Cung cấp điện (ĐCN- 2021)

1.2 Nhiệm vụ của quy hoạch mạng điện địa phương Nhiêm vụ của bài toán quy hoạch mạng điện là: dự báo phát triển hệ thống điện trong từng giai đoạn, xây dựng cấu trúc tối ưu của hệ thống,

Bộ giáo dục và đào tạo Tr-ờng đại học s- phạm kỹ thuật h-ng yên

Khoa ĐIện- Điện tử

Chương 1Khái niệm chung1.1 Khái niệm

Với sự phát triển của nền kinh tế đòi hỏi một sự phát triển mạnh mẽ và liên tục của hệ thống năng lượng, mà trong đó hệ thống điện đóng vai trò quan trọng, để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng Do đó quy hoạch điện là một trong những bàitoán quan trọng trong chương trình quy hoạch phát triển kinh tế Quốc gia Với những đặc điểm và tính chất khác biệt của mình, hệ thống điện có rất nhiều mối quan hệ với: môi trường xung quanh; các điều kiện khí tượng, thiên văn; tài nguyên; nhân lực; tài chính; sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sự phát triển của văn hoá xã hội và sản xuất Những mối quan hệ ấy cùng với quan hệ bên trong của hẹ thống làm phức tạp hoá bài toán quy hoạch mạng điện

Trong quá trình quy hạch cần tính đến những đặc điểm quan trọng của hệ thốngđiện là : luôn phát triển theo thời gian, có nhiều mối quna hệ phi tuyến; gồm nhiều phần tử phức tạp; các tham số biến đổi ngẫu nhiên; các quá trình sản xuất và tiêu thụ điện diễm ra hầu như đồng thời

1.2 Nhiệm vụ của quy hoạch mạng điện địa phương

Nhiêm vụ của bài toán quy hoạch mạng điện là: dự báo phát triển hệ thống điện trong từng giai đoạn, xây dựng cấu trúc tối ưu của hệ thống, thiết lập chế độ làm việc tối ưu,cung cấp điện chất lượng và tin cậy cho các hộ dùng điện Có thể khái quát quá trình tiến hành quy hoạch điện bởi sơ đồ hình 1.1

2

Nhiệm vụ quy hoạch

Điều tra và sử lý số liệu

Dự báo nhu cầu sử dụng điện và dụ báo phụ tải

Xây dựng mô hình toán học của hệ thống điện

Phân tích chất lượng điện S

Xác định thiệt hại do mất Điều chỉnh cấp điện áp CLĐ tối ưu

điện và xác suất mất

S San bằng đồ thị phụ tải Chế độ tối ưu

Đ

Phân tích độ tin cậy cung

cấp điện Bảo vệ rơle và tự động S

Độ tin cậy tối ưu điều khiển

Đ Phân đoạn đường dây

Hình 1.1 : Lược đồ quy hoạch mạng điện địa phương Hạch toán giá thành

3

1.3 N i dung chính c a quá trình quy ho ch m ng đi n đ a phộ ủ ạ ạ ệ ị ương

Đ l p quy ho ch m ng đi n đ a phể ậ ạ ạ ệ ị ương ta ti n hành các bế ước

sau:

- Tìm hi u tình hình đ a phể ị ương

- D báo nhu c u năng lự ầ ượng và đ th ph t i c a đ a phồ ị ụ ả ủ ị ương

- Xác đ nh phị ương hướng s d ng ngu n đi n trung ử ụ ồ ệ ương và ngu n đi n ồ ệ

đ a phị ương

- Xác đ nh c u trúc c a m ng đi n đ a phị ấ ủ ạ ệ ị ương

- Tình toán ch đ đ đánh giá các ch tiêu c a m ng đi nế ộ ể ỉ ủ ạ ệ

1.3.1 Điều tra và sử lý số liệu

1.3.1.1 Điều tra

Thông tin là “nguyên liệu” tối cần thiết cho quá trình quy hoạch điện Thông tin

được thu thập từ các nguồn khác nhau như:

+ Các dự án phát triển kinh tế

+ Các tài liệu, sổ tay thiết kế, tính toán

+ Số liệu lưu trữ về sản xuất và tiêu thụ điện năng

M (X),(x) – kỳ vọng và độ lệch chuẩn của tham số x cần khảo

sát; s- sai số tương đối cho phép;

- bội số tản, phụ thuộc vào độ tin cậy tính toán, có thể lấy giá trị trong khoảng 1,5

2,5

Sau khi thu thập, được trình bày dưới dạng bảng biểu theo nguyên tắc thống

kê 1.3.1.2 Xử lý sô liệu

* Đánh giá sai số

Có ba loại sai số có thể mắc phải trong quá trình sử lý số liệu là : Sai số thô, sai số

hệ thống và sai số ngẫu nhiên

- Sai số thô; Trong quá trình đo đếm đôi khi ta gặp phải những kết quả sai khác nhiều

so với các số liệu bên cạnh Cần phải nghĩ ngay đó là sai số thô do những sai lầm, sơ xuất trong quá trình thu thâp số liêu gây ra Coi đó là những con số nghi ngờ, ta cần phải kiểm tra để loại trừ những nghi ngờ xuất hiện

Giả thuyết sự phân bố xác suất của chuỗi số liệu tuân theo quy luật chuẩn, lúc đó theoquy tắc “ba xích ma” ta có:

- Sai số hệ thống: Do nhữmg nguyên nhân không thể khắc phục được mà ở mỗi phép

đo đều chứa một sai số nhất định gọi là sai số hệ thống Đây là sai số có thể dự đoán trước được một khi đã biết trước được quy luật biến thiên của các trị số trong các điềukiện đo cụ thể Do đó có thể dùng các biện pháp khác nhau để loại trừ sai số hệ thống.Chẳng hạn kiểm tra sai số hệ thống bằng các thiết bị đo chính xác hơn

- Sai số ngẫu nhiên: Trong quá trình đo đếm có thể có rất nhiều nguyên nhân không thể lường trước dẫn đến những sai số của phép đo, mà người ta gọi là sai số ngẫu nhiên Sai

số này phụ thuọc vào phương sai của đại lượng của đại lượng đo và có thể

hiệu chỉnh theo biểu thức:

s.

Trong số các loại sai số có thể phân biệt làm sai số tĩnh và sai số động Sai sô tĩnh xuất hiện trong phép đo một đại lượng không đổi theo thời gian, còn sai số động xuất hiện khi phép đo được thực hiện với các tham số biến động theo thời gian Sai số động càng lớn nếu thời gian của phép đo càng dài Để phan tích sai số động có thể áp dụng hiệp phương sai, giả thuyết trong thời gian đo kỳ vọng toán của đại lượng đo là không đổi

* Xác định các đại lượng đặc trưng của tập mẫu

- Kỳ vọng toán hay giá trị trung bình

M (x)  X 1 n x i

n

i1

(1.5)

Trong đó : xi – giá trị quan sát thứ i

- Phương sai tập mẫu

5

-Phương sai tập tổng quát:

* Mô tả và phân tích mô hình phân bố số liệu

Có thể dùng mô hình xác suất thống kê để mô tả tập số liệu quan sát theo các quyluật phân bố thông dụng Ở đây đòi hỏi sự kết hợp giứa toán học và chuyên mônđiện Để tăng độ chính xác và mức độ tin cậy của kết luận cần phải ứng dụng nhiềutiêu chuẩn khác nhau để so sánh đối chiếu

* Biểu diễn các tham số quan sát dưới dạng hàm tương quan hồi quy

Việc phân tích tương quan hồi quy giúp ta hiểu rõ được mối quan hệ phụ thuộc giữa

các tham số quan sát trong quá trình quy hoạch điện và do đó có thể thiết lập được mô

hình toán học một cách dế dàng Đồng thời có thể đánh giá được mức độ ảnh hưởngcủa các nhân tố khác nhau đối với hệ thống điện Thông qua phân tích tương quan hồiquy có thể xác định được tham số kinh tế, kỹ thuật cần thiết và có thể lập được môhình dự báo theo kiểu ngoại suy Các mô hình tương quan được đánh giá theo hệ sốtương quan và mô men tương quan của các tham số Mô men tương quan giữa hai đạilượng Y và X được xác định:

yx   x i  M (x).y i  M ( y)

n

yi, xi – giá trị các đại lượng Y và X ở phép đo thứ i

M(x), M(y) - kỳ vọng toán của các đại lượng X, Y. Hệ

số tương quan tuyến tính:

1.3.2 Phân tích đặc điểm của vùng quy hoạch

Các đặc điểm tự nhiên, khí hậu, xã hội, kinh tế của vùng quy hoạch có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của hệ thống điện Việc phân vùng quy hoạch có thể dựa theo cơ

sở phân vùng: tự nhiên, đồng bằng, trung du, ven biển, miền núi

6

Trên cơ sở phân tích đặc điểm của vùng quy hoạch cần thiết lập các mối quan hệ phảnánh sự ảnh hưởng của các đặc điểm này đến các tham số của hệ thống điện Ví dụ nhưảnh hưởng của lượng mưa trung bình trong năm đối với lượng điện năng tiêu thụ, quan hệ giữa mức độ phức tạp của địa hình đối với vốn đầu tư xây dựng mạng điện, quan hệ giữa mật độ dân số với thừi gain sử dụng công suất cực đại, giữa mức độ tăng trưởng kinh tế với mức gia tăng tiêu thụ điện năng hàng năm

1.3.4 Đánh giá hiện trạng

1.3.4.1 Đánh giá nguồn điện

Phân tích và đánh giá tiềm năng của nguồn điện có thể khai thác ở đại phương như:nhiệt năng, thuỷ năng, phong năng Đối với mạng điện được cung cấp từ lưới điệnQuốc gia thì nguồn điện là các trạm trung gian và mạng điện cung cấp Cần phân tích và đánh giá khả năng phát triển của trạm biến áp trung gian để đáp ứng cho nhu cầu phát triển của mạng điện trong vùng

1.3.4.2 Đánh giá khả năng mang tải của mạng

điện * Khả năng mạng tải của trạm biến áp

Hệ số mạng tải trung bình của trạm biến áp được xác định theo biểu thức:

mt P

Ptb, Pdm – công suất tiêu thụ trung bình và công suất định mức của máy biến áp

Ví dụ: Khu công nghiệp: Đại An: TBA trung gian ( TBA chính): 110/35 kV; Các XN trong khu công nghiệp lấy điện từ 35/0,4 kV Xí nghiệp: 35/0,4 kV ( vinamill)

* Khả năng mạng tải của đường dây

Trước hết ta cần xác định mật độ dòng điện thực tế trên các đường dây:

j  I

I – dòng điện chạy trong dây dẫn (A):

F - tiết diện dây dẫn mm2

So sánh giá trị mật độ dòng điện thực tế với giá trị dòng điện kinh tế để đánh giá mức độ mang tải của đường dây

* Bán kính hiệu dụng của lưới phân phối

Bán kính hiệu dụngcủa mạng điện phân phối được xác định theo biểu thức:

R

hd 1,2.3 4,35.Ucf U2

(1.14)

 r0

Ucf – Hao tổn điện áp cho phép trên mạng

điện; U - Điện áp định mức của mạng điện, kV;

7

 - Mật độ phụ tải kW/ km2;

r0 - Suất điện trở của đường dây/km

* Số lượng trạm biến áp tiêu thụ

Số lượng trạm biến áp tiêu thụ biểu thị mật độ các điểm tải trong khu vực quy

hoạch điện, có thể xác định theo biểu thức:

K 10.Ucf (Z.U )2 d p

m

S – Công suất của mạng điện, kVA;

k - Hệ số tính đến địa hình vùng quy hoạch;

b - Suất vốn đầu tư thay đổi theo đường dây,

đ/km.mm2; m - Suất vốn đầu tư cố định của trạm biến

áp, đ/ trạm; Z - Số lộ ra của trạm;

d - Điện dẫn của kim loại làm đường dây;

p0 - mật độ công suất của đường dây, kW/km

Thiết kế cung cấp điện: - Loại phụ tải: 1 sử dụng >= 2 máy biến áp

- Phụ tải loại 2: 2 MBA hoặc 1 MBA: Phân tích kinh tế

1.3.4.3 Đánh giá chất lượng điện

Chất lượng điện được đánh giá dựa trên số liệu quan sát về sự thay đổi của các

tham số ở các nút khác nhau trong mạng điện Về phương pháp đánh giá cụ thể xin xem trong chương chất lượng điện

1.3.4.4 Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện

Độ tin cậy được đánh giá dưới góc độ an toàn và dưới góc độ cung cấp điện trên cơ sởkhảo sát trạng tháicủa từng thiết bị phần tử độc lập của mạng điện Xác định số lần và thờigian mất điện trong năm Xác định thiệt hại sau mỗi lần mất điện Phương pháp đánh giá

độ tin cậy được trình bày chi tiết trong chương “ độ tin cậy cung cấp điện”

1.4 Quan hệ giữa năng lượng và môi trường

* Gây ô nhiễm tầng khí quyển

* Sự ô nhiễm nguồn nước

* Hiệu ứng nhà kính

1 Gây ô nhiễm tầng khí quyển

- Các chất thải độc hại từ các nhà máy nhiệt điện có thể liệt kê ra như CO, CO2 ,

SO2 , NOx

- Khi đốt 1 tấn than sẽ sinh ra 66 kg SO2, 11 kg bụi và nhiều khí độc hại khác Cụ thể là:

8

+ Lượng khí CO2 do con người đốt nhiên liệu khoáng phế thải vào trong không khí

là trên 5 tỉ tấn/ năm

+ Lượng SO2 là 200 triệu tấn / năm

+ Lượng NOx là 150 triệu tấn / năm

- Các kết quả nghiên cứu về ô nhiễm do sunphua điôxyt (SO2) và bụi thải cho thấy50% dân số thành thị trên thế giới (khoảng 900 triệu người) đang sống trong môi trư-ờng không khí có hàm lượng SO2 vượt quá tiêu chuẩn cho phép, trên 1 tỉ người đang sống trong môi trường có hàm lượng bụi vượt quá tiêu chuẩn cho phép, chính

do nguyên nhân trên mà hàng năm trên thế giới có ít nhất khoảng 500.000 trẻ em bị chết yểu, từ 4 đến 5 triệu người bị mắc bệnh đường hô hấp và hàng triệu trường hợp mắc các bệnh tật khác

- Các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than là nguồn thải chính của các chất thải các bon.Các nhà máy điện hiện nay sản ra 36% chất thải các bon từ các sản phẩm năng l-ượng, và nó sẽ tăng lên đến 38% vào năm 2015

- Hiện nay than chiếm 52% của tổng số các nhà máy điện nhưng thải ra 87% các chấtthải „

Lượng thải cacbon từ các nhà máy nhiệt điện

9

Khí thải của các nhà máy điện lại góp phần làm thủng tầng ôzôn của trái đất, gây

ra những hậu quả to lớn mà cho đến nay người ta cũng chưa thể đánh giá hết được

Tầng ôzôn nằm ở độ cao 20-30 km trong tầng bình lưu được sinh ra do sự biến đổi của oxy(O2) thành ôzôn (O3) Tầng ôzôn đã ngăn được hơn 90% tia tử ngoại có hại do mặt trời chiếu xuống trái đất, cho nên các nhà khoa học còn gọi tầng ôzôn là

"cái mộc của trái đất"

Khi tầng ôzôn bị phá hoại, thì tia tử ngoại trực tiếp chiếu xuống mặt đất, gây ung thư

da, làm tổn thương mắt một cách mãn tính và còn ảnh hưởng đến chức năng của hệ thống miễn dịch của cơ thể

Hiện nay, tầng ôzôn của Nam cực đã mỏng đi 65%, còn tầng ôzôn trên không trungBắc Âu, Nga và Canađa giảm đi từ 12 - 20%, thậm chí tầng ôzôn ở nhiều nơi còn bị thủng hẳn mà tiêu biểu là ở Nam cực đã có một lỗ thủng rộng bằng 20% diện tích củaNam cực

2 Sự ô nhiễm nguồn nước

Nước của các đại dương và hồ, ao, sông, suối ngày càng bị ô nhiễm nặng nề Các nhà máy nhiệt điện vừa thải khói ra môi trường lại vừa thải các chất độc hại

xuống nguồn nước gây ra sự axít hoá môi trường (ao, hồ, sông, suối ) chính là một nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước Hiện tượng axit hoá không phải bắt nguồn duy nhất từ nguồn gốc tự nhiên, mà nó là kết quả sự biến đổi thành axit của khí SO2 (tỷ lệ 2/3) và của khí NOx (tỷ lệ 1/3) nhả ra từ cột ống khói của các nhà máy điện

3 Hiệu ứng nhà kính

ở quy mô toàn cầu đã có nguy cơ ấm dần lên của hành tinh chúng ta Các nhàmáy nhiệt điện có sử dụng khí thiên nhiên với hàm lượng chủ yếu là mêtan có khả năng gây ra hiệu ứng nhà kính nhiều gấp 20 lần so với khí CO2 Hiệu ứng nhà kính

là hiệu ứng gây ra bởi ba chất khí thải chủ yếu là Cacbonic (CO2), mêtan (CH4) và ôxyt nitơ (N2O) Những khí này tạo ra một màng bọc bầu khí quyển và làm phản xạ lại bề mặt trái đất lượng nhiệt năng phát ra từ trái đất

10

Orleans, lu vực sông Nil, lưu vực sông Mêkông, sông Indus sẽ là những nơi trực tiếp

bị đe doạ Ngoài ra những dòng hải lưu lớn có thể bị dịch chuyển, có những nơi hoàntoàn biến thành sa mạc

1.5 Quản lý nhu cầu năng lượng

1.5.1 Khái niệm chung về DSM

“DSM là tập hợp các giải pháp kĩ thuật, công nghệ, kinh tế-xã hội

nhằm quản lí và sử dụng điện một cách hiệu quả và hợp lí nhất, đồng thời cải thiện biểu đồ phụ tải để đạt hiệu quả sản xuất năng lượng tốt hơn.

Hai chiến lược cơ bản mà DSM mang lại đối với việc sản xuất và tiêu thụ điệnnăng là:

+ Nâng cao hiệu suất sử dụng điện năng ở các hộ dùng điện

+ Điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với khả năng cung cấp điện năng một cách kinh tế nhất

Các quốc gia phát triển và chưa phát triển đều đã tiến hành chương trình quốcgia về quản lý nhu cầu tiêu thụ năng lượng

1.5.2 Sự biến thiên của đồ thị phụ tải

Phụ tải năng lượng có một đặc điểm là thường biến đổi không đồng đều theothời gian trong ngày (giờ cao điểm, giờ thấp điểm), theo ngày (ngày làm việc, ngàynghỉ), theo mùa trong năm (mùa lạnh, mùa nóng) và theo xác suất đóng cắt phụ tải mộtcách ngẫu nhiên Sự phân bố không đều này thường do giờ giấc và thói quen trongsinh hoạt, cách tổ chức sản xuất, làm việc và nghỉ ngơi, sự thay đổi thời tiết…

11

Sự chênh lệch giữa phụ tải lớn nhất và phụ tải thấp nhất của đồ thị phụ tải có thể rất lớn làm cho việc vận hành hệ thống khó khăn, gây qua tải cho nguồn.

Đối với các đồ thị phụ tải có thành phần phụ tải sinh hoạt lớn thì thường độ chênhlệch giữa phụ tải giờ cao điểm và phụ tải giờ thấp điểm là rất lớn Đó là điều rất bất lợicho hệ thống Ví dụ ở nước ta, vào mùa khô, khi không đủ nước cho các nhà máy thuỷđiện, để "phủ" được nhu cầu cao điểm, hệ thống phải huy động những loại nguồn cóchi phí nhiên liệu lớn như: diézel, các nhà máy chạy dầu kể cả dầu DO hoặc là phải cắtbớt tải…còn vào giờ thấp điểm của mùa nước, mặc dù đã ngừng hầu hết các nhà máynhiệt điện, ở các nhà máy thuỷ điện vẫn phải dừng bớt một số tổ máy và xả nước thừa

đi vì công suất tổng quá nhỏ Mặt khác những sự cố ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thốngcũng thờng xảy ra vào các giờ cao điểm do cháy máy biến áp, tụt lèo, đứt dây…

Về mặt vận hành với đồ thị phụ tải biến động lớn, thành phần thay đổi, quá trình khởiđộng và dừng máy diễn ra thờng xuyên ảnh hưởng đến tuổi thọ và chỉ tiêu kinh tế kỹthuật của các thiết bị trên toàn hệ thống, tổn thất công suất và điện năng cũng như cácchỉ tiêu chất lượng điện năng khác luôn biến động trong giới hạn rộng Vận hành nhvậy là rất không kinh tế Vì vậy vấn đề áp dụng kĩ thuật điều khiển quản lý điện năngDSM đã được nhiều nớc phát triển nghiên cứu áp dụng từ nhiều năm nay và hiện naynhiều quốc gia đã xem DSM như là một phần quan trọng trong chương trình năng l-ượng của mình

1.5.3 Mục tiêu và chiến lược của DSM

Hai mục tiêu đồng thời cũng là hai chiến lược quan trọng của DSM là nângcao hiệu quả sử dụng điện năng ở các hộ dùng điện và điều khiển nhu cầu sử dụng điện năng sao cho phù hợp với khả năng cấp điện của hệ thống

1.5.3.1Nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng ở các hộ dùng điện

Mục tiêu của chiến lược này là nhằm giảm nhu cầu điện năng của các phụ tải điệnnhờ việc sử dụng các thiết bị dùng điện có hiệu suất cao, giảm tổn thất điện năng vàhạn chế sử dụng năng lượng một cách vô ích Các giải pháp để thực hiện chiến lượcnày như sau :

a- Sử dụng các thiết bị dùng điện có hiệu suất cao

Do áp dụng các tiến bộ về khoa học và công nghệ nên đã xuất hiện trên thị trườngcác thiết bị tiêu thụ điện có hiệu suất cao Vì vậy có thể tiết kiệm một lượng điện nănglớn trong các lĩnh vực sản xuất và đời sống nh sử dụng các thiết bị chiếu sáng tiết kiệmđiện, sử dụng các động cơ điện và các thiết bị sử dụng động cơ điện có hiệu suất cao,thay thế các thiết bị điện cơ bằng các thiết bị vi điện tử có cùng chức năng nhng tiêuthụ năng lượng ít hơn nhiều(ví dụ thay thế các rơle điện cơ bằng các rơ le kĩ thuật số)

b- Hạn chế tối đa việc sử dụng điện năng vô ích

12

Sử dụng điện năng vô ích là việc sử dụng điện năng lãng phí, không có mục đích,

để thất thoát quá nhiều nhiệt năng trong các thiết bị nhiệt có dùng điện, thất thoát điệnnăng trong các lĩnh vực công nghiệp và sinh hoạt do thiết kế các công trình kiến trúc

và xây dựng qui trình sản xuất không hợp lí hoặc do câu móc điện trước công tơ Đểhạn chế tối đa việc sử dụng điện năng vô ích cần sử dụng các hệ thống tự động đóngcắt nguồn điện, điều chỉnh công suất tiêu thụ cho phù hợp với yêu cầu, cải tiến các lớpcách nhiệt của các thiết bị nhiệt có sử dụng điện năng, thiết kế kiến trúc hợp lí các toànhà theo hướng sử dụng hiệu quả năng lượng để giảm nhu cầu dùng điện, tối ưu hoácác qui trình sử dụng thiết bị dùng điện trong công nghiệp, quản lí chặt chẽ hơn đườngdây cung cấp điện và các thiết bị đo đếm điện năng

1.5.3.2 Điều khiển nhu cầu sử dụng điện phù hợp với khả năng cung cấp điện

Việc điều khiển các nhu cầu sử dụng điện cho phù hợp với khả năng cung cấp điện ược thực hiện bởi các nhà sản xuất và phân phối điện Các giải pháp để thực hiệnchiến lược này bao gồm:

đ-a Thay đổi đồ thị phụ tải nhằm giảm độ chênh giữa phụ tải đỉnh và phụ tải thấp nhất

Các biện pháp để thay đổi đồ thị phụ tải là:

- Cắt giảm đỉnh Đây là biện pháp nhằm giảm nhu cầu điện trong các giờ cao điểmcủa hệ thống điện Có thể cắt giảm đỉnh một cách cưỡng bức bởi các thiết bị đóng cắt

tự động hoặc cắt giảm đỉnh một cách tự giác thông qua việc đa vào sử dụng công tơhai giá ( công tơ 3 giá)

- Lấp thấp điểm Có thể lấp thấp điểm bằng cách tạo thêm các phụ tải lúc thấp điểm vàcũng dùng biện pháp tự giác bằng việc sử dụng công tơ hai giá ( 3 giá) Vào các giờcao điểm ( giá phải trả cao), như vậy sẽ làm cho ngời sử dụng điện tự giác cắt bớt cácthiết bị không cần thiết sử dụng trong các giờ đó

- Chuyển dịch phụ tải Chuyển sử dụng điện lúc cao điểm sang lúc thấp điểm của đồthị phụ tải sẽ làm giảm đáng kể chi phí sản xuất điện năng lúc cao điểm đối với nhàcung cấp, giảm chi phí mua điện cho khách hàng do chính sách giá điện mà vẫn khônglàm thay đổi tổng điện năng tiêu thụ trong hệ thống điện Ngoài ra người ta còn sảnxuất và sử dụng hàng loạt ô tô điện, xây dựng các dây chuyền công nghệ tự động làmviệc vào giờ thấp điểm nhằm lấp đầy vùng lõm của đồ thị phụ tải điện

b Tích trữ năng lượng

Giải pháp này cũng cho phép dịch chuyển nhu cầu sử dụng điện từ thời gian cao điểm đến thời gian thấp điểm Kết quả là giảm chi phí sử dụng điện cho các hộ tiêu thụ trong khi nhà cung cấp điện cũng đạt được mục tiêu san bằng đồ thị phụ tải, tiết kiệm vốn phát triển nguồn và lưới điện Một trong những biện pháp hữu hiệu để tích trữ năng lượng là xây dựng nhà máy thuỷ điện tích năng Điện năng sẽ được phát ra vào

13

giờ cao điểm và được tiêu thụ vào giờ thấp điểm Hiện nay ở nước ta dự án nhà

máythuỷ điện tích năng cũng đang trong giai đoạn nghiên cứu

c Sử dụng nguồn năng lượng mới

Đây là giải pháp áp dụng các công nghệ sử dụng năng lượng mới để bổ sung và thaythế các dạng năng lượng cũ

Giải pháp này làm tăng khả năng đáp ứng của hệ thống điện và mang lại nhiều lợi ích khác vì nó tận dụng được các dạng năng lượng đang còn bị bỏ phí như năng

lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sóng biển

Mặt khác sử dụng năng lượng mới lại làm giảm thiểu sự phát thải các chất khí độchại ảnh hưởng đến môi trường

d Chính sách đối với giá điện năng

Việc áp dụng biểu giá điện năng hợp lí sẽ tạo động lực làm thay đổi đặc điểm tiêu dùng điện và san bằng đồ thị phụ tải của hệ thống điện Có ba loại biểu giá sau :

- Giá thời gian dùng điện : mục tiêu chính của biểu giá này là kích thích hộ tiêu

thụ thay đổi thời gian dùng điện cho phù hợp với khả năng cấp điện

- Giá cho phép cắt điện khi cần thiết : biểu giá này được áp dụng để khuyến khích

các khách hàng cho phép cắt điện trong trường hợp cần thiết, phù hợp với khả năng cung cấp điện kinh tế của ngành điện

khách hàng áp dụng DSM hoặc thực hiện các mục tiêu phát triển kinh tế của nhà nước

14

Chương 2Nguồn điện và đường dây tải điện2.1.Khái quát chung

Trong quá trình qui hoạch điện ta thường phải giải các bài toán kinh tế-kỹ thuậtnhằm xác định cấu trúc các tham số tối ưu của mạng điện Tức là phải tìm lời giải màcho hiệu quả kinh tế cao nhất Đó là các bài toán tối ưu Mục đích của bài toán tối ưutrong hệ thống điện là xác định phương án quy hoạch (xây dựng và phát triển) mạngđiện dảm bảo chất lượng, dộ tin cậy cung cấp điện với vốn đầu tư chi phí nhỏ nhất,mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất Sự phức tạp của bài toán tối ưu được thể hiện bởicác tính chất sau:

*Tính đa mục tiêu

Trong thức tế giữa mỗi phương án cung cấp điện đều có những ưu và nhược điểm nhất định Mục đíh của người quy hoạch là thiết lập mạng điện với chất lượng cao nhất, hiệu quả kinh tế lớn nhât với chi phí vốn đầu tư nhỏ nhất Rõ ràng những chỉtiêu trên luôn có sự mâu thuẫn Khó có thể đồng thời thoả mãn hết được những mục tiêu đề ra Tính da mục tiêu làm bài toán trở nên rất phức tạp Bài toán tối ưu được thực hiện với việc làm trung hoà những mâu thuẫn, tìm ra giải pháp hợp lý nhất * Sự ràng buộc phức tạp

Sự phức tạp cuả bài toán tối ưu còn bắt nguồn từ sự phụ thuộc vào bản thân hệ thống điện với rất nhiều yếu tố ảnh hưởng, với nhiều điều kiện ràng buộc khác nhau Việc xét tới tất cả các yếu tố ảnh hưởng trong thực tế hầu như không thể thẹc hiện được Mặt khác tuỳ theo mục đích và yêu cầu của bài toán cụ thể với độ chính xác nhấtđịnh, việc xét tới tất cả các yếu tố và sự ràng buộc là hoàn toàn không cần thiết, mà chỉcần xét tới các yếu tố quan trọng có ảnh hưởnglớn đến kết quả của bài toán * Tính bất định của của các dữ liệu

Trong nhiều bài toán tối ưu đôi khi ta thực hiện với các điều kiện ban đầu mangtính bất định như chửatước được phụ táĩe phát triển theo mô hình nào trong tương lai,

sự tác động ngẫu nhiên của điều kiện khí tượng, sự lên xuống của giá cả thị trườngvv Sự bất định của các thông tin làm cho phức tạp hoá bài toán, đôi khi không thể giảiđược bằng các phương pháp thông thường Với những đặc điểm trên, có thể phân biệt

4 dạng bài toán tối ưu sau:

Bài toán đơn mục tiêu ở điều kiện xác định

Bài toán đa mục tiêu ở điều kiện xác định

Bài toán đơn mục tiêu với điều kiện bất định

Bài toán đa mục tiêu với điều kiện bất định

Ba dạng sau của bài toán tối ưu đòi hỏi các phương pháp giải đặc biệt Trong phần này chúng ta chỉ xét chủ yếu dạng bài toán tối ưu thứ nhất

15

Một số lưu ý:

-Khi tiến hành giải các bài toán tối ưu so sánh các phương án thì cần phải lấy thông tin

từ cùng một nguồn, hoặc từ các nguồn tương đương Điều đó cho phép tránh đượcnhững sai số không đáng có do các nguồn thông tin khác đưa lại

-Nếu ở các phương án so sánh cùng có các thành phần giống nhau thì có thể bỏ quachúng mà không cần tính tới trong quá trình giải bài toán so sánh các phương án, nhưthế sẽ cho phép đơn giản hoá bài toán đến mức tối đa

- Cần phải đánh giá các phương án so sánh ở cùng một thời điểm, tức là qui tất cả cácphương án về một thời điểm nhất định, như vậy sẽ tránh được sai số do nhân tố thờigian đem lại

- Các phương án so sánh kinh tế phải tương đương nhau về các yêu cầu kỹ thuật.Trường hợp các phương án không có cùng chỉ tiêu kỹ thuật như chất lượng và độ tincậy thì cần thêm vào một thành phần bù thiệt hại

Trong nhiều trường hợp mô hình toán học có thể xây dựng bằng phương phápthuần tuý toán học trên cơ sở các quy luật đã biết của vật lý, điện, từ, cơ học, kinhtếvv Tuy nhiên trong thực tế có nhiều hệ thống mà người ta không thể xây dựng môhình toán học trên cơ sở lý thuyết được mà phải dựa vào nghiên cứu thực nghiệm Môhình xây dựng trên cơ sở xử lý phân tích kết quả quan trắc thực nghiệm gọi là mô hìnhtoán học thống kê Chúng ta sẽ xét phương pháp xây dựng mô hinh toán học của mạngđiện

Xây dựng mô hình toán học

Trong tính toán tối ưu mô hình toán học được coi là hàm mục tiêu, nó biểu thịmối quan hệ của các chỉ tiêu cơ bản đối với các tham số khác của hệ thống điện Tuỳtheo mục đích của việc nghiên cứu của hệ thống điện mà ta chọnchỉ tiêu cơ bản thíchhợp Một số chỉ tiêu được sử dụng rộng raĩ nhất trong tính toán tối ưucủa hệ thốngđiện là chi phí quy đổi, hiệu quả kinh tế, lãi ròng vv Dưới đây chúng ta sẽ xây dựnghàm mục tiêu chi phí quy đổi, mà có thể được xác định theo biểu thức:

16

Trong đó:

V- Vốn đầu tư thiết bị:

En- Hệ số sử dụng hiệu quả vốn đầu tư En = 1/Tn;

Tn - Thời gian thu hồi vốn đầu tư;

g – Chi phí định mức cho một công giả định;

n - Số công giả định vận hành thiết bị điện ;

ΔA - Tổn thât điện năng, kWh;

CΔ - Giá thành tổn thất điện năng đ/kWh;

Ck – Các chi phí phụ khác cho phục vụ,quản lý

Trong nhiều trường hợp người ta coi các chi phí Cvh, Ck là các giá trị không đổi

ở các phương án nên có thể không đưa vào mô hình tính toán Lúc đó tổng chi phíhàng năm (ký hiệu là C) chỉ còn lại thành phần chi phí hao tổn và hàm chi phí quy đổi

ZZ tt1

i1Vướng mắc thường gặp phải ở đây là không có số liệu về các năm sau chu kìthiết kế Tc Giả thiết là chi phí của tất cả các năm sau chu kì tính toán là không đổi vàbằng chi phí của năm cuối cùng của chu kì thiết kế ZTc Lúc đó tổng chi phí quy đổi sẽ

có hai thành phần: Thành phần trong chu kỳ tính toán không kể năm cuối, và thànhphần sau chu kì này tính cả năm cuối cùng của chu kì thiết kế, tức là :

ZZ tt1Z TctTcTc1 ; (2-4)

t1 t 1c

Tc - Thời gian của chu kỳ thiết kế

Như giả thiết, chi phí của năm cuối của chu kỳ tính toán là không đổi và bằng

ZTc nên thành phần thứ hai của biểu thức trên có thể biểu diễn dưới dạng :

là hàm mục tiêu trong quá trình giải các bài toán tối ưu Mô hình toán học của một số phân tử cơ bản

1.Đường dây

Vốn đầu tư đường dây phụ thuộc vào cấp điện áp, tiết diện dây dẫn, địa hìnhkhu vực cấp điện Nó có thể được biểu thị dưới dạng hàm phụ thuộc Vdd=f(U.F) Nếubiểu thị mối quan hệ này dưới dạng hàm tuyến tính thì :

Mô hình toán học của đường dây biểu thị bằng các hàm hồi qui tuyến tính của một sốnước khác nhau (tính cho một km đường dây) được thể hiện như sau :

a,b - hệ số kinh tế cố định và thay đổi của đường dây

Hàm chi phí quy đổi của đường dây có dạng

Zdd= p (a + bF)+Cdd = p (a + bF) + 3I2R 

 - Thời gian hao tổn cực đại;

R - Điện trở của đường dây;

I – Dòng điện truyền tải trên đường dây

2 Trạm biến áp

Vốn đầu tư trạm biến áp cũng được xác định tương tự như đối với đường dây:

V  m, n, S l.U 2 d

m‟,n‟, l, d - Hệ số kinh tế cố định và thay đổi

S – Công suất của máy biến áp

Với cấp điện áp xác định

VBA = m + nS ;Chi phí quy đổi của trạm biến áp

ZBA = pbaVBA + CBA= pba(m +n.S) + ΔA.CΔ+Zbù ;

ΔA - Tổn thất điện năng trong trạm biến áp

19

A (P N k mt2P0t)

Zbu – Chi phí cho các cơ cấu bù công suất phản kháng

Chi phí tính toán trạm biến áp được viết lại như sau:

ZBA = pba(m+ n.Sn) +(ΔPN.K2mt.τ+ΔP0.t).CΔ +Zbù (2-9)

Sn – Công suất định mức máy biến áp;

Kmt - Hệ số mang tải máy biến áp

t - Thời gian vận hành máy biến áp:

ΔPN - Tổn thất công suất khi ngắn mạch;

ΔP0 - Tổn thât công suất khi không tải

Các phương pháp tính toán tối ưu được trình bày chi tiết trong giáo trình “Toánứng dụng chuyên ngành điện”, ở đây ta chỉ điểm qua một số nét chính của các phươngpháp

2.3.1.Phương pháp so sánh các phương án theo chỉ tiêu thời gian thu hồi vốn đầu tư

Trong việc lựa chọn phương án tối ưu, thường người ta đánh giá theo một sốchỉ tiêu nào đớnh giá tiền, thời gian, vật tư nghĩa là theo chỉ tiêu đó các phương ánđược xếp theo thứ tự để lựa chọn Việc xếp theo thứ tự rất phức tạp vì nhiều trườnghợp khó có thể dùng chỉ tiêu định lượng để đánh giá, chẳng hạn tính linh hoạt củaphương án, tính dễ thay thế, sửa chữa thiết bị Trong trường hợp đơn giản tính toánkinh tế - kỹ thuật đối với hai phương án có thể dùng chỉ tiêu thời gian tiêu chuẩn thuhồi vốn đầu tư Ttc

Giả thiết phương án 1 có vốn đầu tư V1, bao gồm giá tiền mua sắm, xây dựng,lắp đặt thiết bị Nếu dùng phương án 1 hàng năm phải bỏ ra một khoản tiền phí tổn vậnhành C1, bao gồm khấu hao thiết bị, sửa chữa, thay thế thiết bị, tră lương người vậnhành và phí tổn về tổn thất điện năng

Tương tự với phương án 2 có V2và C2

Giả thiết V1>V2 và dĩ nhiên dẫn tới C1< C2

Khi đó nếu chọn phương án 1 thì so với phương án 2 sẽ thiệt một khoản tiền do chênhlệch vốn đầu tư là:

Nhưng hàng năm sẽ thu được một khoản tiền lợi do chênh lệch về phí tổn vận hành là:

20

Từ đây thấy cần thiết phải qui định giá trị tiêu chuẩn của Ttc để so sánh Ttc gọi là thờigian tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư phụ khi so sánh phương án.

T < Ttc; Lấy phương án có V lớn

T > Ttc; Lấy phương án có V nhỏ

T = Ttc; Hai phương án tương đương kinh tế

2.3.2 Phương pháp kinh điển

Phương pháp kinh điển giải bài toán tối ưu được thực hiện theo các bước sau:

gn (x1 xn) = 0với m<n

Vì gj (x1, xn) = 0 nên làm L(x) đạt cực trị ở các giá trị xi như hàm F(x)

Bài toán Lagrange bây giờ phát biểu như sau:

Xác định các giá trị x1, x2, xn và λ1, … λn sao cho thoả mãn :

21

L  F  g(x) 

Từ (2-13) có n phương trình và từ (2-12) có m phương trình sẽ giải được n ẩn xj

và m ẩn λj Để xác định cực đại và cực tiểu phải khảo sát giá trị đạo hàm bậc hai củaL(x) hoặc F(x)

Am1x1 + am2x2 + +amnxn = bmTrường hợp 1: Khi số lượng phương trình m bằng số lượng biến n thì phươngtrình sẽ có một nghiệm duy nhất và Z có một giá trị duy nhất, đó là giá trị cực tiểu(hoặc cực đại )

Trường hợp 2: Số nghiệm nhiều hơn số phương trình thì bài toán phức tạp hơnnhiều Lúc đó việc giải bài toán này cần sự trợ giúp của thuật toán đơn hình ( xem giáptrình “Toán ứng dụng ‟‟)

Phương pháp qui hoạch số nguyên

Trong thực tế có nhiều lời giải của các bài toán qui hoạch tuyến tính đòi hỏi

phải thoả mãn điều kiện, giá trị các ẩn số xj phải là số nguyên, không âm:0,1,2, Chẳng hạn đối tượng cần xác định xj là số nhà máy, số lượng, công suất Khi

đó chỉ làm tròn giá trị xj một cách đơn giản có thể phạm sai số lớn vì sẽ làm thay đổigiá trị thực của hàm mục tiêu

Tính chất só nguyên của lời giải liên quan đến nhiều phương pháp giải riêng.Dưới đây chỉ trình bày nội dung chủ yuế của thuật toán Gomory để giải bài toán quyhoạch tuyến tính sao cho giá trị lời giải tối ưu là những số nguyên

1.Xác định lời giải tối ưu của bài toán (chẳng hạn có thể dùng bài toán đơn hình)không quan tâm đến điều kiện số nguyên của lời giải Nếu có một cách ngẫu nhiên cáclời giải đã là số nguyên thì quá trình kết thúc Nếu chưa đạt thì chuyển sang bước sau;

2 Xây dựng thêm ràng buộc phụ nhằm mục đích hạn chế tập giá trị cho phép của lời giải, tuy nhiên không làm mất giá trị lời giải là số nguyên.

3 Giải bài toán đã có thêm ràng buộc phụ đó và kiểm tra điều kiện số nguyên của lời giải để kết thúc quá trình hoặc phải lặp lại bước hai

3.3.6 Phương pháp cận và nhánh

Cần xác định chính xác giá trị công suất Pij đi lên các nhánh của mạng điện tối

ưu khi thiết kế sao cho hàm chi phí tính toán hàng năm là cực tiểu, đồng thời thoả mãncác ràng buộc theo điều kiện cân bằng công suất các nút

Hàm mục tiêu chi phí tính toán hàng năm của nhánh ij trong trường hợp này có dạng sau:

Ta gọi min Z1 = W1 là giá trị bộ phận Z1 của hàm Z vứng với mạng điện có tổngchiều dài nhỏ nhất

Ta gọi min Z2 = W2 là giá trị bộ phận Z2 của hàm Z vứng với mạng điện có tổngmômen phụ tải cực tiểu

Ta được giá tri W = W1 + W2 là giá trị cận dưới của hàm mục tiêu Z của mộtphương án bất kỳ Giá trị Z = W ứng với trường hợp mạng điện đồng thời có tổng vốnđầu tư cực tiểu và tổng tổn thất điện năng cực tiểu

2.3.7 Phương pháp Gradient

Là phương pháp quy hoạch phi tuyến được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế Nó

có thể giải bài toán phi tuyến dưới dạng bất kỳ, nên hàm mục tiêu là khả vi và các biếnphụ thuộc là khả vi

gm(x1, x2, , xn) = 0

Trong n ẩn trên đây ta chia ra m ẩn phụ thuộc, chẳng hạn x1, x2, , xm và (n-m) ẩncòn lại là độc lập, xm+1, xm+2, , xn ta xác định được giá trị của các ẩn phụ thuộc vàxác định các đạo hàm riêng của hàm mục tiêu L(x) theo các ẩn độc lập

Nếu chúng khác 0 thì ta thay đổi giá trị của các biến độc và tính toán lại

Giá trị cần thay đổi :

2.4 Xác định một số tham số tối ưu của mạng điện23.4.1 Mật độ dòng điện kinh tế

Từ mô hình toán học của đường dây (2.7) nếu biểu thị R =/F ta sẽ được:

JKT - Mật độ dòng điện kinh tế của đường dây (A/mm2)

Nhận xét: Nếu đường dây được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế thì thành phầnkhấu hao chi phí thay đổi pbF của đường dây sẽ bằng thành phần chi phí tổn thất hàngnăm (3.I2.R..c.10-3 ) Như vậy chi phí tính toán có thể viết dưới dạng đơn giản là:

Tức là chi phí tính toán là hàm tuyến tính đối với tiết diện dây dẫn

2.4.2 Khoảng kinh tế của đường dây

24

Nếu không tính đến các thành phần giống nhau của các phương án thì thành phần chi phí hàng năm sẽ chỉ bao gồm chi phí tổn thất và được xác định như sau:

Dòng điện giới hạn cũng có thể

đổi:

Z1 = Z2 hay pV1 + 3.I2.R1..c.10-3

Giải phương trình 2.26 ta được:

xác định theo phương trình cân bằng chi phí quy

2.4.3 Khoảng kinh tế của đường dây hạ áp

Đặc điểm của đường dây hạ áp là số lượng dây dẫn có thể là 2,3,4 nên với cùng một công suất truyền tải S dòng điện chạy trên các dây dẫn khác nhau Do đó trong mô hình toán học của lưới điện này ta có thể biểu diễn phụ tải dưới dạng công suất Dòng điện ở các phương án khác nhau được xác định theo biểu thức:

Trong thực tế ta thường gặp các trường hợp sau:

So sánh các phương án có hai dây dẫn với tiết diện F1 F2

Phương án 1 có = 2, phương án 2 có = 3 với F1 = F2

Phương án 1 có = 3, phương án 2 có = 4 với F1 = F2

Cả hai phương án có  = 4 với F1 F2 Có thể tóm tăt trong bảng

Sgh – Công suất truyền tải giới hạn;

D - Hệ số tổng quát cho các trường hợp

Các trường hợp khác nhau cũng được tính toán tương tự, kết quả cho trong bảng 2.2.2.4.4 Khoảng kinh tế của trạm biến áp

Khoảng kinh tế của trạm biến áp cũng được xác định tương tự như đường dây Đểxác định khoảng kinh tế của trạm biến áp trước hết ta thành lập mô hình toán học của

(2.36)

Từ các biểu thức trên ta xác định được các đường cong chi phí quy đổi của trạm biến

áp Giao điểm của hai đường cong cho ta công suất giới hạn của trạm biến áp Khoảngcông suất giữa hai giới hạn chính là khoảng kinh tế của máy biến áp tương ứng.( hình2.4.1)

Bài toán cũng có thể giải theo phương pháp đại số Đặt ZBA1 = ZBA2 và giải phươngtrình tương ứng với công suất S ta được

2.4.5 Chọn cấp điện áp tối ưu

Để chọn cấp điện áp tối ưu trước hết ta phải xác định hàm mục tiêu

Thay các giá trị Vdd từ biểu thức (2.7) và của Vba từ (2.8) vào (2.38) ta được hàm mục tiêu.

Z  0

Lấy đạo hàmU ta sẽ tìm được cấp điện áp tối ưu Tuy nhiên trong thực tê lời

giải lời giải của bài toán không trùng với cấp điện áp đã có mà người ta phải chọnthang điện áp gần nhất và như vậy sẽ không còn là điện áp tối ưu nữa Bởi vậy phươngpháp tối ưu nhất là so sánh các hệ thống điện áp có thể sử dụng để lựa chọn cấp điện

áp tối ưu

Xu hướng chung của thế giới hiện nay là giảm số cấp điện áp trung gian và nâng caogiá trị điện áp lưới phân phối Ở nước ta hiện nay có thể sử dụng các cấp điện áp sau 110/35/10/0,4 kV; 110/35/0,4 kV; 110/22/0,4 kV; 110/15/0,4 kV; 110/10/0,4 kV

Phân tích hàm chi phí quy đổi ta nhận thấy thành phần chi phí thay đổi và chi phí bùtổn thất của lưới điện cung cấp không ảnh hưởng đến cấp điện áp phân phối Vì vậytrong hàm mục tiêu ta không xét đến hai thành phần này Ngoài ra có thể coi mạng hạ

áp của tất cả các phương án và có thể không cần xét đến Ta lần lượt viết biểu thức chiphí quy đổi tính trên một đơn vị diện tích cho từng phương án

28

* Đối với phương án 110 / 35/ 0,4 kV

Kmt - Hệ số ma ng tải của máy biến áp;

Ktm - Hệ số tham gia vào cực đại của các trạm biến áp tiêu thụ;

P0,PK – Hao tổn công suất không tải và ngắn mạch của máy biến áp

So sánh các giá trị Z1 tìm được Phương án tối ưu là phương án có Zmin

2.4.6 Bán kính kinh tế của lưới điện phân phối

Bán kính kinh tế hay bán kính tối ưu của lưới điện phân phối là bán kính hoạt động

của lưới điện mà có chi phí nhỏ nhất Từ mô hình toán học của hệ thống chúng ta xét

các thành phần của chi phí tính toán có liên quan đến bán kính rf của lưới phân phối

29

2.5.1 Vị trí , số lượng, dung lượng máy biến áp

2.5.1.1 Vị trí đặt trạm biến áp

Vị trí của trạm biến áp có một vai trò rất lớn đối với cấu trúc của mạng điện, thườngtrạm biến áp đặt ở trung tâm phụ tải để giảm bán kính hoạt động Tuy nhiên trongnhiều trường hợp vị trí của nó phụ thuộc vào điều kiện kinh tế, địa hình, khu vực xâydựng Xu hướng chung là đưa sâu điện áp cao vào trung tâm phụ tải để giảm bán kínhhoạt động của trạm biến áp

xi, yi - Toạ độ của điểm tải thứ i;

Pi - Công suất của điểm tải thứ i;

X, Y - Toạ độ của trạm biến áp

* Vị trí của trạm biến áp xác định theo năng lượng truyền tải

 A .x X 2 y Y 2

Ta thiết lập được hàm: i i i

Ai - Lượng điện năng tiêu thụ của năm thứ i

Lấy đạo hàm biểu thức trên và cho nó bằng không

* Vị trí của trậm biến áp xác định dựa trên chi phí quy đổi

ZH i x i  X2 y i  Y2 H j x j  X2 y j  Y2

Hi - chi phí quy đổi từ nguồn cung cấp i đến trạm biến áp; Hj

– chi phí quy đổi từ trạm biến áp tới điểm tiêu thụ thứ j; m.n

- số lượng nguồn cung cấp và số lượng điểm tiêu thụ

Lấy đạo hàm biểu thức trên trên và cho bằng không

X Z 0; Y Z 0

Giải hệ phương trình trên ta được nghiệm chính là toạ độ của trạm biến áp

2.5.1.2 Chọn số lượng và dung lượng máy biến

áp * Chọn số lượng máy biến áp

Chọn số lượng máy biến áp cho trạm chính cũng như trạm biến áp phân xưởng có ý nghĩa quan trọng đối với việc xây dựng một sơ đồ cung cấp điện hợp lý

30

- Trạm một máy biến áp có ưu điểm là tiết kiệm đất đai, vận hành đơn giản, trong hầuhết các trường hợp có chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhất Nhược điểm là độ tin cậycung cấp không cao bằng trạm 2 máy biến áp Hộ loại 3 nên lấy điện từ trạm 1 máybiến áp.

- Trạm 2 máy biến áp thường có lợi hơn về mặt kinh tế so với trạm 3 máy biến áp:+ Đối với các hộ loại 1 có 2 nguồn cung cấp độc lập, hộ loại 1 có thể lấy điện từ 2trạm gần nhất, mỗi trạm chỉ đặt một máy biến áp Nếu hộ loại 1 mà lấy điện từ mộttrạm thì trạm đó phải đặt 2 máy biến áp, mỗi máy biến áp nối vào một phân đoạn thanhgóp riêng giữa 2 phân đoạn có thiết bị tự động đóng cắt

+ Đối với phụ tải loại 2 cũng yêu cầu có nguồn dự phòng Khi nhận điện từ một lộđến cũng yêu cầu phải đặt 2 máy biến áp (có thể dùng một máy biến áp còn một máy

dự trữ khi có sự cố hoặc sử dụng cả hai máy)

+ Có thể sử dụng 2 máy trong trường hợp có hệ số điền kín đồ thị phụ tải (Kpt < 0,5) Hoặc do chiều cao của trạm

- Trạm 3 máy biến áp : Chỉ cho phép dùng trong các trường hợp đặc biệt sau trạmcung cấp cho phân xưởng có phụ tải tập trung lớn mà thiếu vị trí bố trí các trạm biến

áp nhỏ, trạm dùng cho các thiết bị động lực, chiếu sáng

* Chọn công suất cho máy biến áp

- Những chú ý khi chọn công suất của máy biến áp

+Trong một xí nghiệp nên chọn cùng một loại máy Song trong thực tế thì không thểthực hiện được nên cố gắng chọn không quá 2 - 3 cỡ máy để rễ dàng thay thế khi cầnthiết và giảm bớt được số lượng thiết bị dự trữ trong kho

+ Các máy biến áp phân xưởng nên chọn cỡ công suất nhỏ hơn 1000 kVA trở lại Nên

bố trí sao cho chiều dài đường dây phân phối hợp lý

+ Khi chọn công suất của máy biến áp phải chú ý đến khả năng làm việc quá tải của máy biến áp và phải chú ý đến nhiệt độ của môi trường

S dm' S dm   tb 

1 

 100

θtb : Nhiệt độ trung bình của nơi đặt máy

- Công suất của máy biến áp cần chọn sao cho trong trờng hợp làm việc bình thườngtrạm đảm bảo đủ cung cấp điện năng cho các hệ tiêu thụ Ngoài ra trạm phải dự trữmột lượng công suất để khi xảy ra sự cố một máy biến áp các máy còn lại phải đảmbảo cung cấp đủ điện năng cho các hộ thật cần thiết

Trong điều kiện làm việc bình thường :

+ Trạm một máy : Sđm ≥ Stt + Trạm n máy : nSđm ≥ Stt

31

Khi xét đến hiện tượng quá tải bình thường mà ta có thể chọn được máy biến áp có công suất bé hơn thì sẽ tiết kiệm được vốn đầu tư.

Trong trường hợp sự cố (sự cố một máy biến áp hoặc sự cố đường dây cung cấp điện cho các trạm khảc)

+ Trạm một máy : Kqt.Sđm ≥ Ssc

+ Với trạm có n máy biến áp: (n -1) Sđm ≥ Ssc

2.5.2 Sơ đồ nối điện tối ưu

lij - khoảng cách từ nguông nối j đến điểm tải j;

Loi - khoảng cách từ trạm biến áp đến nguồn nối i

Theo phương pháp này ta chọn các điểm bất kỳ và xác định hệ số Kij ứng với tất cảcác điểm cần có điện

Bước đầu cho i = 0 ( nguồn là trạm bến áp) trong bước này ta chọn giá trị Kij nhỏ nhất Lúc đó điểm nối điện từ nguồn ( trạm biến áp) đến điểm tải J có Kij nhỏ nhất Ví dụ: Xác định bảng Kij i 1 2 n

Cho = 0 ta xác định được các giá trị

Kij K01 K02 K0n

Sau đó so sánh các giá trị Kij Giả sử K02 = min ta nối từ nguồn 0 đến điểm 2, lúc nàyđiểm 2 trở thành nguồn Tức là ta có hai nguồn 0 và 2 có thể cấp điện cho các điểm tảikhác Ta tiến hành xác định các gái trị K2j và so sánh các giá trị vừa tìm được cùng vớicác giá trị còn lại để tìm ra giá trị nhỏ nhất, giả sử K21 nhỏ nhất ta nối 2 với 1 Cứ làmnhư vậy ta được sơ đồ nối điện

Sau khi xác định được sơ đồ nối điện ứng với = 0 ta dựa vào đường cong tính toánxác định dòng điện chạy trên đường dây và xác định ra Z của từng đoạn dây Xác địnhtổng chi phí Z1 =Z0

Tiếp đó cho nhận một giá trị bất kỳ khác, ta lặp lại toàn bộ các bước tính như trên Giả

dụ cho = 1 tiến hành tính toán hoàn toàn như trên cho đến khi ta xác định được Z2 Sau

đó so sánh giá trị Z1 với giá trị Z2 Nếu giá trị Z1 < Z2 thì chứng tỏ nghiệm nằm đâu đấy ởngoài khoảng giới hạn của mà ta đã chọn Ta lấy các giá trị tăng lên bằng 2,3 và tính

toán tương tự Cứ như vậy khi tính đến giá trị Zk > Zk-1 thì ta được sơ

đồ nối điện tối ưu với Zk-1 = min

2.5.2.2 Phương pháp tối ưu từng bước

32

Xây dựng sơ đồ nối điện theo phương pháp này dựa trên chi phí tính toán truyền tảiđiện nhỏ nhất Việc nối điểm J vào nguồn điện i cần có chi phí truyền tải điện năngđược xác định:

Trong đó : Zj - Suất chi phí truyền tải điện năng cấp cho điểm

j; lij - Khoảng cách giữa điểm i và j

Ta còn phải chi phí phụ gây ra bởi dòng điện của phụ tải thứ j đối với mạng điện đãcó:

Trong đó:

Zi+j - Suất cho phí quy đổi ứng với phụ tải của mạng điện cũ cộng với phụ tải của điểm thứ j;

Zj - Suất chi phí của mạng điện đã có;

L0i - Chiều dài theo đường dây từ nguồn điện ban đầu cho đến điểm nối điệnthứ i

Như vậy tổng chi phí tính toán để nối điện từ điểm đến điểm j sẽ là Zij

Zij = Zj lij +( Zi+j - Zj )L0i min (2.39)

Trình tự xây dựng sơ đồ như sau:

Theo biểu thức (2.39) xác định chi phí tính toán Z0j bắt đàu từ nguồn điện không ứng với các điểm tải

Chọn các giá trị nhỏ nhất trong các giá trị Z0j vừa xác định, giả sử Z02 là giá

trị nhỏ nhất, ta nối điểm 2 với nguồn 0, lúc này điểm 2 trở thành gốc nối

- Tiếp theo lấy điểm 2 làm gốc nối xác định các giá trị Z2j ứng với các điểm tải cònlại Chọn giá trị nhỏ nhất trong các giá trị Z2j và Z0j còn lại ở bước trước, giả sử rongbước đó có Z21 là nhỏ nhất ta nối 1 với gốc 2 và tiếp tục xác định các giá trị Z1j Tínhtoán tương tự cho các điểm khác ta được sơ đồ nối điện tối ưu Sau khi sơ bộ xác địnhđược sơ đồ nối điện tối ưu ta tiến hành hiệu chỉnh để sơ đồ có độ dài nhỏ nhất bằngcách sử lý các góc < 1200 ( theo hướng nguồn) Muốn vậy ta cần tìm tâm đường trònngoại tiếp tam giác có góc cần chỉnh và nối tâm đường tròn này với các đỉnh của tamgiác

2.6 Bài tập

Bài tập 1: Xác định mô hình toán học, mật độ dòng điện kinh tế, khoảng kinh tế vàđường cong chi phí tính toán của đường dây 0,4 kV Biết giá thành của đường dây( 4dây nhôm, cột H), hệ số sử dụng hiệu quả và khấu hao vốn đầu tư p = 0,16,=31,5

mm2/km; = 3450 h, gái thành tổn thất điện năng c = 1300 đ/ kWh

Bảng : suất vốn đầu tư xây dựng đường dây

33

Chương 3Chất lượng điện3.1 Các chỉ tiêu về chất lượng điện

3.1.1 Chất lượng điện áp

3.1.1.1 Độ lệch điện áp

Độ lệch điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện là độ chênh lệchgiữa điện áp thực tế U và điện áp định mức Uđm với điều kiện là tốc độ biến thiên củađiện áp nhỏ hơn 5% Uđm/giây

có thể được coi như là tổng đại số các độ lệch điện áp thành phần :

* Ở Nga, tiêu chuẩn điện áp được quy định như sau :

Đối với các thiết bị chiếu sáng công nghiệp và công sở, đèn pha là từ -2,5% ÷ +5%;Đối với động cơ điện: -5,5% ÷ +10%;

Đối với các thiết bị điện khác: ± 5%;

Trường hợp động cơ khởi động hoặc mạng ở tình trạng sau khi xảy ra sự cố là: - 10%

† 20% Các chỉ tiêu này phải được thoả mãn với xác suất 95%

* Tiêu chuẩn Pháp, độ lệch điện áp cho lưới cáp trung và hạ áp là ± 5,5%, cho lưới trung áp trên không là ± 7%, cho lưới hạ áp trên không là ± 10%

* Tiêu chuẩn Singapo , độ lệch điện áp ± 6%

* Tiêu chuẩn Việt Nam

-Động cơ xí nghiệp công nghiệp: -5% U 10%

- Thiết bị chiếu sáng : -2.5%U 5%

Trong trạng thái sự cố cho phép tăng giới hạn trên thêm 2.5% và giảm giới hạndưới thêm 5%.

Thực tế đối với mạng lưới trung áp và hạ áp giới hạn độ lệch điện áp cho phépthường là ± 5%

Độ lệch điện áp là tiêu chuẩn điện áp quan trọng nhất ảnh hưởng lớn đến giáthành hệ thống điện

3.1.1.2 Độ dao động điện áp

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

Sự biến thiên nhanh của điện áp được tính theo công thức :

U U max U

min 100%

Tốc độ biến thiên từ Umin đến Umax không nhỏ hơn 1%/s

Nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động điện áp là do các phụ tải lớn làm việc đòihỏi sự đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng và phản kháng Các lò điện hồ quang,các máy hàn, các máy cán thép cỡ lớn v.v… là các thiết bị thường gây ra dao độngđiện áp

Mức độ dao động điện áp phụ thuộc vào tỷ số giữa công suất nguồn và côngsuất của những phụ tải biến thiên Nói chung khi tỷ số nói trên từ 10 trở lên thì biếnthiên của phụ tải thực tế chỉ gây ra dao động điện áp cục bộ tại điểm phụ tải làm việc

mà thôi

Tính toán giá trị của biên độ dao động điện áp khá phức tạp vì nó phụ thuộc vàonhiều yếu tố bất định Có thể sử dụng các công thức gần đúng nhằm đánh giá sơ bộdao động điện áp lúc thiết kế cung cấp điện sau đây :

Dao động điện áp khi các dao động cơ làm việc có sự biến đổi phụ tải lớn đượctính theo công thức :

Trong các công thức trên :

ΔQ - lượng phụ tải phản kháng biến đổi của động cơ;

SB - công suất của máy biến áp lò điện hồ quang:

SN- công suất ngắn mạch tại điểm có phụ tải làm việc

36

Độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép Ví dụ, tiêu chuẩn Ngaquy định dao động điện áp trên cực các thiết bị điện áp như sau :

Ở Pháp, người ta dùng đường cong quan hệ giữa ΔU và tần suất xuất hiện Theo đó nếu một lần trong một giờ thì ΔU cho phép là 10%

Khi trong hệ thống cung cấp điện có những hộ tiêu thụ có sự biến đổi phụ tải thì người thiết kế phải áp dụng các biện pháp hạn chế dao động điện áp

Ở Việt Nam, tuỳ theo biên độ và tần số dao động, người ta quy định những giátrị cho phép sau đây :

- Tần số xuất hiện 2 ~ 3 lần/giờ, δU = ( 3 ÷5) %Uđm

- Tần số xuất hiện 2 ~ 3 lần/phút, δU = ( 1 ÷1,5) %Uđm

-Tần số xuất hiện 2 ~ 3 lần/giây, δU = 0,5 %Uđm

3.1.1.3 Độ không hình sin của đường cong điện áp và sóng điều hoà bậc cao

Sóng điều hoà bậc cao của dòng điện và điện áp sẽ gây tổn hao phụ về nănglượng điện, làm phát nóng thiết bị điện, tăng nhanh quá trình già hoá của vật liệu cáchđiện, gây ảnh hưởng xấu đối với chế độ làm việc của các bộ biến đổi van (đổi chiềukhông hoàn toàn ), làm cho các thiết bị đo lưòng, bảo vệ, điều khiển trong hệ thốngcung cấp điện tác động không chính xác

Nguồn gây ra sóng điều hoà bậc cao thường là do các bộ biến đổi van, lò điện

hồ quang, máy hàn, tắcte của đèn ống v.v…

Khi thiết kế cung cấp điện cũng như lúc vận hành phải xét tới các biện pháp hạnchế sóng điều hoà bậc cao

Khi trong hệ thống cung cấp điện có các bộ biến đổi van thì biện pháp hữu hiệu

để chống sóng điều hoà bậc cao là dùng các sơ đồ chỉnh lưu nhiều pha (12,24,36,48pha)

Các bộ lọc cộng hưởng động lực cũng có tác dụng rất tốt để lọc các sóng điềuhoà bậc cao Bộ lọc được tạo thành từ điện kháng L và tụ điện C và được chỉnh đểcộng hưởng với sóng điều hoà bậc cao muốn lọc Ngoài nhiệm vụ hạn chế sóng điềuhoà bậc cao, các tụ điện trong bộ lọc cộng hưởng còn có tác dụng bù công suất phảnkháng

37

Tiêu chuẩn Nga quy định:



U

j U2j  5%U1 với j = 3,5,7…

U1- trị hiệu dụng của sóng hài bậc nhất của điện áp

Tần số được đảm bảo bằng cách điều khiển cân bằng công suất tác dụng chungtrong toàn hệ thống điện và được thực hiện trong các nhà máy điện

Tiêu chuẩn Việt Nam quy định độ không sin của điện áp và song hài bậc cao làkhông quá 5%

3.1.1.4 Độ không đối xứng

Nếu trong mạng điện có các phụ tải một pha công suất lớn như: máy hàn, lòđiện,…thì chúng thường gây ra hiện tượng phụ tải không đối xứng do đó kéo theo điện

áp không cân bằng làm lệch điểm trung tính của mạng điện

Để đánh giá mức độ phụ tải không cân bằng ncó thể dùng biểu thức sau: độkhông cân bằng sẽ nằm trong phạm vi cho phép nếu có tỉ số:

S

N50

S

1 fa

Trong đó: SN –Công suất ngắn mạch tại điểm có các phụ tải một

pha; S1fa là phụ tải một pha

Điện áp không đối xứng làm giảm hiệu quả công tác và tuổi thọ của thiết bịdùng điện, giảm khả năng tải của lưới điện và tăng tổn thất điện năng

Tiêu chuẩn Nga quy định, trên lưới điện sinh hoạt U2 không được vượt quá giátrị làm cho điện áp thực trên cực thiết bị dùng điện thấp hơn giá trị cho phép Trên cựcthiết bị dùng điện ba pha đối xứng, U2 không được vượt quá 2% Uđm ; trên cực cácđộng cơ không đồng bộ, U2 cho phép được xác định riêng theo điều kiện phát nóng và

có thể lớn hơn 2%

Vì vậy để giảm độ không cân bằng chúng ta phải cố gắng phân đều phụ tải mộtpha lên ba pha của mạng điện, đồng thời phân định lịch vận hành của các phụ tải mộtpha sao cho chúng làm việc rải đều trong các ca sản xuất của xí nghiệp

Tiêu chuẩn Việt Nam quy định về độ không đối xứng của lưới điện cho phépkhông được quá 5%Uđm

38