Tính toán đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối tính attapeu, lào (tt)

Luận văn này nhằm nghiên cứu những yêu cầu trên, để trang bị những kiến thức cơ bản về công tác thiết kế và vận hành Tính phức tạp của hệ thống điện không những được đặc trưng bởi cấu tr

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

Đà Nẵng – Năm 2021

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH TRUNG HIẾU

- Phản biện 1: TS DƯƠNG MINH QUÂN

- Phản biện 2: TS NGÔ MINH KHOA

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp

thạc sĩ Kỹ thuật điện tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 20

tháng 03 năm 2021

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu và truyền thông – Trường Đại học Bách

khoa - Đại học Đà Nẵng

 Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

là rất cần thiết Luận văn này nhằm nghiên cứu những yêu cầu trên,

để trang bị những kiến thức cơ bản về công tác thiết kế và vận hành

Tính phức tạp của hệ thống điện không những được đặc trưng bởi cấu trúc, mà còn thể hiện ở tình trạng luôn phát triển theo thời gian và tính đa mục tiêu cần thỏa mãn với các mâu thuẫn tồn tại trong đó (vốn đầu tư nhỏ, độ tin cậy cao, chất lượng điện năng tốt, giá thành rẻ ) Do vậy bài toán quản lý, điều khiển vận hành tối ưu

hệ thống cung cấp điện là một bài toán lớn, đa mục tiêu, nhiều điều kiện ràng buộc Trong điều kiện hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học - kỹ thuật, các máy tính có tốc độ xử lý nhanh, nhiều phương pháp tính hiện đại nhưng việc giải bài toán tối ưu tổng quát vẫn chưa thực hiện được trọn vẹn, do vậy người ta thường tìm cách

độ tin cậy hợp lý Hệ thống điện phải được phát triển tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất

Trong phạm vi luận văn cao học tác giả sẽ tập trung tính toán

và đề xuất các biện pháp giảm tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối tỉnh Attapeu

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các chế độ vận hành hệ thống điện, vị trí các điểm mở của lưới phân phối sao cho hàm mục tiêu TTCS trong lưới điện dựa trên biểu đồ phụ tải điển hình đạt giá trị nhỏ nhất, điện áp tại các nút thay đổi trong một giới hạn cho phép, đồng thời, tính toán giá trị TTĐN bằng việc áp dụng phương pháp đường cong tổn thất

1.2.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu là lưới điện phân phối tỉnh Attapeu nước CHDCDN Lào Lưới có cấu trúc phức tạp, dây dẫn nhiều chủng loại, tiết diện dây nhỏ, không đồng nhất, các thiết bị đóng cắt được đưa lên lưới tạo nên các phương án kết lưới đa dạng Đồng thời đây là khu vực tập trung nhiều phụ tải và nhiều nguồn nên có khả năng kết lưới mạch vòng để hỗ trợ lẫn nhau, chuyển đổi phương thức cấp điện cho khách hang trong những trường hợp cần thiết Do đó, đề tài này

sẽ tập trung nghiên cứu các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế cho lưới điện phân phối tỉnh Attapeu

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

- Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế cho lưới điện phân phối tỉnh Attapeu

- Tính toán các công suất và điện áp tại các nút

- Phân tích tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật

- Xác định vị trí và dung lượng tụ bù để nâng cao hiệu quả kính tế

- Xác định được vị trí phân đoạn đường dây khi vận hành

để nâng cao độ tin cậy giảm tổn thất điện năng

1.4 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế

Thu nhập số liệu và tìm hiểu hiện trạng của lưới cung cấp điện tỉnh Attapeu

Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo trình trong và ngoài nước, tạp chí, các trang web chuyên ngành điện… đề cập tính toán xác định tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới cung cấp điện

Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu, sử dụng phần mềm CYMDIST đề thao tác tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng

1.5 Ý nghĩa của đề tài

Tính toán tổn thất điện năng lưới điện phân phối tỉnh Attapue nhằm lựa chọn được phương án kết lưới hợp lý với hàm mục tiêu tổn thất điện năng là nhỏ nhất đồng thời vẫn đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật, từ đó giúp tìm ra được các giải pháp vận hành

II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.1 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm các phần sau :

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3 Mục tiêu nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế

5 Ý nghĩa của đề tài

6 Đặt tên đề tài

Chương 1: Tổng quan về tính toán phân tích chế độ làm việc của

lưới điện để nâng cao hiệu quả kinh tế

Chương 2: Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng lưới

điện tỉnh Attapue

Chương 3: Các giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế cho lưới điện

phân phối tỉnh Attapue

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LƯỚI ĐIỆN ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ

1.1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Đặc điểm về thiết kế và vận hành của Lưới điện phân phối khác với lưới điện truyền tải Lưới điện phân phối phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng và có tổn thất khá lớn

Chế độ vận hành bình thường của lưới điện phân phối là vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện Hiện nay LĐPP thường được xây dựng theo cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở Trong mạch vòng, các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng dao cách ly hoặc thiết bị nối mạch vòng, các thiết bị này vận hành ở vị trí mở, khi cần sửa chữa hoặc có sự cố đường dây thì các dao cách ly phân đoạn sẽ được đóng hoặc mở tùy thuộc vào điểm có sự cố và việc cấp điện cho phụ tải được liên tục Lưới điện phân phối nhận điện từ các trạm phân phối khu vực gồm: 115/22kV; 22/12,7kV Lưới điện phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện cho một địa phương có bán kính cung cấp điện nhỏ, dưới

50 km

1.2 TỔNG QUAN VỀ TTCS VÀ TTĐN TRONG LĐPP

1.2.1 Giới thiệu khái quát

Tổn thất công suất (TTCS) và tổn thất điện năng (TTĐN) trong lưới điện truyền tải và LĐPP có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện Giảm TTĐN làm giảm giá thành sản xuất điện năng và góp phần làm giảm công suất phát của nguồn điện, đồng thời cải thiện chất lượng điện năng nâng cao chất lượng cung cấp điện cho khách hàng Có nhiều phương pháp giảm TTĐN khác nhau, tuy nhiên với mỗi phương thức kết lưới khác nhau, các đặc tính phụ tải khác nhau, ở từng giai đoạn cụ thể sẽ có giải pháp

giảm tổn thất khác nhau, nhằm mục đích mang lại hiệu quả như vậy, cần phải áp dụng những phương pháp tính toán, phân tích TTĐN hoàn thiện Hiệu quả của việc đưa ra giải pháp giảm TTĐN đúng gần như phụ thuộc hoàn toàn vào độ chính xác, sự phù hợp của các phương pháp tính toán, phân tích TTĐN của lưới điện Chính vì vậy, vấn đề lựa chọn phương pháp tính toán TTĐN trong hệ thống điện đặc biệt là lưới điện phân phối, đóng vai trò đặc biệt quan trọng Để

có cơ sở cho việc phân tích các nội dung trên, trước hết chúng ta nêu lại một số khái niệm cơ bản về TTCS và TTĐN

1.2.2 Bài toán về tổn thất công suất

Truyền tải điện năng có đặc tính là khi có dòng điện chạy trong lưới điện luôn xảy ra hiện tượng tổn thất điện áp trên đường dây và trong MBA Hiện tượng này làm cho điện áp ở đầu nguồn và phụ tải chênh lệch nhau Thường là điện áp ở phụ tải thấp hơn ở đầu nguồn, trừ trường hợp đường dây siêu cao áp vận hành ở chế độ non tải điện

áp ở cuối đường dây có thể cao hơn đầu nguồn; TTCS trên lưới điện

và trong MBA làm cho công suất của phụ tải nhỏ hơn công suất của nguồn điện; TTĐN trên lưới và trong MBA làm cho điện năng của phụ tải nhỏ hơn điện năng của nguồn điện

a Tổn thất công suất trên đường dây

b Tổn thất công suất trong máy biến áp

c Tổn thất điện năng trên đường dây

d Tổn thất điện năng trong máy biến áp

1.2.3 Bài toán về tổn thất điện năng trong thiết kế

Khi tính toán thiết kế, với yêu cầu độ chính xác không cao, có thể

áp dụng nhiều cách tính gần đúng ngay cả khi rất thiếu thông tin Trên cơ sở giả thiết đã xác định TTCS ứng với chế độ phụ tải cực đại

Pmax TTĐN được tính theo công thức đơn giản sau:

(1.14)

D A = D Pmax t

Với cách tính này chỉ cần xác định 2 đạt lượng Pmax và , trị

số Pmax có thể xác định chính xác theo các chương trình tính toán đã nêu hoặc theo các cách tính gần đúng Khó khăn chính là giá trị không thể xác định chính xác được, thường trong tính toán của chúng

ta hiện nay giá trị của  được xác định theo các biểu thức sau:

− Công thức kinh nghiệm:

4 max(0,124 T 10 ).8760

min max

max max 1

2 8760 1

8760 8760

2

P p P

p T

T T

8760.87,08760.13,0

(1.18) Các công thức trên chỉ là gần đúng, lấy theo thực nghiệm và tiệm cận hóa, nhất là được xác định trên những lưới điển hình, có cấu trúc tiêu chuẩn của nước ngoài, điều này có thể không phù hợp cho lưới điện nước ta

1.2.4 Tính toán TTĐN trong quản lý vận hành lưới điện phân phối

- Xét đến các đặc trưng cụ thể của biểu đồ phụ tải các nút Phản ánh được các yếu tố tác động làm thay đổi trị số TTĐN, đặc biệt là các yếu tố điều khiển vận hành (ví dụ: thay đổi đầu phân

áp, đóng cắt dung lượng bù, thay đổi số lượng các phần tử vận hành song song…)

Những yêu cầu trên đã dẫn đến phải áp dụng những phương pháp riêng để tính toán TTĐN trong điều kiện vận hành Trước hết, ngay trong cách xác định TTCS đã cần áp dụng các mô hình đầy đủ hơn để xác định Pmax Mô hình phải phản ảnh được các yếu tố về chế độ điều chỉnh điện áp, trạng thái các thiết bị bù Trong các tính toán thiết kế thương chỉ tính theo chế độ trung bình, bởi không cần thiết và cũng chưa có các số liệu điều khiển vận hành trong thời gian thực

Để đảm bảo có độ chính xác cao việc xác định TTĐN không thể chỉ căn cứ vào một vài thông số của biểu đồ phụ tải (như Tmax,

Pmax) mà phải căn cứ vào toàn bộ biểu đồ Yêu cầu này đã dẫn đến cách áp dụng phương pháp tính trực tiếp vẫn thường được áp dụng hiện nay trong nhiều tài liệu Phương pháp đòi hỏi phải có được các biểu đồ phụ tải điển hình phản ảnh được thực trạng của HTCCĐ

1.3 BÀI TOÁN NÂNG CAO HIỂU QUẢ KINH TẾ LĐPP 1.3.1 Tính kinh tế của việc giảm tổn thất

1.3.2 Các biện pháp giảm tổn thất

1.4 ĐỘ TIN CẬY

1.4.1 Độ tin cậy và các chỉ tiêu độ tin cậy

1.4.2 Tổn thất kinh tế do mất điện và ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc hệ thống

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN

NĂNG LƯỚI ĐIỆN TỈNH ATTAPEU

2.1 GIỚI THIỆU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH ATTAPEU 2.1.1 Đặc điểm tự nhiên - xã hội tỉnh Attapeu

Tỉnh Attapue là một tỉnh tại miền Nam Lào Tỉnh Attapeu có 5 huyện và huyện Samakhixay là thủ huyện Phía Bắc giáp tỉnh Xekong, phía Tây giáp Champasak, phía Đông giáp tỉnh Kontum (Việt Nam) và phía Nam giáp với Campuchia

Attapue có 1 cửa khẩu quốc tế (cửa khẩu Lào - Việt) nối tiếp Attapue với tỉnh Kontum, Việt Nam

2.1.2 Đặc điểm LĐPP tỉnh Attapeu

Trước năm 2009 toàn tỉnh Attapeu chưa có hệ thống cung cấp điện bền vững, trong vùng còn sử dụng máy phát điện chạy bằng Desell để cung cấp điện ở phố huyện Samakhixay, phụ tải chủ yếu là sinh hoạt chiếu sáng Hiện nay cả tỉnh Attapeu có điện sử dụng của các làng là 145 làng dân, trong đó có 142 làng dân đã có điện để

dùng, chiếm tỉ lệ 97,93%

a Nguồn cung cấp điện

Để đảm bảo cho việc cung cấp điện liên tục, có độ tin cậy cao lưới điện tỉnh Attapeu có nguồn cung cấp từ như sau:

Bảng 2.1 Tổng hợp nguồn cung cấp điện

STT Tên nguồn

điện

Số tổ máy phat

CS phát (MVA)

TCS phát (MVA)

Cấp điện áp (kV)

Bảng 2.2 Số lượng trạm máy biến áp năm 2018 ở tỉnh Attapeu

STT Tên trạm Số tổ

máy biến

áp

CS (MVA)

TCS (MVA)

Số tổ xuất tuyến

Cấp điện áp (kV)

tế của mỗi nước, khoảng cách truyền tải càng xa, công suất truyền tải càng lớn thì cấp điện áp càng phải cao để tránh tổn thất trên đường dây, người ta chia các lưới điện theo các cấp điện áp như sau:

Bảng 2.3 Thống kê năm 2017 của Công ty Điện lực Attapeu

TT

1 Mua điện năng 1,000,000 kWh 81.275

2.2.2.1 Phương pháp lặp Gauss – Seidel:

2.2.2.2 Phương pháp lặp Newton – Raphson

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG HTCCĐ

2.3.1 Phương pháp tích phân đồ thị

2.3.2 Phương pháp dòng điện trung bình bình phương

hệ thống cung cấp điện

2.4 Tính toán ttcs và ttđn cho lưới điện phân phối tỉnh attapeu 2.4.1 Phần mềm CYMDIST.

Đối với lưới phân phối số lượng nhánh và nút là khá lớn Do

đó cần phải lựa chọn phần mềm tính toán đủ mạnh cho phép tính với

số lượng biến lớn và phù hợp, có thể xét đến đầy đủ các yêu tố để tạo nên độ chính xác thỏa đáng đối với lưới phân phối Sau đây sẽ phân tích đánh giá phần mềm CYMDIST tính toán chế độ xác lập đối với lưới điện tỉnh Attapeu

Cấu trúc của phần mềm như sau:

Data collection

Network modeling

Power flow calculation

2.1.3.1 Cách sử dựng chương trình tính toán Cymdist

a Khởi động Cymdist

b Các lệnh dụng thường sư dụng để làm hình vẽ

c Số liệu của lưới điện

2.4.2 Phương pháp đường công tổn thất theo thời gian của xuất tuyến (feeder 1- Safaothong) trạm Saysettha (mùa mưa)

Sau đây là số liệu tiêu thụ điện năng qua các giờ trong ngày mùa

mưa tại xuất tuyến F1- Safaothong trạm Saysettha tỉnh Attapeu được tác giả thu thập và tổng kết quả bảng dưới đây

Bảng 2.7: Bảng tiêu thụ điện năng theo thời gian trong một ngày mùa mưa năm 2018 của F1- Safaothong trạm Saysettha tỉnh Attapeu Thời gian t(h) Công suất P

2.4 KẾT LUẬN

Lưới điện phân phối là một phần quan trọng trong hệ thống điện trong đó còn tồn tại nhiều vấn đề hiện nay chưa được giải quyết như: Vấn đề quản lý, vận hành tối ưu chưa được quan tâm Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối chiếm một

tỷ trọng khá lớn, gây nên những thiết hại đáng kể cho nền kinh tế nhà nước Công tác quản lý còn nhiều bất cập chưa phù hợp Chất lượng điện năng chưa được quan tâm đúng mức

CHƯƠNG 3 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ CHO

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH ATTAPEU

3.1 BÀI TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

3.1.1 Tổn thất công suất trên một đoạn xuất tuyến phân phối

Để đơn giản ta xét một phân đoạn của 1 xuất tuyến với các phụ tải tập trung và phân bố đều như Hình 3.1 Mỗi phân đoạn này biểu thị một phần của đường dây và nằm giữa các thiết bị đóng cắt, thiết bị điều chỉnh điện áp hay các điểm quan trọng trên lưới

Vì tổn thất do thành phần cùng pha ( hay tác dụng ) của dòng điện trên đường dây khi lắp đặt tụ bù có ảnh hưởng không dánh kể,

do đó để đơn giản ta có thể bỏ qua trong tính toán Như vậy chỉ còn thành phần lệch pha ( hay thành phần kháng ) của dòng điện được tính vào giảm tổn thất công suất khi lắp đặt thêm tụ điện

3.1.2 Giảm tổn thất nhờ lắp đặt tụ bù

3.1.3 Vị trí lắp đặt tối ưu bộ tụ điện

3.1.4 Quan hệ về dung lượng của các tụ bù cố định

3.2 CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT, TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

Bảng 3.1 Kết quả thay dây dẫn trong chương trình CYMDIST cho

lưới điện phân phối

trạm

Tên xuất tuyến

∆P 1 (k W)

DD mới

TTCS

∆P 2 (k W)

Chiề

u dài (km)

Giảm TTCS δP(k W)

-SSt

saysett

F1-ha

ACSR 150m

say

Xansay

F2-ACSR 185m

PV

ACSR 150m

Giải bài toán bù cho lưới điện phân phối tỉnh Attapeu

Vị trí và dung lượng của bộ tụ bù trong chương trình CYMDIST được thiết lập từ dữ liệu bộ tụ 100kVAR và 200kVAR vài giai đoạn như sau:

a Sử dụng bộ tụ 100kVAR và 200kVAR phần phase cho xuất tuyến F1- Safaothong trạm Saysettha

Bảng 3.2 Kết quả tính toán đặt bộ tụ 100kVAR và 200kVAR phần phase cho xuất tuyến F1- Safaothong trạm Saysettha

Số lượng

TTCS trước khi bù (kW)

TTCS sau khi bù(kW)

Giảm TTCS (kW)

kW sau khi lắp đặt bộ tụ 100 kVAR cố định giảm được 13.6 kW và 35.67 kW sau khi lắp đặt bộ tụ 200 kVAR cố định giảm được 19.73

kW