Vận hành tối ưu lưới điện 22 kv công ty điện lực gia định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - NGUYỄN VIỆT NHÂN VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN 22 kV CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - NGUYỄN VIỆT NHÂN VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN 22 kV CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS HUỲNH CHÂU DUY TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Huỳnh Châu Duy (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 19 tháng 11 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ tên Chức danh Hội đồng PGS TS Dương Hoài Nghĩa Chủ tịch PGS TS Lê Minh Phương Phản biện PGS TS Nguyễn Thanh Phương Phản biện PGS TS Quyền Huy Ánh TS Nguyễn Minh Tâm Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV PGS TS Dương Hồi Nghĩa TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độ c lập – Tự – Hạnh phúc Tp.HCM, ngày tháng năm 20 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Việt Nhân Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh:16/01/1970; Nơi sinh: TpHCM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: I- Tên đề tài: VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN 22 kV - CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA ĐỊNH II- Nhiệm vụ nội dung: - Nghiên cứu sở lý thuyết vận hành lưới điện phân phối - Nghiên cứu đề xuất giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối - Nghiên cứu trạng lưới điện phân phối 22kV Công ty Điện lực Gia Định - Nghiên cứu áp dụng đề xuất vận hành tối ưu cho lưới điện phân phối 22kV Công ty Điện lực Gia Định III- Ngày giao nhiệm vụ: 15/02/2017 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/09/2017 V- Cán hướng dẫn: PGS TS HUỲNH CHÂU DUY CÁN BỘ HUỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) PGS TS Huỳnh Châu Duy PGS TS Nguyễn Thanh Phương i LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết đạt Luận văn trung thực chưa công bố Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn tài liệu tham khảo Luận văn trích dẫn đầy đủ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Nguyễn Việt Nhân LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS TS Huỳnh Châu Duy tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành đầy đủ tốt nhiệm vụ giao đề tài luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trang bị cho tơi nhiều kiến thức q báu q trình học tập làm tảng cho tơi hồn thành tốt đề tài luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Lớp 15SMĐ21 động viên giúp đỡ tơi q trình thực đề tài luận văn Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Công nghệ Tp HCM; Khoa Cơ - Điện - Điện tử; Viện Đào tạo sau Đại học Công ty Điện lực Gia Định - Tổng Công ty Điện lực Tp HCM nơi công tác tạo điều kiện tốt cho hồn thành khóa học đề tài luận văn tốt nghiệp Học viên thực Luận văn Nguyễn Việt Nhân TÓM TẮT Luận văn thực nghiên cứu vấn đề liên quan đến, "Vận hành tối ưu lưới điện 22 kV - Công ty Điện lực Gia Định" mà bao gồm nội dung sau: - Chương 1: Giới thiệu - Chương 2: Tổng quan toán vận hành lưới điện phân phối - Chương 3: Nghiên cứu giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối - Chương 4: Áp dụng giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối 22 kV - Công ty Điện lực Gia Định - Chương 5: Kết luận hướng phát triển tương lai ABSTRACT The thesis presents issues relating to "Optimal operation of Gia Dinh delivery power system, 22 kV" It consists of the following contents: - Chapter 1: Introduction - Chapter 2: Overview of operation of a delivery power system, 22 kV - Chapter 3: Solutions of optimal operation of a delivery power system, 22 kV - Chapter 4: Applying of optimal operation solutions for Gia Dinh delivery power system, 22 kV - Chapter 5: Conclusions and future works MỤC LỤC LỜI CAM ÐOAN i LỜI CÁM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH xii Chương .1 GIỚI THIỆU .1 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.5.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.6 Bố cục luận văn 1.7 Kết luận Chương .8 TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1 Đặc điểm hệ thống điện .8 2.2 Đặc điểm lưới điện phân phối 2.3 Vận hành hệ thống điện 2.3.1 Nhiệm vụ vận hành hệ thống điện .9 2.3.2 Các mục tiêu vận hành hệ thống điện 10 2.4 Cơ sở lý thuyết tính tốn hệ thống điện 10 2.5 Giải tích mạng điện phương pháp lặp Gauss – Seidel 11 2.5.1 Phương pháp lặp Gauss – Seidel .11 2.5.2 Giải tốn phân bố cơng suất phương pháp lặp Gauss – Seidel 11 2.6 Giải tích mạng điện phương pháp lặp Newton - Raphson 14 95 f) Trạm công cộng Nam Hải với MBA pha Hình 4.1 Các trạm cơng cộng MBA pha điển hình có tuổi thọ nhiều 15 năm Bảng 4.55 Phân tích giải pháp giảm tổn thất điện trạm công cộng việc TT Tổn g thay máy biếnTổn áp cũ Tổn có tuổi Tổnthọ Tổn 15 năm hao hao hao hao Gam khôn đồn khôn đồn Giảm công MB g tải g tải g g suất tổn A Tổng P P Pn Pn hao P MB o o thay (kVA) (W) (W) (W) (W) A (W) (kV MBA cũ o (trước A) Đề xuất 2000) (412 6)1 16 50 800 140 741 108 570 512 1.96 1.40 284 100 28.400 290 207 23.572 5.46 4.20 199 400 79.600 585 450 26.865 0 5.11 4.81 10 560 5.600 720 580 1.400 7.79 5.57 630 2.520 1.101 787 1.256 8.55 1.000 2.000 980 118.92 53.60 515 Giảm tổn hao P (W) n (57)1 2.736 159.32 250.74 3.030 8.912 424.74 96 Khi ấy, tổn thất điện trạm công cộng giảm sau: + Tổn hao không tải: ∆Po = 53.605 (W) + Tổng tổn hao điện không tải năm: ∆Ao (năm) = 53.605 (W)  365 (ngày)  24 (h) = 469.579.800 (Wh/năm) + Tổn hao đồng: ∆Pn = 424.742 (W) + Tổng tổn hao điện đồng năm: 97 ∆An (năm) = kpt  Tmax  ∆Pn ∆An (năm) = 0,57  6.900 (h)  424.742 (W) = 952.190.863,02 (Wh/năm) + Tổng tổn hao điện năm: ∆A (năm) = 469.579.800 + 952.190.863,02 = 1.421.770.663,02 (Wh/năm) + Giá điện tính cho trạm cơng cộng: 2.050 (Giá bán điện bình qn Cơng ty Điện lực Gia Định) (đồng/kWh) + Tổng số tiền tiết kiệm được: 3.206.091.000 (đồng/năm) ~ 3,2 tỷ (đồng/năm) + Tổng tổn thất điện chung có bao gồm trạm cơng cộng (dự kiến): triệu kWh/năm (giảm 0,2%/năm) + Vì vậy, lượng giảm tổn thất tương ứng với giải pháp thay MBA cũ là 1,421 triệu kWh/năm, tương đương lượng giảm tổn thất chung gần 0,1% Nhận thấy rằng, giải pháp kỹ thuật cho phép giảm tổn thất điện trạm công cộng, Công ty Điện lực Gia Định bắt đầu triển khai giải pháp cụ thể số trạm công cộng MBA pha sau: Hình 4.2 Trạm cơng cộng Bình Lợi với MBA pha thay theo đề xuất b Cải tạo dần trạm tổ hợp máy pha thành máy pha Đề xuất cải tạo dần trạm tổ hợp máy pha thành máy pha trạm biến áp có tuổi thọ nhiều 10 năm nhằm giảm tổn thất Cụ thể sau: Bảng 4.56 Phân tích giải pháp giảm tổn thất điện trạm công cộng việc cải tạo trạm tổ hợp máy pha thành máy pha có tuổi thọ 10 năm Cơ M Số ng I ức I T m suấ P o P n đ ma độ áy t (k (k m x ma co ma T Tên ( bi má x T W W A ( ng sφ (gi max trạm y ến A tải ) ) ờ) ) th (k ) (% ế VA ) ) 1-Trạm biến 300 kVA (3 Máy biến pha 100 kVA) BINH 0,3 80, 0, 47 31 100 1,3 LOI 3/1 73 89 84 2-Trạm biến 320 kVA (1 Máy biến pha 320 kVA) THAY 0,6 3,4 75, 0, 47 31 320 MỚI 69 89 84 Điện ∆A t tổn (k thất ( Wh % chênh ) ) lệch (KWh/ năm) 167 1, 66 81 4867 118 1, 99 28 3-Trạm biến 225 kVA (3 Máy biến pha 75 kVA) THANH 0,2 70, 0, 60 46 3 75 1,1 TAM 3 74 29 28 4-Trạm biến 250 kVA (1 Máy biến pha 250 kVA) THAY 0,5 2,8 63, 0, 60 46 250 MỚI 66 29 28 5-Trạm biến 150 kVA (3 Máy biến pha 50 kVA) VAN AN 0,1 0,6 86, 0, 53 38 50 5 7 27 86 46 6-Trạm biến 160 kVA (1 Máy biến pha 160 kVA) THAY 0,4 1,9 80, 0, 53 38 160 MỚI 88 86 46 136 1, 87 78 3435 102 1, 52 34 952 1, 71 939 858 1, 54 Do đó, hàng năm cải tạo 20 trạm biến áp, giả sử mẫu trạm  75 (kVA) thành trạm  250 (kVA) hàng năm tiết giảm 20  3435 kWh = 68700 kWh/năm (tương đương 0,00458% tổn thất chung hàng năm) Ngoài ra, việc cải tạo giúp cân pha trung áp, triệt tiêu tổn thất sóng hài bậc cao từ lưới hạ xâm nhập lưới trung làm giảm thêm tổn thất cho lưới trung áp Bảng 4.57 Chi phí thực giải pháp cải tạo trạm tổ hợp máy pha thành máy pha có tuổi thọ 10 năm dự kiến sau: Năm 2016 2017 2018 2019 2020 Số trạm/MVA 20/5MVA 20/5MVA 20/5MVA 20/5MVA 20/5MVA Tổng vốn đầu 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 tư (tỷ đồng) Trong đó: Tổng cơng suất 20 trạm  250 kVA: 20  250 kVA = 5000 kVA = MVA a) Trạm công cộng Hồng Ngọc với MBA pha b) Trạm công cộng Hồng Ngọc với MBA pha c) Trạm công cộng Bình Lợi với MBA pha d) Trạm công cộng Văn Học với MBA pha e) Trạm công cộng Xây Dựng với MBA pha Hình 4.3 Trạm cơng cộng MBA pha có tuổi thọ nhiều 10 năm Bên cạnh giả pháp thay MBA pha cũ thành MBA pha đề xuất triển khai Giải pháp thay trạm có MBA pha thành MBA pha đánh giá tính khả thi cao bước đầu Công ty Điện lực Gia Định cho triển khai cụ thể số trạm công cộng MBA pha thành MBA pha sau: Hình 4.4 Trạm công cộng Văn An với MBA pha sau thay c Xử lý trạm non tải - Thường xuyên kiểm tra xử lý trạm non tải 30% - Trong trường hợp có trạm non tải thực giải pháp xử lý sau: + Thực giảm nhỏ công suất máy biến áp + Thực hoán chuyển máy biến áp - Tính đến q 2/2016, khơng có trạm non tải 30% địa bàn quản lý Công ty Điện lực Gia Định d Xử lý trạm tải - Thường xuyên kiểm tra xử lý trạm tải 95% - Trong trường hợp có trạm q tải thực giải pháp xử lý sau: + Sử dụng tạm nguồn máy biến áp dự phòng để cấy trạm chia tải khu vực tải trầm trọng Trên địa bàn Công ty Điện lực Gia Định có Trạm Nhiêu Lộc thuộc Quận Phú Nhuận Trạm Hằng Hà thuộc Quận Bình Thạnh Vì vậy, đề xuất cấy trạm Nhiêu Lộc 8/1 công suất  75kVA chia tải cho trạm Nhiêu Lộc cấy trạm Hằng Hà 4/1 công suất  100kVA chia tải cho Hằng Hà Với giải pháp đề xuất nhằm mục đích giảm tổn thất điện cho trạm công cộng địa bàn Công ty Điện lực Gia Định mà bao gồm: + Tổ chức quản lý; + Phối hợp thay máy biến áp cũ cơng trình nâng cấp điện áp; + Cải tạo dần trạm tổ hợp máy pha thành máy pha; + Xử lý trạm non tải; + Xử lý trạm tải Kết cho thấy tổng phần trăm tổn thất điện giảm lớn 0,10458%/0,2% ~ 50% kế hoạch năm Tóm lại, với giải pháp vận hành tối ưu cho lưới điện Công ty Điện lực Gia Định đề xuất, kết đạt sau: + Tổng tổn thất điện giảm sau bù tối ưu công suất phản kháng: 308,94 (kW)  8.760 (h) = 2.706.314,4 (kWh/năm) + Tổng tổn thất điện giảm với giải pháp thay máy biến áp cũ: 1.421.000 (kWh/năm) + Tổng tổn thất điện giảm với giải pháp cải tạo dần trạm tổ hợp máy pha thành máy pha: 68.700 (kWh/năm) Vì vậy, tổng tổn thất điện giảm với giải pháp đề xuất vận hành tối ưu lưới điện Công ty Điện lực Gia Định là: 2.706.314,4 + 1.421.000 + 68.700 = 4.196.014,4 (kWh/năm) Trong đó, tổng tổn thất điện dự kiến chung cho lưới điện Công ty Điện lực Gia Định là: 3.000.000 (kWh/năm) Điều có nghĩa giải pháp vận hành tối ưu đề xuất mà áp dụng cho lưới điện Cơng ty Điện Lực Gia Định phần trăm giảm tổn thất điện vượt mục tiêu đề ra, tương ứng vượt 39,87% Tuy nhiên, cần phải nhìn nhận giải pháp đề xuất chưa xét đến vấn đề khác liên quan đến chi phí đầu tư thứ tự ưu tiên đầu tư cho đề xuất mà cần phải quan tâm Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI 5.1 Kết luận Giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối vấn đề quan trọng cấp thiết xã hội nói chung đơn vị Cơng ty Điện lực Gia Định nói riêng Đề tài “Vận hành tối ưu lưới điện 22kV - Công ty Điện lực Gia Định” thực nhằm mục đích đưa nhìn tổng quan thực trạng lưới điện thực trạng vận hành lưới điện, cụ thể lưới điện Công ty Điện lực Gia Định Trên sở đó, đề tài đề xuất giải pháp vận hành tối ưu lưới điện cho tổn thất điện lưới điện thấp Chương giới thiệu chung mục tiêu nghiên cứu tính cấp thiết toán vận hành tối ưu lưới điện phân phối 22kV Chương trình bày tổng quan vấn đề liên quan đến toán vận hành lưới điện phân phối Chương đề xuất giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối Chương áp dụng giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối cho lưới điện 22kV Công ty Điện Lực Gia Định mà dựa thực trạng lưới điện hữu chiến lược vận hành lưới điện hữu mà bao gồm: + Xác định vị trí dung lượng đặt tụ bù tối ưu; + Phối hợp thay máy biến áp cũ cơng trình nâng cấp điện áp; + Cải tạo dần trạm tổ hợp máy pha thành máy pha; + Xử lý trạm non tải; + Xử lý trạm tải Kết cho thấy tổng phần trăm tổn thất điện giảm lớn kế hoạch năm khoảng 39,87% 106 5.2 Hướng phát triển tương lai Rõ ràng giải pháp đề xuất chưa xét đến vấn đề khác liên quan đến chi phí đầu tư thứ tự ưu tiên đầu tư Các vấn đề cần phải quan tâm nghiên cứu tương lai Ngoài ra, dựa vào đề xuất vận hành tối ưu tổng thể này, chiến lược vận hành tối ưu cho lưới điện phân phối 22kV nghiên cứu cho đơn vị khác trực thuộc Tổng Công ty Điện Lực Tp Hồ Chí Minh nói riêng Tập đồn Điện lực Việt Nam nói chung 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chiến lược phát triển công nghệ Điện Lực Tập đoàn Điện Lực Việt Nam đến năm 2015 định hướng đến năm 2025 [2] Trang thông tin điện tử Hiệp hội lượng quốc tế (IEA) www.iea.org [3] A Askaradeh, “Capacitor placement in distribution systems for power loss reduction and voltage improvement: a new methodology”, IET Generation, Transmission and Distribution, pp 1-8, 2016 [4] A A A El-Ela, R A El-Sehiemy, A Kinawy and M T Mouwafi, “Optimal capacitor placement in distribution systems for power loss reduction and voltage profile improvement”, IET Generation, Transmission and Distribution, pp 12091221, 2016 [5] L M O de Queiroz and C Lyra, “A genetic approach for loss reduction in power distribution systems under variable demands”, IEEE Congress on Evolutionary Computation, pp 2691-2698, 2006 [6] L Zhang, K Zhang, G Zhang, “Power distribution system reconfiguration based genetic algorithm”, IEEE Conference, pp 80-84, 2016 [7] I Ali, M S Thomas and P Kumar, “Energy efficient reconfiguration for practical load combinations in distribution systems”, IET Generation, Transmission and Distribution, pp 1051-1060, 2015 [8] S Islam, S Juyel M Ahmed với cơng trình nghiên cứu, “Role of network reconfiguration in loss reduction in power generation and supply system”, International Conference on Electrical, Computer and Communication Engineering, pp 562-566, 2017 [9] A Arif, Z Wang, J Wang C Chen với cơng trình nghiên cứu, “Power distribution system outage management with co-optimization of repairs, reconfiguration and DG dispatch”, IEEE Transactions on Smart Grid, pp 1-10, 2016 [10] K B Freitas, C F M Toledo, A C B Delbem, “Optimal reconfiguration of electric power distribution systems using exact approach”, IEEE Conference, pp 18, 2016 108 [11] Vũ Văn Đang, "Giải pháp vận hành hiệu mạng phân phối áp dụng cho mạng phân phối 22kV Rạch Giá - Kiên Giang", Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM, 2012 [12] Nguyễn Hoàng Tỷ, "Tối ưu giải pháp vận hành cho lưới điện 22kV Tp Cà Mau", Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, 2015 [13] Đinh Thành Việt Nguyễn Hồng, “Tính tốn lựa chọn phương án kết lưới hiệu lưới điện cáp ngầm 22kV Khu du lịch Bãi Dài - Cam Ranh”, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 4, Tập 39, pp 301-306, 2010 [14] Trương Việt Anh, “Hệ chuyên gia mờ vận hành hệ thống điện phân phối”, Luận án Tiến Sĩ, Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM, 2005 [15] Ngô Văn Dưỡng Nguyễn Dương Long, “Tính tốn lựa chọn cấu trúc hợp lý cho lưới phân phối 22kV khu vực miền Trung Tây Ngun”, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, pp 1-6, 2011 [16] Trang thơng tin điện tử Tập đồn Điện lực Việt Nam, www.evn.com.vn [17] Quyết định số 428/QĐ-TTg, ngày 18 tháng năm 2016 Thủ tướng Chính phủ Phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 (Quy hoạch điện VII điều chỉnh) [18] Thông tư số 39/2015/TT-BCT Bộ Công Thương, ngày 18 tháng 11 năm 2015 Quy định hệ thống điện phân phối ... pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối - Nghiên cứu trạng lưới điện phân phối 2 2kV Công ty Điện lực Gia Định - Nghiên cứu áp dụng đề xuất vận hành tối ưu cho lưới điện phân phối 2 2kV Công ty Điện. .. cứu vận hành tối ưu lưới điện phân phối cần thiết đề xuất áp dụng cho lưới điện phân phối 22 kV - Công ty Điện lực Gia Định Đây lý cho việc chọn đề tài: Vận hành tối ưu lưới điện 22 kV - Công ty. .. toán vận hành lưới điện phân phối - Chương 3: Nghiên cứu giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối - Chương 4: Áp dụng giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối 22 kV - Công ty Điện lực Gia