2.3.2 Lựa chọn khu vực nghiên cứu

2.3.2.1 Khu đô thị, ven đô

2.3.2.2 Khu vực nông thôn, đồng bằng

2.3.2.3 Khu vực miền núi

2.3.3 Tổ hợp các phương thức cải tạo phát triển LĐTA

2.4 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN

TRUNG ÁP CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU

2.4.1 Các giả thiết, điều kiện đưa vào tính toán

2.4.2 Tính toán định hướng phát triển lưới điện trung áp cho khu vực

nghiên cứu

2.4.2.1 Các phương án tính toán

2.4.2.2 Tính toán cho khu vực mật độ phụ tải lớn

2.4.2.3 Tính toán cho khu vực mật độ phụ tải trung bình

2.4.2.4 Tính toán cho khu vực mật độ phụ tải thấp

2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐTCCCĐ TRONG QUY HOẠCH

PHÁT TRIỂN LĐTA

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

3.2 NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP, CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN

CẬY CCĐ CHO CÁC HỘ PHỤ TẢI

3.2.1 Các chỉ tiêu và phương pháp đánh giá ĐTC của HTCCĐ, lựa chọn

ứng dụng trong bài toán quy hoạch, thiết kế

3.2.1.1 Độ tin cậy của các phần tử HTCCĐ

3.2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá ĐTC của HTCCĐ

3.2.1.3 Các phương pháp tính toán ĐTCCCĐ

3.2.2 Mô tải bài toán, xây dựng mô hình tính toán ĐTCCCĐ

3.2.2.1 Mô tả bài toán

3.2.2.2 Mô hình nguồn và phụ tải

3.2.2.3 Mô hình sơ đồ lưới điện theo ĐTC

3.2.2.4 Các ma trận cấu trúc

3.2.3 Tính toán ĐTCCCĐ và chương trình tính toán

3.2.3.1 Lưới điện hình tia

3.2.3.2 Lưới điện hình tia có xét tới nguồn dự phòng

3.2.3.3 Chương trình tính ĐTCCCĐ

3.2.3.4 Mô phỏng lưới điện trên máy tính

3.3 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC

KHU VỰC VÀ HTCCĐ

3.3.1 Biểu đồ phụ tải, các giả thiết tính toán

3.3.1.1 Biểu đồ phụ tải

3.3.1.2 Các giả thiết tính toán

3.3.2 Tính toán độ tin cậy của các hộ phụ tải

3.3.2.1 ĐTC của HTCCĐ khi chưa xét tới nguồn dự phòng

3.3.2.2 ĐTC của HTCCĐ khi xét tới nguồn dự phòng

4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

4.1.1 Yêu cầu đảm bảo chất lượng điện áp và ổn định phụ tải LĐTA

4.1.2 Giới hạn CCĐ LĐTA theo điều kiện ổn định điện áp

4.1.2.1 Các biểu thức tính giới hạn đối với lưới điện đơn giản, một

phụ tải

4.1.2.2 Khảo sát cụ thể (bằng số) cho lưới điện đơn giản

4.1.3 Nhận xét, so sánh về giới hạn cung cấp điện

4.2 TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH PHỤ TẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP NÚT TẢI

4.2.1 Khái niệm chung về ổn định điện áp

4.2.2 Quá trình vật lý của hiện tượng mất ổn định điện áp

4.2.2.1 Tiêu chuẩn ổn định nút tải động cơ KĐB

4.2.2.2 Hiện tượng sụp đổ điện áp

4.2.3 Sự khác nhau về mô hình và phương pháp đánh giá ổn định điện áp

nút trong lưới điện truyền tải, LĐPP và ổn định động cơ KĐB

4.2.3.1 Đặc tính công suất và mô hình phụ tải trong lưới truyền tải và

phân phối

4.2.3.2 Mô hình phụ tải thuần túy động cơ KĐB theo đặc tính công

suất nút

4.3 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH

ĐIỆN ÁP NÚT TẢI TRONG BÀI TOÁN QUY HOẠCH LĐTA

4.3.1 Tổng quan về các phương pháp phân tích ổn định HTĐ

4.3.2 Các tiêu chuẩn phân tích độ nhạy

4.3.2.1 Phương pháp phân tích ma trận độ nhạy ΔQ/ΔV

4.3.2.2 Phương pháp phân tích giá trị riêng

4.4.1.3 Ổn định điện áp nút tải trong LĐTA

4.4.2 Đề xuất các chỉ tiêu đánh giá ổn định LĐTA

4.4.3 Chương trình tính toán đánh giá ổn định điện áp LĐTA

4.4.4 Đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp

4.5 VÍ DỤ TÍNH TOÁN CẢI TẠO, PHÁT TRIỂN LĐTA XÉT ĐẾN CHỈ

TIÊU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

4.5.1 Kiểm tra các điều kiện kỹ thuật cơ bản của tuyến dây

4.5.1.1 Kiểm tra theo điều kiện phát nóng

4.5.1.2 Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp

4.5.2 Tính toán lựa chọn cấu trúc lưới điện trung áp

4.5.2.1 Phương pháp thông thường

4.5.2.2 Phương pháp có xét tới điều kiện ổn định điện áp

4.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

Chương 5: TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU VỀ ĐỘ ỔN ĐỊNH,

ĐTC CỦA MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN PHÁT TRIỂN LĐTA

5.1 KHÁI QUÁT CHUNG

5.2 TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU VỀ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA

MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN PHÁT TRIỂN LĐTA Ở VIỆT NAM

5.3 TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA

MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN PHÁT TRIỂN LĐTA

5.3.1 Tính toán các chỉ tiêu ĐTC lộ 476 trạm 110kV Chèm

5.3.1.1 Biểu đồ phụ tải và các giả thiết tính toán

5.3.1.2 Tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy

5.3.2 Tính toán các chỉ tiêu ĐTC của một số phương án phát triển lưới điện

5.3.2.1 Các phương án phát triển lưới điện

5.3.2.2 Nguồn dự phòng đặt tại đầu đường dây

5.3.2.3 Nguồn dự phòng đặt tại giữa đường dây

5.3.2.4 Nguồn dự phòng đặt tại vị trí có tổn thất điện áp lớn nhất

5.3.2.5 Nguồn dự phòng đặt tại vị trí cuối đường dây

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Điện năng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế, ổn định chính trị của mỗi Quốc gia Cùng với sự tăng trưởng về kinh tế, phát triển xã hội, nhu cầu

sử dụng điện ngày một tăng cao Chất lượng điện năng, độ tin CCĐ càng ngày càng được quan tâm và đòi hỏi phải được đảm bảo ở mức độ cao hơn

Để đưa điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ cần phải có một mạng lưới điện rộng khắp, bao trùm hầu như mọi miền lãnh thổ Những khoản vốn đầu tư lớn cần thiết cho việc xây dựng HTCCĐ, một phần đáng kể chi phí thường xuyên cho hoạt động vận hành đã làm cho các vấn đề về quy hoạch phát triển, quản lý vận hành HTCCĐ quan tâm được đặc biệt Mục tiêu được đặt ra là đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện ngày càng cao, tỷ lệ TTĐN thấp, quản lý vận hành thuận tiện, chi phí vận hành nhỏ

Để đạt mục tiêu này, nhiều năm lại đây HTĐ của các nước không ngừng được cải tiến

Các hướng phát triển chủ yếu là:

- Chọn cấp điện áp tối ưu cho từng khu vực, tiêu chuẩn hóa điện áp lưới điện trung áp;

- Hợp lý hóa cấu trúc, thông số đường dây, trạm biến áp, các thiết bị trên lưới nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện áp cho các hộ phụ tải ngay

từ giai đoạn lập quy hoạch;

- Chuẩn hóa các thiết kế mẫu về đường dây, máy biến áp lưới điện phân phối

để giảm chi phí xây dựng và vận hành nhằm thỏa mãn nhu cầu tiêu thụ điện của các khách hàng;

- Ứng dụng các phương tiện, thiết bị mới, thuật toán điều khiển tập trung có khả năng thích ứng cao với các điều kiện vận hành, tối ưu hóa và nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành (thiết bị bù điều chỉnh nhanh, TBPĐ tự động, hệ SCADA, DAS, truyền tín hiệu và điều khiển phụ tải bằng sóng, các hệ thống phần mềm quản lý )

HTĐ Việt Nam trong những năm gần đây có tốc độ phát triển mạnh mẽ Cùng với sự hình thành HTĐ hợp nhất bằng đường dây siêu cao áp 500kV, HTCCĐ được

phát triển nhanh trên toàn quốc Chính sách phát triển nông thôn, miền núi của Đảng và Nhà nước đã tạo điều kiện cho mạng lưới điện vươn nhanh ra khắp cả nước, góp phần đẩy nhanh quá trình điện khí hóa nông thôn Tuy nhiên, do những hoàn cảnh khách quan và chủ quan, HTCCĐ Việt Nam đang còn tồn tại nhiều khuyết điểm ([14], [15], [23], [24]):

- Cấu trúc phức tạp, bất hợp lý: có nhiều cấp điện áp trung gian (6, 10, 15, 22, 35)kV, chiều dài đường trục lớn (đặc biệt là các tuyến dây 35kV khu vực miền núi phía Bắc), nhiều cấp công suất trạm biến áp;

- Cải tạo lưới (6, 10, 15)kV thành lưới 22kV;

- Nghiên cứu, cải tạo chế độ nối đất trung tính lưới trung áp;

- Thực hiện các biện pháp quản lý nhằm giảm tổn thất điện áp, điện năng Những giải pháp này bước đầu đã đem lại hiệu quả Tuy nhiên, có một số vấn

đề chưa thể sớm khắc phục được: LĐTA Việt Nam hiện có nhiều cấp điện áp, nhiều chủng loại trang thiết bị Hiện trạng này đã và đang không đảm bảo được tính hợp

lý trong vận hành và tính kinh tế của hệ thống Vì vậy, cần thiết phải nghiên cứu

định hướng cải tạo, phát triển hợp lý trước mắt và lâu dài các vấn đề về lộ trình

chuyển đổi cấp điện áp 22kV; tồn tại hay không lưới điện 35kV tại khu vực nông thôn miền núi

Mặt khác, sự phát triển quá nhanh lưới điện phân phối theo nhu cầu tăng trưởng phụ tải có thể dẫn đến những thay đổi bất hợp lý sơ đồ LĐTA, trong đó có

nguy cơ mất ổn định điện áp Nhiều nút tải xa nguồn, công suất tới gần giới hạn ổn

định, điện áp dao động rất mạnh, có nguy cơ sụp đổ điện áp Hơn nữa, nếu trong giai đoạn lập quy hoạch phát triển không quan tâm tới ổn định điện áp cho các nút tải thì khi vận hành chất lượng cung cấp điện rất kém, đồng thời giới hạn CCĐ bị hạn chế vì chỉ cần 1 nút bị dao động thì toàn bộ HTCCĐ bị ảnh hưởng Vấn đề lại

càng đáng quan tâm là phải có các biện pháp đảm bảo ĐTCCCĐ đến từng hộ phụ

tải, bởi với tiến trình ngành điện chuyển dần sang hoạt động theo cơ chế thị trường,

khách hàng ngày càng quan tâm và đòi hỏi cao hơn về chất lượng điện năng và ĐTCCCĐ Để đáp ứng được các đòi hỏi chính đáng này, cần phải có các phương pháp tính toán, chỉ tiêu đánh giá và công cụ tính toán ĐTCCCĐ nhằm đề xuất các giải pháp thỏa mãn ĐTCCCĐ cho các hộ phụ tải ngay từ giai đoạn lập quy hoạch

Đó cũng là lý do chọn đề tài nghiên cứu của luận án: “Nghiên cứu nâng cao

hiệu quả kinh tế, chất lượng điện áp và độ tin cậy trong quy hoạch lưới điện trung áp’’

Mục đích của luận án là xây dựng cơ sở lý thuyết, phát triển các phương pháp

tính toán kinh tế-kỹ thuật nhằm giải quyết một số bài toán trong lĩnh vực quy

hoạch phát triển lưới điện trung áp Trên cở sở đó tạo ra các chương trình máy

tính ứng dụng phục vụ cho công tác quy hoạch phát triển lưới điện, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện Luận án cũng nghiên cứu định hướng phát triển LĐTA Việt Nam, làm cơ sở cho việc lựa chọn cấp điện áp trong bài toán quy hoạch phát triển LĐTA cấp địa phương

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của luận án là các HTCCĐ thuộc phạm vi xây dựng, quản lý, vận hành cấp địa phương (các điện lực, quận, huyện, thành phố, xí nghiệp ) có phương thức vận hành độc lập

Luận án đi sâu nghiên cứu phát triển các phương pháp tính toán kinh tế-kỹ thuật trong bài toán quy hoạch phát triển lưới điện trung áp để giải quyết các vấn đề liên quan tới: chuyển đổi cấp điện áp hợp lý, tính toán lựa chọn cấu trúc lưới điện

để nâng cao chất lượng điện áp, độ tin cậy cung cấp điện cho các khách hàng nhằm xây dựng HTCCĐ bền vững, hiệu quả

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Luận án sử dụng đồng thời các phương pháp nghiên cứu: phát triển lý thuyết,

mô hình hóa, xây dựng chương trình và tính toán áp dụng thử theo số liệu thực tế Việt Nam, cụ thể:

-Về lý thuyết: nghiên cứu tổng quan các chỉ tiêu kinh tế tổng hợp và đề xuất chỉ tiêu áp dụng cho bài toán QHPT LĐTA; phương pháp đánh giá ổn định điện áp cho LĐTA; phát triển phương pháp tính toán ĐTCCCĐ nhằm áp dụng thích hợp

cho LĐTA, với cấu trúc kín vận hành hở, xét tới ảnh hưởng của các thiết bị phân đoạn, có nhiều nguồn dự phòng

- Phương pháp mô hình hóa: đã đề xuất áp dụng mô hình phân chia HTCCĐ theo khu vực đồng mức tin cậy CCĐ khi nghiên cứu phương pháp tính toán ĐTCCCĐ của LĐTA Dựa trên mô hình này đã xây dựng thuật toán và chương trình xác định ĐTCCCĐ trên phần mềm Delphi;

- Tính toán phân tích: thông qua tính toán cụ thể các chỉ tiêu kinh tế tổng hợp cho các khu vực điển hình LĐTA miền Bắc nghiên cứu định hướng phát triển LĐTA Việt Nam Đã thực hiện tính toán chỉ tiêu ổn định điện áp, ĐTCCCĐ cho một số phương án phát triển LĐTA Việt Nam nhằm bước đầu đánh giá khẳng định hiệu quả của thuật toán và chương trình xây dựng được

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

4.1 Kết quả chủ yếu và ý nghĩa khoa học

1 Đề xuất áp dụng thêm chỉ tiêu chi phí biên dài hạn trong đánh giá kinh tế các phương án quy hoạch

2 Nghiên cứu định hướng cải tạo lưới điện 35kV và lộ trình cải tạo, phát triển lưới điện trung áp miền Bắc Việt Nam

3 Phát triển mô hình và phương pháp tính toán ĐTCCCĐ cho lưới điện phân phối có xét đến đặc điểm: cấu trúc kín, vận hành hở, có nhiều nguồn dự phòng, ảnh hưởng khác nhau của thiết bị phân đoạn

4 Luận án đã đề xuất áp dụng các chỉ tiêu đánh giá ĐTCCCĐ cho giai đoạn QHPT LĐTA:

- Chỉ tiêu riêng cho từng nhóm khách hàng (theo khu vực), đó là: thời gian ngừng CCĐ trung bình năm; điện năng ngừng CCĐ đối với mỗi khách hàng

- Chỉ tiêu đánh giá tổng hợp ĐTCCCĐ của phương án phát triển LĐTA, đó

là điện năng ngừng CCĐ của toàn sơ đồ LĐTA

5 Luận án cũng đề xuất áp dụng các chỉ tiêu đánh giá mức độ ổn định điện áp của các phương án phát triển LĐTA:

- Hệ số dự trữ ổn định theo kịch bản điển hình (chỉ tiêu tổng hợp, giúp người lập quy hoạch có thể đánh giá mức độ ổn định chung của toàn lưới);

- Hệ số sụt áp các nút (khảo sát các nút “yếu’’ trong hệ thống, giúp người lập quy hoạch có thể thay đổi cấu trúc lưới điện, nâng cao ổn định);

6 Bước đầu áp dụng: tính thời gian ngừng CCĐ trung bình năm, điện năng ngừng CCĐ và chỉ tiêu ổn định cho một số phương án phát triển LĐTA Việt Nam

4.2 Tính thực tiễn của luận án

Kết quả nghiên cứu của luận án có thể ứng dụng trong công tác lập quy hoạch phát triển lưới điện trung áp:

- Các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật có ý nghĩa thiết thực, làm cơ sở để lựa chọn phương án phát triển điện lực;

- Phần mềm tính toán: thời gian ngừng CCĐ trung bình năm, điện năng ngừng CCĐ trong lưới phân phối có thể ứng dụng trong nghiên cứu, lập quy hoạch phát triển LĐTA;

- Các kết luận có tính chất định hướng phát triển LĐTA, cải tạo cấp điện áp 35kV có ý nghĩa thực tiễn nhất định

Các kết quả ứng dụng nêu trên bước đầu được thể hiện qua các đề tài NCKH

có tác giả tham gia cấp Bộ Công Thương, Tập đoàn Điện lực Việt Nam ([14], [23], [24])

Chương 5 Tính toán các chỉ tiêu về độ ổn định, ĐTCCCĐ cho một số phương

án phát triển lưới điện trung áp

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP, CÁC VẤN ĐỀ

NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN ÁN 1.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA LĐTA

LĐTA là cầu nối quan trọng giữa lưới truyền tải và các hộ phụ tải hạ áp (các

trạm biến áp phân phối) Đặc điểm chính khi nghiên cứu LĐTA như sau ([1],[2]…):

1.1.1 Ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của HTĐ

- Chất lượng CCĐ ảnh hưởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ

- Tổn thất điện năng chiểm tỉ lệ lớn so với lưới truyền tải (tổn thất trên LPP từ 6-:-8%, lưới truyền tải từ 1,5-:-2%)

- Vốn đầu tư cho mạng trung áp cũng chiếm tỷ trọng lớn: nếu chia theo tỷ lệ vốn đầu tư mạng cao áp là 1, thì mạng trung áp từ 1,5-:-2, hạ áp từ 2-:-2,5 lần

- Xác suất ngừng cung cấp điện do sự cố, sửa chữa bảo dưỡng theo kế hoạch cải tạo, lắp đặt trạm mới trên LĐTA cũng nhiều hơn so với lưới truyền tải

1.1.2 Cấu trúc lưới điện

- Cấu trúc lưới điện trung áp đa dạng, phức tạp Số lượng nút, nhánh rất nhiều

do đó việc tính toán các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật gặp rất nhiều khó khăn

- Lưới điện phát triển nhanh, trải rộng; các hộ phụ tải đa dạng, đan xen;

- Chế độ vận hành bình thường LĐTA là vận hành hở Các sơ đồ lưới điện thường gặp là: hình tia, hình tia có nguồn dự phòng (lưới điện kín vận hành hở) Các sơ đồ trên có những ưu điểm như: vận hành đơn giản; trình tự phục hồi lại kết cấu sau sự cố dễ dàng hơn; ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ Một số sơ đồ cung cấp điện thường sử dụng như các hình 1.1, 1.2

Thanh c¸i

Hình 1.1 Sơ đồ lưới điện hình tia

Thanh c¸i

Hình 1.2 Sơ đồ CCĐ kín vận hành hở Với các đặc điểm trên, việc nghiên cứu LĐTA rất phức tạp, đòi hỏi phương

pháp, mô hình nghiên cứu phù hợp để giải quyết các bài toán kinh tế-kỹ thuật

1.2 HIỆN TRẠNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA LĐTA VIỆT NAM

LĐTA Việt Nam, ngoài các đặc điểm chung nói trên còn có những đặc điểm riêng Hiện trạng và đặc điểm của LĐTA Việt Nam như sau ([14], [15], [23]):

1.2.1 Có nhiều cấp điện áp

LĐTA Việt Nam phát triển từ đầu thế kỷ 20, với mô hình lưới (3, 6)kV là cấp phân phối tải, lưới 35kV là cấp trung gian Do nhu cầu dùng điện tăng, cùng với khả năng cấp điện hạn chế của lưới (3, 6)kV, nên lưới điện (10, 15)kV được đưa vào sử dụng nhằm thay thế dần lưới (3, 6)kV (lưới 10kV ở miền Bắc, miền Trung, lưới 15kV ở khu vực miền Trung, miền Nam), lưới 35kV vừa làm nhiệm vụ phân phối vừa cấp điện cho các trạm trung gian Từ năm 1993, lưới 22kV chính thức được xây dựng và vận hành để từng bước chuyển đổi lưới (6, 10, 15, 35)kV thành lưới 22kV [4] Hình 1.3 minh họa tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA toàn quốc năm 2009

15kV 20,3%

35kV 17,0%

6KV 3,7%

10kV 9,7%

Hình 1.3 Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA toàn quốc năm 2009

Do tính lịch sử, LĐTA Việt Nam tồn tại nhiều cấp điện áp khác nhau Miền Bắc sử dụng các cấp điện áp (6, 10, 22, 35)kV, miền Trung sử dụng cấp điện áp (6,

10, 15, 22, 35)kV, miền Nam sử dụng cấp điện áp (15, 22)kV (cấp 35kV còn tồn tại không đáng kể)

Lưới 22kV có mặt hầu khắp toàn quốc, tuy nhiên tỷ lệ lưới 22kV ở mỗi địa phương khác nhau (miền Nam 50%, miền Bắc 32%, miền Trung 18%)

Lưới 35kV tồn tại khắp toàn quốc trừ khu vực TP.Hồ Chí Minh, tuy nhiên khối lượng lưới 35kV ở miền Bắc chiếm tỷ lệ áp đảo (88,2%), miền Trung (9,3%), miền Nam (2,5%)

Lưới 15kV chủ yếu tập trung ở khu vực miền Nam (82,4%) và miền Trung (15,6%)

Lưới 10kV tập trung chủ yếu ở miền Bắc (82,4%), miền Trung 17,6%

Lưới 6kV chủ yếu tập trung khu vực miền Bắc (74,8%), miền Trung chiếm 25,2%

Nhìn chung, lưới trung áp Việt Nam trước đây và hiện nay vẫn còn mang tính đặc trưng phân miền khá rõ nét Phân tích chi tiết hiện trạng LĐTA Việt Nam theo các khu vực như sau:

1.2.1.1 Khu vực miền Bắc

Lưới điện miền Bắc tồn tại 4 cấp điện áp 6, 10, 22, 35kV Hình 1.4 minh họa

tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA khu vực miền Bắc năm 2009

§-êng d©y

35kV 59,0%

22kV

11,4%

6KV 3,8%

10kV

25,8%

TR¹m BiÕn ¸p

10kV 24,0%

6KV 9,4%

22kV 29,5%

35kV 37,2%

Hình 1.4 Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA khu vực miền Bắc Lưới 35kV vừa làm nhiệm vụ truyền tải thông qua các trạm trung gian 35/22,10,6kV vừa đóng vai trò phân phối cho các phụ tải thông qua các trạm phân phối

Lưới 10kV được xây dựng từ những năm 1960-1970 thường tập trung ở khu vực thị trấn (đối với các tỉnh miền núi) và những vùng nông thôn, thành phố nhỏ (khu vực đồng bằng)

Lưới 6kV được xây dựng cách đây 60-70 năm tại các thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định, Việt Trì, Vinh, Hạ Long

Riêng lưới 22kV mới được phát triển trong những năm gần đây tại những thành phố, thị xã, một số khu vực thị trấn, thị tứ có nguồn 22kV

Đối với lưới trung áp miền Bắc, LĐTA không đồng nhất và thể hiện nét đặc tưng theo từng khu vực

a Khu vực miền núi

Trong thời gian qua, tại khu vực này lưới điện 35kV phát triển mạnh mẽ, hiện khối lượng chiếm tỷ trọng từ (70-80)% Nguyên nhân dẫn tới lưới điện 35kV tại khu vực này phát triển mạnh mẽ và chiếm tỷ trọng lớn là chương trình điện khí hóa nông thôn đưa điện tới các hộ vùng sâu, vùng xa; khoảng cách cung cấp điện từ trạm nguồn tới các hộ phụ tải lớn; mật độ phụ tải nhỏ

Lưới 35kV ở miền núi hiện nay phần lớn không đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế -

kỹ thuật do một số nguyên nhân:

- Lưới 35kV gồm nhiều loại dây dẫn tiết diện nhỏ, chắp vá, nhiều đường dây xây dựng từ lâu, hiện đã xuống cấp nghiêm trọng;

- Nhiều tuyến mang tải lớn, bán kính cấp điện quá dài như một số tuyến 35kV khu vực các tỉnh Lai Châu, Hà Giang, Lạng Sơn, Bắc Giang, Tuyên Quang, Bắc Kạn, Hòa Bình gây nên tổn thất điện áp và điện năng cao;

- Lưới 35kV vừa làm nhiệm vụ chuyên tải, phân phối, các trang thiết bị trên lưới lạc hậu, nên chất lượng cung cấp điện thấp

b Khu vực nông thôn đồng bằng

LĐTA khu vực này được hình thành từ những năm 1954 và thường sử dụng 2 cấp điện áp 35kV và (6, 10)kV; giai đoạn đầu cấp 35kV là cấp trung gian, (6, 10)kV

là cấp phân phối tải Từ những năm 1990 trở lại đây do mật độ phụ tải tăng nhanh cùng với lưới (6, 10)kV và các trạm trung gian 35/10(6)kV bị quá tải, nên lưới điện 22kV đã từng bước được xây dựng nhằm thay thế dần lưới điện (6, 10)kV tại khu vực không đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật, bên cạnh đó lưới 35kV cũng trở thành cấp phân phối tải

LĐTA khu vực đồng bằng có những đặc điểm sau:

- Tỷ trọng lưới (6, 10)kV chiếm tỷ trọng cao (50-:-60%), lưới 22kV chiếm tỷ trọng (20-:-40)%, lưới 35kV chiếm tỷ trọng (10-:-20)%;

- Hiện tại phần lớn các trạm trung gian 35/10kV đều đã vận hành ở trạng thái đầy và quá tải Các trạm trung gian này được xây dựng từ những năm trước 1993 và

hiện các thiết bị đều đã lạc hậu và xuống cấp, gây khó khăn trong việc cấp điện cho các khách hàng

Chất lượng lưới (6, 10)kV không đảm bảo độ an toàn cung cấp điện do:

- Được xây dựng từ lâu, tiết diện nhỏ;

- Nhiều tuyến mang tải cao, bán kính cấp điện lớn;

- Việc xây dựng không theo quy hoạch dài hạn, vốn đầu tư hạn chế

c Khu vực đô thị, ven đô

Khu vực này, trước đây chủ yếu là lưới (6, 10)kV, trong thời gian vừa qua do mật độ phụ tải tăng nhanh, lưới (6, 10)kV xuống cấp nên ngành điện đã tập trung vốn để cải tạo lưới điện hiện hữu thành lưới 22kV

Hiện nay tại khu vực này lưới (6, 10, 35)kV chiếm tỷ trọng khoảng (30-40)%, lưới 22kV chiếm tỷ trọng (60-40)%

1.2.1.2 Khu vực miền Nam

Lưới điện trung áp tồn tại 3 cấp điện áp (35, 22, 15)kV Lưới 35kV có khối lượng rất nhỏ mà chủ yếu là lưới (15, 22)kV

Trong thời gian vừa qua lưới 22kV các tỉnh miền Nam phát triển mạnh mẽ, nếu không tính hai khu vực TP.Hồ Chí Minh và tỉnh Đồng Nai, lưới 22kV khu vực Công ty Điện lực 2 quản lý chiếm 87,9% (theo dung lượng TBA), 81,9% (theo khối lượng đường dây) Mặt khác ở khu vực này lưới 15kV hầu hết được thiết kế theo tiêu chuẩn 22kV, do vậy ở khu vực này việc chuyển đổi lưới 15->22kV cơ bản là rất thuận lợi Trong một vài năm tới lưới 15kV cơ bản chuyển thành lưới 22kV

§-êng d©y

35kV 1%

22kV 90%

15kV

9%

Tr¹m biÕn ¸p

15kV 40,2%

22kV 59,8%

35kV 0,0%

Hình 1.5 Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA khu vực miền Nam

1.2.1.3 Khu vực miền Trung

Lưới điện miền Trung mang cả 2 đặc điểm của miền Bắc và miền Nam trong

đó cấp điện áp (15, 22)kV chiếm tỷ trọng nhiều hơn cả, lưới (6, 10)kV chiếm tỷ trọng nhỏ không đáng kể Mặt khác lưới điện trung áp khu vực miền Trung chủ yếu

là phát triển sau những năm 1994, do vậy về cơ bản lưới (6, 10, 15)kV được thiết kế

theo tiêu chuẩn 22kV, do vậy trong một vài năm tới lưới trung áp sẽ cơ bản chuyển đổi thành lưới 22kV

§-êng d©y

6KV 0,4%

35kV 12,6%

Tr¹m biÕn ¸p

6KV 0,7%

35kV 21,6%

22kV 67,3%

10kV 4,2%

15kV 6,1%

Hình 1.6 Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA khu vực miền Trung

1.2.2 Phát triển lưới điện trung áp qua các năm

LĐTA Việt Nam trong những năm qua phát triển với tốc độ nhanh trên tất cả các khu vực, miền trong cả nước So với năm 1990, hiện nay khối lượng đường dây

đã tăng gấp hơn 8 lần, TBA phân phối tăng gấp hơn 11 lần Khối lượng đường dây

và trạm biến áp phân phối qua các năm được thể hiện tại hình 1.7

Sự phát triển nhanh chóng về quy mô công suất của HTĐ và nhu cầu tiêu thụ điện đã là cơ hội cho sự phát triển LĐTA trong nhiều năm qua Đặc biệt sau khi đường dây 500kV đi vào vận hành, lưới truyền tải và phân phối phát triển rộng khắp trên địa bàn cả nước Khắp 63 tỉnh đều có lưới điện Quốc gia vươn tới là điều kiện thuận lợi cho sự nghiệp điện khí hóa nông thôn Tuy nhiên đặc điểm này cũng lại là một thực trạng lịch sử Sự phát triển quá nhanh thiếu quy hoạch dài hạn các HTCCĐ sẽ không khỏi tính chắp vá, thiếu quy chuẩn và bất hợp lý về thông số cấu trúc và trang thiết bị Đặc điểm này dẫn đến tỷ lệ tổn thất cao, CLĐN kém

Khối lượng đường dây qua các năm

Bảng 1.1 Tỷ lệ tổn thất điện năng LĐPP của các Công ty điện lực [22]

1.2.3 Độ tin cậy CCĐ cho các hộ phụ tải

Do bán kính cấp điện lớn, phụ tải rải rác, lưới điện cũ nát, nhiều tuyến dây trung

áp bị quá tải, công tác quản lý, vận hành và quản lý kinh doanh còn chưa hợp lý nên

độ tin cậy CCĐ cho các hộ phụ tải ở mức thấp

Trong thời gian qua, vấn đề ĐTCCCĐ chưa được quan tâm đúng mức Việc đánh giá ĐTCCCĐ chủ yếu phục vụ công tác vận hành Các chỉ tiêu đánh giá ĐTCCCĐ chưa phản ánh đầy đủ về độ tin cậy cung cấp điện

Hiện nay, để đánh giá độ tin cậy lưới điện truyền tải và phân phối trong hệ thống điện Việt Nam, các báo cáo thống kê kỹ thụât của EVN thường sử dụng các suất sự cố như: suất sự cố thoáng qua và vĩnh cửu cho các đường dây siêu cao áp, cao áp, trung

áp và hạ thế; suất sự cố vĩnh cửu tính theo số trạm và số ngăn lộ quy đổi Các chỉ tiêu này là tiêu chí để đánh giá hoàn thành kế hoạch của các đơn vị và để so sánh giữa năm này với năm khác, chưa phản ánh đầy đủ về độ tin cậy cung cấp điện, chưa đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các sự cố đến quá trình vận hành cung cấp điện liên tục cho khách hàng, chưa có yếu tố về mặt thời gian khắc phục sự cố

Bảng 1.2 Thống kê suất sự cố lưới điện LĐTA của các Công ty Điện lực [21]

Sự cố thoáng qua Sự cố vĩnh cửu

CT §iÖn lùc 1 1,332 4,924 1,1156 1,6998 0,5126 0,8597

CT.§iÖn lùc 2 3,282 5,1968 1,1741 1,407 0,206 0,3786

CT.§iÖn lùc Hµ Néi 8,694 6,441 2,9412 2,147 0,3743 0,4176

CT.§iÖn lùc TP HCM 4,138 5,9173 3,5409 3,0233 0,052 0,4821 CT.§iÖn lùc H¶i Phßng 4,318 6,466 2,452 2,3411 0,664 0,802 CT.§iÖn lùc §ång Nai 11,182 9,2321 2,6926 2,2433 0,4305 0,3989 CTTNHH.Ninh B×nh 4,135 6,477 2,3737 2,6066 0,5464 2,3729 CTTNHH H¶i D-¬ng 10,744 9,2804 3,862 2,3537 4,697 2,935

(đơn vị của suất sự cố: đường dây là số lần sự cố / 100km đường dây/năm

TBA phân phối là số lần sự cố /100MBA /năm)

1.3 NÂNG CAO HIỆU QUẢ LĐTA

Từ những đặc điểm đã nêu, có thể thấy LĐTA có ảnh hưởng quyết định đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của HTCCĐ nói chung Cũng vì thế, không chỉ với Việt Nam, ở nhiều nước đang phát triển vấn đề nâng cao tính hợp lý, cải thiện hiệu quả của LĐTA được đặt lên hàng đầu ([14],[63], [93]) Lý do dễ thấy: LĐTA luôn phải thay đổi và mở rộng, trong khi lưới truyền tải có thể giữ nguyên trong khoảng thời gian dài Nhiều vấn đề được đặt ra để giải quyết nhằm cải thiện các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của LĐTA:

- Bài toán lựa chọn cấu trúc tối ưu HTCCĐ;

- Bài toán đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ phụ tải;

- Bài toán ổn định điện áp cho các nút tải;

- Bài toán xác định vị trí, loại thiết bị lắp đặt trên lưới

1.3.1 Lựa chọn cấu trúc tối ưu HTCCĐ

1.3.1.1 Lựa chọn phương án phát triển

Phụ tải phát triển liên tục trong không gian và thời gian cho nên khả năng tải của các phần tử lưới điện sau một thời gian sẽ không đáp ứng được yêu cầu của phụ tải Cần thiết phải cải tạo lưới điện để nâng cao khả năng tải và hiệu quả kinh tế Việc lựa chọn phương án phát triển lưới điện cần dựa trên cơ sở so sánh các chỉ tiêu KT-KT

1.3.1.2 Lựa chọn cấp điện áp hợp lý

Bài toán có thể mô tả như sau: với hiện trạng LĐTA bao gồm các cấp điện áp LĐTA, nghiên cứu định hướng cải tạo và phát triển hợp lý trước mắt và lâu dài nhằm

xác định lộ trình chuyển đổi các điện áp hiện hữu về cấp điện áp lựa chọn

LĐTA của các nước trên thế giới cũng tồn tại nhiều cấp điện áp, nhiều nước sử dụng mô hình 2 cấp điện áp (cấp phân phối và cấp trung gian) Việc tồn tại nhiều cấp điện áp lưới trung áp, gây khó khăn trong công tác quản lý, vận hành, sản xuất, chế tạo thiết bị cũng như trao đổi khoa học công nghệ Từ đầu thế kỷ 20, vấn đề đồng nhất cấp điện áp lưới trung áp đã được rất nhiều nhà khoa học, quản lý trên thế giới đặt ra

Để tạo điều kiện cho việc tiêu chuẩn hoá các cấp điện áp trên phạm vi quốc tế, năm

1967 Uỷ ban kỹ thuật điện đã công bố văn kiện No38 quy định các cấp điện áp tiêu chuẩn LĐTA Dựa vào các cấp điện áp tiêu chuẩn quốc tế, nhiều nước đã vận dụng vào việc chuẩn hoá các cấp điện áp của mình và thu được nhiều kết quả tốt như Thái Lan (chỉ còn 2 cấp điện áp là 22kV và 33kV), Hàn Quốc sử dụng lưới 22,9kV, Pháp (20kV và 30kV)

Nghiên cứu quá trình chuyển đổi LĐTA về cấp điện áp lựa chọn của các nước trên thế giới, rút ra những kinh nghiệm sau ([63], [93]):

- Việc đồng nhất cấp điện áp LĐTA là xu hướng tất yếu, tuy nhiên tuỳ từng điều kiện hoàn cảnh mỗi nước, mỗi khu vực mà có những phương án xây dựng và cải tạo khác nhau;

- Quá trình chuyển đổi các cấp điện áp về cấp điện áp lựa chọn trên thực tế là rất khó khăn, cần thời gian dài cũng như là tiền vốn đầu tư, hiệu quả thực tế trong những giai đoạn nhất định để chuyển đổi;

- Vấn đề chọn cấp điện áp là vấn đề kinh tế – kỹ thuật, có ý nghĩa trước mắt và lâu dài Việc cải tạo lưới trung áp phải dựa trên cơ sở phân tích các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cho từng vùng, từng khu vực, để xác định lộ trình cải tạo và phát triển lưới trung

áp nhằm định hướng cải tạo và phát triển hợp lý

LĐTA Việt Nam tồn tại rất nhiều cấp điện áp Việc xác định lộ trình chuyển đổi

về cấp điện áp lựa chọn trong bài toán quy hoạch rất khó khăn

Hướng nghiên cứu trong luận án: lựa chọn chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật tổng hợp, mô hình, phương pháp để nghiên cứu định hướng cải tạo và phát triển hợp lý trước mắt và lâu dài: vấn đề về lộ trình chuyển đổi về một cấp điện áp 22kV, vấn đề để tồn tại hay không lưới điện 35kV tại các khu vực nông thôn miền núi

1.3.2 Bài toán đảm bảo độ tin cậy cho các khách hàng

Bài toán có thể mô tả như sau: cho trước sơ đồ HTCCĐ với các giả thiết chính như cường độ hỏng hóc của các phần tử trên lưới, biểu đồ phụ tải của các khách hàng, xác định chỉ số độ tin cậy của các khách hàng và HTCCĐ

Hiện nay, trên thế giới vấn đề đảm bảo chất lượng điện năng ngày càng trở nên quan trọng Độ tin cậy cung cấp điện là một khía cạnh của vấn đề chất lượng điện năng và rất được quan tâm nghiên cứu và xử lý

Ở những nước đã hình thành thị trường điện, khi việc mua bán điện được thực hiện theo đúng hợp đồng giữa bên mua và bên bán thì yêu cầu về chất lượng điện năng của khách hàng là một yêu cầu chính đáng và được những người làm công tác kinh doanh điện năng hết sức coi trọng

Tại Việt Nam, vấn đề ĐTCCCĐ cho khách hàng chưa được quan tâm đầy đủ Đã đến lúc phải đưa các phương pháp và công cụ hiện đại, tính toán nhằm đảm bảo chỉ tiêu ĐTC hợp lý thỏa mãn yêu cầu của các hộ dùng điện

Hướng nghiên cứu trong luận án: dựa vào đặc điểm LĐTA, lựa chọn đúng chỉ tiêu, phương pháp, công cụ hiện đại, tính toán ĐTCCCĐ nhằm đảm bảo ĐTCCCĐ thỏa mãn yêu cầu của các hộ phụ tải ngay từ giai đoạn lập quy hoạch và ĐTCCCĐ chung của toàn hệ thống để đánh giá phương án

1.3.3 Bài toán nâng cao chất lượng điện áp và đảm bảo OĐĐA nút tải

Bài toán có thể mô tả như sau: cho trước sơ đồ HTCCĐ, xác định hệ số dự trữ ổn định của HTCCĐ, hệ số sụt áp, miền ổn định của các nút tải

Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước công bố ([6], [25], [29], [31], [32], [42], [49], [52], [53], [54], [55], [61], [80], [81], [84]) gần đây cho thấy: Ổn định

là một thuộc tính mang đặc trưng hệ thống: một nguyên nhân bất kỳ gây ra mất ổn định đều dẫn đến sự làm việc không bình thường của toàn hệ thống Với các nút tải xa nguồn, nếu công suất cung cấp tới gần giới hạn ổn định điện áp, điện áp có thể dao động rất mạnh, trước nguy cơ điện áp sụp đổ Sụp đổ điện áp xảy ra ở một nút thì mọi nút đều có dao động điện áp rất lớn Như vậy, LĐTA được thiết kế phải đảm bảo cho mọi nút đều nằm đủ xa giới hạn mất ổn định Hơn nữa, nút yếu nhất cần được đảm bảo độ dự trữ cần thiết Một phương án phát triển không hợp lý LĐTA, có nguy cơ xảy ra sụp đổ điện áp tại một nút nào đó sẽ có thể ảnh hưởng chung đến giới hạn cung cấp điện của toàn lưới

Lưới điện trung áp Việt Nam trong thời gian qua phát triển quá nhanh, trải rộng

trên mọi địa hình Sự phát triển quá nhanh của lưới phân phối theo nhu cầu tăng trưởng của phụ tải có thể dẫn đến những thay đổi bất hợp lý sơ đồ LĐTA, trong đó có nguy cơ mất ổn định điện áp Trong giai đoạn quy hoạch thiết kế cần đặc biệt quan tâm tới ổn định điện áp cho các nút tải, nếu không khi vận hành chất lượng cung cấp điện rất kém, đồng thời giới hạn CCĐ của hệ thống cũng bị hạn chế

Việc đánh giá ổn định điện áp đối với HTCCĐ phức tạp rất khó với những tính toán thông thường Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của nhiều ngành kỹ thuật đã mở

ra những khả năng mới, thay đổi cơ bản trong hoạt động của nhiều hệ thống kỹ thuật

Sự phát triển của khoa học công nghệ đã cho phép dựa trên các chỉ tiêu ổn định xây dựng các chương trình hoặc tích hợp thêm phần nghiên cứu ổn định điện áp để đánh giá ổn định trong HTCCĐ phức tạp

1.3.4 Bài toán đầu tư lắp đặt các thiết bị trên lưới

Bài toán có thể được mô tả như sau: cho trước sơ đồ HTCCĐ, xác định vị trí, loại thiết bị lắp đặt trên lưới nhằm đạt được hiệu quả vận hành kinh tế cao nhất Vị trí, loại thiết bị lắp đặt trên lưới cần đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật vận hành, chất lượng điện năng và độ tin cậy CCĐ Các loại thiết bị lắp đặt trên lưới có thể là các loại tụ bù

cố định và ứng động, các máy cắt phân loại, tự đóng lại, dao cách ly Khó khăn chính thường gặp phải là:

- Mô hình bài toán phức tạp, xác định bởi những hệ phương trình trạng thái xác lập hệ thống;

- Các biến có dạng rời rạc, đa dạng, phi tuyến

Bài toán này đã được một số tác giả nghiên cứu và đã đạt được một số kết quả có thể ứng dụng rất hiệu quả trên lưới [13]

1.4 QUY HOẠCH LĐTA VÀ CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN ÁN

Kinh nghiệm phát triển lưới điện ở nhiều nước ([63], [85], [93]) cho thấy, để nâng cao chất lượng và hiệu quả LĐTA cần áp dụng sớm các bài toán ngay trong giai đoạn quy hoạch Đồng thời phải kết hợp chặt chẽ QH LĐTA với quy hoạch tổng thể HTĐ Quốc gia

Quy hoạch HTCCĐ là khâu cuối và có mối quan hệ mật thiết với các khâu trong quá trình lập quy hoạch phát triển hệ thống điện Việc quy hoạch HTCCĐ đã được nhiều tác giả nghiên cứu trong các tài liệu ([1],[7], [12], [33], [41], [46], [58], [63],

[78], [79], [83], [85], [93]), trong đó tính tổng quát của bài toán đã được xét trên nhiều

phương diện khác nhau: mô tả toán học chung, phương pháp tìm lời giải, các bài toán

con, kinh nghiệm sử dụng mô hình toán học, tính khả thực của lời giải

Hình 1.8 Cấu trúc của quy hoạch hệ thống điện

1.4.1 Bài toán quy hoạch tổng quát

Bài toán quy hoạch tổng quát được phát biểu như sau:

Các hàm gi(X) ; (i = 1,2, ,m) được gọi là các ràng buộc

Tập hợp D = xj X; gi(X) (;;) bi (i = 1 m, j = 1,2, ,n) gọi là miền ràng

buộc

Mỗi điểm X =  x1 , x2 xn  D gọi là 1 phương án (PA)

QUY HOẠCH NGUỒN

QUY HOẠCH KINH TẾ NHÀ NƯỚC VÀ CHÍNH SÁCH NĂNG LƯỢNG

QUY HOẠCH NĂNG LƯỢNG

QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN

HỆ THỐNG ĐIỆN

DỰ BÁO PHỤ TẢI

QUY HOẠCH LƯỚI ĐIỆN

Một PA có : X* D đạt cực đại hay cực tiểu của hàm mục tiêu

Cụ thể: f(X*)  f(X) X  D (đối với bài toán min)

f(X*)  f(X) X  D (đối với bài toán max) Khi đó giá trị f(X*) được gọi là giá trị tối ưu hoá của bài toán

1.4.2 Phân loại bài toán quy hoạch

Một trong những phương pháp giải bài toán được đặt ra là phương pháp duyệt toàn bộ, tìm giá trị hàm mục tiêu của tất cả các phương án có thể trong miền ràng buộc So sánh các giá trị tính được của hàm mục tiêu f(X) để tìm ra giá trị tối ưu và phương án tối ưu của bài toán quy hoạch Tuy nhiên cách giải quyết này khó có thể thực hiện được, ngay cả khi kích thước bài toán không lớn lắm (số biến n và số ràng buộc m là không lớn) bởi vì tập D thông thường gồm một số rất lớn các phần tử, trong nhiều trường hợp còn không đếm được

Vì vậy cần có những nghiên cứu lý thuyết để có thể tách bài toán tổng quát thành những bài toán có thể giải được Các nghiên cứu lý thuyết đó thường là nghiên cứu các tính chất của các thành phần bài toán (hàm mục tiêu, hàm ràng buộc, các biến số, các hệ số) Các điều kiện tồn tại lời giải chấp nhận được, các điều kiện cần và đủ của cực trị, tính chất của các đối tượng nghiên cứu

Các phương pháp quy hoạch phát triển lưới điện có thể được phân ra thành hai loại: phương pháp tối ưu toán học chặt chẽ và phương pháp theo tiêu chuẩn (phương pháp kinh nghiệm)

1.4.2.1 Phương pháp tối ưu toán học

Phương pháp toán học là phương pháp mô hình hoá bài toán quy hoạch lưới điện về dạng toán học rồi dùng các thuật toán tối ưu để tìm ra lời giải tối ưu thoả mãn tất cả các ràng buộc Mô hình tối ưu toán học của bài toán quy hoạch lưới điện sẽ bao gồm: biến, ràng buộc và một hàm mục tiêu

Biến: có hai nhóm sau: biến quyết định và biến trạng thái Biến quyết định biểu diễn đường dây nào được chọn để xây dựng mới vào lưới do đó đây sẽ là biến nguyên Các biến này sẽ xác định cấu trúc hình học của lưới điện Biến trạng thái biểu diễn trạng thái vận hành của hệ thống như là dòng công suất, điện áp nút, … chúng thường là các biến thực

Ràng buộc: bao gồm các điều kiện xây dựng của biến quyết định, cận trên cận dưới của biến trạng thái, … Hiện nay hầu hết các mô hình toán quy hoạch lưới điện

chỉ xét đến các ràng buộc về quá tải đường dây và cân bằng công suất và không xét đến các yêu cầu về ĐTCCCĐ, ổn định điện áp…

Hàm mục tiêu: là một hàm của các biến quyết định và biến trạng thái Nó chủ yếu bao gồm chi phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành Mục đích của bài toán quy hoạch lưới điện là tối thiểu hoá hàm mục tiêu nói trên

Để giải bài toán quy hoạch lưới điện cần có các công cụ như: quy hoạch tuyến tính, quy hoạch động, quy hoạch nguyên hỗn hợp, thuật toán nhánh và cận và phương pháp hình học

Một số phương pháp quy hoạch toán học mà hiện nay đang được nghiên cứu,

áp dụng và phát triển đó là: phương pháp nhánh và cận; tìm kiếm Tabu; liệt kê ẩn 0-1;

mô phỏng tôi; Kernel-Oriented

Nhìn chung, các công cụ, phương pháp nêu trên đang ở trong quá trình phát triển, hoàn thiện và thường áp dụng trong quy hoạch nguồn, lưới điện truyền tải, việc ứng dụng vào quy hoạch HTCCĐ còn hạn chế ([41], [46], [48], [50])

1.4.2.2 Phương pháp quy hoạch theo tiêu chuẩn

Phương pháp quy hoạch theo tiêu chuẩn thực chất là sử dụng kinh nghiệm của người quy hoạch, kết hợp với các tiêu chuẩn kinh tế-kỹ thuật dạng chung Ví dụ điển hình là áp dụng các khoảng chia kinh tế trong việc lựa chọn cấp điện áp, tiết diện dây dẫn, chiều dài đường trục, gam công suất trạm Dựa vào kinh nghiệm vạch ra một số (hạn chế) các phương án khác nhau theo cách trên để lựa chọn (còn gọi là quy hoạch theo kinh nghiệm)

Phương pháp này ít hiệu quả, tuy nhiên lại vẫn được áp dụng rất phổ biến do có những ưu điểm riêng (trong đó có Việt Nam)

1.4.3 Nhận xét về phương pháp quy hoạch LĐTA

Như đã nêu trên hiện nay việc quy hoạch phát triển LĐTA chủ yếu vẫn thực hiện theo phương pháp kinh nghiệm Phương pháp quy hoạch bằng toán học chặt chẽ,

có xét đến sự tác động lẫn nhau của nhiều biến Tuy nhiên, với LĐTA do số lượng biến rất lớn, các ràng buộc thường rất phức tạp nên các công cụ tối ưu hoá nêu trên sẽ rất khó có thể giải quyết những bài toán cho lưới điện có quy mô lớn Khi lập công thức toán cho một bài toán quy hoạch LĐTA, thường phải chấp nhận những giả thiết

để làm đơn giản bài toán Nhiều trường hợp sai số rất đáng kể làm ảnh hưởng mạnh đến kết quả bài toán Hơn nữa, có một số nhân tố có tính quyết định rất khó có thể mô

hình hoá dưới dạng toán học (nhưng lại dễ lựa chọn bởi con người) do đó kết quả nhận được từ phương pháp tối ưu toán chưa chắc là một phương án tối ưu trong thực

tế

Phương pháp quy hoạch bằng kinh nghiệm được đặc trưng bởi việc mở rộng một lưới điện theo từng bước và việc cân nhắc đến mối quan hệ giữa hiện trạng lưới điện với phương hướng phát triển HTCCĐ dài hạn theo định hướng chung đã được lựa chọn Phương pháp này hiện được áp dụng rộng rãi trong quy hoạch HTCCĐ vì tính chất dễ hiểu, mềm dẻo, tốc độ tính toán nhanh, dễ thu hút cá nhân trong công việc thiết kế và có thể thu được một lời giải tương đối phù hợp với những yêu cầu thực tế

Tuy nhiên, dễ thấy rằng cần bổ sung nâng cao hiệu quả của lời giải bằng nhiều bài

toán trung gian với việc áp dụng các phương pháp đánh giá phân tích và công cụ tính

toán hiện đại Đó cũng là phương hướng nghiên cứu của nhiều chuyên gia, các nhà khoa học trong lĩnh vực quy hoạch LĐTA

1.4.4 Các nội dung nghiên cứu trong luận án

Như đã nêu trong phần mục tiêu nghiên cứu, luận án đi sâu giải quyết một số vấn

đề thuộc lĩnh vực quy hoạch lưới điện trung áp nhằm áp dụng vào điều kiện thực tế Việt Nam Hai nội dung chính là:

1 Nghiên cứu phát triển các phương pháp nhằm nâng cao hiệu quả các bước trong công tác quy hoạch lưới điện trung áp

2 Nghiên cứu định hướng phát triển và cải tạo LĐTA Việt Nam, trong đó nhằm giải quyết (một phần) vấn đề lộ trình cải tạo cấp điện áp cho LĐTA, sự tồn tại cấp điện áp 35kV

Hình 1.9 Các bước tính toán, lựa chọn phương án hiện đang sử dụng

Thu thập, phân tích hiện

trạng nguồn và lưới điện

khu vực nghiên cứu

Dự báo nhu cầu điện cho khu vực nghiên cứu

Thu thập các kế hoạch phát triển kinh tế-xã hội của khu vực nghiên cứu

Lập phương án phát triển lưới điện trên

cơ sở các tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật

Lựa chọn phương án

- Quy hoạch lưới điện truyền tải khu vực

- Các quy định riêng

21 Khâu chủ yếu trong quá trình quy hoạch đó là thiết lập phương án theo các chỉ tiêu quy chuẩn (cho tiết diện dây dẫn, chiều dài đường trục, công suất trạm ) Một số ít phương án được vạch ra và lựa chọn theo kinh nghiệm (hình 1.9)

Để nâng cao hiệu quả công tác quy hoạch, cần đưa thêm các chỉ tiêu KT-KT tổng hợp để xem xét lựa chọn nhiều phương án hơn Ngoài chỉ tiêu kinh tế, các phương án cần được đánh giá đầy đủ hơn về phương diện kỹ thuật: ĐTCCCĐ cho các hộ phụ tải, ĐTC tổng hợp của sơ đồ (để so sánh), độ dự trữ ổn định điện áp, mức độ ổn định điện

áp các nút Nói khác đi cần bổ sung vào quá trình QHPT LĐTA khâu quan trọng là đánh giá so sánh các phương áp theo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tổng hợp (hình 1.10) Việc lựa chọn áp dụng các chỉ tiêu hợp lý có ý nghĩa rất quan trọng: phản ảnh đúng chất lượng của phương án quy hoạch và có khả năng thực thi (bằng áp dụng các công cụ tính toán) Các chương 2, 3, 4 của luận án đi sâu vào các nội dung này

Hình 1.10 Các bước tính toán, lựa chọn phương án đề xuất Nội dung thứ 2 của luận án nhằm giải quyết một vấn đề cụ thể đang đặt ra với LĐTA Việt Nam: định hướng cải tạo cấp điện áp và sự tồn tại cấp điện áp 35 kV, thực chất cũng là bài toán so sánh phương án Trên cơ sở chỉ tiêu kinh tế tổng hợp (chi phí biên dài hạn), luận án so sánh các phương án khác nhau cho LĐTA điển hình các khu vực, theo các lộ trình có thể thực hiện được Kết quả nhằm góp phần nghiên cứu định hướng phát triển LĐTA Việt Nam

Dự báo nhu cầu điện cho khu vực nghiên cứu

Thu thập các kế hoạch phát triển kinh tế-xã hội của khu vực nghiên cứu

Lập phương án phát triển lưới điện trên

cơ sở các tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật

- Quy hoạch lưới điện truyền tải khu vực

- Các quy định riêng

Chương 2 NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ TỔNG HỢP, SO SÁNH PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP CHO MỘT SỐ KHU VỰC ĐIỂN HÌNH 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Vốn đầu tư cho mạng điện trung áp chiếm gần 1/3 vốn đầu tư toàn hệ thống điện Hiện tại, tỷ số đường dây phân phối / điện năng tiêu thụ và tỷ số công suất đặt TBA phân phối / điện năng tiêu thụ của Việt Nam tương ứng là 2,4km/GWh và 0,64MVA/GWh còn thấp hơn nhiều so với chỉ tiêu hợp lý là 4,0km/GWh và 0,85MVA/GWh theo tiêu chuẩn của Nhật Bản [63], dẫn tới tỷ lệ tổn thất điện năng cao (8-10)%, chất lượng cung cấp điện thấp

Triển vọng từ nay tới năm 2025, nền kinh tế Việt Nam có tốc độ tăng trưởng nhanh, trong giai đoạn dài Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế quốc dân, dẫn tới nhu cầu sử dụng điện tăng nhanh theo những tốc độ nhảy vọt Bảng 2.1 Tốc độ tăng trưởng nhu cầu điện, khối lượng xây dựng mới lưới điện

trung áp Việt Nam tới năm 2025 [15]

4 XDM TBA phân phối MVA 16.562 17.844 18.425

Để đảm bảo có đủ sản lượng điện năng với chất lượng cung cấp cao, cần nhu cầu vốn đầu tư cho phát triển LĐTA trong các giai đoạn tới là rất lớn Do vậy việc phát triển lưới điện theo hiệu quả theo tiêu chí kinh tế là rất quan trọng trong bài toán quy hoạch, thiết kế

Như chương 1 đã nêu, do điều kiện lịch sử để lại, lưới điện trung áp tồn tại khá nhiều cấp điện áp (35,22,15,10,6)kV: miền Bắc trước đây sử dụng chủ yếu các thiết

bị của Liên Xô cũ với các cấp điện áp 6,10,35kV; miền Nam chủ yếu sử dụng các

thiết bị của các nước Mỹ, Nhật, Pháp với cấp điện áp 15kV Hiện trạng này đã và đang không đảm bảo được tính hợp lý trong vận hành và tính kinh tế của hệ thống điện

Sự tồn tại nhiều cấp điện áp buộc phải sử dụng nhiều loại thiết bị với xuất sứ khác nhau, điều đó gây trở ngại trong vận hành và khó có thể thiết lập được chế độ làm việc kinh tế; thêm vào đó quá trình cải tạo và quy hoạch cũng gặp nhiều trở ngại do thiếu các chỉ tiêu, định mức hợp lý dẫn đến thiếu chính xác trong dự báo, lựa chọn thiết bị và lãng phí vốn đầu tư, kèm theo đó là quá trình gia tăng tổn thất, giảm chất lượng điện Đã có nhiều công trình nghiên cứu lựa chọn cấp điện áp LĐTA hợp lý ([4], [11]), vấn đề đồng nhất cấp điện áp LĐTA Việt Nam đã được đặt ra từ năm 1970 Ngà y 24/03/1993, Bộ Năng lượng có Quyết định số 149 NL/KHKT về việc chọn cấp điện áp phân phối 22kV trên toàn quốc

Việc lựa chọn cấp điện áp trung áp hợp lý đem lại nhiều lợi ích như:

- Giảm thiểu và tiến tới ngăn ngừa nguy cơ về sự tồn tại lâu dài lưới điện trung

áp đa cấp gây khó khăn cho công tác quản lý, vận hành, chế tạo thiết bị, cung cấp vật tư và đảm bảo hiệu quả kinh tế;

- Do sớm lựa chọn cấp điện áp hợp lý, nên việc đồng nhất LĐTA đạt hiệu quả kinh tế cao, giảm bớt khó khăn và chi phí do khối lượng lưới điện của Việt Nam hiện nay là chưa lớn;

- Chi phí chuyển đổi cấp điện áp trung áp về cấp điện áp lựa chọn sẽ được bù đắp lại bằng lợi ích do giảm tổn thất điện năng trong vận hành và giảm đầu tư xây dựng lưới điện ở những giai đoạn sau

Thực hiện Quyết định đồng nhất cấp điện áp 22kV, đến nay đã có một số địa phương hoàn thành việc chuyển đổi lưới 6,10,15 thành lưới 22kV Tuy nhiên quá trình chuyển đổi diễn ra rất chậm và chưa mang lại hiệu quả kinh tế một cách rõ ràng Hiện có nhiều quan điểm đặt ra như: có nhất thiết phải chuyển đổi lưới điện 35kV khu vực nông thôn miền núi phía Bắc thành lưới 22kV hay không?, cải tạo chuyển đổi lưới điện 6,10,15kV thành lưới 22kV với lộ trình như thế nào? Vấn đề trên gây khó khăn rất lớn cho công tác lập quy hoạch, xây dựng, vận hành

Có các phương thức khác nhau để chuyển đổi khu vực lưới trung áp đã và đang phát triển về điện áp lựa chọn:

- Tập trung nguồn vốn đầu tư, thiết bị cải tạo dứt điểm, nhanh gọn trên phạm

vi rộng với mục đích trong thời gian ngắn chuyển về cấp điện áp lựa chọn;

- Thực hiện dần từng bước tuỳ theo sự phát triển của lưới điện, với phương thức tiến hành là cải tạo dứt điểm trên phạm vi nhỏ Việc cải tạo trên phạm vi tỉnh, huyện có thể kéo dài một vài chục năm Dựa trên cơ sở tận dụng tối đa hiệu quả vật

tư thiết bị, khoanh vùng nhỏ cải tạo lưới hiện hữu về cấp điện áp lựa chọn, luân chuyển vật tư thiết bị từ vùng cải tạo bổ sung cho vùng chưa cải tạo

Bên cạnh việc lựa chọn phương thức chuyển đổi (mang tính định hướng lộ trình cải tạo) nêu trên, một lựa chọn khác cũng được đặt ra: cấp điện áp 35kV có thể

là đích hợp lý để chuyển đổi về cho khu vực nông thôn miền núi?

Để góp phần giải quyết các vấn đề đã nêu, luận án chọn cách tiếp cận tính toán trực tiếp và so sánh các chỉ tiêu kinh tế tổng hợp với các số liệu thực tế của các

sơ đồ điển hình khu vực ở miền Bắc Việt Nam

Trong chương này nghiên cứu tổng quan các chỉ tiêu kinh tế có thể áp dụng trong bài toán quy hoạch phát triển lưới điện; đề xuất mô hình và phương pháp nghiên cứu định hướng phát triển LĐTA; lựa chọn một số khu vực điển hình miền Bắc Việt Nam để tính toán các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật tổng hợp Việc nghiên cứu này làm cơ sở cho việc đề xuất định hướng phát triển lưới điện trung áp miền Bắc Việt Nam trong giai đoạn tới

2.2 CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ ÁP DỤNG TRONG BÀI TOÁN QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN

Như đã biết ([1], [5], [7], [12] ]) phương pháp so sánh các chi tiêu kinh tế tổng hợp có thể được áp dụng khi so sánh phương án, lựa chọn phương án tối ưu: phương pháp cực tiểu chi phí tính toán, phương pháp so sánh chỉ tiêu kinh tế tài chính, phương pháp cực tiểu chi phí biên dài hạn

2.2.1 Phương pháp cực tiểu hàm chi phí tính toán

Khi các phương án có doanh thu giống nhau thì người ta thường áp dụng phương pháp chi phí cực tiểu để giải bài toán tối ưu Dựa trên phương pháp này có

2 chỉ tiêu có thể sử dụng đánh giá hiệu quả của dự án ([1], [2], [7], [12]):

2.2.1.1 Chỉ tiêu chi phí quy đổi

Chỉ tiêu chi phí quy đổi của các phương án Z, xác định theo biểu thức sau:

i

Z TcTc2

(2.1) Trong đó: Z là chi phí quy đổi (đồng)

Tc là tổng số năm của chu kỳ tính toán

Zt là chi phí bỏ ra ở năm thứ t (đồng/năm)

ZTc là chi phí của năm cuối cùng Tc (đồng/năm)

Trong đó Tn thường lấy từ 8-:-10 năm

Phương án nào có Z nhỏ nhất sẽ là phương án tối ưu Trong trường hợp các phương án có Z hơn kém nhau không quá 5% thì có thể coi chúng tương đương về kinh tế, lúc đó cần phải xét thêm các chỉ tiêu phụ như chất lượng điện năng, độ tin cậy CCĐ

2.2.1.2 Chỉ tiêu chi phí quy về hiện tại (PVC)

Phương án tối ưu cũng có thể được xác định theo giá trị chi phí quy về hiện tại PVC (Present Value of Costs)

C

0

 min (2.4)

Trong đó: PVC là giá trị quy về hiện tại (đồng)

Ct là chi phí bỏ ra ở năm thứ t (đồng/năm)

Nếu chi phí ở các năm Ct = hằng số thì có thể áp dụng công thức

) (2.5)

Phương án có PVC nhỏ nhất là phương án tối ưu

2.2.1.3 Nhận xét chung về phương pháp chi phí cực tiểu

Điểm nổi bật của phương pháp có thể giải tích hóa biểu thức hàm mục tiêu, vì vậy nó cho phép so sánh hàng loạt các yếu tố như mật độ phụ tải, chiều dài tuyến dây để đánh giá, so sánh lựa chọn phương án Dựa trên phương pháp này, nhiều công trình đã ứng dụng để so sánh, lựa chọn các thông số lưới điện tối ưu

Nhược điểm của phương pháp này khi áp dụng cho bài toán quy hoạch lưới điện là không xét tới đặc điểm của lưới điện hiện hữu Khi xem xét tính toán cho bài toán quy hoạch tổng thể rất khó thực hiện do khối lượng tính toán lớn, việc quy dẫn chi phí cho các phương án theo điều kiện các phương án có doanh thu giống nhau là

rất khó

2.2.2 Phương pháp phân tích kinh tế-tài chính dự án

Phương pháp phân tích kinh tế tài chính có nhiều chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả của một dự án đầu tư ([7], [12]) Tuy nhiên thường dùng hiện nay để đánh giá so sánh dự án đầu tư có 4 chỉ tiêu để đánh giá: chỉ tiêu giá trị quy đổi về hiện tại của lãi ròng (NPV), tỷ số hiệu quả so với chi phí (B/C), thời gian hoàn vốn Tp và hệ số hoàn vốn nội tại IRR

2.2.2.1 Chỉ tiêu giá trị hiện tại của lãi ròng (NPV)

Khi tính toán giá trị hiện tại của lãi ròng cần phải lấy lãi (B) của từng năm trừ đi mọi chi phí (C) của năm tương ứng Nếu giá trị hiện tại của lãi ròng là dương thì theo quan điểm kinh tế, dự án mang lại lợi ích cho nền kinh tế, ngược lại nếu lãi ròng là âm thì làm cho nền kinh tế xấu đi

Công thức tính như sau: NPV = t t

Tc

t t

i C B

)1(

1)(





(2.6)

Trong đó: Bt là doanh thu năm thứ t (đồng)

Phương án nào có NPV lớn nhất sẽ là phương án tối ưu

- NPV là giá trị hiện tại ròng độc lập với phân bố dòng

- Căn cứ vào công thức tính NPV, thời gian càng về sau (càng lớn), giá trị (1+i)-tcàng nhỏ, do đó giá trị dòng tiền càng nhỏ, do vậy NPV tạo lợi thế cho những dự án

có vốn ban đầu thấp, thời gian ngắn so với những dự án có vốn ban đầu cao, thời gian dài

2.2.2.2 Chỉ tiêu tỷ số lợi nhuận / chi phí (B/C)

Đây là chỉ tiêu thường được dùng để xếp hạng các dự án đầu tư Tuy nhiên khi

sử dụng chỉ tiêu này nên thận trọng vì có thể có trường hợp chỉ tiêu này cho một thứ

tự xếp hạng ngược với thứ tự xếp hạng theo chỉ tiêu Max (NPV)

0

0

1

1)(

)(

(2.7)

Theo chỉ tiêu này, nếu R>1 dự án có thể được chấp nhận Khi các dự án có tính đối kháng, loại trừ nhau thì chọn dự án có R lớn hơn Với các dự án có mức đầu tư khác nhau nhiều, chỉ tiêu này có thể cho kết quả xếp hạng không đúng

Chỉ tiêu B/C thực tế ít được coi là chỉ tiêu quan trọng và là chỉ tiêu phụ trong đánh giá xem xét tính kinh tế của dự án Đặc biệt đối với các phân tích dựa trên phương pháp xác định hiệu ích của bản thân dự án với nền kinh tế, với doanh nghiệp, chỉ tiêu B/C chỉ phản ánh tổng số lợi ích so với tổng chi phí bao gồm cả đầu

tư

2.2.2.3 Chỉ tiêu thời gian hoàn vốn (Tp)

Thời gian hoàn vốn cũng là một chỉ tiêu được sử dụng rộng rãi để quyết định đầu tư Tp là số năm cần thiết để tổng thu nhập dòng hàng năm có thể đủ hoàn lại vốn đầu tư ban đầu với tỷ lệ chiết khấu i% nào đó Tp được xác định theo biểu thức: