Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ đánh giá mức độ tổn thất điện năng và các giải pháp giảm tổn thất điện năng trên...

Tài liệu đánh giá mức độ tổn thất điện năng và các giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối tỉnh chăm pa sắc, lào

.PDF
84
43
67

Mô tả:

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  BOUNYAKHET KHAMPHOCHAY ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI TỈNH CHĂM PA SẮC, LÀO LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng - 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  BOUNYAKHET KHAMPHOCHAY ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI TỈNH CHĂM PA SẮC, LÀO LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 8520201 Giáo viên hướng dẫn:TS. TRẦN VINH TỊNH Đà Nẵng - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoạn đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả luận văn BOUNYAKHET KHAMPHOCHAY ii TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH CHĂM PA SẮC, LÀO Học viên: BOUNYAKHET KHAMPHOCHAY Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số:8520201 Khóa: 34 Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm tắt: -Hiệu quả kinh tế, kinh doanh có lợi nhuận là vấn đề sống còn đối với mỗi doanh nghiệp. Công ty điện lực tỉnh Chăm Pa Sắc là đơn vị thực hiện chức năng quản lý hệ thống lưới phân phối và kinh doanh bán lẻ điện năng đến hộ tiêu thụ với sứ mệnh đảm bảo cung ứng đủ điện với chất lượng ngày càng tốt, đáp ứng nhu cầu sinh hoạt, sản xuất, phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Chăm Pa Sắc, vì thế nâng cao hiệu quả kinh tế lưới điện phân phối là vấn đề cơ bản then chốt cần phải giải quyết. - Tỉnh Chăm Pa Sắc là khu vực có sản lượng điện thương phẩm hàng năm chiếm tỷ trọng lớn, tuy nhiên kết quả kinh tế thực hiện các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật còn hạn chế, TTĐN khu vực tương đối cao, các chỉ số về độ tin cậy cung cấp điện còn bất cập. - Với nguồn vốn đầu tư hàng năm được phân bố không nhiều, chỉ đủ để chống quá tải lưới điện, việc tái cấu trúc lưới điện vận hành kinh tế khó khả thi, vì vậy trong phạm vi luận văn này, tác giả dựa trên những số liệu thực tế thu thập được từ các chương trình quản lý vận hành như phần mềm CYMDIST để xử lý, tính toán bằng các chương trình ứng dụng và đưa ra các giải pháp đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế trên nền lưới điện phân phối tỉnh Chăm Pa Sắc hiện hữu có xét đến sự liên lạc đối với các khu vực lân cận. Từ khóa: hệ thống điện phân phối, tổn thất điện năng, Công ty điện lực tỉnh Chăm Pa Sắc Lào, độ tin cậy cung cấp điện, hiệu quả kinh tế. MEASURES TO IMPROVE ECONOMIC EFFICIENCY FOR DISTRIBUTION GRID OF CHAMPASAK PROVINCE, LAOS Abstract: - Economic efficiency, profitable business is a vital question for every enterprise. Electricity Company in CHAMPASAK Province is the unit that performs the function of managing distribution grid system and provide electricity to households with the mission of ensuring sufficient supply of electricity with better and better quality, meeting the demand of living and production, the socio-economic development of Savannakhet province, thus improving the economic efficiency of the distribution grid is a key fundamental issue and it needs to be addressed. - CHAMPASAK province is an area where annual commercial electricity output accounts for a large proportion, but the economic results of implementation of economic and technical indicators are still limited, the power loss in the region is relatively high, indicators of reliability of power supply are inadequate. - With the annual investment capital is not distributed much, it is only enough to resist the overloading of the grid, the loading of the economic grid structure is not feasible, so within the scope of this thesis, the author relies on the actual data collected from operational management programs such as CYMDIST software to process and calculate using application programs and offer the proposed solutions to improve economic efficiency on the existing electricity distribution grid of CHAMPASAK province, considering the contact with neighboring areas. Keywords: Distribution grid system, power loss, Electricity Company in CHAMPASAK Province, Laos, reliability of power supply, Economic efficiency iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .....................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................ vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................................... vii I. MỞ ĐẦU. .....................................................................................................................1 II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. ......................................................................................3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ................................................................................4 1.1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI. .......................................................4 1.2. TỔNG QUAN VỀ TTCS VÀ TTĐN TRONG LĐPP. ............................................5 1.2.1. Giới thiệu khái quát. ..........................................................................................5 1.2.2. Bài toán về tổn thất công suất. ...........................................................................6 1.2.3. Bài toán về tổn thất điện năng trong thiết kế. ....................................................8 1.2.4. Tính toán TTĐN trong quản lý vận hành lưới điện phân phối. .........................9 1.3. BÀI TOÁN NÂNG CAO HIỂU QUẢ KINH TẾ LĐPP. ........................................9 1.3.1. Tính kinh tế của việc giảm tổn thất. ..................................................................9 1.3.2. Các biện pháp giảm tổn thất. ...........................................................................10 1.4. ĐỘ TIN CẬY. ........................................................................................................13 1.4.1 Độ tin cậy và các chỉ tiêu độ tin cậy. ................................................................13 1.4.2 Tổn thất kinh tế do mất điện và ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc hệ thống. .........................................................................................................................14 1.5. KẾT LUẬN ............................................................................................................16 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN TỈNH CHĂM PA SẮC, LÀO. ....................................................18 2.1. GIỚI THIỆU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH CHĂM PA SẮC. .......................18 2.1.1. Đặc điểm tự nhiên – xã hội tỉnh chăm pa sắc. .................................................18 2.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG. ...........................................................................................................................23 2.2.1. Tổng quan về vấn đề tính toán phân tích chế độ xác lập hệ thống cung cấp điện. ............................................................................................................................23 2.2.2. Các phương pháp lặp tính toán chế độ xác lập hệ thống điện: ........................25 2.2.2.1. Phương pháp lặp Gauss – Seidel:..............................................................25 2.2.2.2. Phương pháp lặp Newton – Raphson. .......................................................26 iv 2.2.3. PHẦN MỀM CYMDIST. ....................................................................................29 2.1.3.1 Cách sử dụng chương trình tính toán Cymdist .........................................32 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG HTCCĐ. ......37 2.3.1. Phương pháp tích phân đồ thị. .........................................................................37 2.3.2. Phương pháp dòng điện trung bình bình phương. ...........................................39 2.3.3. Phương pháp thời gian tổn thất. .......................................................................39 2.3.4. Phương pháp đường cong tổn thất. ..................................................................40 2.3.4.1 Đặt vấn đề. .................................................................................................40 2.3.4.2 Tính toán TTĐN bằng phương pháp đường cong tổn thất. .......................40 2.3.4.3. Đường cong tổn thất công suất trong lưới điện cung cấp. ........................41 2.3.4.4 Phương pháp tính toán để xây dựng đường cong tổn thất. ........................43 2.3.4.5 Ứng dụng của đường cong tổn thất trong thiết kế, vận hành hệ thống cung cấp điện. .................................................................................................................43 2.4. TÍNH TOÁN TTCS VÀ TTĐN CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH CHĂM PA SẮC. ........................................................................................................................45 2.4.1. Phương pháp đường cong tổn thất theo thời gian của xuất tuyến (feeder 1Bangyo) - (mùa mưa). ................................................................................................45 2.4.2. Phương pháp đường cong tổn thất theo thời gian của xuất tuyến (feeder 1BangYo) - (mùa khô). ................................................................................................48 2.4. KẾT LUẬN ............................................................................................................51 CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ. .............................................................................................................52 3.1. BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG. .....................................................................52 3.1.1. Tổn thất công suất trên một đoạn xuất tuyến phân phối. .................................52 3.1.2. Giảm tổn thất nhờ lắp đặt tụ bù. ......................................................................52 3.1.3 Vị trí lắp đặt tối ưu bộ tụ điện. ..........................................................................55 3.1.4 Quan hệ về dung lượng của các tụ bù cố định. .................................................56 3.2. CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT, TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG. .......................................................................................................................................57 3.3 KẾT LUẬN .............................................................................................................64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................67 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU - CB – CNV: Cán bộ công nhân viên. DSM – Demand Side Management: Quản lý nhu cầu sử dụng điện năng. HTĐ: Hệ thống điện. HTCCĐ: Hệ thống cung cấp điện. HSKV: Hiệu suất khu vực. KTNL: Kiểm toán năng lượng. KDDV: Kinh doanh dịch vụ. LĐPP: Lưới điện phân phối. MBA: Máy biến áp. PA : Phương án QLVH: Quản lý vận hành. QLKD: Quản lý kinh doanh. TOPO – Tie Open Point Optimization: Xác định điểm dừng tối ưu. TTCS : Tổn thất công suất. TTĐN : Tổn thất điện năng. ΔA: Tổn thất điện năng. ΔP: Tổn thất công suất tác dụng. ΔQ: Tổn thất công suất phản kháng. vi DANH MỤC CÁC BẢNG Tỷ lệ tổn thất điện năng của một số nước giai đoạn 2011-2014 Tổng hợp nguồn cung cấp điện Số lượng trạm máy biến áp năm 2017 ở tỉnh Chăm Pa Sắc Thống kê năm 2017 của Công ty Điện lực Chăm Pa Sắc. Thống kê phụ tải điện năm 2017 của Công ty Điện lực Chăm Pa Sắc. Thống kê số hộ có điện và chưa có điện tháng 5 năm 2018 của Công ty 2.5 Điện lực Chăm Pa Sắc 2.6 Bảng so sánh chức năng của các phần mềm Bảng tiêu thụ điện năng theo thời gian trong một ngày mùa mưa năm 2.7 2018 của xuất tuyến F1-BangYo tỉnh Chăm Pa Sắc. Số liệu tổn thất công suất theo thời gian trong một ngày mùa mưa năm 2.8 2018 của xuất tuyến F1- BangYo tỉnh Chăm Pa Sắc. Số liệu tổn thất công suất giả thiết của xuất tuyến F1- BangYo tỉnh 2.9 Chăm Pa Sắc.. Bảng tiêu thụ điện năng theo thời gian trong một ngày mùa khô năm 2.10 2018 của xuất tuyến F1- BangYo tỉnh Chăm Pa Sắc. Số liệu tổn thất công suất theo thời gian trong một ngày mùa khô năm 2.11 2018 của xuất tuyến F1- BangYo tỉnh Chăm Pa Sắc. Kết quả thay dây dẫn trong chương trình CYMDIST cho lưới điện phân 3.1 phối tỉnh Chăm Pa Sắc. Kết quả tính toán đặt bộ tụ 100kVAR và 200kVAR phần phase cho xuất 3.2 tuyến F1- BangYo tỉnh Chăm Pa Sắc. 3 Kết quả tính toán đặt bộ tụ 100kVAR và 200kVAR phần phase cho 3.3 xuất tuyến F2-Kengkabao trạm Parkbor Kết quả tính toán đặt bộ tụ trong chương trình CYMDIST cho lưới điện 3.4 phân phối tỉnh Savannakhet. chuyển mạng giữa xuất tuyến F1-Songkhone trạm Kengkok và xuất 3.5 tuyến F2 trạm Meung Phin 3.6 Mạng tóm tắt Mất hệ thống giữa xuất tuyến F1-Songkhone trạm Kengkok và xuất 3.6 tuyến F2 trạm Meung Phin 1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 6 20 20 21 21 22 31 45 46 47 48 49 60 62 633 63 65 63 64 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 2.1 Vị trí tỉnh Savannakhet trên đất nước Lào 19 2.2 Bản đồ tỉnh Savannakhet 19 2.3 Sơ đồ lưới điện phân phối tỉnh Savannakhet. 20 2.4 Biến thiên phụ tải theo thời gian 24 2.5 Biểu đồ loại khách hàng năm 2017 của công ty điện lực tỉnh Savannakhet 24 2.6 Nút i của một hệ thống điện 27 2.7 Đồ thị phụ tải chữ nhật hóa. 39 2.8 Đồ thị phụ tải hình thang hóa. 40 2.9 Xây dựng biểu đồ TTCS và xác định TTĐN sử dụng đường cong tổn thất 44 2.10 46 2.11 46 2.12 Biểu đồ công suất theo thời gian trong một ngày mùa mưa năm 2018 của xuất tuyến F1-Songkhone trạm Kengkok tỉnh Savannakhet. 48 2.13 Kết quả tính toán đường cong tổn thất cho xuất tuyến F1-Songkhone trạm Kengkok tỉnh Savannakhet trong ngày mùa mưa 49 2.14 Biểu đồ công suất theo thời gian trong một ngày mùa khô năm 2018 của xuất tuyến F1-Songkhone trạm Kengkok tỉnh Savannakhet 51 2.15 Kết quả tính toán đường cong tổn thất cho xuất tuyến F1-Songkhone trạm Kengkok tỉnh Savannakhet trong ngày mùa khô. 52 3.1 Xuất tuyến với phụ tải tập trung và phân bố đều(trước khi lắp tụ) 54 3.2 Giảm tổn thất với một bộ tụ điện. 55 3.3 Giảm tổn thất với 2 bộ tụ điện với tiến trình giống như trước, phương trình tổn thất mới là: 56 3.4 Ảnh thay dây dẫn cho xuất tuyến F2-Ban Đan trạm Phonsaiy . 61 3.5 Ảnh xuất tuyến F1-Songkhone trạm Kengkok. 62 3.6 Ảnh xuất tuyến F2-Kengkabao trạm Parkbor 63 3.7 Đặt thiết bị chuyển mạng giữa xuất tuyến F1-Songkhone trạm Kengkok và xuất tuyến F2 trạm Meung Phin 66 1 I. MỞ ĐẦU. 1.1. Lý do chọn đề tài. Công nghiệp điện lực giữ vai trò rất quan trọng trong cuộc xây dựng đất nước, yêu cầu về cung cấp và sử dụng điện ngày càng tăng. Việc trang bị những kiến thức về hệ thống cung cấp điện nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của con người, cung cấp điện năng cho các thiết bị của khu vực kinh tế, các khu chế xuất, các xí nghiệp 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 hệ thống cung cấp điện. Hệ thống cung cấp điện đóng vai quan trọng trong việc ổn định chính trị, phát triển kinh tế của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới. Để đảm bảo yêu cầu cung cấp điện liên tục cũng như chất lượng điện năng cần có một số vốn đầu tư rất lớn để xây dựng các nhà máy điện, hệ thống lưới điện làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ điện. Từ đó sinh ra nhiệm vụ quản lý, vận hành tối ưu hệ thống điện để đảm bảo hiệu qủa kinh tế. Đây là vấn đề yêu cầu đòi hỏi không những con người, tài chính mà còn cả vấn đề phát triển của khoa học nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trong công tác cung cấp điện. 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 chia nhỏ bài toán với một vài mục tiêu cần phải tối ưu với các ràng buộc mà bài toán cần phải thỏa mãn. Trong hệ thống điện, có các phần tử là máy phát điện, máy biến áp, đường dây tải điện, phụ tải... Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ. Điện năng phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng nhất định và 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 nghiên cứu các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế cho lưới điện phân phối tỉnh chăm pa sắc. 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 2 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 Savannakhet nước CHDCDN Lào. Cấu trúc lưới 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 hàng trong những trường hợp cần thiết. Với lý 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 chăm pa sắc. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu. - Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế cho lưới điện phân phối tỉnh Chăm Pa Sắc. - 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. Thu nhập số liệu và tìm hiểu hiện trạng của lưới cung cấp điện tỉnh Chăm Pa Sắc. 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 để thao tác tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng. 1.5. Ý nghĩa của đề tài. Việc tính toán tổn thất điện năng lưới điện phân phối tỉnh Chăm Pa Sắc nhằm lựa chọn được phương án kết lưới hợp lý với mục tiêu hàm 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 và giải pháp quản lý, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho lưới điện phân phối tỉnh Chăm Pa Sắc. 1.6. Đặt tên đề tài. Căn cứ vào đối tượng và phạm vi nghiên cứu, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, luận văn được đặt tên: “đánh giá mức độ tổn thất điện năng và các giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối tỉnh Chăm Pa Sắc, lào”. 3 II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. 2.1. Cấu trúc luận văn. Luận văn gồm các phần sau: Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các từ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài. 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 tổn thất công suất và điện năng trong lưới điện phân phối. Chương 2: Các phương pháp tính tổn thất công suất và điện năng lưới điện tỉnh Chăm Pa Sắc, Lào. Chương 3: Các giải pháp giảm tổn thất điện năng đánh giá hiệu quả kinh tế. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI. Lưới điện phân phối có các đặc điểm về thiết kế và vận hành 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. Phụ tải của lưới điện phân phối đa dạng và phức tạp, bao gồm phụ tải sinh hoạt, dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp đa phần cùng trong một hộ sinh hoạt. Công suất phụ tải lớn, đường dây lại dài vượt quá khả năng của cấp điện áp đang sử dụng. Ngoài ra, các thiết bị điện vận hành trên lưới cũng như phụ tải chưa có quy định về các chỉ tiêu kỹ thuật để nâng cấp chất lượng điện lưới như các thông số kỹ thuật, hiệu suất thiết bị. Phụ tải điện chưa có quy định về hệ số công suất, chế độ làm việc, số lượng sóng hài cũng chưa có chương trình quản lý phụ tải, dẫn đến chất lượng cung cấp điện chưa cao. Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, tryền tải và phân phối điện năng. Do phụ tải ngày càng phát triển với tốc độ ngày càng cao, vì vậy cần xây dựng các nhà máy có công suất lớn. Vì lý do kinh tế và môi trường, các nhà máy điện được xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu. Trong khi đó các trung tâm phụ tải ở xa, do vậy phải dùng lưới điện truyền tải đề chuyển tải điện năng đến các hộ phụ tải. Vì lý do kinh tế cũng như an toàn, người ta không thể cung cấp trực tiếp cho các phụ tải bằng lưới truyền tải, do vậy phải xây dựng lưới điện phân phối. Lưới điện phân phối trung áp tỉnh Chăm Pa Sắc có các cấp điện áp 12.7-22kV dùng để phân phối điện năng cho các trạm biến áp phân phối trung áp – hạ áp, lưới điện phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho các phụ tải hạ áp. Lưới điện phân phối có nhiệm vụ đảm bảo chất lượng điện cung cấp cho phụ tải. Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế, vận hành hệ thống lưới điện phân phối là hết sức quan trọng. 5 Sự tăng cường của lưới phân phối và truyền tải rất nhanh. Do tính lịch sử lưới điện phân phối Chăm Pa Sắc tồn tại nhiều cấp điện áp khác nhau (12,7 kV và 22 kV), đã gây ra nhiều khó khăn trong công tác quy hoạch, thiết kế, quản lý vận hành lưới điện. Để khắc phục tình trạng trên bộ năng lượng có quyết định của nhà nước về việc sử dụng cấp điện áp phân phối 22 kV trên toàn quốc. Việc phát triển lưới điện còn có nhiều khó khăn về vốn đầu tư nhưng tốc độ tăng trưởng phụ tải nhanh trong thời kỳ đổi mới, việc quản lý lưới điện chưa có tiêu chuẩn thiết bị, chế độ làm việc, chương trình quản lý phụ tải, dẫn đến chất lượng cung cấp điện kém, hiệu quả kinh tế thấp. 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. Trong hệ thống điện, TTĐN phụ thuộc vào đặc tính của mạch điện, lượng điện truyền tải, khả năng của hệ thống và vai trò của công tác quản lý. Tổn thất điện năng bao gồm TTĐN kỹ thuật và TTĐN phi kỹ thuật. TTĐN kỹ thuật là tiêu hao điện năng tất yếu xảy ra trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ điện. Dòng điện đi qua máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị điện trên hệ thống lưới điện đã làm phát nóng MBA, đường dây và các thiết bị dẫn điện, làm tiêu hao điện năng. Đường dây dẫn điện cao áp từ 110 kV trở lên còn có tổn thất vầng quang dòng điện qua cáp ngầm và tụ điện còn tổn thất do điện môi. TTĐN phi kỹ thuật (còn gọi là TTĐN thương mại) xảy ra do tình trạng vi phạm trong sử dụng điện như: lấy cắp điện dưới nhiều hình thức, do chủ quan của người quản lý khi mất pha, công tơ chết, cháy không xử lý, thay thế kịp thời, bỏ sót hoặc khi sai chỉ số… dẫn đến điện năng bán cho khách hàng đo được qua hệ thống đo đếm thấp hơn so với điện năng khách hàng sử dụng. 6 Bảng 1.1 Tỷ lệ tổn thất điện năng của một số nước giai đoạn 2011-2014 Quốc gia Tỷ lệ TTĐN Quốc gia Tỷ lệ TTĐN Mỹ 6% Indonesia 9% Vương quốc Anh 8% Ấn Độ 21% Argentina 14% Singapore 5% Campuchia 28% Malaysia 6% Myamar 21% Philippines 11% Cộng hòa Congo 46% Cộng hòa Haiti 55% Thái Lan 7% Brunei 7% Lào 10% Việt Nam 8.49% (Theo Tạp chí điện lực – chuyên đề thế giới điện) 1.2.2. Bài toán về tổn thất công suất. Đặc tính của truyền tải điện năng là khi có dòng điện chạy trong lưới điện luôn 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. Tổn thất tác dụng trên đường dây ba pha xoay chiều với một phụ tải ở cuối đường dây được xác định như sau: P2  Q2 S2 3 R *10  R *103 2 2 U U Tương tự đối với CSPK P  3RI 2  (kW) (1.1) P2  Q2 S2 3 Q  3 XI  X *10  2 X *103 (kVAr) (1.2) 2 U U Trong đó: P, Q, S là công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất toàn phần của đường dây, đơn vị tính là: kW, kVAr, kVA. U: điện áp dây của mạng điện (kV). R, X: điện trở và điện kháng của đường dây (Ω). b. Tổn thất công suất trong máy biến áp. TTCS trong máy biến áp có thể phân tích thành hai thành phần: - Thành phần không phụ thuộc và phụ thuộc phụ tải. Thành phần không phụ thuộc phụ tải là tổn thất trong lõi thép của MBA, còn gọi là tổn thất không tải. Tổn thất không tải chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của MBA. Tổn thất không tải được xác định theo các số liệu kỹ thuật của MBA: 2 7  S0  P0  jQ0  (1.3) i0 %* Sdm    Q  (1.4) 0  100   i0%: dòng điện không tải tính theo %. ∆P0, ∆Q0: TTCS tác dụng, tổn thất CSPK khi không tải. -Thành phần thứ hai phụ thuộc vào công suất tải qua MBA, gọi là tổn thất đồng hay tổn thất ngắn mạch. Với MBA hai cuộn dây, tổn thất đồng được xác định: Trong đó: 2   S   P2  Q2 2  PCu  3I RB  RB  Pn    U2   Sdm   (1.5)  U n %* S 2  P2  Q2 2 XB  (1.6)  QCu  3I X B   U2 100* Sdm   Trong trường hợp có n MBA giống nhau vận hành song song thì TTCS trong n MBA được xác định: 2   Pn  S   P     n * P0  n  Sdm    (1.7)   U n %* S 2  n * Q0  (1.8)  Q  100* n * Sdm   Trong đó: S là công suất tải qua MBA (kVA), Pn, P0, tổn thất ngắn mạch và tổn thất không tải MBA (kW). c. Tổn thất điện năng trên đường dây. Một phần năng lượng bị mất đi trong quá trình truyền tải gọi là TTĐN. Trên đường dây, với phụ tải cố định và tổn thất tác dụng P, TTĐN A trong thời gian t bằng: A  P * t  3RI 2t (kWh) (1.9) Nhưng trong thực tế, dòng điện (hay công suất) phụ tải luôn thay đổi theo thời gian, nên TTCS P cũng thay đổi theo thời gian, vì vậy không thể tính TTĐN theo công thức (1.9). Nếu phụ tải thay đổi theo thời gian thì TTĐN A được tính theo: t   2  A  3 R I dt  0   (kWh) (1.10) (kWh) (1.11) TTĐN cả năm: 8760   2  A  3R  I dt  0   d. Tổn thất điện năng trong máy biến áp. 8 TTĐN trong MBA gồm hai phần: phần không phụ thuộc vào phụ tải xác định theo thời gian làm việc của MBA và phần phụ thuộc vào phụ tải xác định theo thời gian TTCS cực đại τ. 2   Smax  A   P * t   P *    P * t   P  (1.12)   0 max 0 n 2 Sdm   Trong đó: t là thời gian làm việc của MBA, nếu thời gian là việc cả năm t= 8760 h; Smax phụ tải cực đại của MBA. Nếu có n MBA như nhau vận hành song song thì TTĐN trong n máy là: 2   Smax  A  n  P * t   P   n  0 n 2 n * Sdm   (1.13) Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu một số phương pháp thường được dùng để xác định TTĐN. 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: DA = DPmax .t (1.14) Với cách tính này chỉ cần xác định 2 đại 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:   (0,124  Tmax  104 ).8760 (1.15) − Công thức Kenzevits:   2.Tmax  8760  8760  Tmax T 2p 1  max  min 8760 Pmax  pmin 1   Pmax    (1.16) − Công thức Vanlander: 2  Tmax   Tmax     8760. 0,13.    0,87.   8760   8760    − Tra đường cong tính toán:   f (Tmax , cos  ) (1.17) (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. 9 1.2.4. Tính toán TTĐN trong quản lý vận hành lưới điện phân phối. Trong các bài toán vận hành các yêu cầu sau đây thường được đặt ra cho bài toán xác định TTĐN: Trị số TTĐN phải phản ánh thực trạng đang có của LPP điện. Lưới có thể mang các đặc trưng riêng không giống với các LPP khác (thậm chí phi tiêu chuẩn). - 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 ánh được các yếu tố về chế độ điều chỉnh điện áp, trạng thái các thiết bị bù...Trong các tính toán thiết kế thường 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. Mặt khác 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. Ngoài ra, nhược điểm của phương pháp tính trực tiếp là khối lượng tính toán lớn, không thể hiện được các thông tin chung trong kết quả nghiên cứu. 1.3. BÀI TOÁN NÂNG CAO HIỂU QUẢ KINH TẾ LĐPP. 1.3.1. Tính kinh tế của việc giảm tổn thất. Cần thiết phải liệt kê các tác dụng của các công tác giảm tổn thất điện năng để có thể đánh giá các lợi ích kinh tế do giảm tổn thất mang lại, trong quá trình phân phối điện năng từ nhà máy đến phụ tải, tổn thất là không tránh khỏi do các tính chất về điện và việc đo lượng điện năng trong hệ thống điện, tổn thất này bao gồm tổn thất ở khâu truyền tải và phân phối. Vì phụ tải có ảnh hưởng đến tổn thất không phải luôn cố định, tổn thất điện năng có thể giảm thông qua việc áp dụng hệ số phụ tải để giảm tổn thất điện năng vào lúc phụ tải xác định. Có nhiều phương pháp để tính toán việc giảm tổn thất điện năng nhưng có lẽ phương pháp hợp lý nhất là đánh giá chi phí nhiên liệu trong việc cung cấp điện. Tổn thất công suất (TTSC) và tổn thất điện năng (TTĐN) trong LĐPP có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện. Giảm tổn thất điện năng 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 tổn thất điện năng khác nhau, tuy 10 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 kinh tế cao nhất, phù hợp với điều kiện hiện tại. Để có được kết 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. Trong hệ thống điện, TTĐN phụ thuộc vào đặc tính của mạng điện, lượng điện truyền tải, khả năng của hệ thống và vai trò của công tác quản lý. Tổn thất điện năng bao gồm TTĐN kỹ thuật và TTĐN phi kỹ thuật. TTĐN kỹ thuật là tiêu hao điện năng tất yếu xảy ra trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ điện. Dòng điện đi qua máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị điện trên hệ thống lưới điện đã làm phát nóng MBA, đường dây và các thiết bị dẫn điện, làm tiêu hao điện năng. Đường dây dẫn điện cao áp từ 110 kV trở lên còn có tổn thất vầng quang dòng điện qua cáp ngầm và tụ điện còn tổn thất do điện môi. TTĐN phi kỹ thuật ( còn gọi là TTĐN thương mại ) xảy ra do tình trạng vi phạm trong sử dụng điện như: lấy cắp điện dưới nhiều hình thức, do chủ quan của người quản lý khi mất pha, công tơ chết, cháy không xử lý, thay thế kịp thời, bỏ sót hoặc ghi sai chỉ số... dẫn đến điện năng bán cho khách hàng đo được qua hệ thống đo đếm thấp hơn so với điện năng khách hàng sử dụng. 1.3.2. Các biện pháp giảm tổn thất. Các biện pháp điển hình sau đây thường được quan tâm nhiều trong công tác giảm tổn thất điện năng lưới điện. + Cải tạo lưới điện đang vận hành. Các hệ thống điện phân phối thường được hình thành và phát triển nhanh chóng tại các địa phương bắt đầu từ một thời kỳ khởi tạo nào đó. Cấu trúc tự nhiên được hình thành sau nhiều năm thường không hợp lý, sơ đồ chắp vá, công suất trạm không phù hợp và không nằm tại những vị trí tối ưu so với nơi tập trung phụ tải, bài toán được đặt ra là cần phải xác định một cấu trúc hợp lý liên kết các đường dây và trạm sao cho hệ thống lưới điện phân phối phải đảm bảo nhu cầu điện năng trong một thời gian tương đối dài, một số các biện pháp cơ bản về cải tạo lưới nhằm chống tổn thất như sau: - Phát triển trục hệ thống truyền tải. Xây dựng các đường dây truyền tải chính xuyên qua các vùng trong nước có cấp điện áp 110 kV, 154 kV, 220 kV, 345 kV, 500 kV như vậy sẽ tạo bán kính cấp điện hợp lý và khả năng tải cao. 11 - Xây dựng các nhà máy và các trạm ở các trung tâm phụ tải. Phần lớn điện năng được cung cấp từ các nhà máy ở xa trung tâm phụ tải, xây dựng các nhà máy nhiệt điện lớn gần trung tâm phụ tải cải thiện sự mất cân đối trong việc điều độ hệ thống, điều này làm giảm được sự phân tán công suất trên đường dây dài, góp phần giảm tổn thất truyền tải và phân phối. - Đơn giản hóa các cấp điện áp. Chẳng hạn cấp điện áp 66 kV dần dần được thay bằng cấp 110 kV và chỉ còn cấp điện áp 110 kV, 220 kV, trên lưới tuyền tải cũng nhằm mục đích giảm tổn thất. - Thay các đường dây phân phối trung áp, hạ áp và biến đổi hệ thống phân phối một pha thành ba pha. Các đường dây cũ bị quá tải do phụ tải phát triển cần được thay bằng dây dẫn có đường kính lớn hơn hoặc là cải thiện các đường dây ba pha điện áp 220V thành điện áp 380V. Các đường dây một pha trên mạng nông thôn do khoảng cách dài nên gây sụt áp và tổn thất điện năng được chuyển đổi thành đường dây ba pha. - Đặt tụ bù nâng cao cosφ đường dây. Hệ số công suất thấp gây ra bởi các phụ tải động cơ cảm ứng, cùng với tính cảm của đường dây, điều này gây ra sụt áp lớn và tổn thất điện năng nhiều hơn trên đường dây. Tụ điện bù ngang trên đường dây được dùng ở những nơi cần điều chỉnh cosφ cao hơn trên cơ sở của việc đo hệ số công suất trên đường dây phân phối, các nơi tiêu thụ có động cơ bắt buộc phải đặt tụ điện. Cosφ ở cuối đường dây được yêu cầu từ 0,850,95; các phụ tải có cosφ thấp bị phạt với giá tiền điện cao hơn. Gần đây, các đồ điện gia dụng có hệ số công suất thấp. Chẳng hạn như đèn huỳnh quang cũng có đặt tụ điện bù cosφ ngay tại nơi sản xuất. Tuy vậy, vấn đề đặt ra cho máy phát điện có cosφ dung (cosφ sớm) vào những lúc phụ tải cực tiểu, dẫn đến tự kích máy phát là một vấn đề cần nghiên cứu. - Giảm tổn thất trong các máy biến áp phân phối. Tổn thất sắt của máy biến áp phân phối chiếm một phần lớn của tổn thất, việc dùng các máy biến áp có tổn thất sắt thấp (lõi sắt cuốn) thay cho các máy biến áp cũ cũng làm giảm tổn thất đáng kể. + Cải thiện về điều kiện vận hành. Các biện pháp điển hình được quan tâm nhiều trong công tác quản lý vận hành lưới điện. - Giảm tổn thất thông qua điều độ kinh tế trong hệ thống. Với khả năng dự trữ sẵn có của các nhà máy điện để đảm bảo chất lượng điện năng về điện áp và tần số, việc điều độ hệ thống được thực hiện bởi điều độ trung tâm và điều độ địa phương.
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan