Nghiên cứu và đề xuất giải pháp để vận hành tối ưu lưới điện của quận Cẩm Lệ – TP Đà Nẵng

Nghiên cứu và đề xuất giải pháp để vận hành tối ưu lưới điện của quận Cẩm Lệ – TP Đà Nẵng .Ngành Điện thành phố Đà Nẵng, đặc biệt là Điện lực Cẩm Lệ phải thực hiện những kế hoạch phát triển nguồn và lưới phù hợp với nhu cầu của phụ tải và cải tạo nâng cấp những khu vực hiện có, đề ra những biện pháp vận hành hiệu quả để nâng cao chất lượng điện,cải thiện sóng hài trên lưới điện, tăng công suất truyền dẫn để có thể đáp ứng ngày càng tốt hơn những đòi hỏi ngày càng cao về sản lượng cũng như chất lượng điện đồng thời tiết kiệm chi phí, giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả kinh tế cung cấp và sử dụng điện. Chương 1 : Tổng quan về kinh tế xã hội và lưới điện phân phối, tình hình cung cấp điện tại địa bàn quận Cẩm Lệ – TP Đà Nẵng Chương 2 : Cơ sở lý thuyết và giới thiệu phần mềm PSSADEPT làm công cụ hỗ trợ dùng để tính toán trong lưới điện phân phối. Chương 3 : Tối ưu hóa thiết bị bù và xác định điểm mở tối ưu trên lưới điện phân phối quận Cẩm Lệ, TP Đà Nẵng. Chương 4 : Cải thiện sóng hài trên lưới điện quận Cẩm Lệ Căn cứ vào mục đích, đối tượng phạm vi và phương pháp nghiên cứu, đề tài được đặt tên : “ Nghiên cứu và đề xuất giải pháp để vận hành tối ưu lưới điện của quận Cẩm Lệ – TP Đà Nẵng “.+ Xây dựng các chỉ số kinh tế LĐPP cài đặt vào chương trình PSSADEPT để đánh giá bù tối ưu CSPK. + Khảo sát thực tế tại lưới điện phân phối do Điện lực quận Cẩm Lệ quản lý. + Công cụ tính toán: Tìm hiểu và sử dụng phần mềm PSSADEPT để hỗ trợ thực hiện tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện áp, tối ưu hóa vị trị đặt tụ bù (CAPO) và tìm điểm mở tối ưu (TOPO) để lựa chọn phương thức vận hành tối ưu nhất nhằm giảm tổn thất.

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, tốc độcông nghiệp hoá tăng nhanh, nhu cầu về điện năng ngày càng lớn đòi hỏi ngành Điệnphải đi trước một bước để tạo cơ sở cho sự phát triển của nền kinh tế Để đáp ứng yêucầu cung cấp điện cho việc đẩy mạnh quy hoạch, chỉnh trang và mở rộng diện tích đôthị của thành phố Đà Nẵng trên địa bàn quận Cẩm Lệ và huyện Hòa Vang trong nhữngnăm qua đã làm cho phụ tải tăng nhanh, lưới điện ngày càng được mở rộng, hiện đạihóa và phức tạp hơn Ngành Điện thành phố Đà Nẵng, đặc biệt là Điện lực Cẩm Lệphải thực hiện những kế hoạch phát triển nguồn và lưới phù hợp với nhu cầu của phụtải và cải tạo nâng cấp những khu vực hiện có, đề ra những biện pháp vận hành hiệuquả để nâng cao chất lượng điện,cải thiện sóng hài trên lưới điện, tăng công suất truyềndẫn để có thể đáp ứng ngày càng tốt hơn những đòi hỏi ngày càng cao về sản lượngcũng như chất lượng điện đồng thời tiết kiệm chi phí, giảm tổn thất và nâng cao hiệuquả kinh tế cung cấp và sử dụng điện

Với đặc thù riêng của lưới điện thành phố Đà Nẵng là Điện lực quận Cẩm Lệquản lý, cung cấp điện trên địa bàn khá đa dạng, trải dài từ thành thị, nông thôn đếnvùng núi cao hiểm trở, dân cư sinh sống thưa thớt nên tổn thất lớn trên lưới điện là điềukhó tránh khỏi

Dựa trên cơ sở nghiên cứu lưới điện phân phối hiện tại của Điện lực Cẩm Lệ, từ

đó đề xuất các giải pháp vận hành tối ưu là biện pháp góp phần tiết kiệm điện, tiết kiệmtài chính cho ngành Điện, ổn định lưới điện, đối với quốc gia góp phần để bù đắp tìnhtrạng thiếu điện hiện nay Trên đây là các lý do chọn nghiên cứu đề tài này

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống lưới điện phân phối  22kV trênđịa bàn quận Cẩm Lệ và huyện Hòa Vang

Phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm: Thực hiện tính toán và phân tíchphương thức vận hành hiện tại của lưới điện quận Cẩm Lệ Từ đó, chọn ra phương thứcvận hành tối ưu, đề xuất một số giải pháp hoàn thiện để đem lại hiệu quả cao cho côngtác quản lý vận hành trong giai đoạn hiện nay Tìm hiểu nguyên nhân và biện pháp cảithiện sóng hài tại lưới điện quận Cẩm Lệ.

3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu :

Thực hiện tính toán và phân tích để lựa chọn phương thức vận hành tối ưu nhằmđảm bảo tổn thất công suất P trong mạng là bé nhất đồng thời đảm bảo điện áp tại cácnút nằm trong giới hạn cho phép

Đo đạc thực tế, tìm hiểu nguyên nhân và đề xuất biện pháp cải thiện sóng hài ởlưới điện quận Cẩm Lệ

4 Phương pháp nghiên cứu:

Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn:

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu các tài liệu sách báo, giáo trình, tạpchí, các trang web chuyên ngành điện đề cập tính tổn thất công suất, bù công suất phảnkháng, tổn thất điện áp

- Phương pháp thực tiễn:

+ Tập hợp số liệu do Điện lực Cẩm Lệ cung cấp (công suất phụ tải, dữ liệuMBA, sơ đồ và thông số đường dây, thiết bị đóng cắt, số lượng và dung lượng các tụ

bù, xây dựng file từ điển dữ liệu thông số cấu trúc LĐPP quận Cẩm Lệ ) để tạo sơ đồ

và nhập các thông số vào phần mềm PSS/ADEPT

+ Xây dựng các chỉ số kinh tế LĐPP cài đặt vào chương trình PSS/ADEPT đểđánh giá bù tối ưu CSPK

+ Khảo sát thực tế tại lưới điện phân phối do Điện lực quận Cẩm Lệ quản lý + Công cụ tính toán: Tìm hiểu và sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để hỗ trợthực hiện tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện áp, tối ưu hóa vị trị đặt tụ bù

(CAPO) và tìm điểm mở tối ưu (TOPO) để lựa chọn phương thức vận hành tối ưu nhấtnhằm giảm tổn thất

5 Đặt tên cho đề tài:

Căn cứ vào mục đích, đối tượng phạm vi và phương pháp nghiên cứu, đề tài

được đặt tên : “ Nghiên cứu và đề xuất giải pháp để vận hành tối ưu lưới điện của quận Cẩm Lệ – TP Đà Nẵng “

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KINH TẾ - XÃ HỘI VÀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, TÌNH HÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TẠI ĐỊA BÀN QUẬN

CẨM LỆ - TP ĐÀ NĂNG

1.1 Khái quát về đặc điếm tự nhiên, kinh tế - xã hội và phương hướng phát triển đến năm 2020 của quận Cẩm Lệ và huyện Hòa Vang

1.1.1 Đặc điểm tự nhiên

- Quận Cẩm Lệ là một quận mới của thành phố Đà Nẵng được thành lập năm 2005 trên

cơ sở phường Khuê Trung của quận Hải Châu và 03 xã Hoà Thọ, Hoà Phát, Hoà Xuâncủa huyện Hoà Vang, để lập 06 phường: Khuê Trung, Hoà Thọ Đông, Hoà Thọ Tây,Hoà Phát, Hoà An và Hoà Xuân thuộc quận Cẩm Lệ Vị trí địa lý của quận Cẩm Lệ:phía Đông giáp quận Ngũ Hành Sơn; phía Tây và Nam giáp huyện Hòa Vang; phía Bắcgiáp các quận Liên Chiểu, Thanh Khê, Hải Châu Quận Cẩm Lệ có diện tích:33,76km2, chiếm 2,63% diện tích toàn thành phố; dân số: 92.824 người, chiếm 10% sốdân toàn thành phố, mật độ dân số: 2.749,53 người/km2(năm 2010)

- Huyện Hòa Vang được thành lập năm 1997 sau khi chia tách tỉnh Quảng Nam – ĐàNẵng thành tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng với 11 đơn vị hành chính cấp xãgồm : Hòa Châu, Hòa Tiến, Hòa Phước, Hòa Phong, Hòa Nhơn, Hòa Khương, HòaPhú, Hòa Sơn, Hòa Ninh, Hòa Liên, Hòa Bắc Vị trí địa lý của huyện Hòa Vang: phíabắc giáp tỉnh Thừa Thiên - Huế; phía đông giáp quận Liên Chiểu, quận Thanh Khê,quận Hải Châu và quận Ngũ Hành Sơn; phía Nam giáp tỉnh Quảng Nam; phía Tây giáptỉnh Thừa Thiên - Huế và tỉnh Quảng Nam.Huyện Hòa Vang có diện tích: 736,91 km2,chiếm 57,4% diện tích toàn thành phố; dân số: 120.698 người, chiếm 13,03% số dântoàn thành phố, mật độ dân số: 163,79 người/km2 (năm 2010)

1.1.2 Hiện trạng kinh tế - xã hội

- Quận Cẩm Lệ: Qua hơn 07 năm đi vào hoạt động, tình hình kinh tế-xã hội của quận

đã đạt được những kết quả đáng khích lệ: tổng giá trị sản xuất tăng bình quân19,5%/năm giá trị ngành công nghiệp-xây dựng tăng bình quân 18,3%/năm, trong đócông nghiệp dân doanh tăng trưởng bình quân gần 31,8%/năm Khu công nghiệp HòaCầm đã thu hút được các nhà đầu tư trong và ngoài nước là hạt nhân quan trọng để làmnền tảng cho phát triển các ngành công nghiệp và sự hình thành của các vệ tinh côngnghiệp trên địa bàn quận Giá trị ngành thương mại-dịch vụ tăng bình quân 25%/nămHình thành các loại hình du lịch văn hoá truyền thống như khai thác du lịch đối với khu

Đô thị sinh thái Hoà Xuân, Khu Đảo nổi Khuê Trung… giá trị ngành nông nghiệp bìnhquân giảm 3,2%/năm các lĩnh vực quy hoạch đô thị, văn hoá xã hội được tập trung giảiquyết tốt

- Huyện Hòa Vang: Huyện Hoà Vang là huyện ngoại thành duy nhất của thành

phố Đà Nẵng Hòa Vang là một huyện nông nghiệp, hàng năm cung cấp các mặt hàngnông sản cho thành phố Hòa Vang còn tập trung các dãy rừng phòng hộ cho thành phố

Đà Nẵng, đặc biệt là rừng Bà Nà - Núi Chúa, đây không chỉ là rừng nguyên sinh vớinhiều loại gỗ quý mà còn là một khu du lịch nổi tiếng của thành phố Đà Nẵng như suốinước nóng Phước Nhơn - Hòa Khương, khu du lịch sinh thái Ngầm đôi - suối hoa (HòaPhú) Đất lâm nghiệp nhiều, có điều kiện để phát triển kinh tế đồi rừng, kinh tế trangtrại, hình thành một số vùng cây ăn quả, cây công nghiệp, cây đặc sản tập trung;chuyển dịch cơ cấu kinh tế trong nội ngành nông, lâm nghiệp theo hướng tăng dầnngành lâm nghiệp, giảm tỷ trọng ngành nông nghiệp Giá trị đất lâm nghiệp ngày càngđược coi trọng, người dân ngày càng gắn bó hơn với rừng, có ý thức bảo vệ và pháttriển rừng, độ che phủ rừng phủ xanh đất trống, đồi núi trọc đã tăng rõ rệt Ngành côngnghiệp của huyện còn nhỏ bé, manh mún, năng suất lao động thấp; chỉ một số ít doanhnghiệp mới vươn ra được thị trường nước ngoài Các ngành có tốc độ tăng trưởng cao

là công nghiệp chế biến thực phẩm, sản xuất phi kim loại và kim loại Một số sảnphẩm có tốc độ tăng trưởng cao là: khai thác đá, cát sỏi, may mặc. Sự phát triển kinh

tế, gia tăng đầu tư và tốc độ đô thị hoá lớn của nội thành thành phố Đà Nẵng sẽ kéotheo sự phát triển kinh tế-xã hội của huyện

1.1.3 Phương hướng phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2020

- Quận Cẩm Lệ: Phấn đấu đến năm 2020 trở thành quận phát triển khá của thành phốvới GDP bình quân đầu người cao hơn mức trung bình chung của thành phố và cả nước

cơ cấu kinh tế chuyển dịch theo hướng “Dịch vụ - Công nghiệp – Nông nghiệp” có kết

cấu hạ tấng đồng bộ đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn của đô thị loại I cần đẩy mạnh pháttriển ngành công nghiệp-xây dựng với mức tăng trưởng bình quân hàng năm khoảng13% (giai đoạn 2011-2015) và 14% (2015-2020) Tập trung phát triển một số lĩnh vựccông nghiệp có thế mạnh như: chế biến nông, lâm thuỷ sản công nghiệp sản xuất vậtliệu xây dựng, da giày, may mặc Cơ cấu ngành công nghiệp chuyển dịch theo hướng

tăng tỷ trọng ngành công nghiệp chế biến, giảm tỷ trọng công nghiệp khai thác Cùngvới thành phố xây dựng hoàn thiện khu công Hoà Cầm đưa vào khai thác có hiệu quả.

- Huyện Hòa Vang: Tốc độ tăng trưởng GDP bình quân thời kỳ 2011-2020 đạt 12% năm, trọng tâm tăng trưởng tiếp tục là ngành công nghiệp, xây dựng và dịch vụ.GDP ngành công nghiệp, xây dựng tăng trung bình 15-15,5%/năm, thương mại - dịch

11,5-vụ tăng 13-14%, GDP nông lâm ngư nghiệp tăng bình quân 5,0-5,2%/năm.Cơ cấu kinh

tế tiếp tục chuyển đổi mạnh theo hướng tăng tỷ trọng công nghiệp và dịch vụ Phấn đấuđến năm 2020 cơ cấu kinh tế có tỷ trọng công nghiệp và xây dựng đạt khoảng 45%;dịch vụ đạt khoảng 38%; nông - lâm- ngư nghiệp đạt khoảng 17%

1.2 Đặc điểm chung của lưới điện phân phối

1.2.1 Về lưới điện:

Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối điệnnăng từ các trạm trung gian (hoặc trạm biến áp khu vực, hoặc thanh cái nhà máy điện)cho các phụ tải Lưới điện phân phối bao gồm 2 phần: lưới điện trung áp và lưới điện

hạ áp Lưới điện phân phối trung áp thường có cấp điện áp 22 kV cung cấp điện chocác trạm phân phối trung/hạ áp và các phụ tải trung áp Lưới điện hạ áp cấp điện chocác phụ tải hạ áp 380/220V Lưới điện thường có kết dây hình tia hoặc liên kết mạchvòng trong cùng một TBA nguồn hoặc với nhiều TBA nguồn với nhau

Lưới phân phối:Từ các trạm trung gian địa phương đến các trạm phụ tải (trạm phânphối) Lưới phân phối trung áp (22kV) do điện lực các tỉnh, thành phố quản lý và phânphối hạ áp (380/220V) được cấp giấy phép hoạt động điện lực trong lĩnh vực phân phối

và bán lẻ điện, mua buôn điện từ Đơn vị phân phối điện để bán lẻ điện cho Khách hàng

sử dụng điện

Hình 1.1 Mô hình lưới điện phân phối trung thế/hạ thế

Lưới điện phân phối thường có các đặc điểm sau:

- Đường dây phân bố trên diện rộng, nhiều nút, nhiều nhánh rẽ, bán kính cấp điện lớn

- Thường có cấu trúc kín nhưng vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá

- Một trạm trung gian thường có nhiều đường dây trục chính, mỗi trục cấp điện chonhiều trạm phân phối

- Chế độ làm việc của phụ tải không đồng nhất

- Do tình hình phát triển phụ tải, cấu trúc lưới điện phân phối thường xuyên thay đổiVới đặc điểm trên, việc nghiên cứu lưới điện phân phối rất phức tạp, đòi hỏi nhiềuthông tin để giải quyết bài toán tính tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong côngtác quản lý vận hành tối ưu lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối có 2 dạng:

- Lưới điện phân phối trung áp trên không: sử dụng ở nông thôn là nơi có phụ tải phântán với mật độ phụ tải không cao, việc đi dây trên không không bị hạn chế vì điều kiện

an toàn hay mỹ quan Ở lưới phân phối trên không có thể dễ dàng nối các dây dẫn vớinhau, các đường dây khá dài và việc tìm kiếm điểm sự cố không khó khăn như lướiphân phối cáp Lưới phân phối nông thôn không đòi hỏi độ tin cậy cao như lưới phân

phối thành phố Vì thế lưới phân phối trên không có sơ đồ hình tia, từ trạm nguồn cónhiều trục chính đi ra cấp điện cho từng nhóm trạm phân phối Các trục chính đượcphân đoạn để tăng độ tin cậy, thiết bị phân đoạn có thể là máy cắt, máy cắt có tự độngđóng lại có thể tự cắt ra khi sự cố và điều khiển từ xa Giữa các trục chính của 1 trạmnguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông để dự phòng khi

sự cố và tạm ngừng cung cấp điện hoặc TBA nguồn Máy cắt hoặc dao cách ly liên lạcđược mở trong khi làm việc để vận hành hở

- Lưới điện phân phối cáp ngầm trung áp: được dùng ở thành phố có mật độ phụ tảicao, do đó lưới ngắn Điều kiện thành phố không cho phép đi dây trên không mà chônxuống dưới đất tạo thành lưới phân phối cáp Lưới phân phối thành phố đòi hỏi độ tincậy cung cấp điện cao, hơn nữa việc tìm kiếm điểm sự cố khó khăn và sửa chữa sự cốlâu nên lưới phân phối cáp ngầm có các sơ đồ phức tạp và đắt tiền Các chỗ nối cápđược hạn chế đến mức tối đa vì xác suất các chỗ nối rất cao [1]

1.2.2 Về phụ tải điện:

1.2.2.1 Phân loại phụ tải điện

a Phụ tải điện nông thôn, miền núi

Hệ thống cung cấp điện cho khu vực nông thôn, miền núi có đặc điểm khác biệt,

mà có thể liệt kê một số nét cơ bản sau:

- Mật độ phụ tải thấp và phân bố không đều trên phạm vi lãnh thổ rộng lớn Điều đógây khó khăn cho việc đầu tư có hiệu quả hệ thống cung cấp điện;

- Phụ tải rất đa dạng, bao gồm các hộ dùng điện trong trong sinh hoạt, trong sản xuấtnhư: trồng trọt, thủy lợi, chăn nuôi, công nghiệp nhỏ, lò gạch, chế biến thực phẩm v.v

- Bán kính hoạt động lớn, dòng điện chạy trên đường dây không cao, thời gian sử dụngcông suất cực đại TM rất thấp, do đó làm giảm các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của mạngđiện

- Sự làm việc của rất nhiều thiết bị được thực hiện ở chế độ ngắn hạn với khoảng thờigian nghỉ khá dài, do đó thời gian sử dụng trong ngày rất thấp, ví dụ như quá trình chếbiến thức ăn gia súc, quá trình vắt sữa v.v

- Phần lớn phụ tải điện nông nghiệp tác động theo mùa vụ, ví dụ các trạm bơm, cáctrạm xử lý hạt giống, các máy thu hoạch (tuốt lúa, làm sạch sản phẩm v.v.)

- Sự chênh lệch giữa giá trị phụ tải cực đại và cực tiểu trong ngày rất lớn Điều đó dẫnđến những khó khăn lớn cho việc ổn định điện áp

- Sự phát triển liên tục của các phụ tải, sự phát triển và mở rộng các công nghệ hiệnđại, sự phát triển cơ giới hóa và tự động hóa các quá trình sản xuất đòi hỏi phải khôngngừng cải tạo và phát triển mạng điện theo những yêu cầu mới v.v

b.Phụ tải sinh hoạt và dịch vụ công cộng

Phụ tải sinh hoạt của các hộ gia đình bao gồm các thành phần: thắp sáng chiếmtrung bình khoảng 5070% tổng lượng điện năng tiêu thụ, quạt mát (2030)%, đunnấu (1020)%, bơm nước (510)% và các thành phần khác

Cùng với sự phát triển kinh tế, cơ cấu các thành phần phụ tải điện trong các hộ gia đìnhcũng thay đổi Các thiết bị điện sử dụng cho mục đích giải trí ngày càng tăng, trong khi

đó phụ tải chiếu sáng có xu hướng giảm dần

Phụ tải dịch vụ công cộng bao gồm các thành phần sử dụng cho các nhu cầu hoạt độngcủa cộng đồng như: ủy ban, trường học, nhà văn hóa, trạm y tế, nhà văn hóa, cửa hàngbách hóa v.v

được xác định trên cơ sở nhu cầu hiện tại và định hướng phát triển các ngành kinh tếtrên địa bàn.

- Phụ tải thủy lợi: chủ yếu là các trạm bơm tưới và tiêu úng Các loại động cơ dùng ở

các trạm bơm thường là loại không đồng bộ công suất đặt từ 10  75 kW

d.Phụ tải điện chung cư và khách sạn

Phụ tải của các khu chung cư và khách sạn bao gồm hai thành phần cơ bản là phụ tảisinh hoạt (bao gồm cả chiếu sáng) và phụ tải động lực Phụ tải sinh hoạt thường chiếm

tỷ phần lớn hơn so với phụ tải động lực

- Phụ tải sinh hoạt : Phụ thuộc vào mức độ trang bị các thiết bị gia dụng, phụ tải củacác căn hộ được phân thành các loại: loại có trang bị cao, loại trung bình và loại trang

bị thấp Tuy nhiên, do thành phần phụ tải điện dùng trong nấu bếp thường chiếm tỷtrong lớn trong cơ cấu phụ tải hộ gia đình, nên để tiện cho việc tính toán phụ tải, người

ta phân biệt các căn hộ chủ yếu theo sự trang bị ở nhà bếp Dưới góc độ này có thểphân loại căn hộ: dùng bếp nấu bằng điện, dùng bếp nấu bằng gas và dùng bếp hỗn hợp(vừa dùng gas vừa dùng điện)

- Phụ tải động lực trong các khu chung cư bao gồm phụ tải của các thiết bị dịch vụ và

vệ sinh kỹ thuật như thang máy, máy bơm nước, máy quạt, thông thoáng v.v

1.2.2.2 Các đặc trưmg của phụ tải điện

Phụ tải biến đổi không ngừng theo thời gian, theo quy luật sinh hoạt và sản xuất Quyluật này được đặc trưng bởi đồ thị ngày đêm và đồ thị kéo dài

- Đồ thị phụ tải ngày đêm diễn tả công suất trong từng giờ của ngày đêm theo đúngtrình tự thời gian, đồ thị phụ tải ngày đêm gồm có đồ thị công suất tác dụng và côngsuất phản kháng yêu cầu

Đồ thị phụ tải ngày đêm có nhiều loại dùng cho các mục đích khác nhau:

+ Đồ thị phụ tải trung bình là trung bình cộng của các đồ thị phụ tải trong năm,mùa (1/2 năm) hoặc tháng, tuần dùng để tính nhu cầu điện năng và lập kế hoạchcung cấp điện năng

+ Đồ thị phụ tải các ngày điển hình: ngày làm việc, chủ nhật, ngày trước và sauchủ nhật … của từng mùa, tháng … để lập kế hoạch sản xuất, tính toán điều áp…

- Đồ thị phụ tải kéo dài: muốn xét sự diễn biến của phụ tải trong khoảng thời gian dàinhư: tuần lễ, tháng, quý hay năm thì đồ thị phụ tải ngày đêm không thích hợp nữa Lúcnày người ta dùng đồ thị phụ tải kéo dài Đó là các đồ thị phụ tải ngày đêm trongkhoảng thời gian xét được sắp xếp lại, công suất được sắp xếp theo thứ tự giảm dần từgốc tọa độ cho đến Pmin, mỗi giá trị công suất có thời gian dài bằng tổng thời gian kéodài của chúng trong thực tế

- Các đại lượng đặc trưng đơn giản: trong thực tế tính toán không phải lúc nào cũngcần đến đồ thị phụ tải, mà chỉ cần đến một số đặc trưng là đủ Trong phần nhiều các bàitoán chỉ cần biết 4 đặc trưng Pmax , Qmax (hoặc cos), Tmax, Kđk Người ta tính sẵn Tmax và

Kđk đặc trưng cho hình dáng của đồ thị phụ tải.Trong đó Pmax và Qmax thì tính trực tiếp từphụ tải cần được cung cấp điện, còn Tmax và Kđk tra cứu cẩm nang [1]

1.2.2.3 Yêu cầu của phụ tải đối với hệ thống điện

- Đáp ứng tối đa nhu cầu của phụ tải cực đại: mọi HTĐ được thiết kế và xây dựngnhằm mục đích thõa mãn nhu cầu lớn nhất của các phụ tải ở thời điểm bất kỳ Sự thiếuhụt công suất có thể dẫn đến những thiệt hại lớn về kinh tế HTĐ phải đáp ứng đượcnhu cầu phụ tải ở bất kỳ thời điểm nào trong ngày

- Đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy: Thực tế sản xuất có những phụ tải khôngđược phép mất điện vì nếu mất điện có thể dẫn đến nguy hiểm đến tính mạng conngười, làm rối loạn quy trình công nghệ sản xuất, phá vỡ sự hoạt động bình thường củacác lĩnh vực quan trọng Để đảm bảo độ tin cậy, bản thân các phần tử của mạng điệnphải có độ bền, chắc chắn và có thể chịu đựng được những thay đổi bất thường của thờitiết Các thiết bị phải được lựa chọn đúng yêu cầu kỹ thuật, có xét đến các yếu tố ảnhhưởng có thể gây nguy cơ xảy ra sự cố

- Đảm bảo chất lượng điện năng tốt nhất: điện áp và tần số phải ổn định ở mức chophép Lưới điện phân phối hạ áp cấp điện cho đại bộ phận thiết bị dùng điện Trong

lưới phân phối hạ áp chỗ nào cũng có thể đấu thiết bị dùng điện Do đó trong toàn lướiphân phối hạ áp và trong mọi thời gian điện áp phải thõa mãn điều kiện:

U-  U U+

Thể hiện trên đồ thị ta thấy điện áp phải luôn nằm trong vùng gạch chéo trên hình (1.2)gọi là miền chất lượng điện áp

Hình 1.2 Miền chất lượng điện áp

Bề rộng vùng cho phép phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt phụ thuộc vào yêu cầu củaphụ tải Vùng cho phép càng hẹp thì mức chi phí càng lớn vì yêu cầu tự động điều khiển càng cao Các chỉ tiêu về chất lượng điện như độ đối xứng, độ hình sin …phải luôn nằm trong giới hạn xác định, đảm bảo để các hộ dùng điện có thể hoạt động hiệu quả nhất [Trần Quang Khánh, giáo trình ccđ ]

1.3 Tình hình cung cấp điện hiện tại trên địa bàn Điện lực Cẩm Lệ:

Điện lực Cẩm Lệ (tiền thân là chi nhánh điện khu vực 4 được thành lập năm

và chính thức đổi tên thành Điện lực Cẩm Lệ năm ) là một trong năm Điện lực trựcthuộc Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng, được giao nhiệm vụ cung cấp điệnphục vụ nhu cầu phát triển kinh tế xã hội và đời sống nhân dân trên địa bàn quận Cẩm

Lệ và huyện Hòa Vang

Lưới điện phân phối 22kV Điện lực Cẩm Lệ được cung cấp điện từ hai TBA 110kVCầu Đỏ (E12) gồm 4 xuất tuyến, TBA 110kV Liên Trì (E11) gồm 1 xuất tuyến

- Xuất tuyến 472-E11: Cung cấp điện cho phường Khuê Trung

- Xuất tuyến 471-E12 : Cung cấp điện cho phường Hòa Phát; các xã Hòa Nhơn,Hòa Phong, Hòa Phú, Hòa Khương

- Xuất tuyến 473-E12: Cung cấp điện cho phường Hòa Thọ Đông

- Xuất tuyến 475-E12: Cung cấp điện cho phường Hòa Thọ Tây

- Xuất tuyến 477-E12: Cung cấp điện cho phường Hòa Xuân, các xã Hòa Tiến, HòaChâu, Hòa Phước

Khối lượng quản lý lưới điện :

Đường dây trung thế 22kV : 176,385 km

Trong đó:

- Đường dây trên không :

+ XT 471-E12 dài 87.261 mét gồm các loại dây : A70 ; A185 ; AC35 ;AC50 ; AC70 ; AC95 ; AC120 ; AV70 ; AV95 ; AV120 ; AV150 ; AV185 ;AV240 ; M22 ; M38 ; MV38 ; MV50

+ XT 473-E12 dài 17.267 mét gồm các loại dây : AC120 ; AC240 ;AV70 AV120 ; AV150 ; AV185 ; AV240 ; M22 ; MV38

+ XT 475-E12 dài 11.778 mét gồm các loại dây : AC50 ; AC95 ;AC240 ; AV50 ; AV70 ; AV120 ; AV150 ; AV185 ; AV240 ; MV38 ; MV48

+ XT 477-E12 dài 48.988 mét gồm có các loại dây : AC35 ; AC50 ;AC70 AC95 ; AC120 ; AV50 ; AV70 ; AV95 ; AV120 ; AV240 ; M38 ; M48 ;MV35 ; MV38

+ XT 472-E11 dài 3.560 mét gồm các loại dây : AV95 ; AV120 ;AV185 ; AV240

- Đường dây cáp ngầm :

+ XT 471-E12 dài 633 mét gồm các loại dây : M(3x50) ; M(3x185)

+ XT 473-E12 dài 2.184 mét gồm các loại dây : M(3x50) ; M(3x70) ; M(3x95) ; M (3x120) ; A(1x 240) ; A(1x300).

+ XT 475-E12 dài 622 mét gồm các loại dây : MV(3x35) ; M(3x50) ; A(1x 240)

+ XT 477-E12 dài 2.874 mét gồm có các loại dây : M(3x38) ; M(3x50) ;M(3x70) ; M(3x95) ; M (3x120) ; M (3x185) ; MV(1x 240) ; A(1x300)

+ XT 472-E11 dài 1.118 mét gồm các loại dây : M(3x35) ; M(3x50) ;M(3x70) ; M (3x120) ; A(3x95) ; A(1x300)

Đường dây hạ thế 0,4kV : 459,563 km

Số lượng TBA phân phối: 352 trạm với tổng dung lượng: 140,985 MVA

Số lượng khách hàng sử dụng điện là 45.510 khách hàng Trong đó 41.987 kháchhàng sinh hoạt, 3.326 khách hàng ngoài mục đích sinh hoạt không TBA, 197 kháchhàng ngoài mục đích sinh hoạt có TBA

Kết quả thực hiện chỉ tiêu kinh doanh điện năm 2012:

- Điện thương phẩm: 256.409.029 kWh, đạt 98,98% kế hoạch giao và tăng 17,91

% so với năm 2011

- Giá bán điện bình quân: 1.367,5 đồng/kWh, tăng 12,82 đồng so với kế hoạchgiao và tăng 135,61 đồng so với năm 2011

- Doanh thu tiền điện 245,678 tỷ đồng, tăng 37,525 % so với năm 2011

- Tỷ lệ thu tiền điện k%: đạt 99% vượt 1% so với kế hoạch giao và vượt 0,12% sovới năm 2011

- Tỷ lệ tổn thất điện năng 3,81 % tăng 0,41% so với kế hoạch và tăng 0,42% sovới năm 2011

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEPT LÀM CÔNG CỤ HỖ TRỢ DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN TÁI CẤU

TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Như đã biết, các thiết bị điện từ khi làm việc sẽ tiêu thụ từ lưới một dòng điện bao gồmcác thành phần: phụ tải, tổn thất, dòng điện tản (dòng rò) và dòng từ hoá Tức là cùng với việc tiêu thụ một lượng công suất tác dụng để sinh công, các thiết bị điện còn tiêu thụ một lượng công suất phản kháng Lượng công suất phản kháng mà các thiết bị điện

tiêu thụ phụ thuộc vào đặc tính của chúng, các động cơ không đồng bộ, máy biến áp vv… là những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng Theo số liệu thống kê, thì lượng công suất phản kháng do động cơ không đồng bộ tiêu thụ chiếm tỷ trọng lớn nhất ( khoảng 6575%), tiếp theo là máy biến áp khoảng 1520% và các đường dây 58%

Mức độ tiêu thụ công suất phản kháng được đánh giá bởi hệ số công suất, mà được xácđịnh bởi tỷ số giữa công suất tác dụng (P) và công suất biểu kiến (S) cos =P/S.P/S

P

3Trong thực tế vận hành giá trị cos thường được xác định theo công thức:

Trong đó:

Ar , Ax - điện năng tác dụng và phản kháng trên thanh cái trạm biến áp

P – công suất tác dụng

Để thuận tiện cho việc phân tích và tính toán, đôi khi người ta thường dùng khái niệm

hệ số tg thay cho hệ số cos , đó là tỷ lệ giữa công suất phản kháng và công suất tác dụng: tg =P/S Q/P Tuy nhiên hệ số tg chỉ áp dụng trong các bước tính trung gian, kết

quả cuối cùng lại được chuyển về hệ số cos tương ứng.

Khi cos của thiết bị điện càng lớn, tức là mức độ tiêu thụ công suất phản kháng càng

bé, vì vậy làm cho mức độ yêu cầu về Q từ lưới ít, nó góp phần cải thiện chế độ làm việc của lưới Hệ số cos của các hộ tiêu thụ lại phụ thuộc vào chế độ làm việc của cácphụ tải điện Khi hệ số cos thấp sẽ dẫn đến sự tăng công suất phản kháng, sự truyền tải công suất phản kháng trong mạng điện làm giảm sút các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của mạng điện như:

2.1 Tổn thất điện áp

Tổn thất điện áp là một đại lượng véctơ phức tạp (véctơ phức) U. =P/S U + jU Tronglưới cung cấp điện, người ta chỉ quan tâm đến trị số của tổn thất điện áp, trị số này có

Tổn thất điện áp (thành phần thực) là do công suất tác dụng gây trên điện trở R và côngsuất phản kháng gây trên X

U =P/S

đm

U

X Q R

a Đường dây 1 phụ tải:

1A

S.1

S.1=P/S P1+jQ1

ZA1

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây 1 phụ tải

Trên sơ đồ thay thế , để tính tổn thất điện áp theo (2.1) cần biến đổi công suất dạng S

UA1 =P/S

đm

A A

U

X Q R

P1. 1  1. 1

(2.2)Trong đó ZA1 =P/S RA1 + jXA1 =P/S r0.lA1 + jx0.lA1

b Đường dây có n phụ tải

Với đường dây liên thông cấp điện cho 3 phụ tải, tổn thất điện áp bằng tổn thất trên 3 đường dây

U =P/S Umax =P/S UA123 =P/S UA1 + U12 + U13

1A

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý và thay thế đường dây liên thông cấp điện cho 3 phụ tải

Với lưới điện trung áp và hạ áp, để tính toán gần đúng điện áp cho phép coi điện áp tại mọi điểm trên đường dây bằng Uđm và cho phép coi dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây bằng công suất phụ tải, nghĩa là cho phép bỏ qua tổn thất điện áp và tổn thấtcông suất trên các đoạn đường sau khi tính tổn thất trên đoạn đường dây trước Ví dụ

khi tính toán đoạn 1-2, lẽ ra công suất chạy trên đoạn 1-2 bao gồm phụ tải 2,3 ( .

2

S ,S.3 )

và tổn thất công suất trên đoạn 2-3, nhưng cho phép bỏ qua lượng tổn thất này:

12

S =P/S .

2

S +S.3Căn cứ vào công thức (2.1) và các lượng công suất chạy trên các đoạn xác định được tổn thất điện áp trên các đoạn như sau :

U23 =P/S

đm

U

X Q R

U

X Q Q Q R

P P

P1 2 3) 1 ( 1 2 3) 1

(2.5)

Từ đây xác định được tổn thất điện áp trên toàn bộ tuyến dây:

U =P/S UA123

=P/S

đm

A A

U

X Q Q Q R P

ij

U

X Q R

P

Trong đó: n : số đoạn đường dây

Pij, Qij : công suất tác dụng và phản kháng chạy trên các đoạn đường dây ij

c Đường dây phân nhánh

Trên lưới cung cấp điện nhiều khi gặp đường dây phân nhánh, nghĩa là đến nút nào đó

rẽ ra thành 2,3 tuyến theo hướng khác nhau Để kiểm tra tổn thất điện áp trên đườngdây phân nhánh cần lưu ý rằng : tổn thất điện áp là tổn thất trên từng tuyến dây kể từnguồn đến điểm nút xa nhất của tuyến Ví dụ với phân nhánh trên hình 2.4, cần kiểmtra U theo tuyến dây: tuyến A12 và tuyến A13, tuyến có trị số U lớn phải nhỏ hơn

Ucp

Hình 2.4 Đường dây phân nhánh

Umax =P/S MAX 

A A

U U

 Ucp

2.2 Tổn thất công suất

2.2.1 Tổn thất công suất trên đường dây

Tổn thất công suất trên đường dây là một đại lượng phức

Trong đó: P : tổn thất công suất tác dụng do phát nóng trên điện trở đường dây

Q : tổn thất công suất phản kháng do từ hóa đường dây

Tổn thất công suất trên đường dây được xác định theo biểu thức

a Đường dây một phụ tải:

Xét lại sơ đồ nguyên lý và thay thế như hình 2.2

Với đường dây 1 phụ tải thì công suất chạy qua tổng trở Z12 chính là phụ tải S1 Vậytheo 2.8 thì tổn thất công suất trên đường dây là:

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây cấp điện cho 2 phụ tải

Cũng tương tự như tính U, khi tính gần đúng S. coi điện áp các điểm bằng Uđm vàcoi công suất gây S. trên các đoạn chỉ là công suất tải (bỏ qua S. của đoạn sau) S.  =P/S S. A12 =P/S S. A1 + S. 12 (2.10)

S.  =P/S 2

2 2 1

2 2

ZA1 + 2

2 2

2

đm

n

ij ij

U

Z S

 =P/S

2 1

U

Z Q P

(2.12)

Trong đó:

n: số đường dây hoặc số phụ tải

Sij,Pij, Qij : công suất S,P,Q chạy trên đoạn đường dây ij

Zij : tổng trở của đoạn đường dây ij

Uđm: điện áp định mức của đường dây

2.2.2 Tổn thất công suất trong máy biến áp:

a/ MBA 2 cuộn dây:

Có thể phân tổn thất công suất trong các máy biến áp thành 2 phần: phụ thuộc vàkhông phụ thuộc vào phụ tải

Thành phần không phụ thuộc vào phụ tải là tổn thất trong lõi thép của máy biến áp haycòn gọi là tổn thất không tải Tổn thất không tải không phụ thuộc vào công suất tải quamáy biến áp, nó chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của máy biến áp Tổn thất không tải đượcxác định theo các số liệu kỹ thuật của biến áp :

I0 : Dòng điện không tải tính theo phần trăm,

P0 : Tổn thất công suất tác dụng không tải (tra trong bảng lý lịch MBA)

Q0 : Tổn thất công suất phản kháng không tải

Thành phần phụ thuộc vào công suất tải qua MBA hay gọi là tổn thất đồng, được xácđịnh theo biểu thức sau:

Pcu =P/S 3I2Rb =P/S R b

U

Q P

2

2 2

2

2 2

100

2

(2.14b)Trong đó:

S: công suất tải của MBA

Sđm : công suất định mức của MBA

Nếu tính theo công suất phía hạ áp MBA thì thay S’’b và U2 vào (2.14a và 2.14b) còn

Zb được tính theo U2 Ngược lại nếu tính theo công suất phía cao áp thì thay S’b và U1

vào (2.14a và 2.14b) còn Zb tính theo U1

1 Sb S’b Zb S”b 2

P + jQ

S0 =P/S P0 + j Q0

Hình 2.6 Sơ đồ thay thế MBA hai cuộn dây

Trong trường hợp có n MBA giống nhau làm việc song song tổn thất công suất trong n MBA bằng :

b/MBA 3 cuộn dây:

- Tổn thất không tải trong MBA 3 dây quấn hay MBA tự ngẫu cũng được xác định theo

số liệu kỹ thuật của MBA

- Tổn thất tải trong các cuộn dây xác định theo công suất qua mỗi cuộn

Từ sơ đồ thay thế MBA 3 cuộn dây hình 2.7 Nếu tổng trở các cuộn dây đều quy đổi vềphía cao áp thì tổn thất công suất trong các cuộn dây là:

Z U

Scu2 =P/S 2

2

1

'' 2

B

Z U

Scu1 =P/S 1

2

1

'' 1

B

Z U

U1 : Điện áp phía cao áp

Trong thực tế rất ít khi có thể biểu diễn được P bằng một hàm thời gian (H 4.19), chỉ

có thể tính tổn thất điện năng bằng phương pháp gần đúng Để tính gần đúng A người

ta dựa vào đại lượng : thời gian tổn thất công suất lớn nhất  (h)

Với là thời gian nếu hệ thống cung cấp điện chỉ truyền tải công suất lớn nhất thì sẽgây ra một lượng tổn thất điện năng đúng bằng lượng tổn thất điện năng gây ra trongthực tế 1 năm

Vì chỉ truyền tải công suất lớn nhất, sẽ có tổn thất công suất lớn nhất Từ định nghĩa 

có thể viết :

 được xác định gần đúng theo Tmax theo biểu thức:

 =P/S (0,124 + 10-4Tmax)2 8760 (h) (2.23)

2.3.1 Tổn thất điện năng trên đường dây

a/ Đường dây 1 phụ tải

Xét lại sơ đồ nguyên lý và thay thế như hình 2.2

Để tính Pmax cần lưu ý là phụ tải tính toán chính là phụ tải cực đại, tổn thất công suất tính theo phụ tải tính toán là tổn thất công suất cực đại

Với mục đích xác định tổn thất điện năng trên đường dây chỉ cần thay thế bằng điện trở

R

Từ trị số Tmax1 của phụ tải S1 tính được trị số  theo biểu thức (2.23)

Tổn thất công suất tác dụng lớn nhất trên đường dây A1

PA1 =P/S 2

2 1

b/ Đường dây có n phụ tải

với đường dây n phụ tải, P vẫn tính theo (2.12) vớiđồ thay thế là điện trở các đoạn đường dây, còn  vẫn được tính theo (2.23)

Với Tmax là Tmax trung bình của các phụ tải

Tmaxtb =P/S





n i

n

i i

S

T S

Tmaxi : Tmax của phụ tải thứ i

n : số phụ tải trên đường dây

tb =P/S (0,124 + 10-4Tmaxtb)2 8760 (2.27)Khi đó : A =P/S P tb (2.28)

2.3.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp

Tổn thất điện năng trong máy biến áp gồm hai thành phần:

- Thành phần không phụ thuộc vào phụ tải được xác định theo thời gian làm việc của MBA

- Thành phần phụ thuộc vào phụ tải được xác định theo thời gian tổn thất công cuất cựcđại 

Tổn thất điện năng trong máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây trong quá trình vận hành được xác định theo biểu thức sau:

AB =P/S P0.Tb + Pmax =P/S P0.Tb + Pn 2

2 max

- Tb : là thời gian vận hành năm của MBA  8500-8760h

- Smax : công suất cực đại đi qua MBA theo biểu đồ phụ tải

- Sđm : công suất định mức của MBA

- P0, Pn: tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của MBA

Khi có n máy biến áp làm việc song song tổn thất điện năng trong chúng sẽ là:

A =P/S nP0.t + 2

2 max

đm

n

S

S n

P



Trường hợp có đồ thị phụ tải hình bậc thang gồm m bậc,tổn thất điện năng trong MBA

3 pha 2 dây quấn được xác định theo biểu thức sau:

S

S n

Biện pháp quản lý kỹ thuật - vận hành

- Tối ưu hóa các chế độ vận hành lưới điện

- Tăng dung lượng các máy biến áp chịu tải nặng, quá tải, lựa chọn các máy biến áp tỷ

lệ tổn thất thất thấp, lõi thép làm bằng vật liệu thép tốt, lắp đặt các máy biến áp 1 pha

- Một số các biện pháp kỹ thuật cần thực hiện trong giai đoạn thiết kế-quy hoạch hoặccải tạo, đầu tư xây dựng công trình

Tuy nhiên, các biện pháp kỹ thuật áp dụng trong quá trình vận hành lại là các biện phápthiết thực và hiệu quả nhất và thường gặp nhiều khó khăn Chẳng hạn, phụ tải có đặcđiểm biến động theo thời gian và tăng lên theo khu vực, do đó dung lượng thiết bị bù

công suất phản khâng tại câc nút sẽ luôn thay đổi chứ không bất biến Do vậy cần phảixâc định lại câc vị trí lắp đặt vă điều chỉnh lượng công suất bù trín lưới điện khi cầnthiết Với vị trí lắp đặt vă lượng công suất bù tối ưu, có thể giảm từ 5% đến 20% mứctổn thất điện năng Vận hănh không đối xứng ảnh hưởng đến tỷ lệ tổn thất nhưng việcxâc định vă phđn tích câc phương ân vận hănh tìm ra phương ân tối ưu rất khó khăn.

2.5 Bù công suất phản khâng trong lưới điện phđn phối

Như trín đê nói lưới điện Việt Nam vă nhất lă lưới phđn phối tăng trưởng quâ nhanhcủa nhu cầu công suất Tổn thất tổng trong lưới phđn phối rất lớn.Về nguyín tắc toăn

bộ công suất nguồn đều phải qua LPP trước khi cung cấp cho phụ tải Do đó giảm đượcmột văi phần trăm tổn thất nhờ những phương phâp phổ cập sẽ đem lại hiệu quả kinh tếlớn Về phương diện vận hănh lưới điện phđn phối thì vấn đề bù công suất phản khângvẫn lă nội dung có ý nghĩa lớn

2.5.1 Công suất phản khâng

Công suất phản khâng do phụ tải yíu cầu mang thuộc tính cảm, để sinh ra từ trườngcần thiết cho quâ trình chuyển đổi điện năng, Từ trường xoay chiều cần một điện năngdao động đó lă công suất phản khâng có tính cảm Q Điện năng của từ trường dao độngdưới dạng dòng điện, khi đi trín dđy dẫn nó gđy tổn thất điện năng vă tổn thất điện âpkhông lợi cho lưới điện

Q-QC

Nguồn ñieôn

Qpt

QC

Hình 2.9 Vị trí đặt tụ bù công suất phản khâng

Muốn giảm được tổn thất điện năng vă tổn thất điện âp do từ trường gđy ra người ta đặt

tụ điện ngay sât vùng từ trường hình 2.9 Tụ điện gđy ra điện trường xoay chiều, điệntrường cũng cần một điện năng dao động - công suất phản khâng dung tính QC , nhưngngược về pha so với từ trường Khi từ trường phât năng lượng thì điện trường nhận văo

và ngược lại Nhờ đặc tính này mà khi đặt cạnh nhau điện trường và từ trường tạomạch dao động, năng lượng của chúng truyền quan lại cho nhau, chỉ có phần thừa ra Q-

QC (dù điện cảm hay điện dung) mới đi về nguồn điện Nhờ vậy dòng công suất phảnkháng giảm đi Công suất phản kháng dung tính đi về nguồn cũng gây tổn thất điệnnăng như công suất phản kháng cảm tính, nhưng về điện áp thì nó làm tăng điện áp ởnút tải so với nguồn (tổn thất điện áp âm) Vì thế khi đặt bù cũng phải tránh không gâyquá bù (QC>Q)

2.5.2 Các phương pháp bù

2.5.2.1 Bù song song (Bù ngang)

Tụ bù ngang được kết nối song song trong hệ thống và được sử dụng chủ yếu để cảihiện hệ số công suất nhằm làm giảm công suất phản kháng truyền tải từ đó làm giảmtổn thất trên đường dây Bù song song cũng có tác dụng làm tăng điện áp của trụcchính nghĩa là giảm tổn thất điện áp, đồng thời lọc sóng hài

2.5.2.2 Bù nối tiếp (Bù dọc)

Tụ điện bù dọc được mắc nối tiếp đường dây nhằm làm giảm điện kháng của đườngdây và được sử dụng chủ yếu để tăng điện áp cuối đường dây, tức là làm giảm tồn thấtđiện áp Nó cũng cải thiện hệ số công suất đầu đường dây Thực tế lưới phân phối ítdùng

2.5.3 Phương thức bù công suất phản kháng

Bù công suất phản kháng mang lại 2 lợi ích: giảm tổn thất điện năng và cải thiện điện

áp, chi phí vận hành không đáng kể

Trong lưới phân phối có thể có 3 loại bù công suất phản kháng:

- Bù kỹ thuật để nâng cao điện áp Do thiếu công suất phản kháng, điện áp sẽ thấp Nếucông suất phản kháng nguồn thiếu thì bù công suất phản kháng là một giải pháp nângcao điện áp, cạnh tranh với các biện pháp khác như tăng tiết diện dây, điều áp dưới tải

- Bù kinh tế để giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng

- Trong lưới xí nghiệp phải bù cưỡng bức để đảm bảo cos  theo yêu cầu Bù nàykhơng phải do điện áp thấp hay tổn thất điện năng cao mà do yêu cầu từ hệ thống điện.Tuy nhiên lợi ích kéo theo là giảm tổn thất điện năng và cải thiện điện áp.

Bù kinh tế là để lấy lợi, nếu lợi thu được do bù lớn hơn chi phí đặt bù thì bù sẽ đượcthực hiện

Cĩ 2 cách đặt bù:

Cách 1: Bù tập trung tại một số điểm trên trục chính lưới trung áp

Cách 2: Bù phân tán ở các trạm phân phối hạ áp

Bù theo cách 1, trên 1 trục chính chỉ đặt 1 đến 3 trạm tụ bù (hình 2.10) Cơng suất bù

cĩ thể lớn, dễ thực hiện điều khiển các loại Dùng tụ trung áp nên giá thành đơn vị bù

rẻ và cơng suất đơn vị lớn Việc quản lý và vận hành dễ dàng

Qb

Qb Đường trục trung áp

Máy biến áp phụ tải

Bù tập trung

Bù phân tán

Hình 2.10 Sơ đờ bù tập trung và phân tán

Bù theo cách 2 giảm được tổn thất cơng suất và tổn thất điện năng nhiều hơn vì bù sâuhơn Nhưng do bù quá gần phụ tải nên nguy cơ cộng hưởng và tự kích thích ở phụ tảicao Để giảm nguy cơ này phải hạn chế cơng suất bù sao cho ở chế độ cực tiểu cơngsuất bù khơng lớn hơn yêu cầu của phụ tải Giá thành đơn vị bù cao hơn tập trung.Trong thực tế cĩ thể dùng kết hợp cả 2 cách

3 Phân tích ảnh hưởng của tụ bù đến tổn thất cơng suất tác dụng và tổn thất điện năng của lưới phân phối trong các trường hợp đơn giản nhất

a/ Lưới phân phối cĩ một phụ tải

Xét lưới phân phối như trên hình (2.11a) 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), đồthị kéo dài của công suất phản kháng sau khi bù là:

qb(t) =P/S q(t) - Qb

Trên hình 2 b : qb1(t) ứng với Qb =P/S Qmin

Trên hình 2 c : qb2(t) ứng với Qb =P/S Qmax

Trên hình 2 d : qb3(t) ứng với Qb =P/S Qtb (CSPK trung bình)

Qb [kVAr]a/

+ Công suất phản kháng đến tải

- Công suất phản kháng đi về nguồn

Hình 2.11 Sơ đồ lưới phân phối có 1 phụ tải

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

P1 =P/S R

U

t q

2

2 ) (

U là điện áp định mức của lưới điện

Tổn thất công suất sau khi bù :

P2 =P/S R

U

Q t

2

2])(

U

Q Q t q t

2

2

2 2 ( ))

2

2)

(2.32*)Lợi ích do giảm tổn thất công suất tác dụng chỉ có ý nghĩa ở chế độ max của hệ thốngkhi mà nguồn công suất tác dụng bị căng thẳng, giả thiết tổn thất công suất max củalưới điện trùng với max hệ thống, lúc đó q(t) =P/S Qmax và :

U

Q Q

2

2 max

(2 33)

 DP sẽ lớn nhất khi Qb =P/S Qmax

2] .).

T

b b

U

TQ Q

Q

2

2

=P/S . . [2.2 ]

U

Q Q Q

K Q R

Không được lạm dụng sự tăng công suất bù vì như vậy lợi ích do bù sẽ lại giảm

b/ Lưới điện phân phối có phụ tải phân bố đều trên trục chính

Xét lưới điện phân phối trên hình 2.12a

Trong trường hợp này đặt vấn đề là địa điểm đặt bù nên ở đâu để hiệu quả bù là lớnnhất Còn vấn đề công suất bù đã được giải quyết ở phần trên và vẫn đúng cho trường

Hình 2.12 Sơ đồ lưới điện có một phụ tải phân bố đều trên trục chính

Giả thiết rằng chỉ đặt bù tại 1 điểm và phải tìm điểm đặt tụ bù tối ưu sao cho với côngsuất bù nhỏ nhất đạt hiệu quả lớn nhất

Ta xét chế độ max:

Tổn thất công suất tác dụng trước khi bù là:

P1 =P/S r0.q02.L3/(3.U2)

Ta đặt bù sao cho công suất phản kháng QN từ nguồn cấp cho đoạn lx (đoạn 0B) còn tụ

bù công suất phản kháng Qb cho đoạn còn lại là L - lx (đoạn BA hình 2.12b)

QN =P/S lx.q0

Qb =P/S (L - lx).q0

Sẽ dễ dàng nhận thấy rằng muốn cho tổn thất công suất và tổn thất điện năng sau khi

bù là nhỏ nhất thì trạm bù phải đặt ở chính giữa đoạn L-lx, công suất phản kháng của tụ

sẽ chia đều ở 2 phía, mỗi phía có độ dài (L-lx)/2 và công suất phản kháng Qb/2 (hình2.12b) Vị trí đặt bù sẽ là :

=P/S 2

2 0 0.3

U

q r

[lx3 + (L-lx)3/4]

Độ giảm tổn thất công suất do bù là:

P =P/S P1 + P2 =P/S r0.q02.L3/(3.U2) - 2

2 0 0.3

U

q r

[3.lx2 - 3(L-lx)2 =P/S 0

lxop =P/S L/3

Từ đây ta có vị trí bù tối ưu lbop =P/S 2.L/3

Như vậy muốn độ giảm tổn thất công suất tác dụng do bù lớn nhất, nguồn điện phảicung cấp công suất phản kháng cho 1/3 độ dài lưới điện, tụ bù cung cấp công suất phảnkháng cho 2/3 còn lại và đặt ở vị trí cách đầu lưới điện 2/3L Từ đây cũng tính đượccông suất bù tối ưu là 2/3 công suất phản kháng yêu cầu

Để có độ giảm tổn thất điện năng lớn nhất vẫn phải đặt bù tại 2/3L nhưng công suất bùtối ưu là 2/3 công suất phản kháng trung bình Trong lưới điện phức tạp vị trí bù tối ưu

có thể xê dịch một chút so với lưới điện đơn giản xét ở đây

Hai trường hợp đơn giản trên đây cho thấy rõ về khái niệm như: Độ giảm tổn thất côngsuất tác dụng , độ giảm tổn thất điện năng do bù, công suất bù tối ưu theo các điều kiệngiảm tổn thất công suất tác dụng, giảm tổn thất điện năng, vị trí đặt bù cũng như điềukiện cần thiết để giải bài toán bù

2.5 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT

Tháng 04-2004 hãng Shaw Power Technologies đã cho ra đời phiên bản phần mềmPSS/ADEPT 5.0 (Power system simular/Advanced Distribution Engineeringproductivity Tool) là phần mềm tiện ích mô phỏng hệ thống điện và là công cụ tínhtoán, phân tích lưới điện phân phối với qui mô số lượng nút không hạn chế và hiện