Cá phương pháp tính tổn thất điện năng và bù kinh tế trên lưới điện phân phối

Đứng trước tình hình đó ngành Điện phải thực hiện những kế hoạch phát triển nguồn và lưới điện để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ của các phụ tải điện, không ngừng cải tạo nâng cấp lưới điện hi

TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

-

LUẬN VĂN THẠC S Ỹ

CHUYÊN NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

ĐỀ TÀI: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ BÙ KINH TẾ TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS TS TRẦN BÁCH NGƯỜI THỰC HIỆN: ĐOÀN VĂN SÂM

Hà Nội Năm 2006

Mục Nội dung Trang

Chương I Lưới phân phối và vấn đề tổn thất điện năng 3 1.1 Vai trò, đặc điểm chung của lưới điện phân phối 3

1.1.3 Vai trò và đặc điểm chung của lưới điện phân phối 5 1.1.4 Phương thức cấp điện của lưới phân phối: 6

1.3.5 Phương pháp biểu đồ dòng điện ngày đặc trưng của

phụ tải

22

1.4.3 Giảm tổn thất điện năng trong vận hành 25

2.1 Phương pháp chung 27

2.1.2 Ảnh hưởng của tụ bù đến tổn thất điện năng trên lưới

phân phối trong các trường hợp đơn giản:

2.1.3 Ảnh hưởng của tụ bù đối với lưới phân phối có phụ tải

phân bố đều trên trục chính

2.2.1.2 Phương pháp gía trị hiện tại hoá năm - AW 41

2.2.1.4 Phương pháp tính mức lãi suất nội tại IRR và tỷ số lợi

nhuận TN/CP

42

2.2.1.5 Ph ng pháp tươ ương lai hoá dòng tiền tệ - FV 42

2.2.2 Chi phí vòng đời của một công trình lưới điện 43 2.2.3 Chi phí vòng đời của một lưới điện phát triển 46 2.2.4 Luận chứng kinh tế công trình điện bằng tiền lãi

2.2.6 Thu nhập thực hàng năm TNt do bán điện năng 51

2.2.7.2 Đối với dự án động: 52 2.3 Phân tích kinh tế các dự án bù công suất phản kháng 52

2.3.3 Tính toán để xác định việc lắp đặt tụ điện tối ưu cho

trường hợp tải phân bố đều:

2.6 Quan hệ về dung lượng của các cụm tụ cố định 75 2.7- Phương trình tổng quát các tiết kiệm cho một số bất kỳ

các tụ điện cố định

76

2.8 Tối uu việc lắp đặt các tụ điện cố định và tụ điện đóng

cắt trên các xuất tuyến lưới phân phối

3.2 Phân tích bài toán bù công suất phản kháng cho đường

dây trung áp 1 phụ tải

91

3.2.3 Tính bù tối ưu theo phương pháp phân tích NPV 94 3.3 Phân tích bù trong lưới điện có phụ tải phân bố đều

thực tế:

98

3.3.2 Ảnh hưởng của vị trí và công suất bù đên độ giảm tổn

3.5.1 Giới thiệu đặc điểm chung của đường dây 104 3.5.2 Tính t n thổ ất điện năng cho đường dây 971 108

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây thực hiện chủ tr ng của Đảng, chính sách của ươNhà nước về việc đẩy mạnh công cuộc cách mạng Công nghiệp hóa Hiện đại - hóa đất nước, phấn đấu đến năm 2020 Nước ta trở thành một nước công nghiệp

Từ chủ tr ng đúng đắn đó nền kinh tế nước ta hiện nay đang có những bước ươphát triển mạnh mẽ, tốc độ công nghiệp hóa tăng nhanh, nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng lớn, đòi hỏi ngành Điện phải đi trước một bước để tạo tiền đề cho sự phát triển nền kinh tế đất nước trong giai đoạn hiện nay

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, là những yêu cầu ngày càng khắt khe của công nghệ đòi hỏi về chất lượng điện năng ngày càng cao, cũng

nh ư về chi phí sản xuất và truyền tải ngày càng phải giảm thấp Đứng trước tình hình đó ngành Điện phải thực hiện những kế hoạch phát triển nguồn và lưới điện để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ của các phụ tải điện, không ngừng cải tạo nâng cấp lưới điện hiện có, đề ra những giải pháp, ph ng thức vận hành hợp lý để ươnâng cao chất lượng điện năng, khai thác lưới điện hiệu quả, giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải đến mức thấp nhất, để có thể đáp ứng ngày càng tốt hơn những đòi hỏi về chất lượng điện năng đồng thời tiết kiệm chi phí đầu

tư, sản xuất và truyền tải điện Mặt khác trên thế giới cũng như ước ta hiện nay nđang có nguy cơ cạn kiệt nguồn năng lượng sơ cấp do vậy chúng ta phải triệt để tiết kiệm năng lượng nhất điện năng Đó là một nhiệm vụ hết sức khó khăn, trong đó việc tính toán tổn thất điện năng nhất là tổn thất trên lưới điện phân phối chiếm tỷ lệ lớn trong tổng tổn thất của quá trình truyền tải, để có giải pháp khai thác hiệu quả ở lưới điện phân phối góp phần giảm tổn thất kỹ thuật, giảm chi phí truyền tải điện cho toàn ngành

Với lưới điện phân phối việc tính toán giảm tổn thất điện năng gặp không ít khó khăn, đặc biệt ở các đường trung áp do xây dựng chắp nối trong nhiều giai đoạn, trên cùng một đường dây có rất nhiều nhánh có tiết diện khác nhau, thời

điểm sử dụng công suất khác nhau, phân bố công suất trên đường dây không đều nhau Mặt khác với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của phụ tải trong khi các đường dây không cải tạo nâng cấp kịp thời làm ảnh hưởng lớn đến tổn thất điện năng ở lưới điện phân phối, thể hiện dễ nhận thấy nhất là các đường dây trục được xây dựng từ nhiều năm trư , các phụ tải mới phát triển cứ tiếp tục ớcnối vào đường dây đã có sẵn với đề tài “Các phương pháp tính tổn thất điện năng và bù kinh tế trên lưới điện phân phối” Tác giả mong muốn đóng góp một phần nhỏ trong công tác tìm tòi nghiên cứu của mình vào việc tính toán tổn thất kỹ thuật và đề xuất các phương pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối, góp phần tìm giải pháp vận hành kinh tế lưới điện phân phối

Luận văn bao gồm 3 ch ng, trong đó:ươ

Chương 1: Lưới phân phối và vấn đề tổn thất điện năng

Chương 2: Phương pháp tính bù công suất phản kháng để giảm tổn thất điện năng

Chương 3: Tính toán áp dụng

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Bách và các thầy cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo giúp tôi hoàn thành luận văn Do thời gian và kiến thức có hạn nên Luận văn chắc chắn còn nhiều khiếm khuyết Tôi chân thành mong muốn nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo và đồng nghiệp để luận văn của tôi được sử dụng hữu ích trong thực tế

CHƯƠNG I:

LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ VẤN ĐỀ GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG1.1 Vai trò, đặc điểm chung của lưới điện phân phối

1.1.1- Các yêu cầu chung:

Lưới điện được đánh giá theo 04 tiêu chuẩn chính:

- Vận hành an toàn

- Đảm bảo chất lượng điện năng

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

- Hiệu quả kinh tế

Điện năng là một loại hàng hóa đặc thù, là động lực thúc đẩy phát triển sản xuất và đời sống xã hội Trong những năm qua, hoạt động điện lực đã được Đảng và Nhà nước quan tâm đầu tư thích đáng Để thực hiện chủ trương đa dạng hóa các thành phần kinh tế tham gia vào các hoạt động điện lực Xuất phát

từ yêu cầu bức thiết đặt ra là phải có hành lang pháp lý cho hoạt động điện lực

và sử dụng điện, tại kỳ họp thứ 6 ngày 03 tháng 12 năm 2004, Quốc hội khóa

XI đã thông qua Luật điện lực, Luật có hiệu lực từ ngày 01 tháng 7 năm 2005 Tại điều 15 của Luật điện lực nêu về vấn đề tiết kiệm trong truyền tải, phân phối điện ghi rõ: “Hệ thống đường dây tải điện và trạm điện phải đảm bảo các thông số và tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật tiên tiến, được vận hành với phương -

thức tối ưu nhằm đáp ứng yêu cầu cung cấp điện ổn định, an toàn, liên tục và giảm thiểu tổn thất điện năng”

1.1.2- Cấu trúc của 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 thiết bị điều khiển, thiết bị bù, bảo vệ v.v được

nối với nhau thành hệ thống, làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng

Hệ thống điện phát triển không ngừng trong không gian và thời gian để đáp ứng các nhu cầu ngày càng phát triển của phụ tải Tùy theo mục đích nghiên cứu hệ thống điện được chia thành các phần hệ thống tương đối độc lập nhau:

Cấu trúc của hệ thống điện như ơ đồ (hình 1.1): s

Phụ tải

hạ áp

Hình 1.1 Cấu trúc Hệ thống điện

- Về mặt quản lý vận hành Hệ thống điện được chia thành;

+ Khối các nhà máy điện do các nhà máy điện quản lý (các nhà máy điện thuộc nhiều thành phần kinh tế khác nhau như; các nhà máy lớn quan trọng thuộc Nhà nước quản lý, còn lại thuộc các Công ty cổ phần, Công ty liên doanh)

+ Lưới điện siêu cao áp ( có U ≥ 220 kV) và các trạm khu vực do các Công ty truyền tải quản lý (thuộc tài sản Nhà nước)

+ Lưới truyền tải 110 kV do các Công ty Điện lực quản lý (thuộc tài sản Nhà nước)

+ Lưới điện phân phối (U ≤ 35 kV) do các Điện lực quản lý (thuộc tài sản Nhà nước, các Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên, các Công ty cổ phần Điện lực, các khách hàng v.v)

1.1.3- Vai trò và đặc điểm chung của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (các trạm khu vực hoặc thanh cái trung áp nhà máy điện) cho các phụ tải với bán kính nhỏ

- Lưới phân phối gồm hai phần:

+ Lưới phân phối trung áp có điện áp từ 6 đến 35 kV, phân phối điện cho các phân phối 6-35/0,4 kV

+ Lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220 V

- Lưới phân phối có cấu trúc kín nhưng vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện trong mạch vòng, các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng dao cách ly, hoặc thiết bị nối mạch vòng (Ring Main Unit) các thiết bị này vận hành ở chế độ mở, trong trường hợp cần sửa chữa hoặc có sự cố đường dây thì việc mất điện sẽ được hạn chế nhờ việc chuyển đổi nguồn cấp bằng thao tác đóng cắt dao cách ly phân đoạn hoặc tự động chuyển đổi nhờ thiết bị nối mạch vòng

Hiện nay lưới điện phân phối phần lớn có dạng hình tia hoặc xương cá,

để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng của mạch hình tia đã liên tục được cải thiện, đặc biệt trong những năm gần đây với sự xuất hiện của các thiết

bị công nghệ mới và các thiết bị tự động (Reclose) phân đoạn sự cố đồng thời với việc phát triển nhiều trạm nguồn làm giảm bán kính cung cấp điện, tăng tiết diện dây dẫn và bù công suất phản kháng do vậy chất lượng điện của mạng hình tia được cải thiện nhiều Mặt khác lưới điện hình tia cũng có một số ưu điểm

như; vận hành đơn giản, trình tự phục hồi lại kết cấu lưới sau sự cố dễ dàng hơn, thuận lợi trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ để sửa chữa, đấu nối v.v

- Phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp, đa dạng và phức tạp, nhất

là ở Nước ta các phụ tải sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất tiểu thủ công nghiệp phần lớn cùng trong một hộ phụ tải

- Mạng phân phối có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của toàn bộ hệ thống cụ thể như sau:

+ Chất lượng cung cấp điện: Ở đây là độ tin cậy cung cấp điện và độ dao động của điện áp tại các hộ phụ tải

+ Tổn thất điện năng: Thường tổn thất điện năng ở lưới điện phân phối lớn gấp 3 đến 4 lần so với tổn thất năng trên lưới truyền tải

+ Chi phí đầu ư xây dựng: Nếu chia theo tỷ lệ cao áp, phân phối trung áp, t phân phối hạ áp thì vốn đầu tư mạng cao áp là 1 thì mạng phân phối trung áp thường là 1,5 đến 2 và mạng phân phối hạ áp thường từ 2 đến 2,5 lần

+ Suất sự cố: sự cố gây ngừng cung cấp điện, cắt điện sả chữa bảo dưỡng theo kế hoạch, cải tạo, phát triển phụ tải mới trên lưới phân phối cũng nhiều

h n lơ ưới truyền tải,

Với các đặc điểm trên, việc nghiên cứu lưới phân phối rất phức tạp và đòi hỏi nhiều thông tin

1.1.4- Phương thức cấp điện của lưới phân phối:

- Phân phối theo một cấp điện áp trung áp

+ Trạm nguồn có thể là trạm tăng áp của các nhà máy điện hoặc trạm phân phối khu vực có dạng; cao áp/trung áp (110/35-22-15- -6 kV) 10

+ Trạm phân phối có dạng; trung áp/hạ áp (35-22-15-10-6/0,4 kV), nhận điện từ trạm nguồn qua lưới trung áp, từ đó điện năng được cung cấp đến các hộ

dùng điện qua mạng hạ áp.

Hộ phụ tải hạ áp

Mạng trung áp

Mạng

hạ áp

Hình 1.2 S ơ đồ khối lưới phân phối một cấp điện áp trung áp

- Phân phối theo hai cấp điện áp trung áp

+ Trạm nguồn có thể là trạm tăng áp của các nhà máy điện hoặc trạm phân phối khu vực có dạng; cao áp/trung áp (110/35-22-15-10-6 kV) hoặc trung áp 1/trung áp 2 (35/22-15-10-6 kV)

Hộ phụ tải hạ áp Trạm nguồn

Trạm phân phối trung gian

Mạng

trung áp 1

Mạng hạ áp

Trạm phân phối hạ áp

Mạng trung áp 2

Mạng trung áp 1 và 2

Hình 1.3 S ơ đồ khối lưới phân phối hai cấp điện áp trung áp

+ Trạm phân phối trung gian có dạng; trung áp 1/trung áp 2 (35/22-15-10-6 kV)

+ Trạm phân phối hạ áp có dạng; trung áp/hạ áp (35-22-15-10-6/0,4 kV) Mạng trung áp 1 ứng với cấp điện áp phân phối 1, mạng trung áp 2 ứng cấp điện áp phân phối 2 hoặc có nhiều nơi dùng hỗn hợp cả hai ph ng thức ươvới trạm nguồn có 3 cấp điện áp

1.2 – Tổn thất điện năng:

1.2.1- Phân loại tổn thất:

Tổn thất gồm có hai loại gồm; tổn thất kỹ thuật và tổn thất kinh doanh 1- Tổn thất kỹ thuật là tổn thất sinh ra do tính chất vật lý của quá trình tải điện, tổn thất này phụ thuộc vào tính chất của dây dẫn và vật liệu cách điện, điều kiện môi trường, dòng điện và điện áp Tổn thất kỹ thuật cũng được chia làm hai loại;

- Tổn thất thuộc dòng điện (phụ thuộc I2); Đó là tổn thất do phát nóng trên điện trở của máy phát, máy biến áp, dây dẫn Thành phần này là thành phần tổn thất chính trong hệ thống điện

- Tổn thất phụ thuộc điện áp (U hoặc U2) gồm có;

+ Tổn thất trong lõi thép của máy biến áp

+ Tổn thất trong cuộn áp của công tơ điện

1.2.2- Phân bố tổn thất kỹ thuật:

Hệ thống điện được phân chia theo hình 1.4 sau:

Hệ thống điện được coi là rất tốt nếu tổn thất công suất dưới 10%, cosφ≥ 0,95, điện kháng của máy biến áp dưới 6%

Khi tổn thất vượt quá 15% thì có thể là có tổn thất kinh doanh, lúc này cần tính tổn thất kỹ thuật để đánh giá mức độ của tổn thất kinh doanh Mức tổn thất này sẽ đe dọa sự cân bằng trong kinh doanh điện năng

1.2.3.-Thực trạng về tổn thất điện năng

Đối với lưới điện phân phối tổn thất điện năng chiếm một lượng đáng kể khoảng 60 75 % tổng tổn thất trên toàn hệ thống, do khối lượng đường dây và - trạm biến áp lớn, dây dẫn nhỏ, dòng điện đi qua lớn, điện áp đã được hạ thấp Mặt khác do điện áp thấp lên yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật, công nghệ, yêu cầu

về đầu tư cũng bị giảm so với lưới điện truyền tải có điện áp cao

Tổn thất điện năng có ảnh hưởng rất lớn đến chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của -

hệ thống điện Các biện pháp làm giảm tổn thất điện năng không những có ý nghĩa làm hạ giá thành sản xuất điện, mà còn góp phần khai thác hiệu quả các công trình điện, giảm chi phí đầu tư xây dựng nhà máy phát điện, tiết kiệm điện năng cũng chính là tiết kiệm nguồn năng lượng sơ cấp, nguồn tài nguyên thiên nhiên đang ngày càng cạn kiệt

Chính vì vậy việc tính toán chính xác tổn thất điện năng rất cần thiết trong công tác quản lý và vận hành lưới điện Tuy nhiên, phần lớn các phương pháp tính toán tổn thất điện năng đang sử dụng chủ yếu dừng lại ở một vài cách đánh giá sơ bộ, phân tích chung chung, sai số lớn

Hiện nay hiệu quả của các biện pháp giảm tổn thất điện năng vẫn thuộc về các biện pháp giảm tổn thất thương mại, tuy nhiên đã có chú ý đến giảm tổn thất kỹ thuật nhưng chưa được đầu tư thỏa đáng Vấn đề đầu tư hợp lý thiết bị

bù, vấn đề cải tạo nâng cao chất lượng lưới điện, đảm bảo tiêu chuẩn thiết kế lưới, tối ưu hóa phương thức vận hành … có thể đem lại hiệu quả lâu dài và tin cậy hơn Để có được kết quả chính xác cần phải áp dụng những phương pháp phân tích, tính toán tổn thất hoàn thiện và phù hợp hơn Có thể nói hiệu quả của các biện pháp giảm thấp tổn thất kỹ thuật phụ thuộc vào độ chính xác, tính phù hợp của các phương pháp tính toán, phân tích tổn thất công suất và điện năng

Có nhiều cách tính toán tổn thất điện năng nhưng không phải đều cùng áp dụng được như nhau Tùy thuộc vào mục đích tính toán phải chọn phương pháp thích hợp Có hai mục đích chính khi thực hiện xác định tổn thất điện năng: khi thiết kế với mục đích so sánh phương án về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật; khi vận - hành - với mục đích giảm tổn thất điện năng, nâng cao hiệu quả kinh tế của lưới điện

1.3 - Các phương pháp tính tổn thất điện năng

1.3.1- Phương pháp phân tích đồ thị:

1.3.1.1- Biểu đồ phụ tải cho ở dạng dòng điện:

Với quy luật biến thiên như hình 1.10 sau đây:

I

t Hình 1.5- Đồ thị biến thiên của dòng điện theo thời gian

Với hệ tọa độ I t Chia trục hoành (t) thành n đoạn bằng nhau với độ dài -

∆t =

n

t , như vậy việc xác định biểu đồ phụ tải thực tế bằng việc tính diện tích các hình chữ nhật (hình 1.5a) hay hình thang (hình 1.5b)

( 2

n

t t

I I n

t (1.2)

Khi I0 = In công thức 1.2 sẽ nhận được dạng công thức 1.2

Theo phương pháp này thứ nguyên của dòng điện tính bằng (A) tổn thất điện năng tính bằng (kWh) thì công thức 1.1 sẽ được tính theo công thức 1.3 sau: ∆A = 3R.10-3 n I t

n

t

1

2 (1.3) Công thức 1.3 sẽ được tính theo công thức 1.4 sau:

∆A = 1,5R.10-3   1

1

2 2

t (1.4) Hình 1.5a- Đồ thị phụ tải được

Chữ nhật hóa Hình 1.5b- Hình thang hóa Đồ thị phụ tải được

1.3.1.2- Biểu đồ phụ tải cho ở dạng công suất toàn phần

Hình dạng đồ thị và cách tính tương tự như trên, công thức tính tổn thất điện năng sẽ tính như sau

2 2

S U

S n

Trong đó thứ nguyên của; công suất S là (kVA), điện áp U là (kV) tổn thất điện năng ∆A là (kWh)

1.3.2- Phương pháp dòng điện trung bình bình phương:

Dòng điện trung bình bình phương Itb là dòng điện quy ước có giá trị không đổi, chạy trên đường dây trong suốt thời gian khảo sát T và gây nên tổn thất điện năng bằng tổn thất điện năng do dòng điện làm việc gây ra (hình 1.6

I2 tb

Hình: 1.6 - Đồ thị phụ tải của dòng Hình: 1.7 Đồ thị xác định dòng - điện theo thời gian T điện trung bình bình phương Itb

Nghĩa là: ∆A = 3R I dt

T

t 0

T t



0

2

(1.8) Như vậy dòng điện trung bình bình phương sẽ là:

Itb =

T

dt I T t



0

2

(1.9) Tính toán Itb cũng giống như phương pháp tích phân đồ thị phụ tải Tích phân ở biểu thức (1.9) được tính tương tự theo biểu thức (1.1) và (1.2) tức là:

hay I dt

T

t 0

2

( 2

n

t t

I I n

2

2 10 T 

R U

T – là thời gian khảo sát (h)

Nếu dòng điện trung bình được tính theo biểu thức (1.8) và (1.9) thì phương pháp này chính là một dạng của phương pháp tích phân đồ thị

Mạng điện phân phối thường sử dụng phương pháp này và cho kết quả gần đúng Giá trị Itb có thể tính gần đúng theo công thức kinh nghiệm của Dalesxky:

Itbbp = Imax (0,12 + Tmax 104) (1.12)

Ở đây Tmax là thời gian sử dụng công suất cực đại

Hoặc theo dòng điện cực đại và thời gian tổn thất công suất cực đại  :

Itbbp=Imax



T (1.13) Giá trị các đại lượng , Tmax được xác định phụ thuộc tính chất phụ tải hoặc qua các số liệu thống kê Phương pháp này chỉ đúng khi chúng ta xác định được chính xác các giá trị trên Hiện tại việc áp dụng để tính toán cho mạng điện ở nước ta sẽ dẫn đến sai số lớn do các trị số đó chúng ta sử dụng của các nước khác

Ở mạng điện kín và phức tạp, phương pháp này ít được sử dụng vì các tham số ,Tmaxkhó xác định được chính xác

1.3.3-Phương pháp thời gian tổn thất:

Xét đồ thị phụ tải năm theo công suất tác dụng và theo dòng điện bình phương theo thời gian như hình 1.8 và 1.9 sau:

Đồ thị phụ tải năm được biểu diễn với một trục là thời gian, một trục là công suất Diện tích giới hạn bởi trục hoành và đường cong Pt của đồ thị này xác định lượng điện năng tiêu thụ của phụ tải trong khoảng thời giant, do đó: A=

T

t dt P

0 = Pmax.Tmaxtd (1.14)

P

dt P T t

 (1.15)

Tmaxtd: Thời gian tổn thất công suất tác dụng cực đại

Tương tự ta có: Tmaxpk =

max 0

.

Q

dt Q T

t

 (1.16)

Từ đó: Tmax =

max 0

.

I

dt I T

t



= max 0

.

S

dt S T

t



(1.17) Trên hình 1.9 biểu diễn quan hệ I2

t = f(t) Gọi  là thời gian tổn thất công suất cực đại

Để xác định  người ta thay diện tích giới hạn bởi đường cong I2(t) bằng diện tích hình chữ nhật có tung độ I2

max, hoành độ là  khi đó ta có:

DA = 3RT I t dt

0

2 = 3RI2

max (1.18)

Hay  = 2

max 0 2

I

dt I T

t

 (1.19) Hoặc tính tổn thất DA qua công suất S tương tự như biểu thức (1.44) tức là:

8760 8760

2

max min

max

min max

max

P P

P T

T T

đồ thị phụ tải, sự thay đổi của hệ số công suất, sự không trùng hợp cực đại của các phụ tải tác dụng và phản kháng theo thời gian trong năm và ngày Khi đó thời gian tổn thất công suất cực đại toàn phần được xác định theo biểu thức:

2

max 0

2 2

2 max 0

S

dt Q P S

dt S T

t t

2 max 0 2

S

dt Q S

dt P

maxta có:

max

2 max 2

max

2 max

S

Q S

P

dt P T

Q

dt Q T t

max

2 max 2

10 ) (







DA U dm R P  td Q  pk (1.27) Khi phụ tải cho ở dòng điện:

3 max

2 max

2 2



DA I Rtd Cos  pk Sin  (1.28)

Phương pháp thời gian tổn thất được sử dụng để xác định tổn thất điện năng ở mạng hình tia Còn ở mạng kín và mạng phức tạp nên sử dụng phương pháp tích phân đồ thị

Ta thấy rằng cơ sở để xác định lại là  Tmaxvà cos cũng rất bất định Costrong lưới điện rất không đồng nhất nên chỉ có thể chấp nhận trị số trung bình Còn Tmax= A/Pmax lại càng bị phụ thuộc nhiều vào cách lấy mẫu thống kê Sai

số của Pmax khi thiết lập đồ thị phụ tải trong phạm vi khá lớn là hoàn toàn có thể xảy ra

Tổn thất điện năng tính toán trong khoảng thời gian t xác định đối với tất

cả sơ đồ mạng điện của một đường dây phân phối, trên đó có nối các trạm biến

áp phân phối từ 35 (22,10, 6…)/0,4 kV theo công thức:

j ktxj

P

A D   D

D  (1.29) Với DPt là tổng tổn thất công suất tải ở các phần tử của đường dây phân phối khảo sát tính theo biểu thức:

baj m

j ddi

U

S P

- i = 1, 2, 3, …, n :Số thứ tự của các phần tử đường dây

- j = 1, 2, 3, …, n :Số thứ tự của các trạm biến áp giảm áp

- Si, Sj : Công suất toàn phần theo đường dây thứ i và máy biến áp thứ j tương ứng

-Rdd và Rba: Điện trở tác dụng của đường dây thứ i và máy biến áp thứ j Công suất trong các máy biến áp được xác định có tính đến hệ số không trùng hợp cực đại của phụ tải, tức là hệ số đồng thời (Kđt)

1.3.4.- Phương pháp đường cong tổn thất

Trước hết cần ghi nhận rằng hoạt động của lưới phân phối ít nhiều mang tính ngẫu nhiên và bất định Tuy nhiên, tính qui luật vẫn là chủ đạo Chẳng hạn,

đồ thị phụ tải mang tính ngẫu nhiên nhưng hình dáng khá ổn định, cấu trúc lưới

và các phương tiện điều chỉnh, điều khiển phức tạp nhưng hữu hạn và hoàn toàn xác định Vì vậy, một phương thức vận hành (tương ứng với một cấu trúc đã lựa chọn) thì các đặc trưng tổn thất cũng có thể coi là xác định Có thể xét đường cong quan hệ ∆P = f(P ) 

Trong đó - ∆P : Tổn thất công suất tổng trong lưới

-P  : Tổng công suất thanh cái của mạng lưới cung cấp điện Đường cong có thể xây dựng bằng đo đạc hoặc tính toán (hình 1.10) Tuy nhiên, phép đo thực tế rất phức tạp, bởi đòi hỏi phải xác định đồng thời trị số công suất của tất cả các nút phụ tải và nguồn cung cấp

Bằng tính toán, đường cong có thể xây dựng như sau:

Giả thiết biết dạng biểu đồ phụ tải và cos của tất cả các nút (hoặc nhóm  nút) phụ tải Coi thanh cái cung cấp là nút cân bằng, tính toán phân bố dòng và xác định tổn thất công suất ∆P ứng với mỗi thời điểm của biểu đồ phụ tải (ví 

dụ theo giờ trong ngày) Kết quả nhận được cho phép xây dụng đoạn đường cong tổn thất công suất từ Pmin đến Pmax của biểu đồ phụ tải thanh cái Rõ ràng đường cong xây dựng được có tính xác định cao nếu thực tế cos và tỉ lệ công suất giữa các nút ít thay đổi

Khi cấu trúc lưới và phương thức vận hành thay đổi, một họ đường cong tương ứng cần được xây dựng

DP

Pmax

024

t

t24

Bi u ể đồ phụ t iả

Bi u ể đồ t n thổ ất

Hình 1.10 Cách xây dựng biểu đồ tổn thất công suất

Giả thiết có một cấu trúc lưới và một phương thức vận hành hoàn toàn xác định (khi đó sẽ tồn tại một đường cong tổn thất duy nhất) dễ dàng có thể xác định được tổn thất điện năng tổng trong ngày thông qua biểu đồ tổng công suất thanh cái

Trên (hình 1.10) trình bày quá trình xây dựng biểu đồ tổn thất công suất

và xác định tổn thất điện năng nhờ sử dụng đường cong tổn thất Diện tích của biểu đồ tổn thất công suất chính là tổn thất điện năng:





D D

Cần nói thêm rằng, độ chính xác của đường cong, hay nói đúng hơn là độ phù hợp của đường cong với thực tế phụ thuộc vào mức độ đầy đủ của các thông tin có được Chẳng hạn, khi không có biểu đồ phụ tải các nút mà chỉ biết phân bố phụ tải các nút ở một vài thời điểm quan sát Khi đó đường cong tổn thất vẫn có thể xây dựng được bằng cách thay đổi tỉ lệ công suất các nút và giữ nguyên cos Phép tính khá đơn giản, nhưng độ chính xác chỉ đủ cao khi dạng của biểu đồ phụ tải các nút và cos ít thay đổi Sự quan sát thống kê lâu năm tại một lưới cung cấp điện có thể cho phép chính xác hóa dần đường cong tổn thất xây dựng cho đường dây

1.3.5 –Phươ g pháp biểu đồ dòng điện ngày đặc trưng của phụ tải n

0 50 100 150 200 250

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

1

Hình 1.11: Sơ đồ cấp điện Hình 1.11: Đồ thị phụ tải trên các nhánh Giả sử có sơ đồ cấp điện và biểu đồ phụ tải ngày điển hình cho theo dạng dòng điện như trên:

h

Từ sơ đồ lưới điện trên (hình 1.11) và đồ thị phụ tải (hình 1.12) của các hộ dùng điện ta không thể dùng đồ thị phụ tải tổng để tính tổn thất điện năng cho

cả đường dây trên được, hoặc dùng các phương pháp đã nêu trước đây để tính toán cũng sẽ không chính xác

Mặt khác hầu hết tại các trạm phân phối người ta chỉ dùng đồng hồ chỉ thị dòng và áp (không đo công suất và cos ) do vậy ta chỉ cần đồ thị dòng điện theo thời gian cũng có thể tính được tổn thất điện năng trên đường dây và các máy biến áp phân phối cụ thể như sau:

∆AngàyP3 = 24 ∆P0baP3 + 3 ( 1 3 3 )

24 1

∆Atháng mạng = n ∆Angày mạng (1.34)

Trong đó:

P3 vàP2 gây nên

phụ tải P3 và P2 gây nên

Ip3, Ip2 là dòng điện 1 pha của phụ tải P3 và P2 đã quy đổi về phía 10 kV

R1, R2, R3 điện trở của đoạn đường dây (1), (2),(3)

RbaP3, RbaP2 điện trở cuộn dây máy biến áp đã quy đổi về phía 10 kV

n là số ngày trong tháng khảo sát

1.4 Các biện pháp giảm tổn thất điện năng.

1.4.1- Đối với đường dây

Như trên đã nêu tổn thất công suất và tổn thất điện năng tác dụng trên đường dây chủ yếu do thành phần điện trở tác dụng gây nên theo công thức sau;

U

Q P j l U

Q P

.

.

r02

Mặt khác điện trở các mối nối, các tiếp xúc cũng có ảnh hưởng đến tổn thất

do bị phát nóng nếu tiếp xúc xấu, do vậy các mối nối, các tiếp xúc phải được nối chắc chắn, nhất là các mối nối, tiếp xúc của các kim loại khác nhau, hạn chế đến mức thấp nhất các điểm nối và tiếp xúc Trong vận hành phải thường xuyên kiểm tra để xử lý kịp thời các tiếp xúc bị phát nhiệt, ngăn ngừa sự cố có thể phát sinh

Giảm bán kính cấp điện tức là giảm chiều dài đường dây cũng làm giảm điện trở đường dây, nhưng phải đầu tư xây dựng thêm nhiều trạm trung gian, làm tăng tổng vốn đầu tư

Việc nâng cao điện áp vận hành chỉ thực hiện trong phạm vi cho phép giới hạn điều chỉnh bởi với một điện áp định mức nhất định không thể nâng điện áp quá cao sẽ làm ảnh hưởng đến độ bền cách điện của đường dây cũng như thiết

bị có thể gây nên sự cố làm hư hỏng thiết bị Hiện nay lưới điện phân phối của

nước ta đang có rất nhiều cấp điện áp danh định, ngành Điện đang có chủ trương xây dựng còn khoảng hai cấp điện áp danh định của lưới phân phối là 22kV và 35 kV

1.4.2- Đối với máy biến áp

- Như trên đã nêu tổn thất không tải của máy biến áp không phụ thuộc vào phụ tải mà nó phụ thuộc vào chất lượng vật liệu làm mạch từ và từ thông chính, muốn giảm được tổn thất này đòi hỏi công nghệ chế tạo máy biến áp phải cao, chất lượng thép làm mạch từ phải có độ từ thẩm cao (tử trở nhỏ), lá thép càng mỏng càng tốt, cách điện giữa các lá thép phải đảm bảo để hạn chế dòng xoáy (fuco) Hạn chế mức thấp nhất các khe hở giữa trụ và gông từ

- Tổn thất trong cuộn dây máy biến áp hoàn toàn phụ thuộc vào phụ tải và điện trở dây cuốn máy biến áp, do vậy muốn giảm tổn thất trong cuộn dây phải chế tạo dây cuốn bằng vật liệu dẫn điện tốt, trong vận hành phải quan tâm đến chế độ làm mát của máy biến áp và chế độ vận hành hợp lý

1.4.3- Giảm tổn thất điện năng trong vận hành

Ngoài các biện pháp giảm thổn thất điện năng đã nêu trên ở trên, trong quá trình quản lý vận hành và sửa chữa cải tạo lưới điện chúng ta cũng có các biện pháp để làm giảm tổn thất điện năng như: đặt các thiết bị bù công suất phản kháng hợp lý, nâng cao điện áp vận hành mạng điện, thay dây dẫn có tiết diện nhỏ bằng dây dẫn có tiết diện lớn hơn, thay các máy biến áp quá tải và non tải bằng các máy biến áp có công suất đặt phù hợp với công suất phụ tải

Khuyến khích các khách hàng dùng điện sản xuất vào thấp điểm đêm, hạn chế dùng điện vào cao điểm để san bằng biểu đồ phụ tải, sẽ giảm được tổn thất điện năng cũng như khai thác hiệu quả kinh tế hơn các công trình điện, giảm suất sự cố của lưới điện cũng như giảm sức ép đầu tư xây dựng các công trình

điện chỉ để đáp ứng công suất cao điểm

Chọn sơ đồ vận hành có cấu trúc hợp lý nhất của mạng Đối với trạm biến áp

có nhiều máy biến áp phải xây dựng các đường cong tổn thất công suất của trạm để chọn ph ng thức vận hành kinh tế nhất của trạm biến áp.ươ

Nâng cao chất lượng sửa chữa và kiểm tra lưới điện

Trong quá trình sản xuất và truyền tải điện phải không ngừng nâng cao chất lượng thiết bị, thay thế các thiết bị cũ tiêu tốn điện năng nhiều bằng các thiết bị công nghệ cao tiêu thụ điện năng ít (như thay thế các trang, thiết bị kiểu điện từ, cảm ứng v.v bằng các thiết bị kỹ thuật số)

Ngoài ra người ta còn đang nghiên cứu đề sản xuất các vật liệu dẫn điện có điện trở thấp như vật liệu siêu dẫn hoặc truyền tải điện trong môi trường lạnh và một số phương pháp khác

CHƯƠNG IIPHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

ĐỂ GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG2.1 - Phương pháp chung

2.1.1 - Nguyên tắc chung

Lưới điện phân phối trung áp phần lớn cấp điện trực tiếp cho các phụ tải có công suất lớn và các trạm biến áp chuyên dùng, do vậy trên lưới trung áp truyền tải lượng công suất vô công rất lớn để cung cấp cho các thiết bị điện từ Lượng công suất vô công này cũng gây nên các tổn thất điện năng, tổn thất điện áp Để giảm tổn thất do thành phần phản kháng gây nên chúng ta có thể đặt bù công suất phản kháng

Trong lưới phân phối có thể có hai loại bù công suất phản kháng gồm:

a- Bù kỹ thuật; Khi nguồn thiếu công suất phản kháng dẫn đến điện áp bị

giảm thấp Để đảm bảo tổn thất điện áp trong phạm vi cho phép, người ta có thể đặt bù kỹ thuật trong trường hợp lưới cao áp không đủ công suất phản kháng Nếu nguồn vẫn đủ công suất phản kháng thì bù kỹ thuật chỉ là một biện pháp đảm bảo điện áp, ngoài ra còn có thể có các biện pháp khác làm cho công suất phản kháng của nguồn cấp về nhiều hơn nh ư là tăng tiết diện dây dẫn, điều áp dưới tải

b- Bù kinh tế; Để giảm tổn thất công suất, tổn thất điện năng và tổn thất điện

áp Bù kinh tế là để lấy lợi ích kinh tế, nếu lợi nhuận thu được do bù lớn hơn chi phí đặt bù thì việc đặt bù sẽ được thực hiện

Chi phí khi đặt bù gồm:

- Vốn đầu tư và chi phí vận hành cho trạm bù

- Tổn thất điện năng trong tụ bù

Trong đó vốn đầu tư là thành phần chủ yếu, khi đặt bù còn có nguy c quá ơ

áp khi phụ tải ở chế độ min hoặc không tải và nguy cơ xẩy ra cộng hưởng và tự kích thích ở phụ tải Các nguy cơ này ảnh hưởng đến vị trí và công suất bù Giải bài toán bù công suất phản kháng là xác định; số lượng trạm bù, vị trí đặt của chúng trên lưới phân phối, công suất bù ở mỗi trạm và chế độ làm việc của tụ bù sao cho đạt hiệu quả kinh tế cao nhất, nói cách khác là sao cho thời gian thu hồi vốn là ngắn nhất và lợi nhuận kinh tế thu về là cao nhất

Nội dung cụ thể của bài toán bù phụ thuộc vào ph ng thức bù, có hai ươcách bù:

+ Bù tập trung ở một số điểm trên trục chính trung áp: Trên trục chính chỉ đặt từ 1 đến 3 trạm bù, công suất bù có thể lớn, dễ thực hiện điều khiển các loại, giá thành đơn vị bù rẻ, vì dùng tụ trung áp và công suất đơn vị lớn, quản lý vận hành dễ dàng

+ Bù phân tán ở các trạm phân phối hạ áp: Giảm được tổn thất công suất

và tổn thất điện năng nhiều hơn vì bù sâu h n Nhơ ưng do bù quá gần phụ tải nên nguy c ơ cộng hưởng và tự kích thích ở phụ tải lớn Để giảm nguy cơ này phải hạn chế công suất bù sao cho ở mọi chế độ min công suất bù không lớn hơn yêu cầu của phụ tải Nếu bù nhiều hơn thì phải cắt 1 phần công suất phản kháng bù

ở chế độ min Để có thể bù hiệu quả phải có hệ thống điều khiển tự động hoặc điều khiển từ xa Hệ thống này làm tăng chi phí cho các trạm bù

Trong thực tế có thể dùng kết hợp cả hai cách trên

Có thể có ba cách điều khiển tụ bù đó là;

+ Đặt tụ cố định; Công suất tụ bù cố định bị hạn chế bởi các điều kiện của chế độ min

+ Tụ được cắt ra khi công suất phản kháng yêu cầu giảm dưới mức nhất định; Cho phép nâng cao công suất bù nhưng phải có thiết bị điều khiển

+ Tụ được điều khiển theo nấc hoặc liên tục theo phụ tải; Cho hiệu quả bù cao, được sử dụng trong các hệ thống phân phối điện tự động hóa

Như vậy trước khi lập bài toán bù, người thiết kế hệ thống bù phải lựa chọn trước cách đặt bù và cách điều khiển tụ bù rồi mới lập bài toán để tìm số lượng trạm bù, vị trí đặt và công suất mỗi trạm

Hàm mục tiêu của bài toán bù là tổng đại số của các yếu tố lợi ích và chi phí nói trên đã được lượng hóa về một thứ nguyên chung là tiền Các yếu tố không thể lượng hóa được và các tiêu chuẩn kỹ thuật thì được thể hiện bằng các ràng buộc và hạn chế

Để giải bài toàn bù cần biết rõ cấu trúc của lưới phân phối, đồ thị phụ tải phản kháng của các trạm phân phối hoặc ít nhất cũng phải biết hệ số sử dụng công suất phản kháng của chúng Phải biết giá cả và các hệ số kinh tế khác, loại

và đặc tính kỹ thuật, kinh tế của tụ bù Nếu tính bù theo độ tăng trưởng của phụ tải thì phải biết hệ số tăng trưởng phụ tải hàng năm Bài toán bù công suất phản kháng trong lưới phân phối là bài toán phức tạp, vì:

- Lưới phân phối có cấu trúc phức tạp, một trạm trung gian thường có nhiều trục chính, mỗi trục cấp cho nhiều trạm phân phối Cấu trúc của lưới phân phối phát triển liên tục theo thời gian và không gian

- Chế độ làm việc của phụ tải không đồng nhất, phụ tải tăng trưởng không ngừng

- Thiếu thông tin chính xác về đồ thị phụ tải phản kháng

- Công suất của tụ là biến rời rạc Giá tiền đơ vị bù có quan hệ không n tuyến tính với công suất bộ tụ

- Trước các khó khăn đó để có thể giải được bài toán bù phải phân chia bài toán bù thành các bài toán nhỏ hơn và áp dụng các giả thiết giản ước khác nhau Các giả thiết giản ước phải đảm bảo không được làm sai lạc quá mức đến kết quả tính toán, nó phải đảm bảo lời giải phải gần với lời giải tối ưu lý thuyết Các giản ước có thể được áp dụng là:

+ Bài toán được giải riêng cho từng trục chính

+ Có thể cho trước số điểm đặt bù chỉ cần tìm các biến còn lại

+ Giả thiết đồ thị phụ tải của các trạm phân phối như nhau và giống như đồ thị phụ tải đo được ở đầu trục chính Đồ thị phụ tải phản kháng có thể được đặc trưng bởi công suất phản kháng trung bình Qtb hay hệ số sử dụng công suất phản kháng Ksd = Qtb/Qmax và thời gian sử dụng công suất phản kháng TQmax + Bài toán tìm luật điều chỉnh tụ bù được giải riêng độc lập với bài toán tìm công suất bù max cần đặt

Cần nhấn mạnh bù kinh tế không thể tách rời hoàn toàn bù kỹ thuật Vì bù kinh tế làm giảm nhẹ bù kỹ thuật và hai loại bù này có thể phối hợp với nhau tạo thành một thể thống nhất làm lợi cho toàn hệ thống

2.1.2- Ảnh hưởng của tụ bù đến tổn thất điện năng trên lưới phân phối trong các trường hợp đơn giản:

Q P

.

2 2 0

U S dm2

2

(2-2) Trong đó:

- ΔPđd là tổn thất công suất tác dụng 3 pha của đường dây (kW)

- S là công suất toàn phần của 3 pha truyền trên đường dây (kVA)

- Uđm là điện áp dây định mức của đường dây cần khảo sát (kV)

- P, Q là thành phần công suất tác dụng và công suất phản kháng truyền tải trên đường dây

- R là điện trở tác dụng của một pha đường dây (Ω)

Ta thấy muốn giảm tổn thất công suất tác dụng trên đường dây, ngoài việc tìm các biện pháp như các phần trước đã nêu, còn có thể giảm tổn thất công suất tác dụng bằng cách bù tại chỗ công suất phản kháng tức là ta đã giảm lượng công suất vô công truyền tải trên đường dây

Để giảm sự truyền tải công suất phản kháng trên đường dây cần phải đặt thiết bị bù tại các nút phụ tải Khi đặt thiết bị bù, tổn thất công suất tác dụng sẽ giảm theo công thức sau:

ΔPđd = R

U

Q Q P

- Giảm nhẹ tải cho các máy biến áp trung gian và các đường trục trung áp

do giảm truyền tải công suất phản kháng và hiệu quả là thời gian cải tạo nâng dung lượng máy biến áp, dây dẫn được kéo dài thời gian làm việc hơn

- Cân bằng tải

- Nâng cao hệ số cosφ, giảm tổn thất công suất tác dụng trên đường dây tức

là đã giảm được tổn thất điện năng trên đường dây do thành phần công suất phản kháng gây ra

- Giảm tổn thất điện áp trên đường dây theo công thức sau;

ΔU =

dm

dd b dd

U

X Q Q R

(2-4)

- Nâng cao hiệu quả kinh tế của đường dây

2.1.2.2- Ảnh hưởng của tụ bù đối với lưới phân phối có một phụ tải

Xét lưới phân phối trên các hình 2.2 sau:

Qbù(kVAr)

U

Hình 2.2 (a) - Lưới phân phối có một phụ tải

Công suất phản kháng yêu cầu cực đại là Qmax công suất bù là Qbù, đồ thị kéo dài của công suất phản kháng yêu cầu là q(t), đồ thị kéo dài của công suất phản kháng sau khi bù là qb(t) = q(t) - Qbù

Trên hình 2.2 (b) có qb1(t) ứng với Qbù = Qmin

Trên hình 2.2 (c) có qb2(t) ứng với Qbù = Qtb

Trên hình 2.2 (d) có qb3(t) ứng với Qbù = Qmax

về nguồn Dù đi theo hướng nào công suất phản kháng đều gây ra tổn thất công suất tác dụng như nhau nếu có độ lớn như nhau

Trong trường hợp Qbù = Qmin [hình 2.2 (b)] thì trong các chế độ trừ chế

độ cực tiểu phụ tải phải nhận công suất từ nguồn, còn trong chế độ max chỉ

giảm được lượng công suất phản kháng ΔQ = Qmax - Qbù = Qmax - Qmin

Trong trường hợp Qbù = Q max [hình 2.2 (d)] thì trong các chế độ, trừ chế

độ cực đại, công suất bù thừa cho phụ tải và đi ngược về nguồn Công suất phản kháng yêu cầu ở chế độ max được triệt tiêu hoàn toàn, cho lợi ích lớn nhất về chế độ giảm yêu cầu công suất phản kháng và tổn thất công suất tác dụng

Về tổn thất điện năng hai trường hợp này hoàn toàn giống nhau, ta thấy

đồ thị công suất phản kháng của chúng có dạng giống nhau, chỉ ngược dấu mà thôi

Trong trường hợp Qbù = Qtb [hình 2.2(c)] trong một nửa thời gian công suất phản kháng đi từ nguồn đến phụ tải còn trong nửa thời gian còn lại công suất phản kháng của tụ bù đi ngược về nguồn Yêu cầu công suất phản kháng không giảm được nhiều nhưng đồ thị này cho tổn thất điện năng nhỏ nhất có nghĩa là độ giảm tổn thất điện năng lớn nhất Bởi vì tổn thất điện năng phụ thuộc vào độ bằng phẳng của đồ thị công suất phản kháng, đồ thị càng bằng phẳng thì tổn thất điện năng càng nhỏ (theo nguyên lý bình ph ng tối thiểu).ươTóm lại nếu cho phép bù không hạn chế thì:

- Qbù = Qmax cho chế độ giảm tổn thất công suất tác dụng và độ giảm yêu cầu công suất phản kháng ở chế độ max là lớn nhất

- Qbù = Qtb cho độ giảm tổn thất điện năng lớn nhất Kết luận này là tổng quát đúng cho mọi cấu trúc lưới phân phối

Nếu xét đồng thời cả hai yếu tố thì công suất bù tối ưu sẽ phải nằm đâu đó giữa Qmax và Qtb

Các nhận xét trực quan trên đây sẽ được lượng hóa chính xác dưới đây để phục vụ cho giải các bài toán bù sau này

Tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng q(t) gây ra là:

Qb t

2

2 2

2

) ) (





(2.6) Lợi ích về tổn thất công suất tác dụng sau khi bù, chính là độ giảm tổn thất công suất tác dụng do bù;

2 2

).

( 2

U

Q t q Q R R U

Q Q t





(2.7) Lợi ích do giảm tổn thất công suất tác dụng chỉ có ý nghĩa ở chế độ max của

hệ thống khi mà nguồn công suất tác dụng bị căng thẳng, lúc đó q(t) = Qmax và;

U

Q Q

2

2 max

Độ giảm tổn thất điện năng trong khoảng thời gian xét T là tích phân của DP(t) theo (2.7) trong khoảng thời gian xét T

DA =

R U

Q T Q Q T U

Rdt Q Q t q

b b tb

T

b b

2

2 2

0

2

2 ).

(

2

2

.

U

Q Q K Q R T U

Q Q Q

Lấy đạo hàm của (2.9) theo Qb, đặt = 0 rồi giải ta được giá trị của Qb cho chế

độ giảm tổn thất điện năng lớn nhất

0

2

Q Q