Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện vận hành tối ưu lưới điện 22 kv công ty điện lực gia định

Đặt vấn đề

Điện năng là hàng hóa đặc biệt, đóng vai trò quan trọng trong sự ổn định và phát triển kinh tế xã hội cũng như an ninh chính trị của mỗi quốc gia Về mặt kinh tế, các công ty điện lực cần cung cấp điện với giá thành rẻ và chất lượng tốt nhất để đảm bảo sự tồn tại và phát triển trong bối cảnh thị trường hóa ngành điện Để đạt được mục tiêu này, các công ty điện lực và nhà khoa học đang nỗ lực nghiên cứu và đề xuất các giải pháp mới, bao gồm việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo và tối ưu hóa thiết kế, xây dựng, vận hành lưới điện.

Sự phát triển của ngành điện có mối liên hệ chặt chẽ với tăng trưởng kinh tế của đất nước, và những biến động trong ngành điện có thể ảnh hưởng đáng kể đến tình hình kinh tế, chính trị và xã hội của quốc gia.

Cùng với sự phát triển của hệ thống điện Việt Nam, lưới điện của Công ty Điện lực Gia Định - Tổng Công ty Điện lực Tp HCM không ngừng mở rộng và hiện đại hóa để đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày càng tăng Việc đảm bảo cung cấp điện một cách tin cậy và chất lượng, đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế trong vận hành, là yêu cầu thiết yếu đối với lưới điện phân phối hiện nay.

Ngành điện, đặc biệt là Công ty Điện lực Gia Định, đang đối mặt với thách thức lớn trong việc phát triển nguồn và lưới điện trong tương lai Để đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng trong phạm vi cho phép, các nhà khoa học và quản lý lưới điện cần tìm ra giải pháp giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng trên lưới điện phân phối Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả kinh tế cho ngành điện mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng.

Hiện nay, giảm tổn thất công suất trên lưới điện phân phối đã trở thành một mục tiêu quan trọng Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng điện mà còn góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm chi phí cho người tiêu dùng.

Để nâng cao hiệu quả cho lưới điện phân phối, HUTECH cần áp dụng nhiều giải pháp khác nhau, trong đó việc tính toán và lựa chọn phương pháp vận hành phù hợp là rất quan trọng Giải pháp này không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn đảm bảo điện áp tại các nút thay đổi trong giới hạn cho phép, mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho ngành điện.

Nghiên cứu vận hành tối ưu lưới điện phân phối là rất cần thiết để giải quyết các vấn đề hiện tại, và việc áp dụng các giải pháp này cho lưới điện phân phối được đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điện.

22 kV - Công ty Điện lực Gia Định Đây cũng là lý do chính cho việc chọn đề tài:

“Vận hành tối ưu lưới điện 22 kV - Công ty Điện lực Gia Định”.

Tính cấp thiết của đề tài

Căn cứ vào Công văn số 2122/EVNHCMC-KD ngày 4/6/2015 của Tổng Công ty Điện lực Tp HCM về việc xây dựng lộ trình giảm tổn thất giai đoạn 2016 -

2020 và Đề án thực hiện giảm tổn thất điện năng giai đoạn 2016 - 2020 của Công ty Điện lực Gia Định

Căn cứ vào lộ trình giảm tổn thất của Công ty Điện lực Gia Định do Tổng công ty Điện lực Tp HCM dự kiến giao đến năm 2020 là 3,85%

Dựa trên cấu trúc lưới điện phân phối và đặc điểm riêng của Công ty Điện lực Gia Định, quản lý lưới điện tại quận Bình Thạnh và Phú Nhuận cung cấp sản lượng điện cao hơn so với các công ty điện lực khác thuộc Tổng công ty Điện lực Tp HCM Do đó, nghiên cứu về vận hành tối ưu cho lưới điện 22 kV của Công ty Điện lực Gia Định là rất cần thiết và cần được chú trọng.

Đề tài “Vận hành tối ưu lưới điện 22kV - Công ty Điện lực Gia Định” là rất quan trọng để đạt được các mục tiêu của Tổng công ty Điện lực Tp HCM và Tập đoàn Điện lực Việt Nam Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc cải thiện hiệu quả vận hành lưới điện nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.

Mục tiêu của đề tài

Bài viết nghiên cứu và đề xuất các giải pháp tối ưu hóa vận hành cho lưới điện phân phối 22kV của Công ty Điện lực Gia Định, dựa trên các tiêu chí về tổn thất điện năng, độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng.

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu nguồn và lưới điện phân phối hiện trạng của Công ty Điện lực Gia Định

- Nghiên cứu tình hình phát triển phụ tải và cung cấp điện của Công ty Điện lực Gia Định trong những năm qua

- Dự báo sự phát triển của lưới điện phân phối Công ty Điện lực Gia Định trong tương lai

Để tối ưu hóa vận hành lưới điện 22kV của Công ty Điện lực Gia Định, cần đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng, nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện và cải thiện chất lượng điện năng Những giải pháp này không chỉ giúp tăng hiệu quả hoạt động mà còn đảm bảo đáp ứng các tiêu chí tối ưu đã đề ra.

Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

Vận hành tối ưu lưới điện là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học cả trong nước và quốc tế Mỗi giải pháp đề xuất đều có ưu và nhược điểm riêng, có thể phù hợp hoặc không với đặc thù của từng lưới điện Do đó, việc lựa chọn và phối hợp các giải pháp sao cho hiệu quả và tối ưu là cần thiết, đòi hỏi nghiên cứu cụ thể cho từng hệ thống lưới điện Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu này cho thấy sự đa dạng và tính phức tạp trong việc cải thiện hiệu suất lưới điện.

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

A Askaradeh với công trình nghiên cứu, “Capacitor placement in distribution systems for power loss reduction and voltage improvement: a new methodology” đã trình bày phương án bù công suất phản kháng cho hệ thống điện phân phối với các mục tiêu giảm tổn thất công suất tác dụng và nâng cao chất lượng điện áp [3] Tác giả đã đề xuất giải thuật Crow Search (CS) để xác định dung lượng và vị trí lắp đặt của tụ bù trong hệ thống điện phân phối Hàm mục tiêu được xây

Tài liệu HUTECH tụ bù

A A A El-Ela, R A El-Sehiemy, A Kinawy, M T Mouwafi với công trình nghiên cứu, “Optimal capacitor placement in distribution systems for power loss reduction and voltage profile improvement” đã giới thiệu một thuật toán bao gồm hai bước để xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu cho lưới điện phân phối hình tia [4] Bước 1 được thực hiện bằng việc phân tích độ nhạy tổn thất thông qua hai chỉ tiêu độ nhạy tổn thất để lựa chọn các vị trí tụ bù khả thi nhất Sau đó, trong bước 2, thuật toán tối ưu hóa đàn kiến để xác định vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu mà xem xét mục tiêu cực tiểu hóa tổn thất năng lượng và chi phí lắp đặt tụ tương ứng với các ràng buộc của hệ thống Các phương án bao gồm việc sử dụng các tụ bù cố định, tụ bù ứng động và kết hợp của tụ bù cố định và ứng động cũng được xem xét để tìm ra lời giải tối ưu Thuật toán quét xuôi/ngược được áp dụng để tính toán phân bố tải

L M O de Queiroz và C Lyra với công trình nghiên cứu, “A genetic approach for loss reduction in power distribution systems under variable demands” đã đề xuất giải thuật di truyền để giải quyết bài toán giảm tổn thất cho lưới điện phân phối trong các điều kiện phụ tải thay đổi [5] Một thuật toán di truyền cải tiến đã được giới thiệu trong luận văn này để nâng cao khả năng hội tụ của lời giải

L Zhang, K Zhang, G Zhang với công trình nghiên cứu, “Power distribution system reconfiguration based genetic algorithm”, đã giới thiệu thuật toán di truyền cải tiến mà được áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối với hàm mục tiêu là cực tiểu hóa các tổn thất công suất [6] Bên cạnh đó, các mục tiêu khác như tải của hệ thống được cân bằng và độ tin cậy cung cấp điện cũng được nâng cao Trong đó, mục tiêu cực tiểu hóa các tổn thất được thực hiện dựa trên việc xác định trạng thái của tất cả các khóa đóng cắt trong lưới điện sao cho giá trị tổn thất tối ưu cuối cùng đạt được

I Ali, M S Thomas và P Kumar với công trình nghiên cứu, “Energy efficient reconfiguration for practical load combinations in distribution systems” đã định nghĩa hiệu quả năng lượng điện của lưới điện phân phối như là một hàm đa biến trên cơ sở thực hiện phân bố tải [7] Các kịch bản được đặt ra trong nghiên cứu

Tài liệu HUTECH nhằm đảm bảo các tiêu chí về giới hạn điện áp, tổn thất công suất tác dụng và độ tin cậy cung cấp điện

S Islam, S Juyel và M Ahmed với công trình nghiên cứu, “Role of network reconfiguration in loss reduction in power generation and supply system” đã thực hiện các nghiên cứu để khẳng định vai trò của việc tái cấu trúc lưới điện cho mục tiêu cực tiểu các tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng [8] Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rõ ràng rằng việc cực tiểu hóa các tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng là cũng cần thiết cho bài toán ổn định điện áp nhằm đảm bảo vận hành hệ thống điện kinh tế và tin cậy Các kết quả nghiên cứu được thể hiện thông qua các giá trị điện áp nút trước và sau tái cấu trúc lưới điện Thuật toán Newton-Raphson được sử dụng cho bài toán phân bố công suất kết hợp với kỹ thuật tái cấu trúc lưới điện

A Arif, Z Wang, J Wang và C Chen với công trình nghiên cứu, “Power distribution system outage management with co-optimization of repairs, reconfiguration and DG dispatch” đã giới thiệu giải thuật quản lý mất điện cho các lưới điện phân phối bao gồm 2 bước [9] Bước 1 là tụ hợp các nhiệm vụ sửa chữa của tất cả các phần tử phân phối và phát điện bị hư hỏng mà được dựa trên các khoảng cách của chúng tính từ trạm biến áp, cũng như khả năng sẳn có của các nguồn để nâng cao hiệu quả tính toán trong việc đưa là lời giải cho bài toán quản lý mất điện của các hệ thống điện phân phối lớn Bước 2 là để đồng tối ưu các nhiệm vụ sửa chửa, tái cấu trúc và điều phối DG sao cho cực đại hiệu quả bài toán phân bố tải và cực tiểu thời gian sửa chửa Bài toán sửa chửa và phục hồi hoạt động của lưới điện phân phối được xây dựng và giải quyết dựa trên kỹ thuật quy hoạch tuyến tính số nguyên hổn hợp Các kết quả của nghiên cứu cũng đã chứng minh được tính hiệu quả của phương án đồng tối ưu hóa thời gian sửa chửa và phục hồi trạng thái làm việc bình thường cho lưới điện phân phối

K B Freitas, C F M Toledo, A C B Delbem, “Optimal reconfiguration of electric power distribution systems using exact approach”, đã thực hiện các thay đổi cấu trúc lưới điện thông qua việc điều khiển các khóa đóng/cắt [10] Đây là bài toán tối ưu hóa mà một trong các mục tiêu là để cực tiểu hóa các tổn thất công suất tương ứng với các ràng buộc như cô lập sự cố, cân bằng tải và cải thiện chất lượng điện áp

Tài liệu HUTECH rất dễ hiểu, cho phép người dùng không cần thực hiện quá trình tuyến tính hóa, từ đó tạo ra một mô hình chính xác nhằm tối ưu hóa việc giảm thiểu các tổn thất.

1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Vũ Văn Đang trong luận văn Thạc sĩ "Giải pháp vận hành hiệu quả mạng phân phối áp dụng cho mạng phân phối 22kV Rạch Giá - Kiên Giang" tại Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM năm 2012 đã nghiên cứu và đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả vận hành mạng phân phối Tác giả đã sử dụng phần mềm mô phỏng trên máy tính để thực hiện tính toán và đánh giá chất lượng điện năng cũng như tổn thất điện năng cho mạng phân phối 22kV tại Rạch Giá - Kiên Giang.

Nguyễn Hoàng Tỷ, "Tối ưu các giải pháp vận hành cho lưới điện 22kV Tp

Luận văn Thạc sĩ năm 2015 tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM đã đề xuất các giải pháp vận hành hiệu quả cho Công ty Điện lực Tp Cà Mau, nhằm đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất công suất và điện năng, đồng thời duy trì chất lượng điện năng trong phạm vi cho phép Đinh Thành Việt và Nguyễn Hồng đã trình bày phương pháp kết hợp giữa phân tích và kinh nghiệm thực tế để tìm cấu trúc tối ưu cho lưới điện cáp ngầm 22kV tại Khu du lịch Bãi Dài - Cam Ranh, đồng thời xây dựng chương trình tính toán nhằm đề xuất phương án kết lưới hiệu quả.

Trương Việt Anh trong luận án Tiến Sĩ "Hệ chuyên gia mờ vận hành hệ thống điện phân phối" tại Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM năm 2005 đã đề xuất hai thuật toán mới: kết nối và vòng kín Luận án này đã giải quyết thành công một số vấn đề quan trọng trong lĩnh vực điện phân phối.

Luận án HUTECH nghiên cứu mối liên hệ giữa mô hình toán học và thực tiễn, đồng thời phân tích tính chất quan hệ phi tuyến giữa các hàm mục tiêu Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng áp dụng quan hệ mờ để giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối theo hàm đa mục tiêu.

Ngô Văn Dưỡng và Nguyễn Dương Long đã nghiên cứu và trình bày các phương pháp tính toán, phân tích nhằm lựa chọn cấu trúc hợp lý cho lưới điện phân phối 22kV tại khu vực miền Trung và Tây Nguyên Bằng cách xem xét ưu nhược điểm của các cấu trúc lưới điện phân phối đang được áp dụng trên toàn cầu, các tác giả đã đề xuất kết hợp cấu trúc theo tiêu chuẩn Châu Âu và Bắc Mỹ để tối ưu hóa lưới điện phân phối trong khu vực này.

Bố cục của luận văn

Bố cục của luận văn bao gồm 5 chương:

- Chương 2: Tổng quan về bài toán vận hành lưới điện phân phối

- Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối

- Chương 4: Áp dụng các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối

22 kV - Công ty Điện lực Gia Định

- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển trong tương lai

Kết luận

Lưới điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ Để đảm bảo lưới điện hoạt động hiệu quả, cần đạt được độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng và giảm thiểu tổn thất công suất Do đó, các giải pháp cải tiến cần được đề xuất và triển khai cho lưới điện phân phối 22 kV của Công ty Điện lực Gia Định.

TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 Đặc điểm của hệ thống điện

Hệ thống điện là một thể thống nhất bao gồm nguồn điện, lưới điện và phụ tải, được sử dụng để sản xuất, phân phối và biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác Hệ thống điện có nhiều đặc điểm quan trọng, giúp đảm bảo hiệu quả trong việc cung cấp và sử dụng điện năng.

+ Cấu trúc vận hành hở;

+ Toàn thể các phần tử trong hệ thống điện là một hệ thống nhất; + Tổng năng lượng phát bằng tổng năng lượng tiêu thụ

- Các quá trình quá độ trong hệ thống điện diễn ra nhanh chóng

- Hệ thống điện gắn liền với sự phát triển của công nghiêp, sinh hoạt, thông tin, giao thông và phải đảm bảo:

+ Độ tin cậy cung cấp điện;

2.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối là hệ thống chuyển tải điện năng từ trạm biến áp trung gian đến tay người tiêu dùng Khác với lưới truyền tải thường hoạt động theo mạch vòng hoặc hình tia, lưới phân phối luôn hoạt động theo mạch hở Cấu trúc này cho phép hệ thống rơle bảo vệ chỉ cần sử dụng loại rơle quá dòng Để khôi phục điện cho khách hàng sau sự cố, các phát tuyến thường có các mạch vòng liên kết với các đường dây khác được cấp điện từ trạm biến áp trung gian khác hoặc từ chính trạm biến áp gặp sự cố Việc phục hồi lưới được thực hiện qua các thao tác đóng và cắt thiết bị bảo vệ hiện có.

Một hệ thống phân phối điện thường bao gồm nhiều loại phụ tải khác nhau như chiếu sáng sinh hoạt, thương mại dịch vụ và công nghiệp Những phụ tải này không được phân bố đồng đều giữa các đường dây, và mỗi loại tải có thời điểm đỉnh tiêu thụ điện năng riêng biệt.

Tài liệu HUTECH cho thấy rằng sự biến động trong tiêu thụ điện xảy ra hàng ngày, hàng tuần và theo mùa, dẫn đến sự chênh lệch công suất và quá tải đường dây, làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối Để khắc phục tình trạng này, cần thay đổi cấu trúc lưới điện thông qua việc thao tác đóng/cắt các khoá điện hiện có và xem xét sử dụng nguồn phân tán Trong thiết kế, các khoá điện như Recloser, LBS, và DS sẽ được lắp đặt tại những vị trí tối ưu nhằm giảm chi phí vận hành và tổn thất năng lượng.

Trong quá trình phát triển với phụ tải thay đổi liên tục, cần thiết phải thiết lập nhiều mục tiêu vận hành cho lưới điện phân phối nhằm thích ứng với từng tình huống cụ thể.

2.3 Vận hành hệ thống điện

Vận hành hệ thống điện bao gồm các thao tác cần thiết để duy trì hoạt động bình thường, đảm bảo chất lượng, độ tin cậy và hiệu quả kinh tế Hệ thống điện là một tổng thể các phần tử liên kết chặt chẽ, trong đó độ tin cậy và hiệu quả kinh tế của toàn bộ hệ thống phụ thuộc vào độ tin cậy và chế độ làm việc kinh tế của từng phần tử.

Sự phát triển của thiết bị điện công nghệ mới đã làm tăng yêu cầu vận hành hệ thống điện Để đảm bảo an toàn và hiệu quả, việc vận hành hệ thống điện cần tuân thủ đúng quy trình quy phạm Các quy trình này được cung cấp và hướng dẫn bởi các nhà chế tạo thiết bị điện Quy trình vận hành các phần tử trong hệ thống điện được xây dựng dựa trên các quy trình sử dụng thiết bị điện, đồng thời xem xét các đặc điểm công nghệ của hệ thống.

2.3.1 Nhiệm vụ vận hành hệ thống điện

Các phần tử trong hệ thống điện có làm việc được tốt và tin cậy hay không phần lớn là do quá trình vận hành quyết định

Khi vận hành mỗi phần tử cần phải hoàn thành các nhiệm vụ sau:

- Đảm bảo các thiết bị điện làm việc liên tục và kinh tế

- Đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp: tần số và điện áp phải luôn được duy trì trong giới hạn cho phép

- Đáp ứng được đồ thị phụ tải hàng ngày một cách linh hoạt, cung cấp đầy đủ điện năng đạt chất lượng cho mọi khách hàng

- Đồ thị phụ tải phải được san bằng tốt nhất đến mức có thể

- Đảm bảo giá thành sản xuất, truyền tải và phân phối thấp nhất đến mức có thể

2.3.2 Các mục tiêu vận hành hệ thống điện

- Chi phí vận hành bé nhất

- Tổn thất năng lượng bé nhất

- Tổn thất công suất bé nhất

- Cân bằng tải đường dây và máy biến thế

- Khôi phục cung cấp điện

- Đa mục tiêu bao gồm: Cân bằng tải; P min ; U min ;

2.4 Cơ sở lý thuyết tính toán trong hệ thống điện

Tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng:

T max : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất;

: Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, được tính toán thống kê theo T max của đồ thị phụ tải

2.5 Giải tích mạng điện bằng phương pháp lặp Gauss – Seidel

2.5.1 Phương pháp lặp Gauss – Seidel

Phương pháp này được hiểu như là phương pháp thay thế liên tiếp: f(x) = 0 (2.5)

Phương trình được viết lại như sau: x = g(x) (2.6)

Nếu x (0) là giá trị được gán ban đầu của biến x, phương trình lặp được viết như sau:

Quá trình giải kết thúc khi sự chênh lệch giữa x (k+1) và x k nhỏ hơn giá trị sai số yêu cầu:

2.5.2 Giải bài toán phân bố công suất bằng phương pháp lặp Gauss – Seidel

Trong nghiên cứu phân bố công suất, cần giải hệ phương trình phi tuyến với

2 ẩn chưa biết ở mỗi nút Trong phương pháp Gauss – Seidel, tìm điện áp V i với các bước lập như sau:

(2.10) Trong đó: y ij : Tổng dẫn trong hệ đơn vị tương đối,

P sch và Q sch : Công suất tác dụng và phản kháng trong hệ đơn vị tương đối

Theo định luật Kirchhoff, dòng điện vào nút được giả định mang dấu (+), do đó công suất tác dụng và phản kháng P sch và Q sch đi vào nút nguồn cũng mang dấu (+) Ngược lại, tại nút phụ tải, công suất tác dụng và phản kháng P sch và Q sch sẽ đi ra và mang dấu (-).

Q sch khi đó mang dấu (-) Nếu giải với ẩn P i và Q i thì:

Phương trình phân bố công suất được mô tả qua các thành phần của ma trận tổng dẫn Trong ma trận tổng dẫn Y bus, các thành phần tổng dẫn phía trên và phía dưới đường chéo chính được xác định là Y ij = -y ij, cùng với các thành phần tổng dẫn riêng.

Y ii : Tổng dẫn so với đất của đường dây hay bất kỳ các tổng dẫn hỗ cảm khác so với đất

Tại nút P-Q, giá trị công suất tác dụng và phản kháng P sch và Q sch đã được xác định Đầu tiên, cần ước lượng giá trị gán ban đầu để từ đó tính toán các thành phần thực và phức của điện áp Đối với các nút điều khiển điện áp (nút P-V), giá trị P sch cũng được xem xét.

Từ giá trị V i đã biết, chúng ta tính toán Q i (k + 1) và tiếp theo là V i (k + 1) Tuy nhiên, chỉ có thành phần ảo của V i (k + 1) được giữ lại, trong khi thành phần thực đã được lựa chọn để đảm bảo đáp ứng các điều kiện cần thiết.

( k 1) e i  và f i ( k  1) lần lượt là thành phần thực và ảo của V i ( k  1) trong quá trình lặp

Tốc độ hội tụ được gia tăng bằng cách sử dụng hệ số gia tăng tốc độ hội tụ với sự xấp xỉ nghiệm ở mỗi bước lặp

 : Hệ số gia tăng tốc độ hội tụ Giá trị này tuỳ thuộc vào hệ thống Đối với các hệ thống thông thường  được chọn vào khoảng 1,3 đến 1,7

Giá trị áp được cập nhật ngay lập tức, thay thế giá trị trước đó trong quá trình giải các phương trình tuần tự Quá trình này tiếp tục cho đến khi các thành phần thực và ảo của áp tại các nút giữa hai bước lập liên tiếp đạt được sai số yêu cầu.

Để đảm bảo sai số công suất ở mức nhỏ và chấp nhận được, dung sai giữa hai thành phần điện áp cần phải rất nhỏ Độ chính xác điện áp lý tưởng nên nằm trong khoảng 0,00001 đến 0,00005 (đvtđ).

Tài liệu HUTECH cung cấp chỉ số chính xác cho sai số công suất, với quy trình lặp lại diễn ra khi giá trị tối đa của các phần tử ΔP và ΔQ vượt quá yêu cầu Độ chính xác công suất thông thường đạt mức 0,001 (đvtđ).

2.6 Giải tích mạng điện bằng phương pháp lặp Newton - Raphson

2.6.1 Phương pháp lặp Newton - Raphson

Đặc điểm của hệ thống điện

Hệ thống điện là một tổng thể bao gồm nguồn điện, lưới điện và phụ tải, được sử dụng để sản xuất, phân phối và chuyển đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác Các đặc điểm của hệ thống điện rất đa dạng và quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp năng lượng hiệu quả.

+ Cấu trúc vận hành hở;

+ Toàn thể các phần tử trong hệ thống điện là một hệ thống nhất; + Tổng năng lượng phát bằng tổng năng lượng tiêu thụ

- Các quá trình quá độ trong hệ thống điện diễn ra nhanh chóng

- Hệ thống điện gắn liền với sự phát triển của công nghiêp, sinh hoạt, thông tin, giao thông và phải đảm bảo:

+ Độ tin cậy cung cấp điện;

Đặc điểm của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối đóng vai trò chuyển tải điện năng từ các trạm biến áp trung gian đến khách hàng, thường hoạt động theo mạch vòng hoặc hình tia Khác với lưới truyền tải, lưới phân phối luôn vận hành mạch hở, cho phép hệ thống rơle bảo vệ chỉ cần sử dụng rơle quá dòng Để khôi phục điện cho khách hàng sau sự cố, các phát tuyến thường kết nối với các đường dây lân cận từ trạm biến áp khác hoặc từ chính trạm biến áp có sự cố Quá trình khôi phục lưới diễn ra thông qua việc đóng/cắt các thiết bị bảo vệ hiện có.

Một đường dây phân phối bao gồm nhiều loại phụ tải khác nhau, như chiếu sáng sinh hoạt, thương mại dịch vụ và công nghiệp Các phụ tải này không được phân bố đồng đều giữa các đường dây và mỗi loại tải có thời điểm đỉnh tiêu thụ khác nhau.

Tài liệu HUTECH cho thấy rằng sự thay đổi trong tiêu thụ điện năng diễn ra liên tục theo ngày, tuần và mùa, dẫn đến đường dây và đồ thị phụ tải không ổn định Điều này gây ra quá tải đường dây và tăng tổn thất trong lưới điện phân phối Để khắc phục tình trạng quá tải và giảm tổn thất, ngoài việc điều chỉnh cấu trúc lưới điện bằng cách thao tác các khoá điện hiện có, việc sử dụng các nguồn điện phân tán cũng là một giải pháp quan trọng Do đó, trong quá trình thiết kế, các loại khoá điện như Recloser, LBS và DS sẽ được lắp đặt tại các vị trí tối ưu nhằm giảm chi phí vận hành và tổn thất năng lượng.

Trong quá trình phát triển, lưới điện phân phối cần điều chỉnh theo các phụ tải liên tục thay đổi, do đó, việc thiết lập nhiều mục tiêu vận hành khác nhau là cần thiết để phù hợp với từng tình huống cụ thể.

Vận hành hệ thống điện

Vận hành hệ thống điện bao gồm các thao tác cần thiết để duy trì hoạt động bình thường, đảm bảo chất lượng, độ tin cậy và hiệu quả kinh tế Hệ thống điện được cấu thành từ nhiều phần tử có mối liên hệ chặt chẽ, trong đó độ tin cậy và hiệu quả kinh tế phụ thuộc vào chế độ làm việc của từng phần tử.

Sự phát triển của công nghệ mới trong thiết bị điện đã tạo ra yêu cầu nghiêm ngặt trong vận hành hệ thống điện Để đảm bảo an toàn và hiệu quả, việc vận hành hệ thống điện cần tuân thủ đúng quy trình quy phạm do các nhà chế tạo cung cấp Các quy trình này không chỉ áp dụng cho thiết bị điện mà còn được điều chỉnh để phù hợp với đặc điểm công nghệ của hệ thống điện.

2.3.1 Nhiệm vụ vận hành hệ thống điện

Các phần tử trong hệ thống điện có làm việc được tốt và tin cậy hay không phần lớn là do quá trình vận hành quyết định

Khi vận hành mỗi phần tử cần phải hoàn thành các nhiệm vụ sau:

- Đảm bảo các thiết bị điện làm việc liên tục và kinh tế

- Đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp: tần số và điện áp phải luôn được duy trì trong giới hạn cho phép

- Đáp ứng được đồ thị phụ tải hàng ngày một cách linh hoạt, cung cấp đầy đủ điện năng đạt chất lượng cho mọi khách hàng

- Đồ thị phụ tải phải được san bằng tốt nhất đến mức có thể

- Đảm bảo giá thành sản xuất, truyền tải và phân phối thấp nhất đến mức có thể

2.3.2 Các mục tiêu vận hành hệ thống điện

- Chi phí vận hành bé nhất

- Tổn thất năng lượng bé nhất

- Tổn thất công suất bé nhất

- Cân bằng tải đường dây và máy biến thế

- Khôi phục cung cấp điện

- Đa mục tiêu bao gồm: Cân bằng tải; P min ; U min ; .

Cơ sở lý thuyết tính toán trong hệ thống điện

Tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng:

T max : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất;

: Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, được tính toán thống kê theo T max của đồ thị phụ tải

Giải tích mạng điện bằng phương pháp lặp Gauss – Seidel

2.5.1 Phương pháp lặp Gauss – Seidel

Phương pháp này được hiểu như là phương pháp thay thế liên tiếp: f(x) = 0 (2.5)

Phương trình được viết lại như sau: x = g(x) (2.6)

Nếu x (0) là giá trị được gán ban đầu của biến x, phương trình lặp được viết như sau:

Quá trình giải kết thúc khi sự chênh lệch giữa x (k+1) và x k nhỏ hơn giá trị sai số yêu cầu:

2.5.2 Giải bài toán phân bố công suất bằng phương pháp lặp Gauss – Seidel

Trong nghiên cứu phân bố công suất, cần giải hệ phương trình phi tuyến với

2 ẩn chưa biết ở mỗi nút Trong phương pháp Gauss – Seidel, tìm điện áp V i với các bước lập như sau:

(2.10) Trong đó: y ij : Tổng dẫn trong hệ đơn vị tương đối,

P sch và Q sch : Công suất tác dụng và phản kháng trong hệ đơn vị tương đối

Theo định luật Kirchhoff, dòng điện vào nút được coi là dương (+), do đó công suất tác dụng (P sch) và công suất phản kháng (Q sch) đi vào các nút nguồn cũng mang dấu (+) Ngược lại, tại các nút phụ tải, công suất tác dụng và phản kháng sẽ đi ra khỏi nút, với P sch và Q sch có dấu âm.

Q sch khi đó mang dấu (-) Nếu giải với ẩn P i và Q i thì:

Phương trình phân bố công suất được thể hiện thông qua các thành phần của ma trận tổng dẫn Trong đó, các thành phần tổng dẫn trên và dưới đường chéo chính của ma trận tổng dẫn Y bus được xác định là Y ij = - y ij, cùng với thành phần tổng dẫn riêng.

Y ii : Tổng dẫn so với đất của đường dây hay bất kỳ các tổng dẫn hỗ cảm khác so với đất

Tại nút P-Q, giá trị công suất tác dụng và phản kháng P sch và Q sch đã được xác định Quá trình bắt đầu bằng việc ước lượng giá trị gán ban đầu, từ đó cho phép tính toán các thành phần thực và phức của điện áp Đối với các nút điều khiển điện áp (nút P-V), giá trị P sch và Q sch cũng cần được xem xét.

Từ giá trị V i đã biết, chúng ta tính toán Q i (k + 1) và sau đó là V i (k + 1) Tuy nhiên, chỉ có thành phần ảo của V i (k + 1) được giữ lại, trong khi thành phần thực được lựa chọn để đáp ứng các điều kiện cần thiết.

( k 1) e i  và f i ( k  1) lần lượt là thành phần thực và ảo của V i ( k  1) trong quá trình lặp

Tốc độ hội tụ được gia tăng bằng cách sử dụng hệ số gia tăng tốc độ hội tụ với sự xấp xỉ nghiệm ở mỗi bước lặp

 : Hệ số gia tăng tốc độ hội tụ Giá trị này tuỳ thuộc vào hệ thống Đối với các hệ thống thông thường  được chọn vào khoảng 1,3 đến 1,7

Giá trị áp được cập nhật ngay lập tức, thay thế giá trị trước đó trong quá trình giải các phương trình tuần tự Quá trình này tiếp tục cho đến khi các thành phần thực và ảo của áp tại các nút giữa hai bước lập liên tiếp đạt yêu cầu về sai số.

Để đảm bảo sai số công suất ở mức nhỏ và chấp nhận được, dung sai giữa hai thành phần điện áp cần được giữ ở mức thấp Độ chính xác điện áp lý tưởng nằm trong khoảng từ 0,00001 đến 0,00005 (đvtđ).

Tài liệu HUTECH cung cấp chỉ số chính xác cho sai số công suất, với quá trình lặp lại diễn ra khi giá trị lớn nhất của các phần tử P và Q vượt quá yêu cầu Độ chính xác công suất thông thường đạt 0,001 (đvtđ).

2.6 Giải tích mạng điện bằng phương pháp lặp Newton - Raphson

2.6.1 Phương pháp lặp Newton - Raphson

Phương pháp này sử dụng khai triển Taylor mở rộng để xấp xỉ nghiệm dựa trên giá trị khởi tạo ban đầu chưa biết Đối với bài toán tìm nghiệm, ta có thể biểu diễn dưới dạng f(x) = c.

Nếu x (0) là giá trị xấp xỉ ban đầu của quá trình giải bài toán, và  x (0) là sai số từ quá trình giải thì:

Khai triển Taylor phía trái của phương trình trên theo x (0) :

Giả sử rằng sai số  x (0) là rất nhỏ, không xét đến thành phần bậc cao hơn, kết quả như sau:

Thay  x (0) với giá trị gán ước lượng sẽ cho kết quả trong quá trình xấp xỉ thứ hai:

Liên tục sử dụng quá trình của giải thuật Newton – Raphson:

Phương trình  x ( ) k có thể sắp xếp lại như sau:

Mối quan hệ giữa  c ( ) k và  x ( ) k cho thấy phương trình phi tuyến f(x) – c = 0 có thể được xấp xỉ bằng đường phi tuyến tại điểm x ( ) k Điều này cho thấy phương trình được hình thành từ sự thay đổi nhỏ của biến Giao điểm của đường tiếp tuyến với trục x chính là giá trị x ( k  1).

2.6.2 Giải bài toán phân bố công suất bằng phương pháp lặp Newton – Raphson

Phương trình cường độ dòng điện nút

Chuyển phương trình (2.32) sang dạng tọa độ cực:

Khi ấy, công suất phức tại nút i là:

Tách phần thực và phần ảo của (2.35), công suất tác dụng và phản kháng là:

Phương trình trên tạo ra một hệ các phương trình đại số phi tuyến với các biến độc lập, trong đó biên độ áp được tính trong hệ đơn vị tương đối và góc pha trong radian Mỗi nút phụ tải có hai phương trình tương ứng, cụ thể là (2.36) và (2.37) Bằng cách khai triển Taylor cho hai phương trình này theo các biến gán ban đầu và không xem xét các phần tử bậc cao hơn, chúng ta có thể sắp xếp kết quả dưới dạng phương trình tuyến tính.

Phương trình tại nút 1 được xác định là nút cơ sở, trong đó ma trận mô tả mối quan hệ tuyến tính giữa sự thay đổi nhỏ của góc điện áp \(\Delta \delta_i^{(k)}\) và biên độ điện áp \(\Delta V_i^{(k)}\) với sự thay đổi nhỏ của công suất tác dụng \(\Delta P_i^{(k)}\) và công suất phản kháng \(\Delta Q_i^{(k)}\) Các phần tử trong ma trận này là đạo hàm từng phần của các phương trình (2.36) và (2.37), được tính toán dựa trên \(\Delta \delta_i^{(k)}\) và \(\Delta V_i^{(k)}\).

(2.39) Các thành phần của ma trận:

Thành phần đường chéo và ngoài đường chéo của J 1 là:

(2.45) Thành phần đường chéo và ngoài đường chéo của J 4 là:

Các  P i ( ) k và  Q i ( ) k là hiệu của giá trị cần tính và giá trị được tính, còn được gọi là phần dư công suất, được tính như sau:

Giá trị xấp xỉ cho bước lặp kế tiếp của điện áp nút là:

Quá trình lập được tiếp tục cho đến khi phần dư công suất nhỏ hơn độ chính xác yêu cầu, nghĩa là:

Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam

Hệ thống điện Việt Nam được phân chia thành ba miền Bắc, Trung và Nam, với các cấp điện áp cao như 500kV, 220kV, và 110kV, cùng với các cấp điện áp trung áp 10kV, 15kV, 22kV, và 35kV Ba miền này được kết nối với nhau thông qua hệ thống truyền tải điện 500kV.

Tổng Công ty Truyền tải điện quốc gia quản lý toàn bộ trạm biến áp và đường dây truyền tải 500kV và 220kV, trong khi các Tổng Công ty Điện lực miền phụ trách lưới điện phân phối ở cấp điện áp 110kV cùng với lưới điện trung áp và hạ áp.

Hệ thống điện Việt Nam có nguồn điện đa dạng về loại hình và chủ sở hữu Đến cuối năm 2016, tổng công suất đặt nguồn điện đạt 41.424 MW, trong đó EVN và các tổng công ty phát điện sở hữu 26.164 MW, chiếm 63,16% tổng công suất hệ thống, trong khi các nguồn ngoài EVN chiếm 36,84% với 15.260 MW.

Hình 2.1 Cơ cấu hệ thống điện quốc gia tính đến tháng 06/2017

Việt Nam có ba miền với đặc điểm địa lý, thổ nhưỡng và khí hậu khác nhau, ảnh hưởng lớn đến biểu đồ phụ tải của hệ thống điện quốc gia Sự khác biệt này dẫn đến hai dạng đồ thị phụ tải điển hình: đồ thị phụ tải mùa đông và đồ thị phụ tải mùa hè.

Hệ thống truyền tải điện bao gồm các cấp điện áp 500kV, 220kV và 110kV Trong đó:

Lưới điện 500kV có tổng chiều dài 3.890km và bao gồm 15 trạm biến áp với tổng dung lượng 10.650MVA (23MBA), kết nối ba miền Bắc, Trung và Nam, tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tải và trao đổi điện năng Mạch 1 của đường dây 500kV đã được đưa vào vận hành vào tháng 9/1994, trong khi mạch 2 bắt đầu hoạt động vào tháng 10/2005.

Lưới 220kV với tổng chiều dài 10.015km, 62 trạm biến áp với tổng dung lượng 22.004MVA (135 MBA)

Lưới 110kV với tổng chiều dài 13.141km với tổng dung lượng các MBA tại các trạm 220/110kV là 27.908MVA (746 MBA)

Việc đóng điện vận hành đường dây 500kV mạch 2 đã tạo ra sự kết nối vững chắc giữa ba miền đất nước, giúp linh hoạt trong việc truyền tải công suất Trong mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 10, công suất được truyền từ Bắc vào Nam, trong khi vào mùa khô, công suất được chuyển ngược lại Điều này không chỉ giải quyết vấn đề thiếu hoặc thừa công suất cục bộ mà còn nâng cao độ tin cậy cho toàn hệ thống điện.

Năm 2010, lưới truyền tải 500kV Bắc - Nam hoạt động ổn định với tổn thất hệ thống điện 500kV chỉ đạt 4,47%, giảm 0,5% so với năm 2009 Sự giảm tổn thất này chủ yếu nhờ vào việc miền Bắc đưa vào vận hành một số tổ máy nhiệt điện than, làm giảm công suất truyền tải từ Nam ra Bắc trong mùa khô Ngoài ra, nhiều công trình đường dây và trạm cũng đã chính thức đi vào hoạt động, góp phần quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện.

Tài liệu HUTECH hành của hệ thống

Lưới điện phân phối là thành phần cuối cùng của hệ thống điện, có nhiệm vụ cung cấp điện trực tiếp đến khách hàng Nó bao gồm lưới điện trung áp và hạ áp Tại Việt Nam, do ảnh hưởng của điều kiện lịch sử, lưới điện trung áp hiện có nhiều cấp điện áp khác nhau, bao gồm 6, 10, 15, 22 và 35kV.

Miền Bắc trước đây sử dụng các thiết bị chủ yếu của Liên Xô cũ với các cấp điện áp 6, 20, 35kV

Miền Nam chủ yếu sử dụng thiết bị của các nước Mỹ, Nhật, Pháp với cấp điện áp 15kV

Lưới điện Miền Trung kết hợp đặc điểm của cả miền Bắc và miền Nam, với cấp điện áp 15, 22kV chiếm ưu thế so với lưới 6, 10kV Tuy nhiên, hiện trạng này không đảm bảo tính hợp lý trong vận hành cũng như tính kinh tế của hệ thống điện.

Xuất phát từ những bất cập trên, ngày 24/3/1993 Bộ Năng lượng (nay là Bộ Công thương) có quyết định số 149/NL/ KHKT thay đổi dần các cấp điện áp 6, 10,

Sau gần 20 năm, lưới điện 6kV đã được xóa bỏ, nhưng hiện tại, lưới điện trung áp tại Việt Nam vẫn còn bốn cấp điện áp: 10kV, 15kV, 22kV và 35kV Đối với điện hạ áp, cấp điện áp sử dụng là 0,4kV trên toàn quốc.

Đến cuối năm 2004, tổng chiều dài đường dây trung áp đạt khoảng 115.000 km, trong khi tổng chiều dài đường dây hạ áp gần 110.000 km Bên cạnh đó, tổng dung lượng của các trạm biến áp hạ áp gần 29.000 MVA.

Lưới điện phân phối tại Việt Nam được quản lý bởi 5 tổng công ty thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), bao gồm EVNNPC, EVNSPC, EVNCPC, EVNHANOI và EVNHCMC Đến tháng 6 năm 2005, lưới điện này đã cung cấp điện cho 525/536 huyện trên 64 tỉnh thành phố, với 8.689/9.024 xã trên toàn quốc có điện.

Chương trình điện khí hóa nông thôn đã đạt được thành tựu lớn, với 100% huyện, 99% xã và trên 95% hộ dân cả nước được sử dụng điện lưới quốc gia tính đến cuối năm 2011 Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã xây dựng lưới điện quốc gia rộng khắp, từ đồng bằng đến vùng sâu, vùng xa và hải đảo, với tốc độ phát triển nhanh chóng Các xã chưa có điện lưới quốc gia hiện đang sử dụng nguồn điện tại chỗ như thủy điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel.

Theo sơ đồ điện VII, lưới điện phân phối sẽ được phát triển đồng bộ với lưới điện truyền tải nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng điện năng, phục vụ nhu cầu sản xuất và sinh hoạt tại khu vực nông thôn Đầu tư mới sẽ được thực hiện qua lưới điện quốc gia hoặc nguồn điện tại chỗ như thủy điện nhỏ, thủy điện cực nhỏ, và năng lượng tái tạo từ mặt trời, gió kết hợp với nguồn diesel Mục tiêu đến năm 2015 là 100% số xã và 98,6% số hộ dân nông thôn có điện, với mục tiêu đến năm 2020 hầu hết các hộ dân nông thôn đều được cấp điện.

Bảng 2.1 Lưới điện trung, hạ thế dự kiến xây dựng giai đoạn (2011 - 2030)

Các giai đoạn Tổng giai đoạn

2030 Đường dây trung thế (km)

Lưới điện phân phối có thiết kế và vận hành khác biệt so với lưới điện truyền tải Đặc điểm nổi bật của lưới điện phân phối là sự phân bố rộng rãi và hoạt động liên tục.

Tài liệu HUTECH trên thế giới cho thấy tổn thất thấp nhất trên lưới phân phối vào khoảng 4%, trong khi trên lưới truyền tải là khoảng 2%

Giới thiệu

Vận hành hệ thống điện một cách tối ưu cần chú trọng đến ba yếu tố chính: chất lượng điện năng cung cấp, độ tin cậy trong việc cung cấp điện, và việc giảm thiểu tổn thất điện năng.

Chất lượng điện năng có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của các hộ tiêu thụ điện Để các thiết bị hoạt động hiệu quả, cần cung cấp nguồn điện với tần số và điện áp định mức Tuy nhiên, việc duy trì ổn định tuyệt đối hai thông số này là không khả thi do các nhiễu loạn trong hệ thống, sự phân phối điện áp không đồng đều và tính ngẫu nhiên trong quá trình hoạt động của thiết bị Điện áp tại các điểm khác nhau trong hệ thống thường có giá trị khác nhau, dẫn đến các chỉ tiêu chất lượng điện áp là cục bộ Trong các chế độ hoạt động của hệ thống điện, điện áp luôn khác với điện áp danh định, và sự khác biệt này được thể hiện qua các chỉ tiêu như độ lệch điện áp, độ dao động điện áp, độ không đối xứng và độ không sin.

Sự thay đổi phụ tải trong hệ thống điện gây ra biến động điện áp tại các hộ tiêu thụ, dẫn đến điện áp trên các thiết bị điện vượt quá mức cho phép Do đó, việc điều chỉnh điện áp là cần thiết để đảm bảo các chế độ yêu cầu Điều chỉnh điện áp có thể thực hiện theo hai hình thức: tập trung hoặc cục bộ.

+ Điều chỉnh tập trung được thực hiện ở các trung tâm cung cấp

+ Điều chỉnh cục bộ có thể thực hiện đối với nhóm hộ tiêu thụ hay một hộ tiêu thụ cá biệt

Để đạt được kết quả tối ưu trong việc điều chỉnh điện áp, cần lựa chọn các phương pháp điều chỉnh phù hợp, xác định phạm vi và mức độ điều chỉnh, cũng như vị trí trên mạng điện phân phối Các phương pháp điều chỉnh điện được áp dụng sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

Tài liệu HUTECH dòng công suất phản kháng(Hệ thống tụ bù)

Tần số, cùng với điện áp, là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng trong hệ thống điện Tần số cần đồng nhất trong toàn bộ hệ thống và được coi là đạt yêu cầu khi điện áp và tần số biến đổi trong giới hạn cho phép quanh giá trị định mức Giá trị tối ưu của tần số chính là giá trị định mức, và bất kỳ sự thay đổi nào về tần số có thể gây ra những tác động tiêu cực đến hoạt động của thiết bị điện cũng như toàn bộ hệ thống Để đánh giá chất lượng tần số, cần xem xét độ lệch và độ dao động của tần số.

3.1.2 Độ tin cậy cung cấp điện Độ tin cậy là xác suất làm việc tốt của một thiết bị trong một chu kỳ dưới các điều kiện vận hành đã được thử nghiệm Đối với hệ thống điện đó là khả năng cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ Khả năng này được đánh giá bằng số lần mất điện (SAIFI) và thời gian mất điện trung bình (SAIDI) của khách hàng trong một năm , ở mức xã hội chấp nhận được, bởi vì để nâng cao độ tin cậy đòi hỏi chi phí vốn rất lớn

Mất điện gây ra nhiều thiệt hại cho mọi lĩnh vực của đời sống xã hội, cụ thể là:

Thiệt hại về chính trị, xã hội, an ninh và quốc phòng gây cản trở cho các hoạt động chính trị, đe dọa an ninh quốc phòng và làm tổn thất tài sản cũng như tính mạng của người dân Những thiệt hại này còn ảnh hưởng đến sinh hoạt bình thường của đông đảo người dân, ví dụ như sự cố mất điện tại hệ thống viễn thông, bệnh viện, hầm mỏ, hệ thống cấp nước, thang máy và hệ thống chiếu sáng công cộng.

Thiệt hại kinh tế do mất điện ảnh hưởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ điện trong hoạt động kinh doanh, dẫn đến tổn thất tài chính từ sản phẩm hỏng hóc, thiết bị sản xuất bị ngừng hoạt động và chi phí nhân công trong thời gian ngừng sản xuất Mức độ thiệt hại này phụ thuộc vào tính chất của hộ tiêu thụ, số lần và thời gian mất điện Để đảm bảo độ tin cậy, hệ thống điện cần có công suất dự trữ trên 40% so với công suất đặt, đồng thời lưới điện phải được thiết kế khép kín và hoạt động một cách liên tục, với mạng truyền tải có hai đường kết nối.

Tài liệu HUTECH yêu cầu rằng đường dây độc lập đến trạm trung gian phải có hai máy biến áp nếu là trạm độc lập Mạng phân phối cần phải là lưới kín nhưng có khả năng vận hành hở, với các phân đoạn được điều khiển từ xa bằng máy cắt Các phần tử trong lưới điện phải có khả năng tải dư lớn Theo chỉ tiêu của EVNHCMC, phụ tải đường dây dao động từ 40% đến 60%, chiều dài tuyến trung thế 22kV không vượt quá 8km, bán kính lưới hạ thế nhỏ hơn 250m và số lượng khách hàng không quá 5000 khách hàng/tuyến dây Để đảm bảo độ tin cậy cao cho hệ thống điện, cần sử dụng nhiều loại thiết bị bảo vệ, tự động hóa và thiết bị điều khiển tự động bằng máy tính điện tử.

3.1.3 Tổn thất điện năng Để đưa điện năng đến các hộ tiêu thụ, ta cần phải dùng dây dẫn và máy biến áp Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn và máy biến áp, do điện trở và điện kháng của chúng nên bao giờ cũng có tổn thất nhất định về công suất tác dụng và công suất phản kháng Điện năng mất mát này biến thành nhiệt làm nóng dây dẫn và máy biến áp, tỏa ra môi trường xung quanh, gây ảnh hưởng xấu cho mạng điện Tất nhiên, lượng điện năng mất mát này phải do nhà máy điện cung cấp Vì vậy, làm tăng chí phí sản xuất điện năng

Tổn thất công suất phản kháng không ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí nhiên liệu, nhưng gây ra thiếu hụt công suất phản kháng cho các hộ tiêu thụ điện Do đó, cần sử dụng các thiết bị như tụ điện và máy bù đồng bộ để bù đắp lượng công suất phản kháng cần thiết.

Tăng tổn thất công suất và điện năng trong hệ thống điện dẫn đến chất lượng điện năng giảm sút, làm giảm khả năng truyền tải của hệ thống Điều này không chỉ ảnh hưởng tiêu cực đến các quá trình công nghệ mà còn làm giảm năng suất và gia tăng hư hỏng thiết bị điện.

Giảm tổn thất điện năng giúp giảm công suất phát điện của nhà máy, từ đó giảm tiêu hao nhiên liệu và vốn đầu tư cho hệ thống truyền tải và phân phối điện Điều này không chỉ góp phần làm giảm giá bán điện mà còn có tác động tích cực đến nền kinh tế, thúc đẩy sự phát triển kinh tế bền vững.

Tổn thất điện năng trong hệ thống điện là lượng điện năng bị tiêu hao trong quá trình truyền tải và phân phối từ thanh cái của các nhà máy điện qua lưới điện.

Tài liệu HUTECH thất điện năng gồm hai loại:

+ Tổn thất phi kỹ thuật (Tổn thất kinh doanh)

Tổn thất kỹ thuật chỉ có thể giảm đến một mức nhất định, do đó, nghiên cứu các giải pháp giảm tổn thất phi kỹ thuật xuống mức hợp lý trở thành mục tiêu quan trọng của ngành Điện toàn cầu Điều này nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và tối ưu hóa nguồn lực trong ngành điện.

- kinh doanh, giảm áp lực đầu tư nguồn điện, là cơ sở tính đúng, tính đủ giá thành sản xuất điện

Cơ sở vận hành tối ưu lưới điện phân phối

Để vận hành hiệu quả lưới điện phân phối, cần đảm bảo chất lượng điện năng đạt tiêu chuẩn mọi lúc và giảm thiểu tổn thất điện năng Đồng thời, lưới điện phân phối phải duy trì độ tin cậy trong việc cung cấp điện cho khách hàng Các cơ sở vận hành tối ưu lưới điện phân phối sẽ được phân tích và giới thiệu chi tiết.

Bốn tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điện áp đó là:

+ Độ dao động điện áp,

+ Độ không đối xứng, và

+ Độ không sin của điện áp

Độ lệch điện áp là tiêu chuẩn chính của chất lượng điện áp, ảnh hưởng lớn đến cấu trúc lưới điện Đây là tiêu chuẩn quan trọng cho mọi phụ tải điện và được điều chỉnh cho tất cả các lưới phân phối Các tiêu chuẩn khác như độ dao động, độ không đối xứng và độ không sin mang tính cục bộ và được kiểm soát nhờ các biện pháp điều chỉnh tại những điểm cần thiết Độ lệch điện áp trên cực thiết bị dùng điện là giá trị sai lệch giữa điện áp thực tế U và điện áp định U đm của mạng điện.

(3.1) Tiêu chuẩn chất lượng điện áp quy định: Độ lệch điện áp trên cực thiết bị dùng điện không được vượt ra ngoài phạm vi cho phép: δU - ≤ δU ≤ δU + (3.2)

Độ lệch điện áp được quy định với giới hạn dưới là δU - và giới hạn trên là δU +, tùy theo tiêu chuẩn của từng quốc gia Tại Việt Nam, các tiêu chuẩn về độ lệch điện áp được xác định rõ ràng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong sử dụng điện.

- Trong chế độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định là:

+ Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là  5%;

+ Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là + 10% và - 5%

Trong trường hợp xảy ra sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn định, mức dao động điện áp tại điểm kết nối với khách hàng sử dụng điện có thể cho phép dao động trong khoảng +5% đến -10% so với điện áp danh định.

Tài liệu HUTECH sự cố, cho phép mức dao động điện áp trong khoảng  10% so với điện áp danh định

Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có thể thương thảo về giá trị dao động điện áp tại điểm đấu nối nếu yêu cầu chất lượng điện áp cao hơn quy định Điều này đặc biệt áp dụng cho độ lệch điện áp trong lưới hạ áp.

Lưới phân phối hạ áp cung cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện, cho phép kết nối thiết bị tiêu thụ điện ở mọi vị trí Do đó, điện áp trong toàn bộ lưới phân phối hạ áp cần phải đảm bảo tiêu chuẩn: δU - ≤ δU xt ≤ δU + (3.3) để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sử dụng.

Trong đó: x: Địa điểm; t: Thời gian

Hình 3.1 Miền chất lượng điện áp

Chất lượng điện áp sẽ được đảm bảo tại hai vị trí và thời điểm cụ thể, trong khi các vị trí còn lại sẽ đáp ứng yêu cầu về độ lệch điện áp Điểm B là điểm đầu và điểm A là điểm cuối của lưới hạ áp, với điểm A có điện áp thấp nhất, như thể hiện trong Hình 3.1 ở hai chế độ phụ tải tối đa và tối thiểu.

Tài liệu HUTECH kiện trên, 4 tiêu chuẩn sau được hình thành Trong đó, quy ước số 1 chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min: δU - ≤ δU A1 ≤ δU + δU - ≤ δUA2≤ δU + (3.4) δU - ≤ δU B1 ≤ δU + δU - ≤ δU B2 ≤ δU +

Từ đồ thị, rõ ràng rằng độ lệch điện áp trên lưới phải luôn nằm trong vùng gạch chéo gọi là miền chất lượng điện áp, Hình 3.1

Khi áp dụng tiêu chuẩn (3.4), cần đo điện áp tại hai điểm A và B ở chế độ tải tối đa và tối thiểu Việc xác định điện áp tại điểm A gặp nhiều khó khăn, trong khi đó, có thể chỉ cần tập trung vào việc đánh giá kỹ thuật của lưới phân phối trung áp Do đó, có thể chuyển sang đánh giá chất lượng điện áp tại điểm B, nơi là điểm đầu của lưới phân phối hạ áp và cũng là thanh cái hạ áp của trạm phân phối Các công thức liên quan là δUA1 = δUB1 - ΔU H1 và δU A2 = δU B2 - ΔU H2 (3.5).

Trong đó: ΔU H : Tổn thất điện áp trên lưới hạ áp

Thay (3.5) vào (3.4), suy ra: δU - ≤ δU B1 - ΔU H1 ≤ δU + δU - ≤ δU B2 - ΔU H2 ≤ δU + δU - ≤ δU B1 ≤ δU + δU - ≤ δUB2 ≤ δU +

Hai bất phương trình đầu tiên đánh giá chất lượng điện áp tại điểm A so với điểm B Đồng thời, hai bất phương trình tiếp theo xác định chất lượng điện áp ngay tại điểm B.

Chuyển ΔU H1 và ΔU H2 ở 2 bất phương trình đầu sang hai vế, khi ấy: δU - + ΔU H1 ≤ δU B1 ≤δU + + ΔU H1 δU - + ΔU H2 ≤ δU B2 ≤δU + + ΔU H2 δU - ≤ δU B1 ≤ δU +

Nếu hai bất phương trình đầu tiên thỏa mãn vế trái, thì hai phương trình sau cũng sẽ thỏa mãn Ngược lại, nếu hai phương trình sau thỏa mãn vế phải, thì hai bất phương trình đầu tiên cũng sẽ thỏa mãn Do đó, tiêu chuẩn chất lượng điện áp được xác định bởi các điều kiện: δU - + ΔU H1 ≤ δU B1 ≤ δU + và δU - + ΔU H2 ≤ δUB2 ≤ δU +.

Hình 3.2 biểu diễn tiêu chuẩn (3.6), chế độ max ứng với công suất max, P max còn chế độ min ứng với công suất min, P min của phụ tải

Hình 3.2 Miền chất lượng điện áp tương ứng với P max và P min

Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau:

- Khi cho biết ∆U H trên lưới hạ áp ở hai chế độ max và min thì có thể lập đồ thị đánh giá chất lượng điện áp như Hình 3.2

- Đo điện áp trên thanh cái trạm phân phối trong chế độ max và min

- Đặt hai điểm này vào đồ thị rồi nối bằng một đường thẳng

Nếu đường này nằm trọn trong miền chất lượng (đường 1) thì độ lệch điện áp trên lưới đạt yêu cầu

Nếu điện áp nằm ngoài miền chất lượng (đường 2 và 3), độ lệch điện áp trên lưới không đạt yêu cầu Do đó, cần thực hiện các biện pháp điều chỉnh điện áp để đảm bảo độ lệch nằm trong giới hạn cho phép.

Đường 2 có thể cải thiện chất lượng điện áp bằng cách thay đổi đầu phân áp cố định của máy biến áp phân phối, cụ thể là sử dụng đầu phân áp cao hơn, giúp điện áp tịnh tiến lên phía trên và đạt tiêu chuẩn chất lượng.

Trong trường hợp đường 3 thì, việc thay đổi đầu phân áp cố định để cải thiện chất lượng điện áp là không khả thi, vì nếu chế độ tối đa được cải thiện thì chế độ tối thiểu sẽ bị ảnh hưởng xấu Do đó, giải pháp duy nhất là điều chỉnh điện áp ngang bằng cách điều áp dưới tải tại trạm trung gian hoặc sử dụng tụ bù có điều chỉnh (bù ứng động).

Phân tích lưới phân phối với cấu trúc như Hình 3.3

Trong lưới phân phối, điện áp đầu nguồn đạt độ lệch E 1 nhờ bộ điều áp dưới tải tại các trạm 110kV Khi truyền tải trên đường dây trung áp, điện áp sụt giảm một lượng ∆UTA, làm giảm điện áp thanh cái đầu vào máy biến áp phân phối xuống đường 1 Tuy nhiên, tại máy biến áp phân phối, nhờ đầu phân áp cố định, điện áp có thể thay đổi tùy theo vị trí đầu phân áp đến điện áp E p1 Tại đầu ra của máy biến áp phân phối, điện áp tiếp tục giảm do tổn thất ∆U B1 trong máy biến áp Cuối cùng, tại điểm A ở cuối lưới phân phối hạ áp, điện áp giảm thêm do tổn thất ∆UH1 trên lưới hạ áp.

Chất lượng điện áp tại HUTECH được xác định trong miền chất lượng điện áp (miền gạch chéo), nơi mà nếu đạt yêu cầu thì có thể tiếp tục sử dụng, ngược lại cần có biện pháp điều chỉnh Theo tiêu chuẩn (3.4), chất lượng điện áp có thể được đánh giá tại các nút cung cấp điện cho phụ tải, từ đó lựa chọn đầu phân áp phù hợp với cấu trúc lưới phân phối và các thông số vận hành đã định Tuy nhiên, tiêu chuẩn này không cho phép so sánh hiệu quả của các biện pháp điều chỉnh điện áp, do đó, một tiêu chuẩn tổng quát mới đã được đề xuất để khắc phục vấn đề này.

Từ Hình 3.3, lập được các biểu thức tính toán như sau:

Xét thêm độ không nhạy  của thiết bị điều áp, rút ra hai tiêu chuẩn:

Bù công suất phản kháng cho lưới điện phân phối

Để tính toán dung lượng bù công suất phản kháng cho từng phát tuyến, cần xác định số lượng nhánh lớn cần được bù cho phát tuyến đó.

Nếu phát tuyến không có nhánh rẽ lớn thì việc tính toán bù chỉ xét trên phát tuyến đó mà thôi

Nếu một phát tuyến có nhiều nhánh rẽ lớn, cần thực hiện tính toán bù cho các nhánh đó, coi chúng như những phát tuyến mới.

Tính toán dung lượng bù cho từng phát tuyến:

- Xác định dung lượng bù tổng cho từng phát tuyến:

- Dung lượng bù tổng của phát tuyến max max ( 1 2 )

- Dung lượng bù ở tải cực tiểu (bù nền) min min ( 1 2 ) bu bu nen

- Dung lượng bù ở tải cực đại (ứng động) ud max min bu bu bu

Công suất tác dụng của phát tuyến là: max 3 maxcos 1

I I : Xác định từ đồ thị phụ tải của phát tuyến

- Xác định vị trí đặt tụ bù tối ưu

Phương trình tổng quát cho giảm tổn thất trên từng đơn vị với n bộ tụ

Trong đó: c: Tỉ số bù tụ tại mỗi vị trí lắp đặt;

X i : Khoảng cách mỗi đơn vị của vị trí lắp đặt bộ tụ thứ i kể từ nguồn; n: Tổng số bộ tụ;

: Tỷ số của dòng phản kháng ở cuối phân đoạn đối với dòng phản kháng tại điểm đầu phân đoạn

- Trường hợp đặt một vị trí bù

Phương trình độ giảm tổn thất khi đặt một tụ bù trên phát tuyến:

     (3.31) Đạo hàm Ptheo X 1 và cho bằng không

 Để đơn giản trong việc tính toán, áp dụng công thức tỷ số bù tối ưu ở trường hợp tổng quát:

Khi lắp đặt tụ bù trên phát tuyến, tỷ số bù tối ưu đạt giá trị c = 2/3 Đối với phụ tải phân bố đều, dòng phản kháng ở cuối đường dây sẽ bằng không, tức là I2 = 0, với các tham số λ = 0 và α = 1.

Vậy vị trí đặt tụ bù tối ưu là: 1 2

- Trường hợp đặt hai vị trí bù

Phương trình độ giảm tổn thất khi đặt hai vị trí bù trên phát tuyến

                 (3.32) Đạo hàm P theo X 1, X 2 và cho bằng không

Khi lắp đặt hai tụ bù trên phát tuyến, tỷ số bù tối ưu được xác định là c=2/5 Đối với phụ tải phân bố đều, dòng phản kháng ở cuối đường dây sẽ bằng không.

I 2 =0, 0, 1 Vậy vị trí đặt tụ bù tối ưu là: 1 2

Tối ưu hóa cấu trúc của lưới điện

Có thể nhận thấy rằng, hầu hết các lưới phân phối được vận hành theo dạng hình tia Trong đó, có 2 loại khóa được sử dụng bao gồm:

+ Khóa phân đoạn (sectionalizing-switches) là loại khóa thường đóng,

+ Khóa liên kết (tie-switches) là loại thường mở

Có nhiều phương pháp để vận hành hệ thống phân phối điện, trong đó tái cấu trúc lưới là một giải pháp hiệu quả giúp giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng, cải thiện giá trị điện áp và giảm quá tải trong mạng điện Tại các nước đang phát triển, ước tính rằng hệ thống điện phân phối gây tổn thất khoảng 5% đến 13% tổng công suất phát ra.

Có hai lý do chính để tái cấu trúc lưới điện phân phối trong quá trình vận hành bình thường: một là nhằm tránh quá tải trên các nhánh, hai là để giảm tổng tổn thất trong hệ thống.

Tài liệu HUTECH đề cập đến việc giảm quá tải ở các thành phần quan trọng trong hệ thống điện, như máy biến áp và đường dây Việc này được coi là cân bằng tải, giúp điều chỉnh trạng thái tải khi nó thay đổi Tái cấu trúc hệ thống có thể mang lại lợi ích trong việc giảm công suất tác dụng, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống.

Từ 15 năm về trước, việc tái cấu trúc lưới điện phân phối đã được xem như là một phương pháp tiết kiệm năng lượng có hiệu quả và gần như là không gây tốn kém Khuynh hướng hiện tại là thiết kế hệ thống lưới phân phối với cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành theo hình tia Việc này đạt được bằng cách lắp đặt một số lượng thích hợp các nhánh có khả năng đóng mở Do đó, lưới điện cho phép đạt được cấu trúc hình tia có khả năng nuôi tất cả tải trong điều kiện vận hành bình thường, cũng như trong trường hợp bị sự cố lâu dài Hệ thống phân phối thường được cấu trúc theo hình tia để phối hợp có hiệu quả với hệ thống bảo vệ của nó Mục đích của việc tái cấu trúc lưới điện là để giảm tối đa tổn thất có thể trong điều kiện vận hành bình thường của lưới

Tái cấu trúc lưới điện phân phối là quá trình tối ưu hóa nhằm tạo ra cấu trúc vận hành hình tia, giúp giảm thiểu tổn thất công suất tổng thể và đảm bảo các điều kiện vận hành Tuy nhiên, bài toán này trở nên phức tạp do lưới điện phân phối phải đối mặt với nhiều ràng buộc phi tuyến Với hàng trăm khoá điện trong lưới, việc tìm kiếm tất cả các cấu trúc khả thi không phải là giải pháp khả thi.

Tái cấu trúc lưới điện cơ bản là một bài toán tối ưu, trong đó mục tiêu là tìm ra sự kết hợp tối ưu của trạng thái (đóng/mở) của các khóa điện phân đoạn và khóa liên kết Hàm mục tiêu thường được sử dụng là tối thiểu hóa tổn thất trên đường truyền và chênh lệch điện áp Khi điều kiện vận hành lưới điện thay đổi, việc tái cấu trúc nhằm cải thiện điện áp và giảm thiểu tổn thất trên đường truyền trở nên cần thiết.

Tái cấu trúc lưới điện giúp cung cấp công suất cho khách hàng với tổn thất công suất giảm, đồng thời giảm thiểu tình trạng quá tải trong mạng điện Phương pháp này là giải pháp hiệu quả để nâng cao hiệu suất hệ thống điện.

Tài liệu HUTECH chất lượng điện năng trong hệ thống và nâng cao độ tin cậy điện áp về phía khách hàng

Tái cấu trúc lưới điện thường là một bài toán tối ưu đa mục tiêu, với các lưới điện phân phối có khả năng thay đổi dựa trên các khóa điện phân đoạn tại những vị trí chiến lược Khi cấu trúc lưới thay đổi, việc duy trì mạng hình tia là cần thiết để giảm tổn thất, cải thiện điện áp, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện và khôi phục cấp điện sau sự cố Những khóa phân đoạn này phục vụ cho cả hai mục đích quan trọng này.

+ Bảo vệ (cách ly sự cố);

+ Tái cấu trúc lưới điện (quản lý cấu hình hệ thống)

Mạng điện phân phối hình tia có ưu điểm như dòng ngắn mạch nhỏ, thiết bị bảo vệ đơn giản và chi phí xây dựng, vận hành thấp Tuy nhiên, độ tin cậy trong việc cung cấp điện của mạng này không cao.

Mạng hình tia được thiết kế với các khóa phân đoạn ở vị trí chiến lược để bảo vệ và tái cấu trúc hệ thống điện Việc tái cấu trúc lưới điện liên quan đến việc tìm kiếm chiến lược vận hành tối ưu nhằm giảm tổn thất và cân bằng tải trong hệ thống 3 pha, đồng thời chú trọng đến bảo vệ và chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng.

Giải pháp cho việc tái cấu trúc lưới điện liên quan đến việc lựa chọn cấu hình có tổn thất thấp nhất trong tất cả các khả năng Việc tìm kiếm giải pháp chính xác gặp khó khăn do hàm mục tiêu phụ thuộc vào số lượng và vị trí của các khóa điện trong hệ thống.

Trong quá trình tái cấu trúc lưới điện nhằm giảm thiểu tổn thất, việc áp dụng cấu trúc hình tia là giải pháp tối ưu Thông thường, lưới điện phân phối được thiết kế theo dạng vòng, nhưng hiện nay, lưới điện đang được tổ chức lại để hoạt động theo hình tia.

Tái cấu trúc lưới điện giúp giảm quá tải cho các phần tử của mạng bằng cách điều chỉnh trạng thái của các khóa phân đoạn và khóa liên kết Các khóa này được vận hành để duy trì cấu trúc mạng điện hình tia, đảm bảo tất cả các tải đều được cấp điện Cụ thể, khóa liên kết thường mở sẽ được đóng lại để chuyển tải giữa các trạm, trong khi khóa phân đoạn thích hợp sẽ được mở ra nhằm bảo vệ cấu trúc hình tia Mục tiêu là xác định trạng thái của các khóa để giảm thiểu tổn thất trong mạng.

Bài toán tối ưu hóa cấu trúc lưới điện phân phối nhằm tìm kiếm trạng thái tối ưu với mục tiêu giảm thiểu tổn thất công suất trong điều kiện vận hành với mô hình tải không đổi Các điều kiện vận hành cần xem xét bao gồm sụt áp, dòng điện trên các nhánh và đảm bảo lưới điện hoạt động theo hình dạng tia Mô hình toán học của bài toán này được trình bày cụ thể để phục vụ cho việc phân tích và tối ưu hóa.

Hàm mục tiêu: f = min(P T,Loss ) (3.34)

P T,Loss : Tổng tổn thất trong hệ thống;

V min , V max : Giới hạn điện áp cực tiểu và cực đại;

I i , I i,max : Giới hạn về dòng điện trong nhánh thứ i;

Không có tải nào bị sa thải khỏi lưới

Xét một phát tuyến với sơ đồ đơn tuyến được biểu diễn như Hình 3.11 Các phương trình (3.37) - (3.39) được dùng để tính toán phân bố công suất

P Li-1 ,Q Li -1 P Li ,Q Li P Li +1 ,Q Li +1 P Ln ,Q Ln

Hình 3.11 Sơ đồ đơn tuyến của mạng phân phối đơn giản

Do tính phức tạp của lưới điện phân phối rộng lớn, việc tái cấu trúc lưới điện thường được áp dụng cho các mạng điện đối xứng và tải không đổi.

- Đường dây phân phối được đại diện bằng tổng trở nối tiếp như sau:

- Nhu cầu tải là tải cân bằng: S L =P L +jQ L

- Dòng công suất thực và phản kháng tại nút cuối của nhánh i+1, P i+1 và Q i+1 ,

- Điện áp tại nút cuối, |V i+1 |

Các phương trình (3.37) - (3.39) được gọi là các phương trình phân bố công suất

Giới thiệu

Tổng công ty Điện lực Tp Hồ Chí Minh, được thành lập vào ngày 7 tháng 8 năm 1976, là đơn vị trực thuộc Công ty Điện lực Miền Nam, thuộc Bộ Điện và Than Với cơ cấu tổ chức bao gồm 07 Phòng, 05 Khu khai thác điện và 02 Đội, tổng số cán bộ công nhân viên dưới 1000 người, công ty hoạt động theo chế độ hạch toán kinh tế phụ thuộc Chức năng chính của Tổng công ty là quản lý, phân phối, kinh doanh, cải tạo và phát triển lưới điện trên địa bàn Tp Hồ Chí Minh.

Vào ngày 21 tháng 12 năm 1977, Bộ trưởng Bộ Điện và Than đã ban hành Quyết định số 2479/ĐT/TCCB3, quy định việc chuyển đổi các khu khai thác thành các chi nhánh điện Quyết định này cũng cho phép hạch toán kinh tế nội bộ của sở và sử dụng con dấu riêng cho các chi nhánh.

Vào ngày 09/05/1981, Bộ Điện lực đã thực hiện việc đổi tên các cơ quan trực thuộc, trong đó Công ty Điện lực Miền Nam được đổi thành Công ty Điện lực 2, và Sở quản lý và phân phối điện Tp Hồ Chí Minh được đổi thành Sở Điện lực Tp Hồ Chí Minh.

Quyết định số 335/ÐVN/TCCB-LĐ ngày 13 tháng 5 năm 1995 của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam (EVN) đã chính thức tổ chức lại Chi nhánh điện Gia Định thành Điện lực Gia Định, nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và cung cấp điện năng trong khu vực.

Vào ngày 08/07/1995, Bộ Năng Lượng đã quyết định thành lập Doanh nghiệp Nhà nước Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh, trực thuộc Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, hiện nay là Tập đoàn Điện lực Việt Nam.

Vào ngày 05/02/2010, Bộ Công Thương đã ban hành quyết định số 768/QĐ-BCT để thành lập Công ty mẹ - Tổng công ty Điện lực Tp Hồ Chí Minh Sự kiện này diễn ra trên cơ sở tổ chức lại Công ty Điện lực Tp Hồ Chí Minh, đồng thời chuyển đổi hoạt động sang mô hình công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên, trong đó Tập đoàn Điện lực Việt Nam nắm giữ 100% vốn điều lệ Công ty được tổ chức và quản lý theo mô hình công ty mẹ - công ty con.

Theo quyết định số 768/QĐ-BCT ngày 05/02/2010 của Bộ Công Thương, Tổng Công ty Điện lực Tp Hồ Chí Minh đã được tổ chức lại và chuyển đổi mô hình thành Công ty Mẹ - Tổng Công ty Quyết định này đánh dấu một bước quan trọng trong việc cải cách và nâng cao hiệu quả hoạt động của ngành điện tại thành phố.

Quyết định số 229/QĐ-EVN ngày 14/4/2010 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã phê duyệt việc đổi tên các Điện lực thuộc Tổng công ty Điện lực Tp HCM Cụ thể, từ ngày 01 tháng 7 năm 2010, Điện lực Gia Định chính thức mang tên Công ty Điện lực Gia Định Giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh và thuế chi nhánh số 0300951119-004 được Sở KH&ĐT Tp HCM cấp, với đăng ký lần đầu vào ngày 01/7/2010 và đăng ký thay đổi lần 2 vào ngày 19/11/2013.

Quyết định số 6453/QĐ-EVNHCMC, ban hành vào ngày 13/9/2013 bởi Tổng Công ty Điện lực Tp HCM, quy định về tổ chức và hoạt động của Chi nhánh Tổng Công ty Điện lực Tp HCM TNHH - Công ty Điện lực Gia Định Quy chế này nhằm mục tiêu nâng cao hiệu quả quản lý và hoạt động của chi nhánh, đảm bảo cung cấp dịch vụ điện lực ổn định và chất lượng cho người dân.

Đặc điểm lưới điện phân phối 22kV - Công ty Điện lực Gia Định

Tính đến tháng 06/2017, thông tin lưới điện của Công ty Điện lực Gia Định được thể hiện thông qua Bảng 4.1 như sau:

Bảng 4.1 Thông tin lưới điện của Công ty Điện lực Gia Định tính đến 06/2017

Danh mục Đơn vị tính Khối lượng đến cuối kỳ

2 Đường dây hạ thế km 548,172 15,607 563,779

+ Trung thế nổi: 128,32 km (TSĐL: 108,651 km; TSKH: 19,669 km)

+ Trung thế ngầm: 179,189 km (TSĐL: 155,037 km; TSKH: 24,152 km)

+ Hạ thế nổi: 476,383 km (TSĐL: 468,54 km; TSKH: 7,843 km)

+ Hạ thế ngầm: 87,396 km (TSĐL: 79,632 km; TSKH: 7,764 km)

+ Trạm công cộng: 1.038 trạm với 1805 máy/339.458 kVA

+ Trạm khách hàng: 478 trạm với 764 máy/250.533 kVA

+ Số lượng tụ bù: 63 bộ

+ Số lượng tụ bù: 1.776 bộ

+ Tình trạng vận hành tụ bù:

- Tụ đang vận hành khoảng lớn hơn 90% dung lượng là: 1.339 bộ;

- Tụ đang vận hành khoảng từ 60% - 90% dung lượng là: 204 bộ;

- Tụ đang vận hành khoảng nhỏ hơn 60% dung lượng là: 233 bộ

- Các phát tuyến từ trạm trung gian bao gồm:

+ Tân Sơn Nhất: 05 phát tuyến;

Mức độ mang tải trung bình các tuyến dây là khoảng 165A, hệ số công suất cos của các phát tuyến trung thế đạt trung bình khoảng 0,99

- Tổng số khách hàng sử dụng điện: 165.759 khách hàng

- Tổng sản lượng điện nhận: 120.144.172 kWh

- Tổng sản lượng điện thương phẩm trong kỳ: 120.049.223 kWh.

Tình hình vận hành lưới điện

Đến tháng 06/2017, lưới điện của Công ty Điện lực Gia Định bao gồm 30 tuyến cáp và dây, Bảng 4.2

Bảng 4.2 Các tuyến cáp và dây của Công ty Điện lực Gia Định

STT Tên tuyến cáp và dây Ghi chú

1 Cáp Công Lý Cáp ngầm

2 Cáp Gia Định Cáp ngầm

3 Cáp Nhà Binh Cáp ngầm

4 Dây Bãi Than Đường dây trên không

5 Dây Bình Hòa Đường dây trên không

6 Dây Bình Phước Đường dây trên không

7 Dây Bình Qưới Đường dây trên không

8 Dây Bộ Lĩnh Đường dây trên không

9 Dây Chi Lăng Đường dây trên không

10 Dây D2 Đường dây trên không

11 Dây Đăng Lưu Đường dây trên không

12 Dây Du Lịch Đường dây trên không

13 Dây Đức Long Đường dây trên không

14 Dây Hàng Xanh Đường dây trên không

15 Dây Hồ Văn Huê Đường dây trên không

16 Dây Hoa Thám Đường dây trên không

17 Dây Hữu Cảnh Đường dây trên không

18 Dây Huy Liệu Đường dây trên không

19 Dây Hỏa Xa - Trần Quý Cáp Đường dây trên không

20 Dây Kim Sơn Đường dây trên không

21 Dây Mông Triệu Đường dây trên không

22 Dây Nguyễn Huệ Đường dây trên không

23 Dây Nguyễn Văn Trỗi Đường dây trên không

24 Dây Phú Hữu Đường dây trên không

25 Dây Quốc Dung Đường dây trên không

26 Dây Rạch Miễu Đường dây trên không

27 Dây Tu Viện Đường dây trên không

28 Dây Tùng Châu Đường dây trên không

29 Dây Thạnh Mỹ An Đường dây trên không

30 Dây Văn An Đường dây trên không

Các tuyến cáp và dây sẽ được phân tích dựa trên tiêu chí giảm thiểu tổn thất công suất và tối ưu hóa hiệu suất vận hành của lưới điện.

Bảng 4.3 Tổn thất công suất của các cáp và tuyến dây của Công ty Điện lực Gia Định

STT Tên cáp và tuyến dây Tổn thất công suất tác dụng, P(kW)

19 Dây Hỏa Xa - Trần Quý Cáp 146,324

Đề xuất các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện

4.4.1 Giải pháp đặt tù bù tối ưu cho lưới điện

Dựa trên lý thuyết nghiên cứu và sự hỗ trợ từ phần mềm PSS/Adept, chúng tôi đề xuất giải pháp tối ưu cho việc đặt tụ bù cho lưới điện của Công ty Điện lực Gia Định Kết quả chi tiết được trình bày trong các Bảng 4.4 đến 4.54.

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến cáp Công Lý được biểu diễn như Bảng 4.4

Bảng 4.4 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến cáp Công Lý

STT Vị trí đặt Dung lượng (kVAr)

Bảng 4.5 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến cáp Công Lý

Tổng số vị trí bù (nút) 8

Tổng dung lượng bù (kVAr) 2400

Tổn thất công suất trước khi đặt tụ (kW) 27,13

Tổn thất công suất sau khi đặt tụ (kW) 15,05

Phần trăm tổn thất giảm (%) 44,53

Bảng 4.4 và 4.5 chỉ ra rằng tổn thất công suất của tuyến cáp Công Lý và lưới điện của Công ty Điện lực Gia Định đã giảm đáng kể, với giá trị P(kW) đạt 12,08, tương ứng với tỷ lệ giảm P(%) là 44,53 khi số vị trí đặt tụ bù là n = 8.

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến cáp Gia Định được biểu diễn như Bảng 4.6

Bảng 4.6 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến cáp Gia Định

Bảng 4.7 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến cáp Gia Định

Theo Bảng 4.6 và 4.7, tổn thất công suất của tuyến cáp Gia Định và lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đã giảm đáng kể, với giá trị P(kW) là 26,22 và tỷ lệ giảm P(%) đạt 9,57 khi số vị trí đặt tụ bù là n = 13.

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến cáp Nhà Binh được biểu diễn như Bảng 4.8

Bảng 4.8 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến cáp Nhà Binh

Bảng 4.9 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến cáp Nhà Binh

Tổn thất công suất của tuyến cáp Nhà Binh và lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đã giảm đáng kể, với giá trị P(kW) là 0,9 và tỷ lệ giảm P(%) đạt 10,82 khi số vị trí đặt tụ bù là n = 1.

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bãi Than được biểu diễn như Bảng 4.10

Bảng 4.11 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Bãi Than

Theo Bảng 4.10 và 4.11, tổn thất công suất của tuyến dây Bãi Than và lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đã giảm.

P(kW) = 4,87 tương đương, P(%) = 14,74 với số vị trí đặt tụ bù, n = 6

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bình Hòa được biểu diễn như Bảng 4.12

Bảng 4.12 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bình Hòa

Bảng 4.13 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Bình Hòa

Từ Bảng 4.12 và 4.13, có thể thấy tổn thất công suất của tuyến dây Bình Hòa và lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đã giảm đáng kể, với giá trị giảm là P(kW).

= 8,84 tương đương, P(%) = 6,54 với số vị trí đặt tụ bù, n = 7

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bình Phước được biểu diễn như Bảng 4.14

Bảng 4.14 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bình Phước

Từ Bảng 4.14 và 4.15, có thể thấy rằng tổn thất công suất của tuyến dây Bình Phước và lưới điện của Công ty Điện lực Gia Định đã giảm đáng kể.

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bình Quới được biểu diễn như Bảng 4.16

Bảng 4.16 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bình Quới

Bảng 4.17 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Bình Quới

Theo Bảng 4.16 và 4.17, tổn thất công suất của tuyến dây Bình Quới và lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đã giảm đáng kể.

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bộ Lĩnh được biểu diễn như Bảng 4.18

Bảng 4.19 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Bộ Lĩnh

Theo Bảng 4.18 và 4.19, tổn thất công suất của tuyến dây Bộ Lĩnh và lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đã giảm đáng kể, với giá trị P(kW) là 4,76, tương ứng với P(%) đạt 16,83 khi số vị trí đặt tụ bù là n = 11.

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây D2 được biểu diễn như Bảng 4.20

Bảng 4.20 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây D2

Bảng 4.21 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây D2

Theo Bảng 4.20 và 4.21, tổn thất công suất của tuyến dây D2 và lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đã giảm với giá trị P(kW) = 6,71 và P(%) = 5,89 khi số vị trí đặt tụ bù là n = 5.

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Đăng Lưu được biểu diễn như Bảng 4.22

Bảng 4.22 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Đăng Lưu

Bảng 4.23 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Đăng Lưu

Theo Bảng 4.22 và 4.23, tổn thất công suất của tuyến dây Đăng Lưu và lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đã giảm, với giá trị P(kW) được cải thiện.

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Hàng Xanh được biểu diễn như Bảng 4.24

Bảng 4.24 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Hàng Xanh

Bảng 4.25 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Hàng Xanh

Từ Bảng 4.24 và 4.25, có thể thấy rằng tổn thất công suất của tuyến dây Đăng Lưu và lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đã giảm đáng kể, với giá trị P(kW) thể hiện sự cải thiện này.

4.4.1.12 Tuyến dây Hồ Văn Huê

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Hồ Văn Huê được biểu diễn như Bảng 4.26

Bảng 4.26 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Hồ Văn Huê

Bảng 4.27 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Hồ Văn Huê

Văn Huê nói riêng và của lưới điện Công ty Điện lực Gia Định nói chung giảm,

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Hữu Cảnh được biểu diễn như Bảng 4.28

Bảng 4.28 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Hữu Cảnh

Bảng 4.29 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Hữu Cảnh

Dựa trên Bảng 4.28 và 4.29, có thể thấy rằng tổn thất công suất của tuyến dây Hữu Cảnh và lưới điện của Công ty Điện lực Gia Định đã giảm đáng kể.

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Huy Liệu được biểu diễn như Bảng 4.30

Bảng 4.30 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Huy Liệu

Bảng 4.31 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Huy Liệu

Từ Bảng 4.30 và 4.31, có thể thấy rằng tổn thất công suất của tuyến dây Huy Liệu cũng như lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đã giảm đáng kể, thể hiện qua giá trị P(kW).

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Kim Sơn được biểu diễn như Bảng 4.32

Bảng 4.32 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Kim Sơn

Từ Bảng 4.32 và 4.33, có thể thấy rằng tổn thất công suất của tuyến dây Kim Sơn và lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đã giảm đáng kể.

Kết quả tính toán vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Mông Triệu được biểu diễn như Bảng 4.34

Bảng 4.34 Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Mông Triệu

Bảng 4.35 Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Mông Triệu

Kết luận

Giải pháp tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối là vấn đề quan trọng đối với xã hội và Công ty Điện lực Gia Định Đề tài “Vận hành tối ưu lưới điện 22kV - Công ty Điện lực Gia Định” nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về thực trạng lưới điện và quy trình vận hành hiện tại Từ đó, đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu tổn thất điện năng trong lưới điện của công ty.

Chương 1 giới thiệu chung về mục tiêu nghiên cứu và tính cấp thiết đối với bài toán vận hành tối ưu lưới điện phân phối 22kV

Chương 2 trình bày tổng quan các vấn đề liên quan đến bài toán vận hành lưới điện phân phối

Chương 3 đề xuất các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối

Chương 4 áp dụng các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối cho lưới điện 22kV của Công ty Điện Lực Gia Định mà được dựa trên thực trạng lưới điện hiện hữu và các chiến lược vận hành lưới điện hiện hữu này mà bao gồm:

+ Xác định vị trí và dung lượng đặt tụ bù tối ưu;

+ Phối hợp thay thế máy biến áp cũ trong công trình nâng cấp điện áp;

+ Cải tạo dần các trạm tổ hợp 3 máy 1 pha thành 1 máy 3 pha;

+ Xử lý các trạm non tải;

+ Xử lý các trạm quá tải

Kết quả cho thấy rằng tổng phần trăm tổn thất điện năng có thể giảm được là lớn hơn kế hoạch của một năm khoảng 39,87%

Các giải pháp hiện tại chưa xem xét đầy đủ các vấn đề liên quan đến chi phí đầu tư và thứ tự ưu tiên trong đầu tư Đây là những yếu tố quan trọng cần được chú ý trong các nghiên cứu tương lai.

Dựa trên các đề xuất tối ưu hóa tổng thể, có thể nghiên cứu các chiến lược vận hành hiệu quả cho lưới điện phân phối 22kV, áp dụng cho các đơn vị thuộc Tổng Công ty Điện Lực Tp Hồ Chí Minh và Tập đoàn Điện lực Việt Nam.

Hướng phát triển tương lai

[1] Chiến lược phát triển công nghệ Điện Lực của Tập đoàn Điện Lực Việt Nam đến năm 2015 định hướng đến năm 2025

[2] Trang thông tin điện tử của Hiệp hội năng lượng quốc tế (IEA) www.iea.org

[3] A Askaradeh, “Capacitor placement in distribution systems for power loss reduction and voltage improvement: a new methodology”, IET Generation, Transmission and Distribution, pp 1-8, 2016

[4] A A A El-Ela, R A El-Sehiemy, A Kinawy and M T Mouwafi, “Optimal capacitor placement in distribution systems for power loss reduction and voltage profile improvement”, IET Generation, Transmission and Distribution, pp 1209-

[5] L M O de Queiroz and C Lyra, “A genetic approach for loss reduction in power distribution systems under variable demands”, IEEE Congress on Evolutionary Computation, pp 2691-2698, 2006

[6] L Zhang, K Zhang, G Zhang, “Power distribution system reconfiguration based genetic algorithm”, IEEE Conference, pp 80-84, 2016

[7] I Ali, M S Thomas and P Kumar, “Energy efficient reconfiguration for practical load combinations in distribution systems”, IET Generation, Transmission and Distribution, pp 1051-1060, 2015

In their research titled "Role of Network Reconfiguration in Loss Reduction in Power Generation and Supply System," S Islam, S Juyel, and M Ahmed explore the significance of network reconfiguration in enhancing efficiency and minimizing losses within power generation and supply systems Presented at the International Conference on Electrical, Computer and Communication Engineering in 2017, their findings highlight innovative strategies for optimizing electrical networks to improve overall performance.

In their research paper titled "Power Distribution System Outage Management with Co-Optimization of Repairs, Reconfiguration, and DG Dispatch," A Arif, Z Wang, J Wang, and C Chen explore innovative strategies for enhancing the management of power distribution system outages Published in the IEEE Transactions on Smart Grid, this study emphasizes the importance of integrating repair processes, system reconfiguration, and distributed generation (DG) dispatch to improve reliability and efficiency in power distribution networks The findings provide valuable insights for optimizing outage management practices in smart grid systems.

[10] K B Freitas, C F M Toledo, A C B Delbem, “Optimal reconfiguration of electric power distribution systems using exact approach”, IEEE Conference, pp 1-

Tiêu đề	Vận Hành Tối Ưu Lưới Điện 22 kV - Công Ty Điện Lực Gia Định
Tác giả	Nguyễn Việt Nhân
Người hướng dẫn	PGS. TS. Huỳnh Châu Duy
Trường học	Trường Đại học Công nghệ TP.HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2017
Thành phố	TP. HỒ CHÍ MINH

Định dạng
Số trang	124
Dung lượng	3,13 MB