Phân tích thực trạng vận hành và đánh giá hiệu quả bù kinh tế của lưới điện 10KV thuộc trạm biến áp trung gian Ba Trại của Công ty điện lực Ba Vì

Phân tích thực trạng vận hành và đánh giá hiệu quả bù kinh tế của lưới điện 10KV thuộc trạm biến áp trung gian Ba Trại của Công ty điện lực Ba Vì Phân tích thực trạng vận hành và đánh giá hiệu quả bù kinh tế của lưới điện 10KV thuộc trạm biến áp trung gian Ba Trại của Công ty điện lực Ba Vì luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CHU ANH TUẤN

PHÂN TÍCH THỰC TRẠNG VẬN HÀNH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BÙ KINH

TẾ CỦA LƯỚI ĐIỆN 10 KV THUỘC TRẠM BIẾN ÁP TRUNG GIAN BA TRẠI

CỦA CÔNG TY ĐIỆN LỰC BA VÌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện – Hệ thống điện

Hà Nội – 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CHU ANH TUẤN

PHÂN TÍCH THỰC TRẠNG VẬN HÀNH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BÙ KINH

TẾ CỦA LƯỚI ĐIỆN 10 KV THUỘC TRẠM BIẾN ÁP TRUNG GIAN BA TRẠI

CỦA CÔNG TY ĐIỆN LỰC BA VÌ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện – Hệ thống điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS LÃ VĂN ÚT

Hà Nội – 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bài luận văn nào khác và các thông tin trích dẫn trong đoạn văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Người cam đoan

Chu Anh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian thực hiện luận văn, đến nay đề tài “Phân tích thực trạng vận hành

và đánh giá hiệu quả bù kinh tế của lưới điện 10 kV thuộc trạm biến áp trung gian Ba Trại của Công ty Điện lực Ba Vì” đã được hoàn thành Trong thời gian thực hiện đề tài

tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu của các đồng nghiệp và các thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo GS.TS Lã Văn Út nguyên cán

bộ Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi xây dựng và hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện- Viện Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các CBCNV Công ty Điện lực Ba Vì đã giúp

đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, công tác, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên và giúp

đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả

Chu Anh Tuấn

1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 7

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN BA VÌ –

1.3.5 Các thông số vận hành của lưới điện Ba Vì 13

CHƯƠNG II: SỬ DỤNG PHẦN MỀM CONUS TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC

LẬP VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN 10 KV THUỘC TRẠM

BIẾN ÁP TRUNG GIAN BA TRẠI - CÔNG TY ĐIỆN LỰC BA VÌ 15

2.1.2 Yêu cầu cơ sở dữ liệu tính toán cho LĐPP trong chương trình CONUS 16 2.1.3 Tính toán số liệu nút phụ tải của LĐPP 10 kV cần nghiên cứu 17

2.2 Tính toán hiện trạng vận hành LĐPP 10 kV thuộc Trạm trung gian Ba Trại 24

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ

3.1 Tổng quan về bài toán bù CSPK và phương pháp bù kinh tế trong LĐPP 36 3.1.1 Bài toán bù kinh tế áp dụng quy hoạch toán học nhằm cực đại lợi nhuận

3.1.2 Phương pháp đặt bù kinh tế theo chi phí tính toán cực tiểu Zmin 38 3.1.3 Phương pháp cực đại hóa lợi nhuận hàng năm 39 3.2 Hiệu quả giảm tổn thất và hiệu quả kinh tế đặt thiết bị bù trong LĐPP 40 3.3 Các bước thực hiện bài toán bù tối ưu CSPK trong LĐPP 44 3.3.1 Đánh giá sơ bộ nhu cầu bù kinh tế của LĐPP (bước 1) 44 3.3.2 Xác định dung lượng bù tối ưu tại các nút có thời gian thu hồi vốn đầu tư

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN BÙ KINH TẾ TỐI

ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 10 KV HUYỆN BA VÌ 49 4.1 Đánh giá chung nhu cầu bù kinh tế LĐPP 10 kV huyện Ba Vì 49

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU; HÌNH VẼ

1 Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật đường dây 35 kV 10

2 Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật đường dây 22 kV 11

3 Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật đường dây 10 kV 11

4 Bảng 1.4: Thông số phụ tải huyện Ba Vì 6 tháng đầu năm 2017 13

6 Bảng 2.1: Bảng số liệu nút phụ tải lưới điện 10 kV Điện lực Ba Vì (chế độ

7 Bảng 2.2: Thông số các đường dây trục chính và phân nhánh 19

8 Bảng 2.3: Thông số MBA TGBT 35/10kV, MBA phân phối 10/0,4kV 22

9 Bảng 2.4: Chế độ điện áp các nút (khi tải cực đại) 24

10 Bảng 2.5: Bảng số liệu nút phụ tải lưới điện 10 kV Công ty Điện lực Ba Vì

11 Bảng 2.6: Điện áp các nút (khi tải trung bình) 29

12 Bảng 4.1: Kết quả phân tích hiệu quả bù của tất cả các nút 50

13 Bảng 4.2: Kết quả tính dung lượng bù của các nút có thời gian thu hồi vốn

14 Bảng 4.3: Kết quả tính dung lượng và vị trí bù CSPK 54

15 Bảng 4.4: Điện áp các nút chế độ cực đại (sau khi bù CSPK) 55

16 Bảng 4.5: Chế độ xác lập lưới điện sau khi bù CSPK

Chế độ xác lập LĐPP 10 kV thuộc TBATG Ba Trại của

Công ty ĐL Ba Vì (khi tải trung bình)

98

20 Hình 1.1 Sơ đồ lưới điện 10 kV huyện Ba Vì 12

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

LĐPP Lưới điện phân phối

LĐHANT Lưới điện hạ áp nông thôn

TGBT Trạm trung gian 35/10 kV Ba Trại

MỞ ĐẦU

1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong điều kiện hiện trạng lưới điện Việt Nam nói chung ngày càng xuống cấp, tổn thất điện áp, tổn thất điện năng ngày càng tăng, đặc biệt là lưới điện phân phối và lưới điện hạ áp nông thôn Để đảm bảo chất lượng điện năng nhằm cung cấp điện liên tục, ổn định, an toàn và hiệu quả ngày càng cao cho các khách hàng sử dụng điện và để hạn chế tổn thất điện áp, giảm tổn thất điện năng trên lưới điện luôn là mối quan tâm thường xuyên và cấp thiết đối với ngành Điện

Lưới điện phân phối hiện nay có tỷ lệ tổn thất khá cao so với lưới điện truyền tải Việc lắp đặt các thiết bị bù nhằm giảm tổn thất trong lưới điện phân phối để đem lại hiệu quả cao đồng thời còn cải thiện các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Tuy nhiên hiệu quả này chỉ đạt được chỉ khi lựa chọn lắp thiết bị bù đúng vị trí và đúng dung lượng bù

Đề tài “ Phân tích thực trạng vận hành và đánh giá hiệu quả bù kinh tế của lưới điện 10 kV thuộc trạm biến áp trung gian Ba Trại của Công ty Điện lực Ba Vì ” được lựa chọn cho luận văn này với mong muốn đóng góp một phần nhỏ những tìm tòi nghiên cứu của mình vào việc phân tích hiện trạng lưới điện phân phối, để từ đó đưa ra các giải pháp bù kinh tế cho lưới điện nhằm đáp ứng chất lượng điện năng cho khách hàng đồng thời nâng cao hiệu quả trong công tác truyền tải và kinh doanh điện năng đem lại nhiều lợi ích cho đất nước nói chung và ngành Điện nói riêng

2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Luận văn nhằm giải quyết vấn đề cụ thể cho lưới điện phân phối 10 kV huyện Ba

Vì Tuy nhiên, đặt vấn đề nghiên cứu chung cho lưới điện phân phối có sơ đồ phức tạp bất kỳ (hình tia, lưới kín vận hành hở) nhằm áp dụng kết quả cho HTCCĐ thực tế ở các địa phương

Phân tích đánh giá hiện trạng và đề xuất phương án bù kinh tế tối ưu cho LĐPP

10 kV của Công ty Điện lực Ba Vì

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Nghiên cứu, khai thác phần mềm CONUS để phân tích mô phỏng hệ thống điện Trên cơ sở đó đã tính toán đánh giá hiện trạng các chỉ tiêu kỹ thuật và đề xuất các giải pháp để giảm dòng công suất phản kháng (CSPK) truyền tải trên đường dây (ĐZ) nhằm giảm tổn thất điện áp, tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối.

- Hệ thống hóa lý thuyết bù CSPK, nghiên cứu phương pháp lựa chọn vị trí và

dung lượng bù kinh tế trong LĐPP Thực hiện tính toán cụ thể vị trí và dung lượng bù tối ưu cho sơ đồ lưới điện 10 kV của Công ty Điện lực Ba Vì

3.2 Tính thực tiễn của đề tài

Các kết quả nghiên cứu trong đề tài có thể ứng dụng đối với việc tính toán các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, tính toán dòng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây,

từ đó lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu cho lưới LĐPP 10 kV Công ty Điện lực

Ba Vì

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN BA VÌ –

CÔNG TY ĐIỆN LỰC BA VÌ 1.1 Tình hình kinh tế-xã hội của huyện Ba Vì

Ba Vì là huyện thuộc vùng bán sơn địa, nằm về phía Tây Bắc thủ đô Hà Nội Với tổng diện tích 424km2, dân số hơn 265 nghìn người (bao gồm 3 dân tộc Kinh, Mường, Dao), toàn huyện có 31 xã, thị trấn, trong đó có 7 xã miền núi, một xã giữa sông Hồng Phía đông giáp thị xã Sơn Tây, phía nam giáp tỉnh Hòa Bình, phía tây giáp tỉnh Phú Thọ và phía Bắc giáp tỉnh Vĩnh Phúc Thực hiện Nghị quyết 15 của Quốc Hội khóa XII, Ba Vì tái nhập Thủ đô Hà Nội tháng 8 năm 2008 Địa hình của huyện thấp dần từ phía Tây Nam sang phía Đông Bắc, chia thành 3 tiểu vùng khác nhau: Vùng núi, vùng đồi, vùng đồng bằng ven sông Hồng

Ba Vì là nơi có mạng lưới thủy văn hết sức độc đáo, xung quang gần như được bao bọc bởi hai dòng sông lớn là sông Hồng và sông Đà Ngoài ra trong khu vực còn

có nhiều các dòng suối nhỏ bắt nguồn từ trên đỉnh núi xuống, mùa mưa lượng nước lớn tạo ra các thác nước đẹp như thác Ao Vua, thác Ngà, thác Khoang Xanh Đứng trên đỉnh núi Ba Vì ta có thể quan sát được toàn cảnh non nước của vùng Phía Tây là dòng sông Đà chảy sát chân núi Phía Đông là hồ Đồng Mô, phía Bắc là Hồ Suối Hai,

xa hơn là dòng sông Hồng Tất cả tạo nên cảnh trí non nước hưu tình thơ mộng hiếm

có của vùng núi Ba Vì

1.2 Cấu trúc hiện tại của lưới điện phân phối huyện Ba Vì

Hiện tại các đường dây phân phối trung áp có các cấp điện áp 35 kV, 23 kV và 10,5 kV do Công ty Điện lực Ba Vì quản lý được cung cấp từ trạm 110 kV Sơn Tây cấp điện áp 110/35/10,5 kV Hiện tại huyện Ba Vì có 02 trạm biến áp trung gian (trạm biến áp trung gian Đồng Bảng có cấp điện áp 35/23 kV và trạm biến áp trung gian Ba Trại có cấp điện áp 35/10,5 kV

Trạm biến áp trung gian Đồng Bảng hiện nay có 01 MBA công suất 63.000 kVA, cấp điện áp 35/22kV

Trạm trung gian Ba Trại hiện nay có 02 MBA tổng công suất của trạm biến áp trung gian (63.000+32.000) kVA, cấp điện áp 35/10 kV (Máy biến áp T1: 63.000 kVA-35/10,5(23) kV; Máy biến áp T2: 32.000 kVA-35/10,5 kV)

Phụ tải của lưới phân phối chủ yếu là sinh hoạt nông thôn nên biểu đồ phụ tải không bằng phẳng mà có độ chênh lệch lớn giữa các thời điểm Vào các giờ cao điểm phụ tải lớn còn các giờ thấp điểm thì phụ tải rất thấp

1.3 Đặc điểm lưới điện

1.3.1 Lưới điện 35 kV

Gồm có 03 đường dây xuất tuyến: 374-7E1.7, 372-7E1.7, 373-7E1.7 có các thông số kỹ thuật cơ bản như bảng 1.1

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật đường dây 35 kV

Tên đường dây Tiết diện dây dẫn

(mm2)

Chiều dài (km)

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật đường dây 22 kV

Tên đường dây Tiết diện dây dẫn

(mm2)

Chiều dài (km)

Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật đường dây 10 kV

Tên đường dây Tiết diện dây dẫn

(mm2)

Chiều dài (km)

Trục nhánh AC70; AC50; AC35 15,618

Từ các số liệu thực tế ở trên nhận thấy lưới điện phân phối huyện Ba Vì rất phức tạp nhiều đường dây trục nhánh số lượng trạm biến áp trên lưới nhiều phân bố công suất không đều

70 0,05 Néi Tró T-100 05

18

Dao 54

Th«n CÇu Gç T-180

49

31

Th«n Minh TiÕn T-400

371-7

16 04

TTDVCG Công ngh?

T-400

06

Khu D - K9 Kios-400

Liên Bu 1 T-180 17

Liên Bu 3 T-100

46

Phú N?i T-250

04

0,03 70

62

B.§ ång TiÕn T-100

74

Gèc V¶i T-320

123

S¬n Hµ KT T-250

107

NLN T©y B¾c T-50

TrÇn ThÞ Liªn T-75 0,035 35 50

15 Minh H?ng 2

T-400 0,03 70

®t

16

Thôn Trám T-180

3

Công ty Qu?c Hùng M?nh 03 70 0,02

®t

64

G?c V?i 2 T-250 1

08B Thôn N?i

T-250 0,01 70

®t

32 Cty CP Ao VuaT-2500,338

70 4

20B

Búi Thông 2 T-250

8

6,5 70

70 0,005

®t

81B

Thôn Pheo T-250 2

T2 3200KVA-35/10,5KV

932

23 12,0

95

35 45

20

51

72 86

90 114 Liên Bu 2

T-50 Ð?a Ch?t T-180

Xóm M?i T-180

Xóm Cu T-180

26 Minh H?ng T-630

Sui Mít T-180

Xang d?u T-25

Th«n Méc T-180

HTX Phó Mü T-250

§ Çm S¶n T-250

Tróc § åi T-250

Dao -102

109 111

04 10

23 35

12

62 55 44

41 17

15 13 02

TD Ba Tr?i T-250

Xãm Tr¸ m T-250

§ V.001 Kios-560

Thu?n M? 3 T-250

Trung Son T-320

Che Tai T-180

Ch»m MÌ 2 T-400

SX Gµ X-100

XN Gµ B-400

§ Þa chÊt T-100

Yªn Hång 2 T-180

Yªn Hång 1 B-180

Ao Vua T-560

0,27 50

50 1,2

70

Xãm B¸ t T-100 0,03570

Dao 112 XN Gµ

Minh Quang 1 T-100

Minh Quang 2 T-100

70 0,007

99

Phó Thø T-180

Gß § åi T-180

Hình 1.1 Sơ đồ lưới điện 10 kV huyện Ba Vì

1.3.4.Khả năng liên kết lưới điện huyện Ba Vì

- Lưới trung áp 35 kV: Phần lớn đã được nối mạch vòng giữa các trạm trên địa

bàn huyện Ba Vì tạo ra tính linh hoạt trong việc vận hành lưới điện

- Lưới trung áp 22 kV: Phần lớn đã được nối mạch vòng giữa các trạm trên địa

bàn huyện Ba Vì tạo ra tính linh hoạt trong việc vận hành lưới điện

- Lưới trung áp 10 kV: Được lấy điện từ trạm biến áp trung gian Ba Trại Lộ

đường dây 971BT có thể liên thông với đường dây E1.7 qua cung phân đoạn Dao cách ly 102, tuy nhiên việc cấp điện hỗ trợ cho nhau rất khó thực hiện do phụ tải của

2 đường dây này rất lớn mà tiết diện dây dẫn nhỏ nên không đủ khả năng mang tải mặt khác 2 đường dây này có 2 cấp điện áp khác nhau là 10 kV và 22 kV Vấn đề này hiện nay đang là một nhược điểm rất lớn trong việc cung cấp điện đảm bảo các yêu cầu về độ tin cậy Trong trường hợp khi thiết bị của trạm trung gian Ba Trại bị hư hỏng, thí nghiệm định kỳ phải ngừng vận hành thì phụ tải l0 kV huyện Ba Vì sẽ bị mất điện trong thời gian dài

1.3.4 Các thông số vận hành (qua thống kê) của lưới điện huyện Ba Vì

Bảng 1.4 Thông số phụ tải huyện Ba Vì 6 tháng đầu năm 2017

Tổng điện năng tiêu thụ 108.463.137 kWh

Điện năng tiêu thụ ngày cao nhất 1.101.000 kWh

Điện năng tiêu thụ trung bình ngày 650.000 kWh

Điện năng tiêu thụ ngày thấp nhất 505.000kWh

Bảng 1.5 Tổn thất điện năng huyện Ba Vì

Tổn thất điện năng giao (%) 13,99 12,02 11,20 9,80 8,10

Tổn thất điện năng thực hiện (%) 13,00 11,50 10,90 9,60

Năm 2016 tổn thất điện năng của Điện lực Ba Vì là 9,60% đã giảm khá nhiều so với năm 2013 (13,0%) Có được thành tích trên đây là do Công ty Điện lực Ba Vì đã

áp dụng nhiều biện pháp chống tổn thất như: Tính toán lựa chọn phương thức vận hành hợp lý; cải tạo, nâng tiết diện đường dây cũ nát, tiết diện nhỏ; tăng cường công tác kiểm tra tình hình sử dụng điện của khách hàng, thay thế công tơ cũ kém chất lượng bằng công tơ mới có độ chính xác cao, lắp đặt công tơ điện tử có độ chính xác cao cho các hộ phụ tải công nghiệp nhỏ, các hộ phụ tải có công suất lớn theo kế hoạch của Tổng Công ty Điện lực Hà Nội giao

Tuy nhiên qua bảng trên thấy rằng tổn thất điện năng của lưới điện huyện Ba Vì vẫn còn cao do lưới điện trung áp dài, lưới điện hạ áp có bán kính cấp điện lớn và ĐZ

hạ áp tiết diện dây dẫn nhỏ, chất lượng kém Ngoài ra các ĐZ trung áp chưa được bù

đủ CSPK nên dòng CSPK truyền tải trên ĐZ còn lớn ảnh hưởng đến tổn thất điện năng Để giảm tổn thất điện áp nâng cao chất lượng điện năng phục vụ khách hàng đồng thời giảm tổn thất điện năng để đảm bảo kế hoạch giao, ngoài việc cải tạo lưới điện trung, hạ áp còn cần tính toán lắp các bộ tụ bù để bù CSPK cho các ĐZ trung áp

1.4 Nhận xét chung

1 Lưới điện phân phối có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện Tuy nhiên lưới điện phân phối của Công ty Điện lực Ba Vì hiện nay vẫn còn tồn tại khá nhiều nhược điểm như: Cấp điện áp phân phối nhỏ nhưng chiều dài đường dây lớn, tiết diện dây nhỏ, các ĐZ chưa được bù CSPK đúng mức

2 Sơ đồ kết dây của lưới điện 10 kV của Công ty Điện lực Ba Vì không linh hoạt trong việc cung cấp điện khi có sự cố xảy ra hoặc khi cần ngừng điện để sữa chữa

3 Tổn thất điện áp và tổn thất điện năng còn cao do đó cần phải có giải pháp cải tạo lưới điện và bù CSPK cho các ĐZ để nâng cao chất lượng điện năng phục vụ khách hàng, nâng cao hiệu quả kinh tế trong công tác khai thác lưới điện

CHƯƠNG II

SỬ DỤNG PHẦN MỀM CONUS TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ ĐÁNH

GIÁ HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN 10 KV HUYỆN BA VÌ

2.1 Tìm hiểu, khai thác phần mềm CONUS

2.1.1 Giới thiệu chung

Chương trình CONUS được các giáo viên bộ môn Hệ thống điện, trường ĐHBK

Hà Nội xây dựng lần đầu tiên theo ngôn ngữ FORTRAN IV chạy trên máy tính cá nhân từ năm 1990 Mô hình HTĐ được thiết lập trong chương trình tương thích tính toán cho sơ đồ phức tạp bất kỳ, có xét đến các yếu tố giới hạn vận hành máy phát và tác động điều khiển Chương trình được phát triển nhiều với ngôn ngữ TURBO PASCAL vào những năm 1991 – 1992, đã phục vụ kịp thời cho việc tính toán thiết kế đường dây siêu cao áp (ĐDSCA) 500 kV Bắc – Nam Các chức năng mô phỏng ĐDSCA, tính giới hạn truyền tải công suất theo điều kiện ổn định là thế mạnh của chương trình Sau năm 2004 chương trình được thay đổi cơ bản, tích hợp nhiều tính năng mới và chạy trong môi trường Windows, đặc biệt các chức năng phân tích ổn định và hiệu quả thiết bị FACTS Trong khuôn khổ luận văn này chỉ áp dụng chương trình để tính toán, phân tích hiện trạng lưới điện khu vực và tính toán bù kinh tế cho

lưới điện Các phần tử trong hệ thống điện được mô phỏng bao gồm:

-Tính toán phân bố công suất (tổn thất điện áp, công suất);

-Tính toán vị trí, dung lượng bù tối ưu cho lưới điện trung thế

2.1.2 Yêu cầu cơ sở dữ liệu tính toán cho LĐPP trong chương trình CONUS

Số liệu tính toán gồm: Số liệu về đường dây, số liệu MBA, số liệu phụ tải được cấp từ Công ty Điện lực Ba Vì Trên cơ sở đó ta xây dựng sơ đồ tính toán Trong phần mềm CONUS có một môi trường để thiết kế sơ đồ của lưới, trên thanh công cụ vẽ có các loại đối tượng cho việc vẽ sơ đồ lưới điện như nút, máy phát, máy biến áp, tụ bù, đường dây, tải điện…

Khi thiết lập sơ đồ, chúng ta tiến hành xác định các nút, sau đó nối các nút bằng đường dây, máy biến áp, tụ bù, phụ tải…

Trên cơ sở bộ số liệu, sơ đồ lưới điện thu thập được trong năm 2016 từ Công ty Điện lực Ba Vì, cập nhật thông số cần tính toán vào chương trình CONUS Trong phạm vi luận văn này chỉ tính toán phần lưới điện bắt đầu từ trạm trung gian 35/10 kV nên ta có thể coi các TBA phân phối 10/0,4 kV là một phụ tải

Sử dụng chương trình CONUS tính toán, với các lựa chọn ban đầu:

- Tần số mặc định khi tính ở chế độ xác lập: f = 50 Hz

- Nút cân bằng: nút số 2

- Độ chính xác theo công suất: 0,10

Phần mềm CONUS mô phỏng hệ thống điện dưới dạng bảng số liệu với File có đuôi là abc và dưới dạng hình vẽ với File có đuôi là vec

Để mô phỏng lưới điện trên CONUS ta cần thu thập dữ liệu lưới điện như sau:

b Dữ liệu đường dây

- Nút đầu và nút cuối nối đường dây;

- Cấp điện áp;

- Chiều dài đường dây;

- Chủng loại và đặc tính kỹ thuật của dây dẫn như Ro, Xo, Bo

Khi nhập dữ liệu chỉ cần nhập các thông số: Nút đầu, nút cuối của đoạn đường dây, chiều dài l(km), Ro(Ohm/km), Xo(Ohm/km), Bo(  S/km)

c Dữ liệu MBA

- MBA: Loại MBA, 2 cuộn dây hay 3 cuộn dây hoặc tự ngẫu;

- Tình trạng vận hành (làm việc là -, bị cắt ra là x);

- Số hiệu nút thanh cái các phía của MBA;

- Đầu phân áp của MBA;

- Số hiệu MBA;

- Các thông số của MBA

d Dữ liệu phụ tải của các trạm biến áp phân phối

Tại các trạm phân phối thường thiếu các thiết bị đo ghi Để xác định chế độ phụ tải thường được áp dụng phương pháp gần đúng Gọi dòng làm việc và hệ số công suất theo dõi được ở trạm là Imax và cos  ta tính được công suất phụ tải cực đại như sau:

đm đm

P    ; Qmax   Qb Qt; (2.2)

Với :

2 max

đm n b

I

I P P

100

) (

% 100

% )

(

2 max 0

2 max 0

đm đm n

đm đm

n b

I

I S U S i I

I Q Q Q

2.1.3 Tính toán số liệu nút phụ tải của LĐPP 10 kV cần nghiên cứu

Dựa vào các thông số kỹ thuật của các MBA phân phối của từng nút phụ tải như:

Sđm; Uđm; Iđm; i0%; Un%; ΔPn; ΔP0, thu thập dòng điện làm việc lớn nhất của từng nút phụ tải và áp dụng các công thức (2.1), (2.2), (2.3) ta có thể tính toán dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng của từng nút phụ tải trên các đường dây cụ thể như trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Bảng số liệu nút phụ tải lưới điện 10 kV Điện lực Ba Vì (chế độ cực đại)

2.1.4 Số liệu các đường dây trục chính và phân nhánh

Đường dây trục chính dây dẫn sử dụng loại dây AC 70, các đường dây phân nhánh sử dụng dây dẫn AC 70, AC 50, AC 35, cáp bọc Cu/XLPE-240 Căn cứ chiều dài và chủng loại dây dẫn của từng đường dây nối giữa các nút, ta tính được thông số của các đường dây trục chính và phân nhánh như bảng 2.2

Bảng 2.2 Thông số các đường dây trục chính và phân nhánh

STT Nút

đầu

Nút cuối Mã dây Chiều

dài (km)

X (Ω/km)

1 2 4 AC-70 0,192 0,45 0,382 265 0,0864 0,0733

3 4 6 AC-70 1,248 0,45 0,382 265 0,5616 0,4767

4 6 7 AC-35 1,025 0,91 0,414 175 0,9328 0,4244

2.1.5 Số liệu máy biến áp trạm trung gian 35/10 kV

Trạm trung gian có 2 máy biến áp 2 cuộn dây, thông số được ghi trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Thông số MBA trung gian

Loại MBA

Sđm (kVA)

Ucaođm (kV)

Uhạđm (kV)

Un (%)

Pcu (kW)

P Fe

(kW)

Io (%)

Uhạđm (kV)

Sau khi thành lập thư viện số liệu kỹ thuật của dây dẫn và máy biến áp phụ tải, cài

đặt chương trình và cập nhật đầy đủ các thông tin, số liệu như: Điện áp nguồn (điện áp vận hành đầu nguồn), thông số MBA trung gian 35/10 kV (U n(%), P cu , PFe , Io(%)), đường dây (chủng loại dây dẫn, chiều dài giữa các nút phụ tải); công suất phụ tải tại

các điểm nút (P, Q) Từ các bảng số liệu (2.1), (2.2), (2.3) đã tính toán ở trên, cập nhật công suất Pmax và Qmax vào P tải , Q tải và chạy chương trình CONUS tại Run – Calulatestedy-state để tính toán trào lưu công suất trên mô hình, ta thu được các kết quả như trong phụ lục 1

Kết quả điện áp các nút như bảng 2.4

Bảng 2.4 Chế độ điện áp các nút (khi tải cực đại)

41 0 0 156 93 8,861 TBA Công ty CP Ao Vua

Bảng 2.6 Điện áp các nút (khi tải trung bình)

SH Nút P F(kW) Q F(kVAr) P t(kW) Q t(kVAr) U (kV) Tên nút

92 0 0 0 0 9,064

để nâng cấp lưới điện chưa kịp thời.

- Độ chênh lệch giữa Pmax / Pmin của phụ tải cao (Pmin<30% Pmax) Chất lượng điện

áp không đảm bảo, giờ cao điểm thì điện áp thấp ngược lại lúc non tải thì điện áp lại cao.

- Công suất phụ tải sinh hoạt chiếm tỷ lệ lớn trong tổng điện năng thương phẩm, không có phụ tải công nghiệp lớn, hệ số phụ tải và hệ số đồng thời thấp cũng gây nên tổn thất lớn

- Hệ số công suất cosφ thấp do thiếu công suất phản kháng.

2.4 Các biện pháp giảm tổn thất điện áp và tổn thất công suất của lưới điện

- Đơn vị quản lý vận hành lưới điện phải tăng cường công tác quản lý vận hành lưới điện, kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện tốt, đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật vận hành

về hành lang lưới điện, tiếp địa, mối nối tiếp xúc, cách điện của đường dây, thiết bị… Không để các mối nối, tiếp xúc (trên dây dẫn, cáp, đầu cực thiết bị v.v ) gây phát nóng dẫn đến tăng tổn thất công suất

- Điều chỉnh điện áp đầu nguồn đảm bảo ở mức điện áp định mức, nhất là các giờ cao điểm của tải, không để tình trạng điện áp đầu nguồn thấp dẫn đến tổn thất điện áp cuối đường dây lớn, chất lượng điện áp cấp cho khách hàng không đảm bảo và gây tổn thất điện năng lớn

- Kiểm soát điện áp đầu cực các MBA để tăng nấc điện áp các MBA (nhất là các MBA cuối đường dây) để cải thiện điện áp cho các phụ tải

-Thực hiện vận hành kinh tế máy biến áp, trong đó chú trọng các khách hàng có TBA chuyên dùng mà tính chất của phụ tải hoạt động theo mùa vụ (trạm bơm thủy nông, các cơ sở sản xuất v.v ), ngoài thời gian vận hành theo mùa vụ chỉ phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện của sinh hoạt và văn phòng Đơn vị kinh doanh bán điện phải vận động, thuyết phục khách hàng lắp đặt thêm MBA có công suất nhỏ riêng phù hợp phục vụ cho nhu cầu này hoặc cấp bằng nguồn điện hạ thế khu vực (nếu có điều kiện)

để tách MBA chính ra khỏi vận hành nhằm giảm tổn thất không tải trong MBA

-Thường xuyên tính toán, kiểm tra đảm bảo phương thức vận hành tối ưu Duy trì điện áp trong giới hạn cao cho phép theo quy định hiện hành và khả năng chịu đựng của thiết bị

- Phải định kỳ hàng tháng đo dòng tải từng pha Ia ,Ib , Ic và dòng điện dây trung tính Io tại các trạm biến áp phân phối để thực hiện cân pha khi dòng điện Io lớn hơn 15% trung bình cộng dòng điện các pha, không để các MBA phụ tải vận hành tải lệch pha

- Ngành điện phải đầu tư vốn để cải tạo nâng cấp lưới điện, giai đoạn trước mắt cần phải cải tạo nâng tiết diện dây dẫn trục chính của các đường dây Về lâu dài cần phải cải tạo nâng cấp lưới điện từ 10kV lên 35kV để xóa bỏ trạm biến áp trung gian, bởi đường dây dài mà vận hành điện áp 10kV thì dòng điện lớn gây tổn thất cao Vấn

đề này không những đem lại lợi ích lớn nhất về kinh tế mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho công tác xây dựng, quản lý vận hành, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

- Theo dõi thường xuyên cosφ các nút trên lưới điện, tính toán vị trí và dung lượng lắp đặt tụ bù tối ưu để quyết định lắp đặt, hoán chuyển và vận hành hợp lý các

bộ tụ trên lưới để giảm dòng CSPK truyền tải trên đường dây nhằm giảm tổn thất điện

áp, tổn thất điện năng Đảm bảo cosφ trung bình trên lưới trung thế tối thiểu là 0,97 và cosφ trung bình trên lưới hạ thế tối thiểu là 0,90 Đặc biệt, cần tinh toán để lắp các bộ

tụ bù trên đường dây trung thế để giảm dòng CSPK truyền tải trên ĐZ nhằm giảm tổn thất và cải thiện điện áp Đây là bài toán ta đang nghiên cứu

2.5 Kết luận chương 2

1.Việc áp dụng các chương trình phần mềm để tính toán chế độ xác lập của lưới điện là rất quan trọng, cho phép tính toán, nghiên cứu lưới điện có nhiều nút và hệ thống điện phức tạp Đặc biệt là phần mềm CONUS đã được ứng dụng để tính toán, phân tích và mô phỏng lưới điện phân phối rất tốt, kết quả tính toán chính xác đối với lưới điện có nhiều nút, kết lưới điện phức tạp

2 Kết quả tính toán đối với lưới điện 10 kV của Công ty Điện lực Ba Vì cho thấy: Các chỉ tiêu về Kỹ thuật - Vận hành của lưới điện 10 kV Công ty Điện lực Ba Vì chưa đạt yêu cầu, tổn thất điện áp và tổn thất công suất trên lưới cao quá quy định Việc áp dụng các biện pháp để giảm tổn thất trên lưới điện là rất cần thiết, cần phải quan tâm đầu tư nhiều hơn nữa nhằm đem lại lợi ích kinh tế

Phần tiếp theo của luận văn nghiên cứu lý thuyết bù kinh tế trong LĐPP và thực hiện tính toán lựa chọn phương án bù tối ưu cho lưới điện 10 kV thuộc TBA trung gian

Ba Trại của Công ty Điện lực Ba Vì

CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ DUNG

LƯỢNG BÙ TỐI ƯU

3.1 Tổng quan về bài toán bù công suất phản kháng và phương pháp bù kinh tế trong LĐPP

Trước hết cần phân biệt bài toán bù CSPK trong lưới điện truyền tải (LĐTT) và LĐPP Với LĐTT bài toán bù thường được đặt ra hơn đó là bù nhằm đảm bảo điện áp nút, bù nhằm nâng cao giới hạn ổn định, còn được gọi là bù kĩ thuật Bài toán bù kinh

tế ít được đặt ra hoặc chỉ được đặt ra như một khả năng kết hợp với bù kỹ thuật Vấn

đề là ở chỗ tỉ lệ tổn thất trong LĐTT tương đối thấp (2-4)% lại có rất nhiều nguồn CSPK (máy phát, các đường dây cao áp với CSPK tự nhiên)

Ngược lại trong LĐPP tỉ lệ tổn thất khá cao (>5%), có khi tới vài chục phần trăm như một số khu vực lưới điện Việt Nam Lưới hình tia xa nguồn, nhận CSPK từ LĐTT qua trạm trung gian thường rất hạn chế Công suất điện dung tự nhiên do các đường dây trung áp sinh ra không đáng kể Trong trường hợp này bù CSPK sẽ giảm nhanh tổn thất do không phải truyền tải Vấn đề là vị trí đặt bù có hiệu quả rất khác nhau nên bài toán tìm vị trí và dung lượng bù tối ưu có ý nghĩa lớn Các bài toán được đặt ra theo một số dạng khác nhau

3.1.1 Bài toán bù kinh tế nhằm cực đại hóa lợi nhuận trong khoảng thời gian định trước

Về lí thuyết, bài toán bù kinh tế cần được thiết lập theo hàm mục tiêu (HMT) là lợi ích thu được khi đặt bù (bao gồm tổng lợi thu được trừ đi các chi phí do đặt bù) xét đến hiệu quả tác động của dòng tiền tệ, qui về hiện tại (NPV) Trong trường hợp chung HMT có thể bao gồm các thành phần sau:

a Thành phần lợi ích Z1 thu được do giảm tổn thất điện năng hàng năm sau khi đặt thiết bị bù

Thành phần này thường được chia ra với thành phần do giảm tổn thất trên các nhánh đường dây ZD1 của LĐPP và thành phần do giảm tổn thất trong máy biến áp phân phối ZB1 Việc phân chia này là cần thiết bởi thời gian tổn thất không giống nhau

(thành phần không tải của MBA tồn tại suốt thời gian vận hành) biểu thức tính khác nhau

b Thành phần chi phí do lắp đặt thiết bị bù Z2

Thành phần này kể đến vốn đầu tư mua thiết bị bù (tỉ lệ với dung lượng bù) và chi phí không đổi V0 (cho mặt bằng, xây dựng, lắp đặt , thường rất ít thay đổi theo dung lượng)

Z2 = Σ[V0j+( K0j + Ne.Cbtj).Qbj] Trong đó:

+ K0 là suất đầu tư tụ bù [đ/kVAr], phụ thuộc cấp điện áp và loại bù cố định hay điều chỉnh

+ Cbt là suất chi phí bảo trì hàng năm của tụ bù tại nút j [đ/kVAr.năm], chi phí này chỉ có thể lấy gần đúng (mỗi năm khoảng 3% nguyên giá tài sản cố định của trạm

bù, khi đó Cbt = 3%.q0);

Trong đó: q0 – giá trị tài sản cố định của trạm bù [đ]

+ Thành phần V0 phụ thuộc điều kiện cụ thể của trạm, thường có trị số nhỏ có thể bỏ qua

c Thành phần chi phí cho tổn thất bên trong bản thân thiết bị bù Z3

Z3 = ∆Pb.T.g.Ne.Qbj Trong đó: ∆Pp - là suất tổn thất công suất bên trong tụ bù [kW/kVAr];

T - thời gian làm việc của thiết bị bù;

g - giá bán điện bình quân

Trong các biểu thức trên, Ne là hệ số qui đổi chi phí về hiện tại theo dòng tiền tệ

Nó cũng nằm trong biểu thức cụ thể của thành phần lợi ích Z1

Ngoài các thành phần trên, nếu kể hết các lợi ích đặt bù trong LĐPP người ta còn đưa ra các biểu thức tính lợi ích trên lưới truyền tải và trạm trung gian Tuy nhiên, các thành phần này thường được bỏ qua do khi tính toán xác định vị trí và dung lượng

bù tối ưu chúng được coi là tương đương giữa các phương án

Nhận xét: mô hình bài toán vừa nêu có ý nghĩa chủ yếu về phương diện lý

thuyết, rất khó thực hiện trong thực tế Khó khăn chủ yếu là việc thiết lập biểu thức

giải tích cho thành phần Z1, bởi với sơ đồ phức tạp rất khó thiết lập được biểu thức quan hệ giữa tổn thất tổng trong lưới với các dung lượng bù Chúng chỉ dễ dàng thực hiện cho các sơ đồ đơn giản (một nhánh) để đưa ra biểu thức trị số bù tối ưu

Một khó khăn khác khi xét đến yếu tố tiền tệ, để 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 độ phức tạp của mô hình bài toán

Do những khó khăn trên, mô hình vừa nêu rất ít được áp dụng thực tế

3.1.2 Phương pháp đặt bù kinh tế theo chi phí tính toán cực tiểu Zmin

Hàm mục tiêu trong trường hợp này được sử dụng ở dạng hàm chi phí tính toán Z:

- Thành phần chi phí tổn thất trong bản thân thiết bị bù trong suốt thời gian vận hành (T=8760h):

R U

) Q Q ( P

i

2 bj i 2 i i