Tài liệu Nghiên cứu phương thức vận hành tối ưu cho lưới điện phân phối thành phố cam ranh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VĂN LÂM PHÚ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TP. CAM RANH - TỈNH KHÁNH HÒA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VĂN LÂM PHÚ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TP. CAM RANH - TỈNH KHÁNH HÒA Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. Lưu Ngọc An Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả tính toán trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào. Tác giả luận văn Lê Văn Lâm Phú TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ CAM RANH Học viên: Lê Văn Lâm Phú Mã số: 60.52.02.02 ĐHĐN Khóa: K33NT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Trường Đại học Bách Khoa - Tóm tắt – Lưới điện phân phối thành phố Cam Ranh được đầu tư xây dựng và khai thác sử dụng từ lâu. Các xuất tuyến trung áp hiện nay được kết vòng nhưng vận hành hình tia. Ngoài ra, trên lưới có lắp đặt các cụm tụ bù trung áp để đảm bảo điều kiện vận hành theo quy định. Tuy nhiên, việc xác định các vị trí lắp đặt tụ bù trung áp cũng như các khóa điện thường được tính toán theo kinh nghiệm. Vì vậy, chưa đáp ứng tiêu chí khoa học và bỏ sót các phương thức vận hành đem lại hiệu quả về giảm tổn thất công suất trên lưới như mong đợi. Từ các lý do trên, tác giả đề xuất đề tài nghiên cứu phương thức vận hành tối ưu cho lưới điê ̣n phân phối Thành phố Cam Ranh nhằm tái cấu trúc lưới điện, xác định lại các vị trí lắp đặt và dung lượng các cụm tụ bù trung áp cũng như trạng thái vận hành các khóa điện kết vòng trên lưới. Luận văn này sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để mô phỏng, tiń h toán trào lưu phân bố công suất, đánh giá tổn thất công suất cho các phương án vâ ̣n hành. Từ khóa - Tổn thất điện năng; tổn thất công suất; lưới điện phân phối; PSS/ADEPT. RESEARCH MODE OF OPERATION FOR POWER SUPPLY DISTRIBUTION OF CAM RANH CITY OPTIMALLY Summary - Cam Ranh City's power grid has been built and exploited for a long time. The grid is set up in ring network model, but operating in radial one. In addition, the grid is equipped with medium-voltage compensate capacitor to ensure stable operation. However, location of medium-voltage compensate capacitor installation as well as the electrical switches are usually based on experience. Therefore, it does not meet the scientific criteria and misses the operating modes that have the effect of reducing the power loss on the grid as expected. For the above reasons, the author proposed to study the optimal mode of operation for Cam Ranh City's power grid to restructure the power grid, determine the installation location and capacity of clusters and state of operation of the switches on the grid. This thesis uses PSS/ADEPT software to simulate, calculate the power distribution flow, and evaluate the power losses for the operating options. Keywords - power losses; power loss; grid distribution; PSS / ADEPT MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU ...............................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................2 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................3 4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................4 5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài ..................................................4 6. Bố cục của luận văn ..........................................................................................5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LĐPP THÀNH PHỐ CAM RANH VÀ CÁC TIÊU CHÍ LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH ..........................................6 1.1. Vai trò của LĐPP trong hệ thống điện: ................................................................6 1.2. Đặc điểm lưới điện phân phối: .............................................................................7 1.2.1. Sơ đồ hình tia: ............................................................................................7 1.2.2. Sơ đồ mạch vòng: .......................................................................................8 1.3. Tổ n thấ t và nguyên nhân gây tổ n thấ t: .................................................................9 1.3.1. Tổ n thấ t kỹ thuật:......................................................................................10 1.3.2. Tổ n thấ t thương mại: ................................................................................11 1.4. Các biện pháp giảm tổn thất điện năng: .............................................................12 1.4.1. Tái cấu trúc lưới điện: ..............................................................................12 1.4.2. Cải thiện về điều kiện vận hành: ..............................................................12 1.4.3. Bù công suất phản kháng: ........................................................................12 1.4.4. Cải thiện chất lượng vật tư, thiết bị: ........................................................13 1.4.5. Giảm tổn thất thương mại: .......................................................................13 1.5. Tổng quan lưới điện thành phố Cam Ranh: .......................................................14 1.5.1. Đặc điểm chung về tự nhiên – xã hội TP. Cam Ranh: .............................14 1.5.2. Đặc điểm lưới điện TP. Cam Ranh: .........................................................16 1.6. Tiêu chí lựa chọn phương thức vận hành cho lưới điện Tp. Cam Ranh: ...........17 1.6.1. Tiêu chí lựa chọn phương thức vận hành lưới điện phân phối: ...............17 1.6.2. Tiêu chí lựa chọn phương thức vận hành LĐPP Tp. Cam Ranh: ............18 1.7. Kết luận chương 1: .............................................................................................19 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH TTĐN TRONG LĐPP ....................21 2.1. Phân bố công suất trong lưới điện phân phối:....................................................21 2.1.1. Các phương trình cơ bản: ........................................................................21 2.1.2. Phân bố công suất và tổn thất công suất: ................................................24 2.2. Các phương pháp tính toán TTĐN trong lưới điện phân phối: ..........................25 2.2.1. Phương pháp tích phân đồ thị: .................................................................25 2.2.2. Phương pháp dòng điện trung bình bình phương: ...................................26 2.2.3. Phương pháp thời gian tổ n thấ t: ..............................................................27 2.2.4. Phương pháp đường cong tổ n thấ t:.........................................................28 2.2.5. Phương pháp tính toán TTĐN theo quy định của EVN: ..........................30 2.3. Kết luận chương 2: .............................................................................................31 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LĐPP TP. CAM RANH BẰNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT ...................32 3.1. Giới thiệu về Điện lực Cam Ranh – Khánh Sơn: ...............................................32 3.2. Hiện trạng nguồn và lưới điện: ..........................................................................32 3.2.1. Nguồn trạm 110kV: ..................................................................................32 3.2.2. Nguồn trạm cắt F9: ..................................................................................33 3.2.3. Nhận xét về nguồn trạm 110kV cấp điện: ................................................33 3.3. Mô tả lưới điện phân phối thành phố Cam Ranh: ..............................................33 3.3.1. Lưới điện trung áp: ...................................................................................33 3.3.2. Lưới điện hạ áp: .......................................................................................34 3.4. Mô tả phần mềm PSS/Adept và các bài toán tính chế độ xác lập LĐPP: ..........35 3.4.1. Tính toán phân bố công suất trong PSS/Adept: .......................................35 3.4.2. Tính toán điểm dừng tối ưu TOPO trong PSS/Adept: ..............................36 3.4.3. Tính toán vị trí lắp đặt bù CAPO trong PSS/Adept: ................................37 3.5. Tính toán TTCS hiện trạng LĐPP thành phố Cam Ranh bằng phần mềm PSS/Adept: ................................................................................................................40 3.5.1. Cơ sở dữ liệu phục vụ tính toán: ..............................................................40 3.5.2. Tính toán TTCS trung áp LĐPP thành phố Cam Ranh: .........................43 3.6. Xác định phương thức vận hành các cụm tụ bù trung áp cho các xuất tuyến trung áp 22kV dựa trên kết quả CAPO .....................................................................47 3.6.1 Thiết lập các thông số phục vụ bài toàn bù kinh tế cho các xuất tuyến lưới điện phân phối thành phố Cam Ranh: ......................................................................47 3.6.2. Phương thức bù cho tuyến 471-F9: ..........................................................51 3.6.3. Phương thức bù cho tuyến 473-F9: ..........................................................53 3.6.4. Phương thức bù cho tuyến 474-F9: ..........................................................55 3.6.5. Phương thức bù cho tuyến 471-E28: ........................................................56 3.6.6. Phương thức bù cho tuyến 473-E.28: .......................................................58 3.6.7. Phương thức bù cho tuyến 478-E.28: .......................................................60 3.6.8. Phương thức bù cho tuyến 475-E28: ........................................................62 3.6.9. Phương thức bù cho tuyến 471-E.NCR: ...................................................63 3.7. Xác định phương thức vận hành LĐPP thành phố Cam Ranh dựa trên kết quả TOPO: .......................................................................................................................66 3.7.1. Các bước xác định cấu trúc LĐPP thành phố Cam Ranh: .....................66 3.7.2. Tái cấu trúc lưới điện phân phối thành phố Cam Ranh: .........................66 3.8. Kết luận chương 3: ............................................................................................71 CHƯƠNG 4. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ CAM RANH ....................................................72 4.1 Đối với các cụm tụ bù trung áp: ..........................................................................72 4.2 Trạng thái vận hành của các khóa điện (điểm mở tối ưu) trên các xuất tuyến trung áp:.....................................................................................................................75 KẾT LUẬN .............................................................................................................76 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................77 PHỤ LỤC QUYẾT ĐINH ̣ GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU - CB – CNV: Cán bộ công nhân viên. - CD: Cầu dao. - EVN: Tập đoàn Điện lực Việt Nam. - E28: Trạm biến áp 110kV Mỹ Ca - Cam Ranh - 2x25MVA. - E. Nam Cam Ranh: Trạm biến áp 110kV Nam Cam Ranh - 16MVA. - F9: Trạm cắt F9. - HTĐ: Hệ thống điện. - HTCCĐ: Hệ thống cung cấ p điê ̣n. - HSKV: Hiệu suất khu vực. - KHPC: Công ty cổ phần Điện lực Khánh Hòa. - LĐPP: Lưới điện phân phối. - MBA: Máy biến áp. - PA : Phương án - QLVH: Quản lý vận hành. - QLKD: Quản lý kinh doanh. - SXKD: Sản xuất kinh doanh. - TOPO – Tie Open Point Optimization: Xác định điểm dừng tối ưu. - CAPO – Optimal Capacitor Placement: Lắp đặt tụ bù tối ưu. - TTCS : Tổ n thấ t công suấ t. - TTĐN : Tổ n thấ t điê ̣n năng. - ΔA: Tổ n thấ t điê ̣n năng. - ΔP: Tổ n thấ t công suất tác du ̣ng. - ΔQ: Tổ n thấ t công suất phản kháng. DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiêụ Tên bảng bảng Trang 3.1 Thống kê tổn thất không tải 44 3.2 Thống kê các vị trí giao lưới hiện tại 45 3.3 Công suất và TTCS trên các xuất tuyến ở chế độ vận hành hiện tại 46 3.4 Định nghĩa các chỉ số kinh tế trong PSS/Adept 48 3.5 Bảng theo dõi tình trạng vận hành bù trung áp XT 471-F9 51 3.6 Bảng so sánh kết quả giảm TTCS trước và sau khi lắp bù cho XT 471-F9 52 3.7 Vị trí lắp đặt tụ bù theo CAPO cho XT 471-F9 53 3.8 Bảng theo dõi tình trạng vận hành bù trung áp XT 473-F9 53 3.9 3.10 3.11 Bảng so sánh kết quả giảm TTCS trước và sau khi lắp bù cho XT 473-F9 Vị trí lắp đặt tụ bù theo CAPO cho XT 473-F9 Bảng so sánh kết quả giảm TTCS trước và sau khi lắp bù cho XT 474-F9 54 54 56 3.12 Vị trí lắp đặt tụ bù theo CAPO cho XT 474-F9 56 3.13 Bảng theo dõi tình trạng vận hành bù trung áp XT 473-E28 58 3.14 Bảng so sánh kết quả giảm TTCS trước và sau khi lắp bù cho XT 473-E28 59 3.15 Vị trí lắp đặt tụ bù theo CAPO cho XT 473-E28 59 3.16 Bảng theo dõi tình trạng vận hành bù trung áp XT 478-E28 60 3.17 3.18 Bảng so sánh kết quả giảm TTCS trước và sau khi lắp bù cho XT 478-E28 Vị trí lắp đặt tụ bù theo CAPO cho XT 478-E28 61 62 Số hiêụ Tên bảng Trang Bảng theo dõi tình trạng vận hành bù trung áp XT 471-ENCR 63 bảng 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 Bảng so sánh kết quả giảm TTCS trước và sau khi lắp bù cho XT 471-ENCR Vị trí lắp đặt tụ bù theo CAPO cho XT 471-ENCR Bảng so sánh kết quả giảm TTCS trước và sau khi xác định điểm mở lần 1 Bảng so sánh kết quả giảm trước và sau khi xác định điểm mở lần 2TTCS 65 66 68 71 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiêụ Tên hin ̀ h hin ̀ h Trang 1.1 Sơ đồ hệ thống phân phối lưới điện hình tia 08 1.2 Sơ đồ hệ thống phân phối lưới điện mạch vòng 08 2.1 Sơ đồ thay thế hình П 25 2.2a Đồ thị phụ tải chữ nhật hóa 25 2.2b Đồ thị phụ tải hình thang hóa 25 2.3 Xây dựng biểu đồ TTCS & TTĐN bằng đường cong tổn thất 30 3.1 37 37 3.2 37 38 3.3 Đồ thị phụ tải điển hình lưới điện phân phối TP. Cam Ranh 43 3.4 Hộp thoại cài đặt các chỉ số kinh tế PSS/Adept 48 3.5 Đồ thị phụ tải XT 471-F9 51 3.6 Đồ thị phụ tải XT 473-F9 53 3.7 Đồ thị phụ tải XT 474-F9 55 3.8 Đồ thị phụ tải XT 471-E.28 57 3.9 Đồ thị phụ tải XT 473-E.28 58 3.10 Đồ thị phụ tải XT 478-E.28 60 3.11 Đồ thị phụ tải XT 475-E.28 62 3.12 Đồ thị phụ tải XT 471-E.NCR 64 1 MỞ ĐẦU Để phục vụ cho sự phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Khánh Hòa nói chung và thành phố Cam Ranh nói riêng, việc đảm bảo cung cấp điện liên tục, ổn định và nâng cao chất lượng điện áp luôn là mục tiêu được đặt lên hàng đầu. Để đạt được mục tiêu đó, vấn đề tính toán phân tích, lựa chọn phương án kết lưới vận hành hợp lý luôn có ý nghĩa rất quan trọng. Việc lựa chọn phương án vận hành hợp lý sẽ làm giảm dòng điện chạy trên các tuyến đường dây, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đảm bảo chất lượng điện năng và hơn hết là giảm thiểu một cách tối đa tổn hao công suất, tổn thất điện năng trong mạng điện. Trong những năm gần đây tốc độ tăng trưởng phụ tải của tỉnh Khánh Hoà cũng như của thành phố Cam Ranh luôn ở mức cao. Đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày càng tăng đó, rất nhiều trạm biến áp 110kV đã được đầu tư xây dựng mới. Cuộn dây thứ cấp của các máy biến áp này được tiêu chuẩn hoá theo cấp điện áp 22kV do đó cấu trúc lưới phân phối Khánh Hoà đã có nhiều thay đổi. Bên cạnh đó, trong các năm qua Công ty CP Điện lực Khánh Hòa đã quan tâm đầu tư nâng cấp lưới điện thành phố Cam Ranh thông qua đề án “Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện” trong từng giai đoạn. Đặc biệt, trong các năm 2013 ÷ 2016, Điện lực đã chuyển vận hành 22kV thành công cho tất cả các xuất tuyến trung áp trên toàn thành phố Cam Ranh. Mặc dù đã có nhiều thay đổi về cấu trúc nhưng sau khi chuyển sang vận hành ở cấp điện áp 22kV, lưới điện thành phố Cam Ranh chủ yếu được vận hành theo phân bố địa lý và kinh nghiệm, chưa có những tính toán phân tích cụ thể để tìm ra các thông số chế độ, lựa chọn phương án vận hành hợp lý. Việc chuyển đổi phương thức cấp điện giữa các nguồn với nhau đôi khi bỏ sót các phương thức vận hành đảm bảo cả về mặt kinh tế và kỹ thuật. Một vấn đề cũng cần đề cập nữa đó là vấn đề bù công suất phản kháng trên lưới phân phối. Để giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối, đảm bảo điện áp tại các nút nằm trong giới hạn cho phép thì việc bù công suất phản kháng trên lưới điện là một việc làm cần thiết. Việc chọn dung lượng bù và vị trí lắp đặt hợp lý sẽ làm giảm tổn thất điện áp, giảm công suất phản kháng và tăng khả năng tải của đường dây lên. Tuy nhiên nếu không có những tính toán cụ thể đôi khi sẽ gây 2 ra những tổn thất không đáng có cho lưới điện. Đối với lưới điện thành phố Cam Ranh, các tính toán trước đây thường chỉ tính cho chế độ vận hành cực đại và không đề cập đến vấn đề thay đổi nhu cầu công suất phản kháng của mỗi phụ tải theo thời gian cho nên khi đáp ứng được nhu cầu công suất phản kháng đỉnh vào giờ cao điểm thì thường xảy ra hiện tượng quá bù trong các giờ trung bình và thấp điểm. Vì vậy, trong năm 2017 Điện lực đã đầu tư lắp đặt các bộ điều khiển tự động cho một số dàn bù trung áp trên lưới hiện có nhằm đảm bảo khả năng đóng cắt theo điện áp và thời gian. 1. Lý do chọn đề tài: Thực hiện nội dung chỉ đạo của Tổng Công ty Điện lực Miền Trung, Công ty CP Điện lực Khánh Hòa nói chung và Điện lực Cam Ranh – Khánh Sơn nói riêng trong nhiều năm qua luôn xem công tác giảm tổn thất điện năng là nhiệm vụ quan trọng, được đặt lên hàng đầu. Tiế p câ ̣n vấ n đề giảm tổ n thấ t từ góc đô ̣ cải thiê ̣n về điề u kiê ̣n vâ ̣n hành, việc tin ́ h toán lựa chọn phương án kế t lưới hợp lý sẽ làm giảm mật độ dòng trên các nhánh, đảm bảo chất lượng điện năng, góp phần giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Tuy nhiên, hiê ̣n nay việc tính toán tổ n thấ t điện năng vẫn mang tính gần đúng, độ chính xác thấp như: chỉ tính với chế độ phụ tải cực đại, áp dụng các công thức theo lưới điện tiêu chuẩn của nước ngoài, không phù hợp với điề u kiê ̣n thực tế nước ta. Do vậy các quyết định tiếp theo có thể dẫn đến sai lầm, chẳng hạn đối với việc chuyển đổi phương thức cấp điện giữa các nguồn với nhau, việc quyết định đóng cắt các giàn tụ bù trung áp, đôi khi bỏ sót các phương thức vận hành đảm bảo cả về mặt kinh tế và kỹ thuật, điều này gây tác động ảnh hưởng đến tổn thất cũng như lợi ích kinh tế của Điện lực. Hiện nay, trên địa bàn quản lý vận hành của Điện lực bao gồm 12 xuất tuyến trung áp 22kV cấp điện cho thành phố Cam Ranh và huyện Khánh Sơn, trong đó bao gồm cả khu căn cứ quân sự Vùng 4 hải quân, các xuất tuyến trung áp này đã được khép vòng, tuy nhiên hiện nay đang vận hành hở. Với quy mô hệ thống lưới điê ̣n điạ phương ngày càng mở rô ̣ng, trong công tác vận hành lưới điện, vấn đề tính toán phân 3 tích, lựa chọn phương án vận hành hợp lý hệ thống điện có ý nghĩa rất quan trọng, mang tiń h cấ p thiế t và đòi hỏi phải có cơ sở tính toán một cách hợp lý, chin ́ h xác. Xuất phát từ các lý do nêu trên, đề tài “Nghiên cứu phương thức vận hành tối ưu cho lưới điện phân phối thành phố Cam Ranh” được đề xuất nghiên cứu. Đây cũng là một vấn đề thường xuyên được ban Giám đốc cũng như các cán bộ kỹ thuật tại Điện lực quan tâm. 2. Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu của đề tài gồ m các vấn đề sau: + Đề ra phương án kết dây cơ bản hợp lý (chỉ ra các điểm phân đoạn hợp lý của các mạch vòng) của lưới điện 22kV khu vực Thành phố Cam Ranh. Việc vận hành với phương án thích hợp ở từng chế độ phải đảm bảo được điều kiện tổn thất công suất P là nhỏ nhất, điện áp tại các nút thay đổi trong một giới hạn cho phép; + Xác định lại vị trí lắp đặt các giàn tụ bù cố định và ứng động hiện có trên lưới điện phân phối Cam Ranh và xây dựng phương thức vận hành hợp lý các giàn tụ bù này; + Tính toán các phương án tương đương nhau về tổn thất công suất, chất lượng điện áp để Điện lực Cam Ranh – Khánh Sơn có cơ sở lựa chọn phương án vận hành thích hợp tuỳ vào từng tình hình cụ thể và báo cáo Công ty CP Điện lực Khánh Hòa chấp thuận triển khai thực hiện. 3. Đối tượng và phạm vi 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 tổn thất công suất trong lưới điện đạt giá trị nhỏ nhất, điện áp tại các nút thay đổi trong một giới hạn cho phép. Ngoài ra đề tài còn tập trung tính toán phương thức vận hành các giàn tụ bù cố định và đóng cắt hiện có trên lưới để tổn thất công suất là bé nhất.. Áp dụng đối tượng nghiên cứu trên cho một lưới điện cụ thể là lưới điện phân phối của Điện lực Khánh Hòa với nhiều cấp điện áp 35kV, 22kV, 15kV là một việc làm đòi hỏi nhiều thời gian, công sức để thu thập số liệu và tính toán. Tuy nhiên, lưới 4 điện phân phố i thành phố Cam Ranh hiê ̣n nay đã đươ ̣c cải ta ̣o đồ ng loa ̣t sang cấ p điê ̣n áp 22kV, dây dẫn đường tru ̣c hầ u hế t là chủng loa ̣i XLPE 185 (đã được đầu tư và đang triển khai thi công, hoàn thành trong năm 2017), hê ̣ thố ng thiế t bi ̣ đóng cắ t đươ ̣c đưa lên lưới ta ̣o nên các phương án kế t lưới đa da ̣ng, linh hoa ̣t. Đồ ng thời đây là khu vực có mật đô ̣ phu ̣ tải cao, sản lượng lớn. Chính vì vậy nên đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu cho lưới điện phân phối 22kV khu vực thành phố Cam Ranh – phạm vi được cấp điện từ 2 trạm biến áp 110kV là trạm E28 và E.NCR. Sau khi đã xác định được phương thức vận hành cơ bản của lưới điện phân phối, do đặc điểm của lưới điện phân phối thành phố Cam Ranh hiện nay có 17 giàn tụ bù tĩnh, tổng dung lượng là 5.700kVAr, trong đó có 03 dàn tụ bù với dung lượng 1.200kVAr có khả năng tự động đóng cắt theo điện áp và thời gian với công suất định mức của mỗi dao cắt có tải là 200A (sử dụng đóng cắt bằng LBS, đã được đầu tư và đang triển khai thi công, dự kiến hoàn thành trong năm 2018) nên đề tài cũng sẽ tập trung nghiên cứu chế độ vận hành các giàn tụ bù này và các giàn tụ bù cố định hiện có trên lưới một cách hợp lý để đảm bảo tổn thất công suất là nhỏ nhất. 4. Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo trình,…viết về vấn đề tính toán xác định tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới cung cấp điện. Phương pháp thực nghiệm: Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu, sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để thao tác tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tìm điểm mở tối ưu (TOPO), từ đó đề ra các giải pháp giảm tổn thất điện năng nhằm lựa chọn phương thức kết lưới hợp lý lưới điện phân phối thành phố Cam Ranh. 5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài: a) Ý nghĩa khoa học: Hiện nay, sau khi chuyển vận hành 22kV cho toàn bộ các xuất tuyến trung áp trên địa bàn thành phố Cam Ranh, chưa có đề tài nào nghiên cứu, phân tích tính toán tổn thất điện năng và đề ra các giải pháp xác định điểm mở tối ưu cũng như phương 5 thức vận hành các giàn tụ bù trung áp trên lưới, do đó việc thực hiện đề tài này sẽ có các ý nghĩa sau: - Phân tích, tính toán tổn thất điện năng trên lưới điện thành phố Cam Ranh sau khi chuyển vận hành 22kV; - Đề ra các giải pháp kết lưới cơ bản, xác định các điểm mở hợp lý trên các xuất tuyến trung áp hiện hành; - Xác định lại vị trí lắp đặt các giàn tụ bù cố định và ứng động hiện có trên lưới điện phân phối Cam Ranh và xây dựng phương thức vận hành hợp lý các giàn tụ bù này; b) Tính thực tiễn của đề tài: 1. Do nội dung của đề tài đề cập đến vấn đề tái cấu trúc lưới điện và nghiên cứu phương thức vận hành tối ưu đối với một Điện lực, là cấp quản lý vận hành cơ bản nhất trong hệ thống điện Việt Nam nên các kết quả của đề tài phù hợp với thực tế và là cơ sở để nghiên cứu áp dụng đối với các Điện lực có điều kiện tương tự. 2. Triển khai áp dụng đề tài trên phạm vi toàn bộ khâu phân phối điện sẽ góp phần giảm tổn thất điện năng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, linh hoạt trong việc chuyển đổi phương thức. 6. Bố cục của luận văn: Bố cục luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của luận văn được biên chế thành 4 chương như sau: Chương 1: Lưới điê ̣n phân phố i thành phố Cam Ranh và tiêu chí lựa cho ̣n phương thức vâ ̣n hành. Chương 2: Các bài toán tính toán và phân tích tổ n thấ t công suất và điê ̣n năng trong hệ thống cung cấ p điê ̣n. Chương 3: Tính toán và lựa chọn phương thức vận hành tối ưu cho lưới điê ̣n phân phối thành phố Cam Ranh bằng phần mềm PSS/Adept. Chương 4: Đề xuất phương thức vận hành tối ưu cho LĐPP thành phố Cam Ranh. 6 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LĐPP THÀNH PHỐ CAM RANH VÀ CÁC TIÊU CHÍ LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH 1.1. Vai trò của LĐPP trong hệ thống điện: Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác như là máy cắt, tụ bù, thiết bị điều khiển, thiết bị bảo vệ … được nối với nhau thành một hệ thống thống nhất làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. Tuỳ theo mục đích nghiên cứu mà hệ thống điện được chia thành các phần hệ thống tương đối độc lập nhau. • Về mặt quản lý vận hành, HTĐ được chia thành: - Các nhà máy điện. - Lưới điện cao áp, siêu cao áp (≥ 220kV) và các trạm khu vực do các công ty truyền tải quản lý. - Lưới điện truyền tải 110kV và phân phối do các công ty điện lực quản lý. • Về mặt điều độ được chia thành 3 cấp: - Điều độ quốc gia (A0). - Điều độ các miền (A1, A2, A3). - Điều độ các điện lực, các nhà máy điện. • Về mặt nghiên cứu tính toán, HTĐ được chia ra thành: - Lưới hệ thống 500kV. - Lưới truyền tải 110, 220kV. - Lưới phân phối trung áp 6, 10, 15, 22 và 35kV. - Lưới phân phối hạ áp 0,4kV. Hệ thống điện phát triển không ngừng trong không gian, theo thời gian và để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải, rất nhiều các nhà máy điện có công suất lớn được đầu tư xây dựng. Tuy nhiên vì lý do kinh tế và môi trường mà các nhà máy thường được xây dựng ở những nơi gần nguồn nguyên liệu hoặc việc chuyên chở nhiên liệu thuận lợi, ít tốn kém. Trong khi đó các trung tâm phụ tải lại ở xa, do vậy phải dùng lưới truyền tải để truyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ. Đồng thời, vì lý 7 do kinh tế cũng như an toàn, người ta không thể cung cấp trực tiếp cho các hộ tiêu thụ bằng lưới truyền tải có điện áp cao mà phải dùng LĐPP có cấp điện áp thấp hơn. Vì vậy, LĐPP được xem như là cấp cấu trúc thấp nhất của hệ thống điện, thường bao gồm 2 cấp điện áp: a) Điện áp sơ cấp (15kV, 22kV hoặc là 35kV); b) Điện áp thứ cấp hay còn gọi điện áp tiêu thụ (là 110V, 220V, 380V). Chính vì lẽ đó LĐPP sẽ làm nhiệm vụ phân phối điện năng cho các phụ tải nhỏ (sinh hoạt) và các phụ tải tương đối nhỏ (các cơ sở thương mại hay công nghiệp nhỏ) hoặc một địa phương (thành phố, quận, huyện, lỵ…) có bán kính cung cấp điện nhỏ, thường dưới 50km. 1.2. Đặc điểm lưới điện phân phối: Do vai trò là cung cấp điện trực tiếp đến khách hàng của LĐPP như đã trình bày ở trên nên các mạch phân phối thường cách biệt nhau về địa lý nghĩa là mỗi mạch phân phối cung cấp riêng biệt cho một khu vực. Tuy vậy, trong một số trường hợp vẫn có sự đan xen nhau giữa các vùng của mạch phân phối, hiện tại mạch phân phối đơn giản được cấp từ một nguồn riêng gọi là trạm biến áp phân phối, phụ tải của những mạch này được giữ đủ nhỏ sao cho một mạch như vậy có thể bị mất điện mà không gây biến động trong các phần mạch còn lại. Thông thường LĐPP trung áp được nhận điện từ: - Thanh cái thứ cấp các trạm biến áp 110, 220kV. - Các trạm biến áp trung gian 35/6kV, 35/10kV, 35/15kV hoặc 35/22kV. - Thanh cái nhà máy điện, trạm phát diezen… Sơ đồ cấp điện của lưới điện phân phối có các dạng cơ bản sau: 1.2.1. Sơ đồ hình tia: Đây là loại sơ đồ đơn giản và thông dụng nhất (hình 1.1). 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 8 các trạm biến áp nguồn. Máy cắt và dao cách ly liên lạc được mở trong khi làm việc để vận hành hở. Các phụ tải điện sinh hoạt 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 0,4kV của các trạm biến áp phân phối này thường có cấu trúc 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 cao (hình 1.2). Các xuất tuyến được cấp điện trực tiếp từ các 9 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 dùng cáp trung thế. 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. Tuy có kết cấu mạch vòng nhưng hầu hết LĐPP luôn vận hành hở (hay vận hành hình tia). Tuy nhiên khi vận hành hở LĐPP như vậy thì tổn thất công suất, tổn thất điện năng và chất lượng điện áp luôn luôn kém hơn khi LĐPP được vận hành kín. Để khắc phục tình trạng này và tạo tính linh hoạt trong các LĐPP vận hành hở, cần phải xác định các trạng thái đóng cắt của các dao cách ly phân đoạn như thế nào để cực tiểu hoá tổn thất công suất, điện năng hay một hàm chi phí F định trước. Trong công tác vận hành, LĐPP được điều khiển thống nhất cho phép vận hành kinh tế trong trạng thái bình thường và rất linh hoạt trong tình trạng sự cố đảm bảo độ tin cậy cao. Với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống SCADA/EMS, điểm mở lưới để vận hành hở được thay đổi thường xuyên trong quá trình vận hành khi đồ thị phụ tải thay đổi. Khi xảy ra sự cố, máy tính cũng tính ngay cho phương án vận hành thay thế tốt nhất và nhân viên vận hành sẽ thực hiện các sơ đồ tối ưu bằng các thiết bị điều khiển từ xa. Trong trường hợp không có các thiết bị điều khiển và đo lường từ xa thì vẫn có thể vận hành kinh tế nhưng theo mùa trong năm. Người ta tính chọn sơ đồ vận hành tối ưu cho khoảng thời gian trong đó phụ tải gần giống nhau (thường là trong từng mùa do điều kiện khí hậu các ngày giống nhau), sau đó thao tác các thiết bị phân đoạn để thực hiện. 1.3. Tổ n thấ t và nguyên nhân gây tổ n thấ t: Tổn thất điê ̣n năng trên LĐPP có thể phân ra các thành phầ n tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật hay còn go ̣i là tổn thất thương mại.