Nghiên cứu và đánh giá các thuật toán bù tối ưu công suất phản kháng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC THUẬT TỐN BÙ TỐI ƯU CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ VIỆT TIẾN Hà Nội: 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tồn luận văn thân tơi nghiên cứu, tính tốn phân tích Số liệu đưa luận văn dựa kết tính tốn trung thực tôi, không chép hay số liệu công bố Nếu sai với lời cam kết trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Tác giả Nguyễn Quang Huy MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 11 1.1 Tổng quan chung 11 1.1.1 Tổng quát .11 1.1.2 Đặc điểm chung lưới điện phân phối 11 1.2 Các biện pháp nâng cao hiệu kinh tế vận hành 11 1.3 Công suất phản kháng 12 1.3.1 Khái niệm công suất phản kháng 12 1.3.2 Sự tiêu thụ công suất phản kháng 13 1.4 Các nguồn phát công suất phản kháng lưới điện 13 1.5 Kết chương 13 CHƯƠNG - CÁC THUẬT TỐN BÙ TỐI ƯU CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG .14 2.1 Tổng quan bù công suất phản kháng .14 2.1.1 Bù CSPK làm giảm tổn thất công suất tổn thất điện .14 2.1.2 Bù công suất làm cải thiện chất lượng điện áp 15 2.1.3 Bù CSPK làm tiết diện dây dẫn giảm 15 2.1.4 Bù công suất phản kháng làm giảm công suất đặt MBA 15 2.1.5 Bù công suất phản kháng làm tăng khả tải cho mạng điện 15 2.2 Các thuật toán bù tối ưu công suất phản kháng LĐPP 15 2.2.1 Xác định dung lượng bù CSPK để nâng cao hệ số công suất cosφ 16 2.2.2 Thuật tốn tính bù CSPK theo điều kiện cực tiểu tổn thất công suất 16 2.2.2.1 Phân phối dung lượng bù mạng hình tia 16 2.2.2.2 Phân phối dung lượng bù mạng phân nhánh 19 2.2.3 Thuật tốn bù cơng suất phản kháng theo điều kiện điều chỉnh điện áp 19 2.2.3.1 Xác định dung lượng bù CSPK đặt thiết bị bù trạm 19 2.2.3.2 Xác định dung lượng bù CSPK đặt thiết bị bù nhiều trạm 24 2.2.4 Thuật tốn tính tốn bù theo chương trình PSS/Adept .27 2.2.4.1 Phương pháp tính kinh tế bù tối ưu 27 2.2.4.2 Thuật tốn tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu 28 2.3 Kết chương 31 CHƯƠNG - TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP CÔNG TY ĐIỆN LỰC SÓC SƠN 33 3.1 Đặc điểm tự nhiên kinh tế - xã hội địa phương .33 3.1.1 Đặc điểm tự nhiên kinh tế 33 3.1.2 Dân số cấu hành .33 3.2 Tình hình cung cấp điện xu hướng tăng trưởng năm tới .35 3.3 Sơ đồ nguyên lý sơ đồ thay lộ đường dây 478-E19 37 3.4 Các số liệu tính tốn .40 3.5 Kết chương 48 CHƯƠNG - TÍNH TỐN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LỘ ĐƯỜNG DÂY 478-E19 BẰNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT 49 4.1 Một số chức tính tốn phần mềm PSS/ADEPT 49 4.2 Cách bước tính CAPO PSS/ADEPT 51 4.2.1 Xây dựng sơ đồ tính tốn 51 4.2.2 Thiết lập thông số kinh tế lưới điện cho CAPO 51 4.2.3 Cách PSS/ADEPT tính vấn đề kinh tế CAPO 53 4.2.4 Thiết lập tùy chọn cho phép phân tích CAPO 53 4.2.5 Cách PSS/ADEPT tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu .55 4.2.6 Cách chạy tốn tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu 57 4.2.7 Report sau phân tích tính tốn 57 4.3 Tính tốn theo phần mềm PSS/Adept 58 4.3.1 Thông số sơ đồ mô lộ 478-E19 Sóc Sơn .59 4.3.2 Các kịch bù công suất phản kháng cho lộ đường dây 478-E19 61 4.3.2.1 Kịch 62 4.3.2.2 Kịch 64 4.3.2.3 Kịch 65 4.3.2.4 Kịch 65 4.3.2.5 Kịch 66 4.3.2.6 Kịch 66 4.4 Kết chương 67 CHƯƠNG - KẾT LUẬN VÀ CÁC ĐỀ XUẤT .69 1.1 Kết luận 69 1.2 Kiến nghị 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 72 CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CĐXL: Chế độ xác lập CSPK: Công suất phản kháng CSTD: Công suất tác dụng HTĐ: Hệ thống điện MBA: Máy biến áp LĐPP: Lưới điện phân phối SVC: (Static Var Compensator) Thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ CSPK điều chỉnh cách tăng hay giảm góc mở thyristor EVN: ( GAS) Tập đồn Điện lực Việt Nam thuật tốn di truyền ( EP ) ( Ellolytionry Programmiry) chương trình phát triển PSEA ( Strength Preto evolutionary algoithon) thuật toán cải tiến SWARM số lượng phần tử CAPO bù tự động Nobi số lượng hàm mục tiêu DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Số đường dây điện lực quản lý Bảng 3.2 Số liệu máy biến áp lộ 478-E19 Bảng 3.3 Số liệu đường dây lộ 478-E19 Bảng 3.4: Số liệu phụ tải trạm lộ 478-E19 Bảng 3.5: Bảng tính tốn dịng cơng suất lưới Bảng 3.6: Bảng tính tốn tổn thất lộ 478- E19 chưa đặt bù Bảng 3.7: Dung lượng tụ bù theo tiêu kinh tế nút lưới Bảng 3.8: Bảng tính tốn tổn thất lộ 478-E19 đặt bù Bảng 3.9: Bảng so sánh kết đặt bù Bảng 4.1 Bảng giá trị suất đầu tư tụ bù trung áp cố định Bảng 4.2.Giá trị cài đặt cho thẻ Economics Bảng 4.3 Vị trí dung lượng bù lưới trung áp theo phần mềm PSS/Adept Bảng 4.4: So sánh kết số nút trường hợp Bảng 4.5: So sánh kết trường hợp đặt bù DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Thuật tốn xác định vị trí nút bù CSPK Hình 1.2: Phụ tải tăng giữ nguyên cos Hình 1.3: Quan hệ P, P, Q Hình 2.1: Phân phối dung lượng bù mạng hình tia Hình 2.2: Phân phối dung lượng bù mạng phân nhánh Hình 2.3: Sơ đồ mạng điện dùng máy bù đồng để điều chỉnh điện áp Hình 2-4: Sơ đồ mạng điện có phân nhánh Hình 2.5: Sơ đồ mạng điện kín Hình 2.6: Mạng điện có đặt bù tụ điện hai trạm biến áp Tb Tc Hình 2.7: Điều chỉnh điện áp mạng điện kín tụ điện Hình 2.8: Bù nút phụ tải Hình 2.9: Đồ thị phụ tải phản kháng năm Hình 2.10: Sơ đồ tính tốn dung lượng bù nhiều điểm Hình 3.1: Bản đồ huyện Sóc Sơn Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý đường dây lộ 478 – E19 Hình 3.3: Sơ đồ thay đường dây lộ 478 – E19 Hình 4.1: Sơ đồ khối tính tốn chương trình Hình 4.2: Hộp thoại thiết đặt thơng số kinh tế CAPO Hình 4.3: Hộp thoại thiết đặt thơng số CAPO Hình 4.4: Kết tính tốn CAPO Hình 4.5: Mơ tả sơ đồ lộ 478-E19 Sóc Sơn phần mềm PSS/adept CHƯƠNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần việc cung ứng đảm bảo chất lượng điện tiêu quan trọng ngành điện nhằm nâng cao chất lượng cung cấp điện đảm bảo tốt hiệu kinh doanh Một biện pháp nâng cao chất lượng điện lưới điện, ngành điện thực nhiều giải pháp đồng giải pháp bù lưới phân phối sử dụng nhiều mang lại hiệu kinh tế cao.Có nhiều phương pháp nghiên cứu thực phương pháp nghiên cứu đưa thuật toán riêng cho phương pháp Tuy nhiên phương pháp nghiên cứu áp dụng có ưu nhược điểm định Vì khn khổ luận văn tác giả nghiên cứu số thuật toán bù tối ưu công suất phản kháng đánh giá ưu nhược điểm thuật tốn đó, nhằm chọn thuật tốn thích hợp Trên sở dùng phần mềm áp dụng để tính tốn bù tối ưu cho lưới phân phối cụ thể, để chứng minh cho nghiên cứu mình, làm sở cho hướng nghiên cứu cho đề tài Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá thuật tốn bù tối ưu cơng suất phản kháng Tóm tắt nội dung luận văn Chương Tổng quan công suất phản kháng lưới điện phân phối Chương Các thuật tốn bù tối ưu cơng suất phản kháng Chương Tổng quang lưới điện trung áp Cơng ty điện lực Sóc Sơn Chương Tính tốn bù công suất phản kháng cho lộ đường dây 478-E19 phần mềm PSS/Adept Chương Kết luận kiến nghị Mục đích luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đề tài “ Nghiên cứu áp dụng thuật tốn tính bù tối ưu cơng suất phản kháng để giảm tổn thất điện lưới điện phân phối” trình bày thuật tốn bù tối ưu công suất phản kháng lưới điện phân phối Đề tài tiến hành nghiên cứu số thuật toán tác giả đăng tạp chí luận văn hồn thành trước Trên sở đánh giá ưu nhược điểm thuật tốn Áp dụng mơ lưới điện cụ thể phần mềm PSS/Adept 5.0 ứng dụng cho lưới điện phân phối cơng ty Điện lực Sóc Sơn – tổng công ty Điện lực Hà Nội Các phương pháp luận đóng góp Với mục đích nội dung luận văn bao gồm:  Tìm hiểu thuật tốn bù tối ưu CSPK  Đánh giá lựa chọn phương pháp thích hợp  Áp dụng vào lưới điện phân phối cơng ty Điện lực Sóc Sơn  Sử dụng phần mềm PSS/Adept 5.0 áp dụng Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Lê Việt Tiến thầy cô môn Hệ thống điện – Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn, bảo tận tình suốt trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi có đóng góp quý báu cho luận văn Để luận văn trở nên hoàn chỉnh hướng nghiên cứu luận văn phát triển tiếp, tác giả mong nhận góp ý thầy giáo, bạn bè bạn đọc Xin trân trọng cảm ơn! 10 Bảng 4.10: Bảng tổng hợp kết kịch TT Các kịch bảng ∆P + j∆Q (kVA) ΔUmax (%) Không bù CSPK 44,28 + j100,63 5,70 Bù nút lộ đường dây 40.03 + j94.62 5,43 39,45 + j93.7 5,39 38,63 + j92,60 5,35 Bù nút phụ tải vị trí đầu, giữa, cuối lộ đường dây Bù nút phụ tải lớn lộ đường dây Bù vị trí 2/3 chiều dài lộ đường dây 39,48 + j93,81 5,39 Sử dụng chức CAPO để bù CSPK 38.06 + j91.77 5,22 Từ bảng tổng hợp kết tính tốn ta thấy việc bù tối ưu thơng qua chức CAPO phần mềm, nhằm tối ưu kinh tế vị trí đặt đem lại kết tổt việc giảm tổn thất công suất cung tổn thất điện áp Hơn việc bù nút phụ tải lớn đem lại kết khả quan, đồng thời biện pháp hay thường dùng lưới có nút phụ tải lớn khơng thể tính tốn tối ưu Ngoài ra, kịch khác cung dùng làm kết so sánh với kịch tốt để có đánh giá cách tổng bù CSPK Việc sử dụng phần mềm PSS/Adept giúp tính tốn cho kết tinh tốn q trình vận hành lưới điện, làm mơ hình hóa lưới để phục vụ q trình vận hành lưới tính tốn tổn thất, bù cơng suất phản kháng qui hoạch lưới điện 68 CHƯƠNG - KẾT LUẬN VÀ CÁC ĐỀ XUẤT 1.1 Kết luận Công suất phản kháng loại công suất khơng thể loại bỏ lưới điện cần thiết cho thiết bị điện máy điện, máy biến áp…Vấn đề đặt giảm công suất truyền tải đường dây để hạn chế hao tổn chi phí đầu tư xây lắp Trong nguồn phát cơng suất phản kháng tụ điện tĩnh chiếm ưu kinh tế kỹ thuật Bù công suất phản kháng giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng điện cung cấp cho phép giảm tổn thất Điều dẫn đến giảm công suất phát đầu nguồn, giảm vốn đầu tư xây dựng mạng điện, giảm tải đường dây máy biến áp, làm cho tuổi thọ chúng dài Luận văn nghiên cứu phương pháp bù công suất phản kháng, đánh giá ưu nhược điểm phương pháp nhằm giúp cho việc tính tốn nâng cao hệ số cơng suất lưới điện Phương pháp bù công suất phản kháng theo tiêu kinh tế sử dụng luận văn có ưu điểm đơn giản kết chấp nhận Phương pháp dùng cho mục đích thiết kế sơ ban đầu bù công suất phản kháng cho lưới phân phối Ngoài ra, luận văn áp dụng phần mềm PSS/Adept dùng để phân bố tối ưu công suất phản kháng lộ đường dây 478 E19 điện lực Sóc Sơn, thành phố Hà Nội Việc áp dụng phần mềm kiểm chứng kết vận hành lưới điện nhằm đánh giá đắn lưới điện vận hành tốt 1.2 Kiến nghị Có nhiều phương pháp bù cơng suất phản kháng, luận văn đánh giá phương pháp nhiên chưa thể áp dụng đầy đủ cấu hình lưới Việc áp dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính tốn vị trí dung lượng bù q trình vận hành lưới cịn bị hạn chế số liệu thu thấp phụ tải 69 khó xác định, số lượng phụ tải lớn, nên luận văn chưa xác định cụ thể thời điểm đóng cắt tụ Hướng luận văn tiếp tục nghiên cứu tác động chất lượng điện áp, nhiệt độ ảnh hưởng đến tuổi thọ tụ Đồng thời để áp dụng hiệu phần mềm PSS/ADEPT hiệu cần thiết chi nhánh ngành điện cần phải nắm bắt cụ thể thông số đặc điểm phụ tải lưới điện cách chi tiết cụ thể như: loại phụ tải, đặc điểm phụ tải giờ… 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phan Đăng Khải, Huỳnh Bá Minh – Bù công suất phản kháng lưới cung cấp phân phối điện Nhà xuất KHKT Hà Nội - 2003 Phan Đăng Khải - Cơ sở lý thuyết xây dựng lưới điện Hà Nội -2003 Lã Văn Út - Ngắn mạch hệ thống điên NXB KH&KT, Hà Nội- 2000 Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm – Thiết kế cấp điện NXB KH&KT Hà Nội 1998 Nguyễn Văn Đạm (1997), Giáo trình mạng điện , ĐHBK Hà Nội Trần Bách, Lưới điện, ĐHBK Hà Nội Lã Văn Út, Trần Vĩnh Thịnh (1998) Phân tích tổn thất lưới cung cấp điện theo đường cong tổn thất cơng suất, Tạp chí Khoa học công nghệ số 15 Bùi Thế Tâm, Trần Vũ Thiệu (1998) Các phương pháp tối ưu hoá, NXBGTVT Nguyễn Xuân Phú, Nguyễ n Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê (2003) Cung cấp điện, NXB KH&KT Hà Nội 10 Công ty Điện lực 2, Sử dụng phần mềm phân tích tính tốn lưới điện PSS/Adept, Trường ĐHBK HCM (2004) 11 Trần Văn Tịnh, Trương Văn Chương, Bù tối ưu cơng suất phản kháng lưới điện phân phối, Tạp chí khoa học công nghệ, Đại học Đà Nẵng- số 2(25) 2008 71 PHỤ LỤC PL.1 Kết chưa đặt bù 72 73 74 PL.2 Kết đặt bù kinh tế 75 76 77 PL.3 Kết tính phần mềm PSS/Adept 78 79 80 PL.4 Dung lượng tụ bù tính phần mềm PSS/Adept 81 82 ... CHƯƠNG - CÁC THUẬT TỐN BÙ TỐI ƯU CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.1 Tổng quan bù công suất phản kháng Cơng suất phản kháng đặc trưng cho q trình tích phóng lượng nguồn điện phụ tải Công suất phản kháng tạo... tính tốn bù tối ưu cho lưới phân phối cụ thể, để chứng minh cho nghiên cứu mình, làm sở cho hướng nghiên cứu cho đề tài Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá thuật toán bù tối ưu cơng suất phản kháng. .. 1.4 Các nguồn phát công suất phản kháng lưới điện 13 1.5 Kết chương 13 CHƯƠNG - CÁC THUẬT TỐN BÙ TỐI ƯU CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG .14 2.1 Tổng quan bù công suất phản kháng