Tài liệu đánh giá hiệu quả kinh tế các phương pháp giảm tổn thất điện năng ứng dụng cho lưới điện phân phối thành phố đồng hới

MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lýdo lựa chọn đề tài...............................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................................1 3. Đối tượng vàphạm vi nghiên cứu ...........................................................................2 4. Tên đề tài .................................................................................................................2 5. Bố cục luận văn .......................................................................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN & TỔN THẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ....................................................................................................................3 1.1. Tổng quan về lưới điện phân phối .......................................................................3 1.2. Đặc điểm lưới điện phân phối ..............................................................................3 1.2.1. Sơ đồ hình tia ................................................................................................3 1.2.2. Sơ đồ mạch vòng...........................................................................................4 1.3. Tổ n thấ t và nguyên nhân gây tổ n thấ t ..................................................................5 1.3.1. Tổ n thấ t kỹ thuâ ̣t ...........................................................................................5 1.3.2. Tổ n thấ t thương ma ̣i ......................................................................................6 1.4. Bùcông suất phản kháng trong lưới điện phân phối ...........................................7 1.4.1. Bùcông suất phản kháng ..............................................................................7 1.4.2. Yêu cầu về kỹ thuật vàkinh tế ......................................................................8 1.4.3. Các phương pháp bùcông suất phản kháng .................................................9 1.4.4. Phương thức bùcông suất phản kháng .........................................................9 1.4.5. Phân tích ảnh hưởng của tụ bù đến tổn thất công suất tác dụng vàtổn thất điện năng của lưới phân phối xét trong một số trường hợp đơn giản ...................10 1.5. Kết luận chương 1 ..............................................................................................15 CHƯƠNG 2. MỤC TIÊU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ BÀI TOÁN CHI PHÍ.........................................................................................................................16 2.1. Tổng quan về bùcông suất phản kháng lưới điện phân phối.............................16 2.2. Bùtự nhiên lưới điện phân phối .........................................................................16 2.2.1. Điều chỉnh điện áp ......................................................................................17 2.2.2. Nghiên cứu các phương thức vận hành tối ưu ............................................17 2.2.3. Nâng cao hệ số công suất tự nhiên .............................................................17 2.3. Bùkinh tế lưới điện phân phối ...........................................................................18 2.3.1. Khái niệm dòng tiền tệ ................................................................................19 2.3.2. Công thức tính giá trị tương đương cho các dòng tiền tệ đơn và phân bố đều ....................................................................................................................19 2.3.3. Phương pháp giá trị hiện tại ........................................................................20 2.3.4. Bùtối ưu theo phương pháp phân tích động theo dòng tiền tệ ...................20 2.4. Kết luận chương 2 ..............................................................................................24 CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEPT, ĐÁNH GIÁ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI.........................25 3.1. Tổng quan ...........................................................................................................25 3.2. Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT ....................................................................25 3.2.1. Khái quát chung ..........................................................................................25 3.2.2. Tính toán phân bố công suất .......................................................................26 3.2.3. Tối ưu hóa việc lắp đặt tụ bù......................................................................26 3.2.4. Thuận lợi và khó khăn khi sử dụng phần mềm PSS/ADEPT. ....................29 3.3. Các bước thực hiện khi ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT ...............................30 3.3.1. Thu thập, xử lývànhập số liệu lưới điện cần tí nh toán trên PSS/ADEPT.30 3.3.2. Thể hiện lưới điện trên giao diện đồ hoạ của PSS/ADEPT ........................35 3.4. Đánh giá tình hình tổn thất điện năng lưới điện Thành phố Đồng Hới: ............36 3.4.1. Tình hình tổn thất điện năng: ......................................................................36 3.4.2. Đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng có tính đến hiệu quả kinh tế: ...............................................................................................................................38 3.4.3. Kêcác vị trícủa tụ bù.................................................................................41 3.5. Kết luận chương 3 ..............................................................................................41 CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG PSS/ADEPT TÍNH TOÁN BÙ, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ BÙ TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI 42 4.1. Tổng quan của hệ thống lưới điện tỉnh Quảng Bì nh: .........................................42 4.1.1. Đặc điểm lưới phân phối tỉnh Quảng Bình: ................................................42 4.1.2. Hiện trạng nguồn và lưới điện: ...................................................................42 4.1.3. Phương thức cấp điện vàkết dây cơ bản hiện tại của LĐPP TP Đồng Hới: ...............................................................................................................................43 4.1.4. Phương án cấp điện khi sự cố: ....................................................................45 4.1.5. Đồ thị phụ tải của các XT điển hì nh: ..........................................................45 4.2. Tình hình bùtrung, hạ áp được điều chỉnh trên lưới điện TP Đồng Hới ...........47 4.3. Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tí nh toán phân bố công suất vàtí nh toán bùtối ưu cho một số XT điển hình của lưới điện phân phối thành phố Đồng Hới: ............48 4.3.1. Mục đích tính toán ......................................................................................48 4.3.2. Tính toán phân bố công suất ban đầu .........................................................48 4.3.3. Tính toán bù: ...............................................................................................48 4.4. So sánh hiệu quả kinh tế các phương án bù .......................................................56 4.5. Kết luận chương 4 ..............................................................................................62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................63 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................64 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO). BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG ỨNG DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI Học viên: Hoàng LêTrung - Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mãsố: 8502021 - Khóa: K34 - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Lưới phân phối thường được phân bố trên diện rộng, gồm nhiều nhánh nút phụ tải, vìvậy khi truyền năng lượng trên đường dây đến các hộ tiêu thụ sẽ gây nên tổn thất công suất, tổn thất điện năng, làm giảm chất lượng điện năng … trong khi nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng cao, đòi hỏi đáp ứng đầy đủ kịp thời không chỉ về số lượng màcả về chất lượng. Để hạn chế các vấn đề trên, hàng năm một lượng vốn rất lớn được đưa vào lưới điện thông qua các chương trình sửa chữa lớn, sửa chữa thường xuyên để mua sắm, lắp đặt nhiều thiết bị vận hành (tụ bù, thay dây dẫn, thay máy biến áp tổn thất thấp…) nhằm mục đích hoàn thiện cấu trúc lưới, điều chỉnh điện áp, bùcông suất phản kháng, giảm tổn thất điện năng trên lưới điện. Phương án bù xét thấy có hiệu quả để đánh giá và xây dựng các phương án bù tối ưu cho lưới điện trung áp, hạ áp nhằm đề xuất phương án bù tối ưu cho LĐPP Từ khóa: Lưới điện phân phối; Công suất tác dụng; Công suất phản kháng EVALUATE THE ECONOMIC EFFICIENCY OF METHODS TO REDUCE THE APPLICATION POWER LOSS FOR THE DISTRIBUTION NETWORK OF DONG HOI CITY Abstract: Distributed nets are usually distributed on a large scale, with more subnode loads, so when transmitting power to the consumers, power losses, power losses, electrical degradation ... while the demand for electricity is increasing, requiring timely and adequate response not only in quantity but also in quality. In order to limit the above issues, a large amount of capital was put into the grid every year through large repair programs, regular repairs to purchase and installation of many operational equipments (capacitors, low voltage transformers, etc.) for the purpose of finishing the grid structure, adjusting the voltage, reactive power compensation, reducing power losses on the grid. The compensation plan is effective for evaluating and developing optimal compensation schemes for medium and low voltage power grids to propose the optimal compensation plan for LDBP. Key words: Electricity distribution grid; Active power; Reactive power DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT EVNCPC : Tổng Công ty Điện lực Miền Trung QBPC : Công ty Điện lực Quảng Bì nh LĐPP : Lưới điện phân phối CSPK : Công suất phản kháng TTG : Trạm trung gian MBA : Máy biến áp TBA : Trạm biến áp DCL : Dao cách ly XT : Xuất tuyến CS : Công suất TA : Trung áp HA : Hạ áp TA+HA : Trung áp kết hợp Hạ áp TTĐN : Tổn thất điện năng ΔA : Tổn thất điện năng ΔP : Tổ n thấ t công suất tác du ̣ng. ΔQ : Tổ n thấ t công suất phản kháng. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1: Tổn thất sau bùtự nhiên................................................................................49 Bảng 4.2: Hệ số bùk ( tra theo TT 07/2006/TT-BCN) .................................................51 Bảng 4.3: Tổn thất sau bùtrung áp................................................................................53 Bảng 4.4: Tổn thất công suất sau bùhạ áp ....................................................................54 Bảng 4.5: Tổn thất sau bùtrung áp kết hợp với hạ áp ...................................................55 Bảng 4.6: Tính toán kinh tế ở phương án bùtrung áp ...................................................59 Bảng 4.7: Tính toán kinh tế ở phương án bùhạ áp .......................................................60 Bảng 4.8: Tính toán kinh tế ở phương án bùtrung áp kết hợp hạ áp ............................61 Bảng 4.9: So sánh giátrị lợi nhuận ròng NPV giữa các phương án .............................62 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống phân phối hì nh tia ...................................................................4 Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống phân phối mạch vòng .............................................................4 Hì nh 1.3. Bùcông suất phản kháng .................................................................................7 Hì nh 1.4. Vị trílắp đặt tụ bùcông suất phản kháng ......................................................10 Hì nh 1.5. Ảnh hưởng của tụ bù đến sơ đồ lưới phân phố i có 1 phu ̣ tải ........................11 Hì nh 1.6. Ảnh hưởng của tụ bụ đến lưới có mô ̣t phu ̣ tải phân bố đề u trên tru ̣c chính ..13 Hì nh 2.1. Biểu đồ dòng tiền tệ giả định .........................................................................19 Hình 3.1. Lưu đồ thuật toán tối ưu hóa vị trílắp đặt tụ bù............................................27 Hì nh 3.2. Môphỏng lưới điện 22kV Đồng Hới trên giao diện đồ họa PSS/ADEPT....35 Hình 4.1. Đồ thị phụ tải ngày điển hình lưới điện 35kV TP Đồng Hới ........................46 Hình 4.2. Đồ thị phụ tải ngày điển hình lưới điện 22kV TP Đồng Hới ........................46 Hình 4.3. Đồ thị phụ tải ngày điển hình TP Đồng Hới .................................................47 Hì nh 4.4. Hộp thoại cài đặt các chỉ số kinh tế của PSS/ADEPT...................................49 Hì nh 4.5. Hộp thoại cài đặt các chỉ số kinh tế của PSS/ADEPT...................................50 1 MỞ ĐẦU 1. Lýdo lựa chọn đề tài0 Sự phát triển của Ngành điện đi cùng với sự phát triển của đất nước, sự biến động của Ngành điện sẽ mang lại những ảnh hưởng không nhỏ đến tì nh hì nh kinh tế, chí nh trị, xãhội của một Quốc gia. Trong thời kỳ hội nhập kinh tế quốc tế, vai tròcủa Ngành điện ngày càng đặc biệt quan trọng. Chúng ta biết rằng trong vòng những năm tới, nguy cơ thiếu hụt điện năng là điều không thể tránh khỏi vìlýdo làcác trung tâm Thủy điện, Nhiệt điện, Điện khílớn gần như đã được khai thác triệt để. Đồng thời, các nhà máy điện thường được xây dựng ở nơi gần nguồn nhiên liệu hoặc chuyên chở nhiên liệu thuận lợi, trong khi đó các trung tâm phụ tải lại ở xa, do vậy phải dùng lưới truyền tải để chuyển tải điện năng đến các phụ tải. Vì lý do an toàn người ta không cung cấp trực tiếp cho các phụ tải bằng lưới truyền tải mà dùng lưới phân phối. Đây là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng đến hộ tiêu dùng. Lưới phân phối thường được phân bố trên diện rộng, gồm nhiều nhánh nút phụ tải, vìvậy khi truyền năng lượng trên đường dây đến các hộ tiêu thụ sẽ gây nên tổn thất công suất, tổn thất điện năng, làm giảm chất lượng điện năng … trong khi nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng cao, đòi hỏi đáp ứng đầy đủ kịp thời không chỉ về số lượng màcả về chất lượng. Để hạn chế các vấn đề trên, hàng năm một lượng vốn rất lớn được đưa vào lưới điện thông qua các chương trình sửa chữa lớn, sửa chữa thường xuyên để mua sắm, lắp đặt nhiều thiết bị vận hành (tụ bù, thay dây dẫn, thay máy biến áp tổn thất thấp…) nhằm mục đích hoàn thiện cấu trúc lưới, điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng, giảm tổn thất điện năng trên lưới điện. Tuy nhiên, các chương trình này thông thường có nhược điểm đó là: nguồn lực tài chí nh lànguồn lực hữu hạn nhưng vẫn chưa có những đánh giá chính xác tí nh hiệu quả của các công trì nh sửa chữa, nâng cấp lưới nhằm mục đích giảm tổn thất điện năng. Trước nhu cầu thực tiễn trên đây và vị trícông tác của tác giả đề tài, tác giả mong muốn xây dựng bài toán thể hiện mối tương quan giữa chi phí đầu tư và lợi nhuận thu được từ việc giảm tổn thất. 2. Mục đích nghiên cứu - Phân tích các chế độ làm việc hiện hành của lưới phân phối thành phố Đồng Hới. - Tìm hiểu các chế độ bùcông suất phản kháng hiện tại trên lưới phân phối của Công ty Điện lực Quảng Bì nh. - Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT để tí nh toán lựa chọn dung lượng bùvàvị tríbùhợp lýnhằm giảm tổn thất cho lưới điện để tăng hiệu quả kinh tế cho lưới phân phối 22KV thành phố Đồng Hới. 2 3. Đối tượng vàphạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu của đề tài là các phương pháp tính toán tổn thất công suất trong đó nhấn mạnh đến phương pháp bù công suất phản kháng cho lưới điện phân phối thành phố Đồng Hới, tính toán bùbằng phần mềm PSS/ADEPT. - Phạm vi nghiên cứu: + Áp dụng đối tượng nghiên cứu trên cho một số xuất tuyến 22kV thuộc khu vực thành phố Đồng Hới cótổn thất cao. + Phương pháp tính toán các chế độ làm việc trong lưới phân phối. + Giải pháp bù cho lưới phân phối. 4. Tên đề tài Căn cứ mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu, đề tài được đặt tên: “Đánh giá hiệu quả kinh tế các phương pháp giảm tổn thất điện năng ứng dụng cho lưới điện phân phối thành phố Đồng Hới”. 5. Bố cục luận văn Trên cơ sở mục đích nghiên cứu, đối tượng vàphạm vi nghiên cứu, nội dung đề tài dự kiến như sau: - Chương mở đầu. - Chương 1: Tổng quan về lưới điện vàtổn thất trên lưới điện phân phối. - Chương 2: Mục tiêu bùcông suất phản kháng vàbài toán chi phí. - Chương 3: Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT, đánh giá tổn thất điện năng lưới điện phân phối thành phố Đồng Hới. - Chương 4: Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT tí nh toán, đánh giá hiệu quả kinh tế bùtối ưu cho lưới điện phân phối Thành phố Đồng Hới. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN & TỔN THẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. Tổng quan về lưới điện phân phối Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây truyền tải và phân phối được nối với nhau thành một hệ thống thống nhất làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. Theo mục đích nghiên cứu, hệ thống điện được chia thành các phần hệ thống như: - Lưới hệ thống 500kV - Lưới truyền tải (35, 110, 220kV) - Lưới phân phối trung áp (6, 10, 22, 35kV) - Lưới phân phối hạ áp (0,4kV) 1.2. Đặc điểm lưới điện phân phối Lưới điện phân phối cung cấp điện trực tiếp đến khách hàng của một địa phương nhỏ nên thường có cấp điện áp trung áp 6, 10, 15, 22, 35kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung, hạ áp. Đặc điểm chính của lưới điện phân phối là: - Chế độ vận hành bình thường của lưới phân phối là vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá. Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện thỉnh thoảng cũng có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở. - Trong mạch vòng các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng LBS, REC hoặc thiết bị nối mạch vòng. Các thiết bị này vận hành ở vị trí mở, trong trường hợp cần sửa chữa hoặc sự cố đường dây điện thì việc cung cấp điện không bị gián đoạn lâu dài nhờ việc chuyển đổi nguồn cung cấp bằng thao tác đóng cắt dao cách ly phân đoạn hay tự động chuyển đổi nhờ các thiết bị nối mạch vòng. - Phụ tải của lưới phân phối đa dạng và phức tạp, nhất là ở Việt Nam các phụ tải sinh hoạt và dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp đa phần cùng trong một hộ phụ tải. Sơ đồ cấp điện của lưới điện phân phối có các dạng cơ bản sau: 1.2.1. Sơ đồ hì nh tia Đây là loại sơ đồ đơn giản và thông dụng nhất. Từ trạm nguồn có nhiều xuất tuyến đi ra cấp điện cho từng nhóm trạm phân phối. Trục chính của các xuất tuyến này được phân đoạn để tăng độ tin cậy cung cấp điện. Thiết bị phân đoạn có thể là cầu chì, dao cách ly, máy cắt hoặc các Recloser có thể tự đóng lập lại. Giữa các trục chính của một trạm nguồn hoặc giữa các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông với nhau để dự phòng khi sự cố, cắt điện công tác trên đường trục hay các trạm biến áp nguồn. Máy cắt và dao cách ly liên lạc được mở trong khi làm việc để vận hành hở. 4 Các phụ tải điện sinh hoạt 0,2kV - 0,4kV được cung cấp từ các trạm biến áp phân phối. Mỗi trạm biến áp phân phối là sự kết hợp giữa cầu chì, máy biến áp và tủ điện phân phối hạ áp. Đường dây hạ áp 0,2kV - 0,4kV của các trạm biến áp phân phối này thường có cấu trúc hình tia. Hình 1.1 thể hiện sơ đồ hệ thống phân phối hình tia. Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống phân phối hình tia 1.2.2. Sơ đồ mạch vòng Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống phân phối mạch vòng Thường được áp dụng cho lưới điện phân phối đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng. Các xuất tuyến được cấp điện trực tiếp từ các trạm khác nhau và trên mỗi tuyến đều có 2 máy cắt đặt ở hai đầu. Các trạm biến áp phân phối được đấu liên thông và mỗi máy biến áp đều có 2 dao cách ly đặt ở hai phía. Máy biến áp được cấp điện từ phía nào cũng được. Sơ đồ mạch vòng dạng này thường được áp dụng cho lưới điện phân phối trung áp. 5 Trong thực tế, lưới điện phân phối tại Việt Nam là sự phối hợp của hai loại sơ đồ trên. Chúng bao gồm nhiều trạm trung gian được nối liên thông với nhau bởi một mạng lưới đường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vòng kín. Đối với các khu vực đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao thì sơ đồ lưới phân phối thường được áp dụng kiểu sơ đồ dạng thứ hai. 1.3. Tổ n thấ t và nguyên nhân gây tổ n thấ t Tổn thất điện năng trên hệ thống điện là lượng điện năng tiêu hao cho quátrì nh truyền tải và phân phối điện từ thanh cái các nhà máy điện qua hệ thống lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối đến các hộ sử dụng điện. Chính vì vậy, tổn thất điện năng còn được định nghĩa là điện năng dùng để truyền tải, phân phối điện và là một trong những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của ngành Điện. Việc nghiên cứu, áp dụng các giải pháp mới để giảm tỷ lệ tổn thất điện năng là mục tiêu của ngành Điện tất cả các nước, đặc biệt trong bối cảnh hệ thống đang mất cân đối về lượng cung cầu điện năng như nước ta hiện nay. Tỷ lệ tổn thất điện năng phụ thuộc vào đặc tính của mạch điện, lượng điện truyền tải, khả năng cung cấp của hệ thống và công tác quản lý vận hành hệ thống điện. Tổn thất điện năng được phân chia thành hai loại cơ bản là tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại. 1.3.1. Tổ n thấ t kỹ thuật Tổn thất kỹ thuật là tiêu hao điện năng tất yếu xảy ra trong quá trình truyền tải và phân phối điện. Do dây dẫn, máy biến áp, thiết bị trên lưới đều có trở kháng nên khi dòng điện chạy qua gây tiêu hao điện năng do phát nóng máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị điện. Ngoài ra đường dây dẫn điện cao áp từ 110kV trở lên còn có tổn thất vầng quang; dòng điện qua cáp ngầm, tụ điện còn có tổn thất do điện môi, đường dây điện đi song song với đường dây khác như dây chống sét, dây thông tin... có tổn hao điện năng do hỗ cảm. Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện bao gồm TTCS tác dụng và TTCS phản kháng. TTCS phản kháng do từ thông rò, gây từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây. TTCS phản kháng chỉ làm lệch góc và ít ảnh hưởng đến TTĐN. TTCS tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến TTĐN. Tổn thất kỹ thuâ ̣t có các nguyên nhân chủ yếu như sau: - Đường dây quá dài, bán kính cấp điện lớn, tiết diện dây dẫn quá nhỏ, đường dây bị xuống cấp, không được cải tạo nâng cấp, trong quá trin ̀ h vâ ̣n hành làm tăng nhiê ̣t đô ̣ dây dẫn, điê ̣n áp giảm dưới mức cho phép và tăng TTĐN trên dây dẫn. - Máy biến áp vâ ̣n hành non tải hoă ̣c không tải sẽ không phù hơ ̣p với hệ thống đo đế m dẫn tới TTĐN cao. 6 - Máy biến áp vâ ̣n hành quá tải do dòng điê ̣n tăng cao làm phát nóng cuô ̣n dây và dầ u cách điê ̣n của máy dẫn đế n tăng tổ n thấ t điê ̣n năng trên máy biến áp đồ ng thời gây su ̣t áp và làm tăng TTĐN trên lưới điê ̣n phiá ha ̣ áp. - Tổ n thấ t do thiế t bi ̣ cũ, la ̣c hâ ̣u: các thiế t bi ̣ cũ thường có hiê ̣u suấ t thấ p, máy biến áp là loại có tỷ lệ tổn thất cao hoặc vật liệu lõi từ không tốt dẫn đến sau một thời gian vâ ̣n hành tổn thất có xu hướng tăng lên. - Nhiều thành phần sóng hài của các phụ tải công nghiệp tác động vào các cuộn dây máy biến áp làm tăng TTĐN. - Tổ n thấ t dòng rò: Sứ cách điê ̣n, chố ng sét van và các thiế t bi ̣ không đươ ̣c kiể m tra, bảo dưỡng hơ ̣p lý dẫn đế n dòng rò, phóng điê ̣n. - Đố i với hệ thống nố i đấ t trực tiế p, lă ̣p la ̣i không tố t dẫn đế n TTĐN sẽ cao. - Hành lang tuyế n không đảm bảo: không thực hiê ̣n tố t viê ̣c phát quang, cây mo ̣c cha ̣m vào đường dây gây dòng rò hoă ̣c sự cố. - Hiê ̣n tươ ̣ng quá bù, hoă ̣c vi ̣trí và dung lươ ̣ng bù không hơ ̣p lý. - Tiń h toán phương thức vâ ̣n hành không hơ ̣p lý, để xảy ra sự cố dẫn đế n phải sử du ̣ng phương thức vâ ̣n hành bấ t lơ ̣i và TTĐN tăng cao. - Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên dây trung tin ́ h, dây pha và cả trong máy biến áp, đồ ng thời cũng gây quá tải ở pha có dòng điện lớn. - Vận hành với hệ số cosφ thấp do phụ tải có hệ số cosφ thấp, thực hiê ̣n lắ p đă ̣t và vâ ̣n hành tu ̣ bù không phù hơ ̣p. Cosφ thấp dẫn đế n tăng dòng điện truyề n tải hệ thống và tăng TTĐN. - Các điể m tiế p xúc, các mố i nố i tiế p xúc kém nên làm tăng nhiê ̣t đô ̣, tăng TTĐN. - Chế đô ̣ sử du ̣ng điê ̣n không hơ ̣p lý: công suất sử du ̣ng của nhiề u phụ tải có sự chênh lê ̣ch quá lớn giữa giờ cao điể m và thấ p điể m. 1.3.2. Tổ n thấ t thương ma ̣i Tổn thất thương ma ̣i phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trình quản lý hành chính, hệ thống công tơ đo đếm và ý thức của người sử dụng. Tổn thất thương ma ̣i cũng một phần chịu ảnh hưởng của năng lực và công cụ quản lý của các Điện lực, trong đó có phương tiện máy móc, máy tính, phần mềm quản lý và con người. Tổn thất thương mại bao gồm các dạng tổn thất như sau: - Các thiế t bi ̣ đo đế m như công tơ, TU, TI không phù hơ ̣p với tải có thể quá lớn hay quá nhỏ hoă ̣c không đa ̣t cấ p chính xác yêu cầ u, hê ̣ số nhân của hệ thống đo không đúng, các tác đô ̣ng làm sai lê ̣ch ma ̣ch đo đế m điê ̣n năng, gây hỏng hóc công tơ, các ma ̣ch thiế t bi ̣đo lường, … - Sai sót khâu quản lý: TU mấ t pha, TI, công tơ hỏng chưa kip̣ xử lý, thay thế kip̣ thời, không thực hiê ̣n đúng chu kỳ kiể m đinh ̣ và thay thế công tơ đinh ̣ kỳ theo quy 7 đinh ̣ của Pháp lê ̣nh đo lường, đấ u nhầ m, đấ u sai sơ đồ đấ u dây, … là các nguyên nhân dẫn đế n đo đế m không chính xác gây TTĐN. - Sai sót trong nghiê ̣p vu ̣ kinh doanh: đo ̣c sai chỉ số công tơ, thố ng kê tổ ng hơ ̣p không chiń h xác, bỏ sót khách hàng, … - Không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện. - Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng. - Sai sót trong khâu tiń h toán xác đinh ̣ tổ n thấ t kỹ thuâ ̣t. Hiện nay, có nhiều các phương pháp giảm tổn thất điện năng tùy thuộc vào việc xác định nguyên nhân gây tổn thất. Trong phạm vi đề tài, tác giả nghiên cứu đưa ra các phương án tối ưu cho việc lắp đặt tụ bù trên lưới trung, hạ áp. Vì vậy, luận văn sẽ trình bày đánh giá hiệu quả phương án giảm tổn thất bằng bù công suất phản kháng. 1.4. Bùcông suất phản kháng trong lưới điện phân phối 1.4.1. Bù công suất phản kháng Công suất phản kháng do phụ tải yêu cầu mang thuộc tính cảm, để sinh ra từ trường cần thiết cho quá trình chuyển đổi điện năng, từ trường xoay chiều cần một điện năng dao động đó là công suất phản kháng có tính cảm Q. Điện năng của từ trường dao động dưới dạng dòng điện, khi đi trên dây dẫn nó gây tổn thất điện năng và tổn thất điện áp không có lợi cho lưới điện. Hình 1.3. Bù công suất phản kháng Muốn giảm được tổn thất điện năng và tổn thất điện áp do từ trường gây ra người ta đặt tụ điện ngay sát vùng từ trường hình 1.3. Tụ điện gây ra điê ̣n trường xoay chiề u, điê ̣n trường cũng cầ n mô ̣t điê ̣n năng dao đô ̣ng - công suấ t phản kháng dung tính QC , nhưng ngươ ̣c về pha so với từ trường. Khi từ trường phát năng lươ ̣ng thì điê ̣n trường nhâ ̣n vào và ngươ ̣c la ̣i. Nhờ đă ̣c tính này mà khi đă ̣t ca ̣nh nhau điê ̣n trường và từ trường ta ̣o ma ̣ch dao đô ̣ng, năng lươ ̣ng của chúng truyề n quan la ̣i cho nhau, chỉ có phầ n thừa ra Q - QC (dù điê ̣n cảm hay điê ̣n dung) mới đi về nguồ n điê ̣n. Nhờ vâ ̣y dòng công suấ t phản kháng giảm đi. Công suấ t phản kháng dung tin ́ h đi về nguồ n cũng gây tổ n thấ t điê ̣n năng như công suấ t phản kháng cảm tính, nhưng về điê ̣n áp thì nó làm tăng điê ̣n áp ở nút tải so với nguồ n (tổ n thấ t điê ̣n áp âm). Vì thế khi đă ̣t bù cũng phải tránh không gây quá bù (QC¬>Q) 8 1.4.2. Yêu cầu về kỹ thuật vàkinh tế 1.4.2.1. Tiêu chíkỹ thuật a) Yêu cầu về cosφ Phụ tải của các hộ gia đình thường có hệ số công suất cao, thường là gần bằng 1, do đó mức tiêu thụ công suất phản kháng rất ít không thành vấn đề lớn cần quan tâm. Trái lại, các xí nghiệp, nhà máy, phân xưởng… dùng động cơ không đồng bộ, là nơi tiêu thụ chủ yếu công suất phản kháng. Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ, các yếu tố chủ yếu như sau: - Dung lượng của động cơ càng lớn thì hệ số công suất càng cao, suất tiêu thụ công suất phản kháng càng nhỏ. - Hệ số công suất của động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ, nhất là đối với các động cơ nhỏ. - Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc rất nhiều vào hệ số phụ tải của động cơ, khi quay không tải lượng công suất phản kháng cần thiết cho động cơ không đồng bộ cũng đã bằng 60%– 70% lúc tải định mức. b) Đảm bảo mức điện áp cho phép Khi có điện chạy trong dây dẫn thì bao giờ cũng có điện áp rơi, cho nên điện áp ở từng điểm khác nhau trên lưới không giống nhau. Tất cả các thiết bị tiêu thụ điện đều được chế tạo để làm việc tối ưu với một điện áp đặt nhất định, nếu điện áp đặt trên đầu cực của thiết bị điện khác trị số định mức sẽ làm cho tình trạng làm việc của chúng xấu đi. Vì các lý do trên, việc đảm bảo điện áp ở mức cho phép là một chỉ tiêu kỹ thuật rất quan trọng. Trên thực tế không thể nào giữ được điện áp vào đầu cực của các thiết bị điện cố định bằng điện áp định mức mà chỉ có thể đảm bảo trị số điện áp thay đổi trong một phạm vi nhất định theo tiêu chuẩn kỹ thuật đã cho phép mà thôi, thông thường điện áp đặt cho phép dao động ± 5%. Độ lệch điện áp là tiêu chuẩn điện áp quan trọng nhất ảnh hưởng lớn đến giá thành hệ thống điện. Có thể thay đổi sự phân bố công suất phản kháng trên lưới, bằng cách đặt các máy bù đồng bộ hay tụ điện tĩnh, và cũng có thể thực hiện được bằng cách phân bố lại công suất phản kháng phát ra giữa các nhà máy điện trong hệ thống. c) Giảm tổn thất công suất đến giới hạn cho phép. Muốn nâng cao điện áp vận hành có nhiều phương pháp: - Thay đổi đầu phân áp của MBA. - Nâng cao điện áp của máy phát điện. - Làm giảm hao tổn điện áp bằng các thiết bị bù. 9 1.4.2.2. Tiêu chívề kinh tế Khi thực hiện bù kinh tế người ta tính toán để đạt được các lợi ích, nếu lợi ích thu được cho việc lắp đặt thiết bị bù lớn hơn chi phí lắp đặt thì việc bù kinh tế sẽ được thực hiện. a) Lợi ích khi đặt tụ bù - Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ max của hệ thống điện, do đó giảm được dự trữ công suất tác dụng. - Giảm nhẹ tải của MBA trung gian và đường trụ trung áp do giảm được yêu cầu CSPK. - Giảm được tổn thất điện năng. - Cải thiện được chất lượng điện áp trong lưới phân phối. b) Chi phí đặt tụ bù - Vốn đầu tư và chi phí vận hành cho trạm bù. - Tổn thất điện năng trong tụ bù.. 1.4.3. Các phương pháp bù công suất phản kháng Có hai phương pháp bù được áp dụng trong giảm tổn thất, đó là: - Bùnối tiếp (Bùdọc) Tụ điện bù dọc được mắc nối tiếp đường dây nhằm làm giảm điện kháng của đường dây và được sử dụng chủ yếu để tăng điện áp cuối đường dây, tức là làm giảm tồn thất điện áp. Nó cũng cải thiện hệ số công suất đầu đường dây. Thực tế lưới phân phối ít sử dụng. - Bùsong song (Bù ngang) Tu ̣ bù ngang đươ ̣c kế t nố i song song trong hê ̣ thố ng và đươ ̣c sử du ̣ng chủ yế u để cải thiê ̣n hê ̣ số công suấ t, nhằ m làm giảm công suấ t phản kháng truyề n tải. Từ đó làm giảm tổ n thấ t trên đường dây. Bù song song cũng có tác du ̣ng làm tăng điê ̣n áp của tru ̣c chiń h nghiã là giảm tổ n thấ t điê ̣n áp, đồ ng thời lo ̣c sóng hài.. 1.4.4. Phương thức bù công suất phản kháng Bù công suấ t phản kháng mang la ̣i 2 lơ ̣i ić h: giảm tổ n thấ t điê ̣n năng và cải thiê ̣n điê ̣n áp với chi phí vâ ̣n hành không đáng kể . Trong lưới phân phố i có thể có 3 loa ̣i bù công suấ t phản kháng: - Bù kỹ thuâ ̣t để nâng cao điê ̣n áp. Do thiế u công suấ t phản kháng, điê ̣n áp sẽ thấ p. Nế u công suấ t phản kháng nguồ n thiế u thì bù công suấ t phản kháng là mô ̣t giải pháp nâng cao điê ̣n áp, ca ̣nh tranh với các biê ̣n pháp khác như tăng tiế t diê ̣n dây, điề u áp dưới tải - Bù kinh tế để giảm tổ n thấ t công suấ t và tổ n thấ t điê ̣n năng. 10 - Trong lưới xí nghiê ̣p phải bù cưỡng bức để đảm bảo cos theo yêu cầ u. Bù này không phải do điê ̣n áp thấ p hay tổ n thấ t điê ̣n năng cao mà do yêu cầ u từ hê ̣ thố ng điê ̣n. Tuy nhiên lơ ̣i ić h kéo theo là giảm tổ n thấ t điê ̣n năng và cải thiê ̣n điê ̣n áp. Bù kinh tế là để lấ y lơ ̣i, nế u lơ ̣i thu đươ ̣c do bù lớn hơn chi phí đă ̣t bù thì bù sẽ đươ ̣c thực hiê ̣n, có 2 cách đă ̣t bù: Cách 1: Bù tâ ̣p trung ta ̣i mô ̣t số điể m trên tru ̣c chin ́ h lưới trung áp Cách 2: Bù phân tán ở các tra ̣m phân phố i ha ̣ áp, hoặc rãi các XT hạ áp Bù theo cách 1, trên 1 tru ̣c chính chỉ đă ̣t 1 đế n 3 tra ̣m tu ̣ bù (hình 1.4). Công suấ t bù có thể lớn, dễ thực hiê ̣n điề u khiể n các loa ̣i. Dùng tu ̣ trung áp nên giá thành đơn vi ̣ bù rẻ và công suấ t đơn vi ̣lớn. Viê ̣c quản lý và vâ ̣n hành dễ dàng Hình 1.4. Vị trí lắp đặt tụ bù công suất phản kháng Bù theo cách 2 giảm đươ ̣c tổ n thấ t công suấ t và tổ n thấ t điê ̣n năng nhiề u hơn vì bù sâu hơn. Nhưng do bù quá gầ n phu ̣ tải nên nguy cơ cô ̣ng hưởng và tự kích thích ở phu ̣ tải cao. Để giảm nguy cơ này phải ha ̣n chế công suấ t bù sao cho ở chế đô ̣ cực tiể u công suấ t bù không lớn hơn yêu cầ u của phu ̣ tải. Giá thành đơn vi ̣ bù cao hơn tâ ̣p trung. Trong thực tế có thể dùng kế t hơ ̣p cả 2 cách 1.4.5. Phân tích ảnh hưởng của tụ bù đến tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng của lưới phân phối xét trong một số trường hợp đơn giản - Lưới phân phối cómột phụ tải Xét lưới phân phố i như trên hin ̀ h 1.5. Công suấ t phản kháng yêu cầ u cực đa ̣i là Qmax, công suấ t bù là Qbù, đồ thi ̣ kéo dài của công suấ t phản kháng yêu cầ u là q(t), đồ thi ̣kéo dài của công suấ t phản kháng sau khi bù là: qb(t) = q(t) - Qb Trên hình 1 .b : qb1(t) ứng với Qb = Qmin Trên hình 1. c : qb2(t) ứng với Qb = Qmax Trên hiǹ h 1. d : qb3(t) ứng với Qb = Qtb (Công suất phản kháng trung bin ̀ h) 11 Qmax[kVAr] R U Qb [kVAr] Q Q Qmax Qmax Qb = Qmin Qb = Qmin + + qb(t) qb(t) Qmin 0 t T Qmin 0 T a) Qb=Qmin t b) Qb=Qtb Q Qmax Qb = Qmax + Qmin 0 T qb(t) t - c) Qb=Qmax Hình 1.5. Ảnh hưởng của tụ bù đến sơ đồ lưới phân phố i có 1 phụ tải Tổ n thấ t công suấ t tác du ̣ng do công suấ t phản kháng q(t) gây ra là: q(t ) 2 R P1 = U2 U là điê ̣n áp đinh ̣ mức của lưới điê ̣n Tổ n thấ t công suấ t sau khi bù: P2 = [q(t )  Qb ]2 q(t ) 2  2q(t )Qb  Qb2 R R = U2 U2 Lơ ̣i ić h về tổ n thấ t công suât tác du ̣ng sau khi bù chin ́ h là đô ̣ giảm tổ n thấ t công suấ t tác du ̣ng do bù: P(t) = P1 - P2 = R.Qb .[2q(t )  Qb ] 2q(t )Qb  Qb2 R= 2 U2 U 12 Lơ ̣i ić h do giảm tổ n thấ t công suấ t tác du ̣ng chỉ có ý nghiã ở chế đô ̣ max của hê ̣ thố ng khi mà nguồ n công suấ t tác du ̣ng bi ̣căng thẳ ng, giả thiế t tổ n thấ t công suấ t max của lưới điê ̣n trùng với max hê ̣ thố ng, lúc đó q(t) = Qmax và:  P sẽ lớn nhấ t khi Qb = Qmax Đô ̣ giảm tổ n thấ t điê ̣n năng trong khoảng thời gian xét T là tić h phân của P(t) theo ở trên trong khoảng thời gian xét T: T A = = Vì  [2.q(t ).Q b  Qb2 ].R.dt 0 U2 2..T .Qtb .Qb  TQb2 R = U2 T .R.Qb [2.Qtb  Qb ] T .R.Qb [2.K sdq .Qmax  Qb ] = U2 U2 [  q (t ).dt ]/T = Qtb và Ksdq = Qtb/Qmax Lấ y đa ̣o hàm theo Qb, đă ̣t = 0 rồ i giải ra ta đươ ̣c giá tri ̣ của Qb cho đô ̣ giảm tổ n thấ t điê ̣n năng lớn nhấ t: A/Qb = [2.T.Qtb - 2.Qb].R/U2 = 0 Rút ra: Qbopt = Qtb Khi đó A = R.T.Qtb2/U2 Như vâ ̣y muố n giảm đươ ̣c nhiề u nhấ t tổ n thấ t điê ̣n năng thì Qb = Qtb của phu ̣ tải. Trong khi đó muố n giảm đươ ̣c nhiề u nhấ t tổ n thấ t công suấ t thì Qb = Qmax. Không đươ ̣c la ̣m du ̣ng sự tăng công suấ t bù vì như vâ ̣y lơ ̣i ích do bù sẽ la ̣i giảm. - Lưới điêṇ phân phố i có phu ̣ tải phân bố đề u trên tru ̣c chính Xét lưới điê ̣n phân phố i trên hin ̀ h 1.6. Trong trường hơ ̣p này đă ̣t vấ n đề là điạ điể m đă ̣t bù nên ở đâu để hiê ̣u quả bù là lớn nhấ t. Còn vấ n đề công suấ t bù đã đươ ̣c giải quyế t ở phầ n trên và vẫn đúng cho trường hơ ̣p này. 13 0 r0 [km] q0 [kVArkm] L[km] Qb lb QN 0 B lx C A L Hì nh 1.6. Ảnh hưởng của tụ bụ đến lưới có một phụ tải phân bố đề u trên trục chính Giả thiế t rằ ng chỉ đă ̣t bù ta ̣i 1 điể m và phải tìm điể m đă ̣t tu ̣ bù tố i ưu sao cho với công suấ t bù nhỏ nhấ t đa ̣t hiê ̣u quả lớn nhấ t Ta xét chế đô ̣ max, tổ n thấ t công suấ t tác du ̣ng trước khi bù là: P1 = r0.q02.L3/(3.U2) Ta đă ̣t bù sao cho công suấ t phản kháng QN từ nguồ n cấ p cho đoa ̣n lx (đoa ̣n 0B) còn tu ̣ bù công suấ t phản kháng Qb cho đoa ̣n còn la ̣i là L - lx (đoa ̣n BA hin ̀ h 1.10b) QN = lx.q0 Qb = (L - lx).q0 Sẽ dễ dàng nhâ ̣n thấ y rằ ng muố n cho tổ n thấ t công suấ t và tổ n thấ t điê ̣n năng sau khi bù là nhỏ nhấ t thì tra ̣m bù phải đă ̣t ở chin ́ h giữa đoa ̣n L-lx, công suấ t phản kháng của tu ̣ sẽ chia đề u ở 2 phía, mỗi phía có đô ̣ dài (L-lx)/2 và công suấ t phản kháng Qb/2 (hin ̀ h 1.10b). Vi ̣trí đă ̣t bù sẽ là: lb = lx + (L - lx)/2 = (L + lx)/2 Tổ n thấ t công suấ t tác du ̣ng trên đoa ̣n lx là: PN = (lx.q0)2.lx.r0/(3.U2) = lx3.q02.r0/(3.U2) Tổ n thấ t công suấ t tác du ̣ng trên đoa ̣n L - lx là: Pb = 2.[(L-lx).q0/2)2.(L - lx).r0/(3.U2) = r0.(L - lx)3.q02/(12.U2) Tổ ng tổ n thấ t công suấ t tác du ̣ng sau khi bù là: P2 = PN + Pb = lx3.q02.r0/(3.U2) + r0.(L - lx)3.q02/(12.U2)