Phân tích, tính toán chế độ của lưới phân phối và giải bài toán bù tối ưu

i Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌCKỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ QUANG TUÂN PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ CỦA LƢỚI PHÂN PHỐI VÀ GIẢI BÀI TOÁN BÙ TỐI ƢU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành:KỸ THUẬT ĐIỆN THÁI NGUYÊN - NĂM 2014 ii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác. Thái Nguyên, ngày 02 tháng 8 năm 2014 Lê Quang Tuân iii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, đến nay luận văn đã hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đối với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo GS - TS. Lã Văn Út. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình tham gia khóa học. Xin chân thành cảm ơn Khoa sau đại học, bạn bè đồng nghiệp và người thân đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Do hạn chế về thời gian, trình độ nên luận văn không thể tránh khỏi sai sót. Tác giả rất mong nhận được những chỉ dẫn, góp ý của các thầy giáo, cô giáo cũng như các đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 02 tháng 8 năm 2014 Lê Quang Tuân iv Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài: 1 2. Mục tiêu nghiên cứu: 1 3. Phƣơng pháp nghiên cứu 1 4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2 4.1. Ý nghĩa khoa học 2 4.2. Tính thực tiễn của đề tài. 3 Chƣơng 1 4 1.1. Tổn thất điện năng trong hệ thống điện và vấn đề giảm tổn thất khi vận hành 4 1.1.1. Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong HTCCĐ 4 a.Tổn thất kỹ thuật 4 b. Tổn thất phi kỹ thuật 5 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất và khả năng giảm thiểu tổn thất 6 a. Điện áp làm việc của trang thiết bị 6 b. Truyền tải công suất phản kháng 6 1.1.3. Vấn đề áp dụng các biện pháp giảm thiểu tổn thất trong điều kiện vận hành 8 1.2. Hiệu quả giảm tổn thất bằng biện pháp bù CSPK 9 1.2.1. Khái niệm về CSPK 9 1.2.2 Hệ số công suất và quan hệ với bù CSPK 11 1.3 Các phƣơng tiện bù CSPK 12 1.3.1. Máy bù đồng bộ 12 1.3.2. Tụ bù tĩnh cố định 13 1.3.3. Tụ bù tĩnh điều chỉnh theo chế độ làm việc 14 1.3.4. Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hóa 14 1.4 Tổng quan về mô hình và phƣơng pháp bù kinh tế trong LĐPP 15 1.4.1. Bài toán bù kinh tế áp dụng thuật toán quy hoạch toán học cực đại hóa lợi nhuận trong khoảng thời gian tính toán định trước 15 a. Thành phần lợi ích Z 1 thu được do giảm tổn thất điện năng hàng năm sau khi đặt thiết bị bù 16 b. Thành phần chi phí do đầu tư lắp đặt thiết bị bù Z 2 16 c. Thành phần chi phí cho tổn thất trong bản thân thiết bị bù Z 3 17 v Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.4.2 Bài toán bù kinh tế với phương pháp đặt bù theo chi phí tính toán cực tiểu Z min . 18 1.4.3. Bài toán bù kinh tế với hàm mục tiêu là cực đại hóa lợi nhuận hàng năm do đặt thiết bị bù 19 1.5. Kết luận chƣơng 1 20 Chƣơng 2 21 2.1. Đặt vấn đề 21 2.2. Hiệu quả kinh tế lắp đặt thiết bị bù trong LPP 22 2.2.1. Hiệu quả làm giảm tổn thất do lắp đặt thiết bị bù 22 2.2.2. Hiệu quả kinh tế lắp đặt thiết bị bù 23 2.2.3. Suất giảm chi phí tổn thất và thời gian thu hồi vốn của dung lượng bù đặt thêm 26 2.3. Giải bài toán bù tối ƣu CSPK trong LĐPP 27 2.3.1. Đánh giá hiệu quả bù tại các nút của LĐPP 27 2.3.2. Xác định dung lượng bù tối ưu tại các nút theo hàm mục tiêu là cực đại hóa lợi nhuận thu được hàng năm 28 2.3.3. Xác định dung lượng bù tối ưu cho một số ít nút đã chọn 32 2.3.4. Ưu điểm của thuật toán đề xuất 33 2.4. Giới thiệu một số chƣơng trình tính toán chế độ xác lập, có thể kết hợp tính toán lựa chọn vị trí và dung lƣờng bù 34 2.4.1. Phần mềm CONUS 34 2.4.2. Phần mềm PSS/E ( Power Sytem Simulato for Engineering) 35 2.4.3. Phần mềm PSS/ADEPT 35 2.4.4. Phần mềm POWER WORLD 36 2.5. Kết luận chƣơng 2 38 CHƢƠNG 3 39 3.1. Tổng quan về đặc điểm tự nhiên, kinh tế- xã hội 39 3.1.1 Đặc điêm tự nhiên 39 3.1.2. Đặc điểm kinh tế- xã hội 40 3.2. Đặc điểm lƣới điện phân phối và sự tiêu thụ công suất phản kháng 41 3.2.1. Vai trò của lưới điện phân phối 41 a. Tổng quát 41 b. Đặc điểm chung của lưới phân phối 42 3.2.2 Sự tiêu thụ và các nguồn phát công suất phản kháng 43 a. Sự tiêu thụ công suất phản kháng 43 b. Các nguồn phát công suất phản kháng 43 3.3 Hiện trạng nguồn và lƣới điện chi nhánh điện Sông Công. 44 3.3.1 Các nguồn cung cấp điện. 44 3.3.2 Lưới điện trung áp và các trạm biến áp. 45 a. Hiện trạng tải của các máy biến áp phân phối. 45 b. Trạm biến áp. 52 3.4. Tình hình sử dụng điện hiện tại. 54 vi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3.5. Tính toán chế độ xác lập, đánh giá tổn thất và nhu cầu bù kinh tế - 54 3.5.1 Tính toán chế độ xác lập 54 a. Số liệu phụ tải. 55 b. Số liệu nhánh: 55 c. Số liệu Máy Biến Áp: 57 3.5.2. Kết quả tính toán chế độ xác lập ban đầu (trạng thái hiện tại) 57 a. Cập nhật số liệu LĐPP vào chương trình tính toán 57 3.5.3. Đánh giá nhu cầu đầu tư lắp đặt thiết bị bù kinh tế của LĐPP 62 a. Cài đặt các thông số tính toán cho bài toán bù kinh tế 62 b. Đánh giá hiệu quả bù thông qua tính toán suất giảm chi phí tổn thất và thời gian thu hồi vốn đầu tư thiết bị bù 63 3.6. Xác định dung lƣợng bù tối ƣu cho các nút của LĐPP 67 3.6.1. Kết quả tính sơ bộ cho mọi nút có khả năng đặt bù 67 3.6.2. Kết quả tính toán với số nút bù đã được giảm bớt 68 3.7 .Tính toán chế độ xác lập, đánh giá tổn thất và nhu cầu bù kinh tế trong trƣờng hợp phụ tải tăng 10%. 69 3.5.1 Tính toán chế độ xác lập 70 a. Số liệu phụ tải. 70 b. Số liệu nhánh: 70 c. Số liệu Máy Biến Áp: 71 3.5.2. Kết quả tính toán chế độ xác lập ban đầu (trạng thái hiện tại) 71 a. Cập nhật số liệu LĐPP vào chương trình tính toán 71 b. Kết quả tính toán 73 3.5.3. Đánh giá nhu cầu đầu tư lắp đặt thiết bị bù kinh tế của LĐPP 74 a. Cài đặt các thông số tính toán cho bài toán bù kinh tế 74 b. Đánh giá hiệu quả bù thông qua tính toán suất giảm chi phí tổn thất và thời gian thu hồi vốn đầu tư thiết bị bù 74 3.8. Xác định dung lƣợng bù tối ƣu cho các nút của LĐPP 79 3.8.1 .Kết quả tính sơ bộ cho mọi nút có khả năng đặt bù 79 3.8.2. Kết quả tính toán với số nút bù đã được giảm bớt 80 KẾT LUẬN CHUNG 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 84 vi DANH MỤC VIẾT TẮT TT Danh mục Viết tắt 1. Việt nam đồng VNĐ 2. Máy biến áp MBA 3. Trạm biến áp TBA 4. Hàm mục tiêu HMT 5. Hệ thống cung cấp điện HTCCĐ 6. Trạm biến áp phân phối TBAPP 7. Lưới điện phân phối LĐPP 8. Chế độ xác lập CĐXL 9. Công suất phản kháng CSPK 10. Đường dây siêu cao áp ĐDSCA 11. Lưới điện truyền tải LĐTT vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Hiện trạng nguồn cấp Bảng 3.2. Bảng thông số hiện trạng tải của MBAPP 35kV Bảng 3.3. Bảng thông số hiện trạng tải của MBAPP 22kV Bảng 3.4. Bảng thông số hiện trạng tải của MBAPP 10kV Bảng 3.5. Bảng thông số hiện trạng tải của MBAPP 6kV Bảng 3.6. Số lượng trạm và MBA Bảng 3.7. Thống kê số lượng các loại MBA Bảng 3.8. Bảng số liệu phụ tải 373E6.3 Bảng 3.9. Bảng số liệu đường dây lộ 373E6.3 Bảng 3.10. Bảng số liệu MBA lộ 373E6.3 Bảng 3.11. Phân bố điện áp phía 10kV Bảng 3.12. Phân bố điện áp phía 0,4kV Bảng 3.13. Phân tích hiệu quả bù phía cao áp 10kV Bảng 3.14. Phân tích hiệu quả bù phía hạ áp 0.4kV Bảng 3.15. Bảng số liệu phụ tải khi tải tăng 10% Bảng 3.16. Phân tích hiệu quả bù phía cao áp 10kV (khi tải tăng 10%) Bảng 3.16. Phân tích hiệu quả bù phía hạ áp 0.4kV (khi tải tăng 10%) viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Mạch điện RL đơn giản Hình 1.2. Tam giác tổng trở Hình 1.3. Tam giác công suất Hình 1.4. Giản đồ vecto dòng điện Hình 1.5. Đường dây truyền tải có đặt máy bù đồng bộ Hình 2.1. Sơ đồ lưới điện đơn giản Hình 2.2. Hiệu quả giảm tổn thất của thiết bị bù Hình 2.3. Hiệu quả kinh tế Hình 2.4. Lưới hình tia phức tạp Hình 2.5. Sơ đồ thuật toán Hình 3.1. Số liệu tất cả các nút Hình 3.2. Số liệu đường dây: Hình 3.3. Số liệu MBA Hình 3.4. thông số MBA: Hình 3.5. Các nút có hiệu quả bù cao trong LĐPP Hình 3.6. Kết quả bù tối ưu phương án cao Hình 3.7. Kết quả bù tối ưu phương án hạn chế số nút Hình 3.8. so liệu nút (khi tải tăng 10%) Hình 3.9. Số liệu đường dây (khi tải tăng 10%) Hình 3.10. Thông sốMBA (khi tải tăng 10%) Hình 3.11. Các nút có hiệu quả bù cao trong LĐPP(tải tăng 10%) Hình 3.12. Kết quả bù tối ưu phương án cao(tải tăng 10%) Hình 3.13. Kết quả bù tối ưu phương án hạn chế số nút(tải tăng 10%) 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Thực tế Lưới điện phân phối ở nước có sự phân bố rộng khắp các khu vực lãnh thổ do vậy lưới điện phân phối chiếm vị trí quan trọng và nó quyết định tới chất lượng điện năng tại nơi tiêu thụ.Với sự phát triển nhanh chóng phức tạp của lưới điện phân phối thì yêu cầu về chất lượng điện năng và hiệu quả kinh tế của lưới điện ngày càng cao. Trong khi đó một trong những biện pháp hiệu quả để giảm tổn thất điện năng,vận hành kinh tế và cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật của lưới điện phân phối là đặt thiết bị bù. Mặt khác hiện nay xuất hiện nhiều phương tiện bù khác nhau có chất lượng cao ví dụ như bù tụ điện có thể điều chỉnh tự động dung lượng, hoặc sử dụng thiết bị SVC_là thiết bị bù ngang tĩnh được lắp đặt ở các nút để nhanh chóng điều chỉnh điện áp, và cũng có tác dụng nâng cao ổn định. Do vậy áp dụng thiết bị bù là cấp thiết và có ý nghĩa kinh tế quan trọng. Cũng vì lý do này mà đề tài: “ Phân tích ,tính toán chế độ của lưới điện phân phối và giải bài toàn bù tối ưu” được chọn xuất phát từ ý tưởng nêu trên. 2. Mục tiêu nghiên cứu: Tổng quan các phương pháp tính toán phân tích tổn thất, các phương pháp hiệu quả bù kinh tế và lựa chọn phương pháp hiệu quả và phù hợp nhất để ứng dụng vào thực tế cho một mạng phân phối. Luận văn sẽ áp dụng cụ thể vào một số nhánh của lưới điện thành phố Thái Nguyên để đánh giá hiệu quả của phương pháp bù. 3. Phƣơng pháp nghiên cứu Kết hợp giữa lý thuyết với tính toán và kiểm tra trên sơ đồ cụ thể. Về lý thuyết, nghiên cứu các tài liệu tham khảo, đặc biệt là các tài liệu chuyên [...]... thiết bị bù, phương pháp bù, nâng cao chất lượng điện năng Sử dụng phần mềm để tính toán bài toán bù Đánh giá hiệu quả bù dùng phương pháp so sánh tổn thất trước và sau bù, so sánh các phương pháp khác nhau để lựa chọn được phương pháp phù hợp và hiệu quả nhất để áp dụng vào lưới điện cụ thể Các phương pháp chủ yếu hiện nay để tính toán phương pháp bù: -Phương pháp đặt bù theo chi phí tính toán cực... nhau để xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu tùy theo cách mô tả bài toán Các dạng bài toán thường được quan tâm như: bài toán tìm dung lượng bù với mục tiêu là cực đại hàm lợi ích (NPV), cực tiểu hàm chi phí tính toán, Thực chất là đưa bài toán về dạng quy hoạch toán học nhằm giải theo các thuật toán quen biết Tuy nhiên, các mô hình này về mặt hình thức có vẻ chặt chẽ và chính xác nhưng khi ứng... Z3 Trong đó C và Z3 có ý nghĩa tương tự như trong bài toán trên (mục 1.4.1), tuy nhiên việc tính toán đơn giản hơn do tính quy về một năm 19 Thành phần chi phí tổn thất C trên LĐPP được tính là tổng chi phí tổn thất hàng năm của toàn lưới xét đến hiệu quả của đặt bù (tính theo trạng thái của lưới với sự có mặt của thiết bị bù) Thành phần tổn thất trong bản thân thiết bị bù cũng được tính đơn giản... Tính thực tiễn của đề tài Đề tài nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tế của lưới điện phân phối Sông Công - Thái Nguyên do vậy kết quả mang tính chất thực tiễn có thể áp dụng rộng rãi Các nội dung chính: Chƣơng 1: Tổng quan về tổn thất điện năng và phƣơng pháp bù kinh tế trong lƣới điện phân phối Chƣơng 2: Phƣơng pháp tính toán lựa chọn vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu Chƣơng 3: Nghiên cứu áp dụng bù. .. nhau của tải, có thể điều chỉnh được công suất Bù công suất phản kháng theo phương pháp này thì khả năng đáp ứng được nhu cầu công suất phản kháng của tải ở mọi chế độ làm việc khác nhau, nhưng nó có suất đầu tư rất cao và có thể sảy ra sự cố Hiện nay, lưới phân phối điện vận hành có hệ số P min/Pmax rất thấp chính vì vậy mà cần phải kết hợp cả bù cố định và bù điều chỉnh Một bộ phận tính toán để bù. .. nút) Trong các trường hợp này mô hình bài toán khá công kềnh, trong khi dung lượng bù tối ưu nhận được lại bị phân bố rải rác, không phù hợp với thực tế Cũng rất khó đưa thêm các điều kiện phụ vào mô hình (giới hạn công suất, hạn chế mặt bằng ) 1.4.3 Bài toán bù kinh tế với hàm mục tiêu là cực đại hóa lợi nhuận hàng năm do đặt thiết bị bù Hàm mục tiêu của bài toán trong trường hợp này được lựa chọn... (tối ưu) Do ∆C được xác định cho một năm nên quy mô bài toán giảm đi đáng kể so với bài toán trong mục 1.4.1 Ngoài ra, bài toán (1.6) còn cho phép đưa về các tiêu chuẩn đơn giản hơn để thiết lập các thuật toán hiệu quả xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu khi đầu tư lắp đặt thiết bị bù Luận văn đi theo hướng này để nghiên cứu phương pháp tính toán bù kinh tế cho LĐPP 1.5 Kết luận chƣơng 1 1- Công... mạnh đến tổn thất điện năng và tính kinh tế vận hành các hệ thố ng cung cấp điện 2- Để giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu quả kinh tế khi vận hành LĐPP có thể áp dụng các thiết bị bù để giảm CSPK truyền tải Tuy nhiên, hiệu quả chỉ đạt được khi giải bải toán lựa chọn tối ưu vị trí và dung lượng bù 21 Chƣơng 2 PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ DUNG LƢỢNG BÙ TỐI ƢU 2.1 Đặt vấn đề Như đã... đổi theo chế độ của lưới chỉ có thể tính được gần đúng theo sơ đồ và trị số phụ tải các nút Một khó khăn khác khi xét đến yếu tố tiền tệ, qui đổi lợi ích và chi phí về hiện tại cần phải phân chia vốn đầu tư và lợi ích thu được theo dòng thời gian Điều này làm tăng đáng kể tính phức tạp đối với mô hình bài toán Do những khó khăn trên, mô hình vừa nêu rất ít được áp dụng thực tế 1.4.2 Bài toán bù kinh... hiện cho một LĐPP cụ thể 2.3.1 Đánh giá hiệu quả bù tại các nút của LĐPP Có thể coi đây là bước đánh giá sơ bộ nhu cầu bù cho LĐPP đáng xét trước khi giải bài toán xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu Bài toán bù sẽ kết thúc nếu thấy rõ LĐPP không có hiệu kinh tế khi đầu tư lắp đặt thiết bị bù Thực chất bước này là đánh giá hiệu quả bù đặt vào các nút dựa trên cơ sở . áp dụng thiết bị bù là cấp thiết và có ý nghĩa kinh tế quan trọng. Cũng vì lý do này mà đề tài: “ Phân tích ,tính toán chế độ của lưới điện phân phối và giải bài toàn bù tối ưu được chọn xuất. ĐẠI HỌCKỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ QUANG TUÂN PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ CỦA LƢỚI PHÂN PHỐI VÀ GIẢI BÀI TOÁN BÙ TỐI ƢU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành:KỸ. lượng bù tối ưu cho một số ít nút đã chọn 32 2.3.4. Ưu điểm của thuật toán đề xuất 33 2.4. Giới thiệu một số chƣơng trình tính toán chế độ xác lập, có thể kết hợp tính toán lựa chọn vị trí và