TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC LỆ THỦY TỈNH QUẢNG BÌNH TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẶNG NGỌC TIẾN TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC LỆ THỦY... Để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG NGỌC TIẾN

TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC

VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC LỆ THỦY

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG

Phản biện 1: TS TRẦN VINH TỊNH

Phản biện 2: TS VÕ NHƯ QUỐC

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày

22 tháng 12 năm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu và Truyền thông Trường Đại học Bách khoa Đại học Đà Nẵng

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa

Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế, xã hội, giáo dục, quốc phòng của tỉnh Quảng Bình, bộ mặt của huyện Lệ Thủy cũng đã có những sự thay đổi nhanh chóng, đặc biệt trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, kinh doanh Sản lượng điện của huyện Lệ Thủy tăng trưởng trung bình hằng năm tăng khoảng từ 8% đến 10%, lưới điện càng ngày càng được mở rộng và hiện đại hóa Điều này dẫn đến nhu cầu sử dụng điện cũng tăng cao, trong đó chất lượng điện năng và khả năng cung cấp điện ổn định, tin cậy được đặt lên hàng đầu

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng của khách hàng mà vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế trong vận hành, đòi hỏi Điện lực Lệ Thủy phải có sự tính toán, lựa chọn phương thức vận hành tối

ưu cho lưới điện phân phối (LĐPP) đang quản lý

Trước những nhu cầu thực tiễn nêu trên cùng với mong muốn tính toán, phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật lưới điện phân phối có

độ chính xác cao hơn dựa trên phần mềm PSS/ADEPT nhằm chọn ra phương thức vận hành tối ưu cho LĐPP Điện lực Lệ Thủy hiện tại, tính toán bù công suất phản kháng ứng với phương thức vận hành tối

ưu Từ đó đưa ra một số giải pháp để hoàn thiện hơn nữa kết dây của

hệ thống nhằm đảm bảo vận hành lưới điện tin cậy và linh hoạt, nâng cao chất lượng điện năng, đặc biệt là giảm thiểu tổn thất công suất truyền tải trên đường dây

2 Mục đích nghiên cứu:

- Tính toán và phân tích để lựa chọn phương thức vận hành

cơ bản tối ưu nhằm đảm bảo tổn thất công suất ∆P trong mạng là bé nhất đồng thời đảm bảo điện áp tại các nút nằm trong giới hạn cho phép

- Tính toán, phân tích lựa chọn phương thức vận hành dự phòng hợp lý nhất khi lưới điện bị sự cố hoặc cắt điện công tác máy

biến áp (MBA) nguồn nhằm phục vụ cho công tác quản lý vận hành được tốt nhất, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

- Tính toán bù công suất phản kháng ứng với phương thức vận hành tối ưu phục vụ cho công tác vận hành

- Đề xuất một số giải pháp để hoàn thiện kết dây hiện tại nhằm làm cho lưới điện có tính linh hoạt cao trong vận hành, nâng cao chất lượng và hiệu quả trong cung cấp điện

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Lưới điện phân phối Điện lực Lệ Thủy

- Phạm vi nghiên cứu: Tính toán và phân tích các phương thức vận hành của LĐPP huyện Lệ Thủy Qua đó, chọn ra phương thức vận hành tối ưu, tính toán bù công suất phản kháng ứng với phương thức vận hành tối ưu và đề ra giải pháp để hoàn thiện kết dây hiện có nhằm phục vụ cho công tác quản lý vận hành, đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải

4 Phương pháp nghiên cứu:

Kết hợp giữa lý thuyết và thực tế: Nghiên cứu lý thuyết về các vấn đề liên quan đến vận hành LĐPP; tìm hiểu thực tế về LĐPP Điện lực Lệ Thủy và sử dụng công cụ phù hợp (đề xuất sử dụng phần mềm PSS/ADEPT) để tính toán, lựa chọn phương thức vận hành tối

ưu cho LĐPP Điện lực Lệ Thủy

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn:

Luận văn đề xuất phương thức vận hành một cách khoa học, hợp lý cho lưới điện phân phối huyện Lệ Thủy đáp ứng được các mục tiêu đề ra Đề tài có tính thực tiễn cao, có thể áp dụng vào thực

tế cho lưới điện phân phối huyện Lệ Thủy và có thể phát triển ứng dụng cho các lưới điện phân phối khác có tính chất tương tự

6 Dự kiến kết quả đạt được:

Xây dựng được phương thức vận hành tối ưu cho lưới điện phân phối huyện Lệ Thủy khi vận hành cơ bản cũng như vận hành dự phòng lúc MBA nguồn bị sự cố hoặc cắt điện công tác

7 Tên đề tài:

Căn cứ mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên

cứu, đề tài được đặt tên: “Tính toán, lựa chọn phương thức vận hành tối ưu cho lưới điện phân phối Điện lực Lệ Thủy tỉnh Quảng Bình”

8 Bố cục luận văn:

Luận văn được bố cục thành 4 chương, gồm các phần chính như sau:

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

VÀ TÌNH HÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TẠI ĐIỆN LỰC LỆ THỦY

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG CÁC PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH CƠ BẢN VÀ DỰ PHÒNG CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC LỆ THỦY

CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT ĐỂ TÍNH TOÁN PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC LỆ THỦY; TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VỚI PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ TÌNH HÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TRÊN ĐỊA BÀN ĐIỆN LỰC

LỆ THỦY QUẢN LÝ

1.1 Tổng quát về lưới điện phân phối:

1.1.1 Về lưới điện:

1.1.1a Lưới điện phân phối trung áp trên không:

1.1.1b Lưới điện phân phối cáp ngầm trung áp:

1.1.2 Về phụ tải điện

1.1.2.1 Đặc điểm của phụ tải điện

1.1.2.2 Các đặc trưng của phụ tải điện

1.1.2.3 Yêu cầu của phụ tải đối với hệ thống điện

1.2 Khái quát về huyện Lệ Thủy và tình hình cung cấp điện:

1.2.1 Khái quát về đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội của huyện

Lệ Thuỷ:

1.2.2 Tình hình cung cấp điện hiện tại trên địa bàn Điện lực Lệ

Thủy quản lý:

Lưới điện phân phối Điện lực Lệ Thủy được cung cấp điện

bằng hai TBA 110kV là TBA 110kV Lệ Thủy (E72) gồm 5 xuất tuyến

và TBA 110kV Áng Sơn (AS) gồm 4 xuất tuyến, trong đó có 2 xuất

tuyến là 476 và 478 AS cấp điện cho huyện Lệ Thủy Ngoài ra, tại Điện

lực Lệ Thủy còn có 1 tuyến đường dây nhận điện từ xuất tuyến 486

Vĩnh Linh - TBA 110kV Vĩnh Linh

1.2.3 Trạm biến áp 110 kV Lệ Thủy (E72)

1.2.3.1 Xuất tuyến 471 E72

1.2.3.2 Xuất tuyến 472 E72

1.2.3.3 Xuất tuyến 474 E72

1.2.3.4 Xuất tuyến 476 E72

1.2.2.5 Xuất tuyến 478 E72

1.2.4 Trạm biến áp 110 kV Vĩnh Linh (VL)

1.2.4.1 Máy cắt 486 Sen Nam

1.2.5 Trạm biến áp 110 kV Áng Sơn (AS)

1.2.5.1 Xuất tuyến 476 Áng Sơn

1.2.5.2 Xuất tuyến 478 Áng Sơn

1.4 Kết luận chương 1

Lưới điện phân phối Điện lực Lệ Thủy có nhiệm vụ cung cấp

điện cho nhân dân trên địa bàn huyện Lệ Thủy Cùng với sự phát triển

kinh tế-xã hội của địa phương, LĐPP Điện lực Lệ Thủy cũng đã phát

triển không ngừng

Sơ đồ kết dây trong vận hành của LĐPP Điện lực Lệ Thủy chủ

yếu dựa vào phân bố địa lý và thực tế vận hành Một số xuất tuyến được

cải tạo phục vụ theo yêu cầu chỉnh trang, giải tỏa mở đường của huyện

nên cần thiết phải tính toán để đưa ra phương thức vận hành tối ưu giúp

giảm thiểu tổn thất công suất trong vận hành, nâng cao độ tin cậy và

chất lượng cung cấp điện, đáp ứng tốt nhất nhu cầu phát triển của phụ

tải trong thời gian tới

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG CÁC PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH CƠ BẢN VÀ DỰ PHÒNG CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN

PHỐI ĐIỆN LỰC LỆ THỦY

2.1 Phương thức vận hành cơ bản hiện tại của LĐPP Điện lực Lệ

Thủy

2.1.1 Trạm biến áp 110 kV Lệ Thủy (E72)

2.1.2 Trạm biến áp 110kV Vĩnh Linh (VL)

2.1.3 Trạm biến áp 110 kV Áng Sơn (AS)

2.2 Phương thức vận hành dự phòng hiện tại của LĐPP Điện lực

Lệ Thủy

2.2.1 Khi mất điện lưới quốc gia

2.2.2 Khi sự cố TBA 110kV Lệ Thủy (E72)

2.2.3 Khi sự cố TBA 110kV Áng Sơn (AS)

2.2.4 Khi sự cố TBA 110kV Vĩnh Linh (VL)

2.3 Kết luận chương 2

LĐPP Điện lực Lệ Thủy hiện tại được vận hành hở, theo dạng hình tia có liên kết mạch vòng hoặc không có liên kết mạch vòng

Sơ đồ kết dây trong vận hành của LĐPP Điện lực Lệ Thủy chủ yếu dựa vào phân bố địa lý và thực tế vận hành Một số xuất tuyến được cải tạo phục vụ theo yêu cầu chỉnh trang, giải toả mở đường của huyện

Lệ Thủy và nhu cầu phát triển của phụ tải nên cần thiết phải tính toán để đưa ra phương thức vận hành tối ưu nhằm giảm thiểu tổn thất công suất trong vận hành, đảm bảo được độ tin cậy và chất lượng cung cấp điện

Trên cơ sở kết quả tính toán các phương thức vận hành hiện tại, phương thức vận hành dự phòng và phương thức vận hành tối ưu để đề xuất các giải pháp hoàn thiện phương thức kết dây hiện tại, nâng cao hơn nữa độ tin cậy cung cấp điện trong quá trình vận hành

CHƯƠNG 3

SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT ĐỂ TÍNH TOÁN PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC LỆ THỦY; TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VỚI PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU 3.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT

3.1.1 Khái quát chung

Trong luận văn sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để thực hiện tính toán, phân tích LĐPP Điện lực Lệ Thủy Trước khi thực hiện tính toán, phân tích chúng ta tiến hành việc tìm hiểu về phần mềm và các tính năng của phần mềm là việc làm cần thiết

- Tính toán về phân bố công suất

- Tính toán ngắn mạch

- Tối ưu hoá việc lắp đặt tụ bù (CAPO)

- Tính toán điểm mở tối ưu (TOPO)

- Phân tích sóng hài

- Phân tích bài toán khởi động động cơ

- Phối hợp các thiết bị bảo vệ

- Phân tích độ tin cậy lưới điện

Trong khuôn khổ của luận văn, chỉ sử dụng ba chức năng của phần mềm PSS/ADEPT để tính toán và phân tích lưới điện Đó là:

- Tính toán về phân bố công suất

- Tính toán điểm mở tối ưu (TOPO)

- Tối ưu hoá việc lắp đặt tụ bù (CAPO)

Dưới đây sẽ trình bày ba chức năng trên của phần mềm PSS/ADEPT

3.1.2 Tính toán về phân bố công suất

3.1.2.7 Phụ tải công suất không đổi

3.1.3 Tính toán điểm mở tối ưu (TOPO)

Phần mềm PSS/ADEPT cung cấp một trình con để xác định điểm mở tối ưu trong LĐPP sao cho tổn thất công suất trong mạng là bé nhất Giải thuật TOPO tối ưu hoá từng phần của một lưới điện hình tia nối với một nút nguồn Chính vì vậy mà trong tất cả mọi cấu hình mạng điện hình tia, TOPO đều có thể định ra một cấu hình có tổn thất công suất tác dụng là bé nhất

Giải thuật của TOPO sử dụng phương pháp Heuristic dựa trên

sự tối ưu phân bố công suất Một đặc tính của giải thuật Heuristic là nó không thể định ra điểm tối ưu thứ hai, thứ ba được Các khoá điện xem xét ban đầu phải ở trạng thái mở nhưng khi đóng lại chúng phải tạo ra một mạch vòng kín Nếu chúng không tạo mạch vòng thì hoặc là chúng đứng tách biệt hoặc là nối với mạng tách biệt Những khoá điện không tạo thành một mạch vòng kín sẽ bị trình TOPO loại bỏ trước khi phân tích và chương trình chỉ tính cho các khoá điện có tạo thành mạch vòng

kín khi đóng Thuật toán của trình TOPO được trình bày ở Hình 3.1

Hình 3.1 Thuật toán xác định điểm mở tối ưu (TOPO)

3.1.4 Tối ưu hoá việc lắp đặt tụ bù (CAPO)

Tối ưu hoá vị trí lắp đặt tụ bù trên lưới là tính toán vị trí lắp đặt

tụ bù trên lưới sao cho kinh tế nhất (nghĩa là sao cho số tiền tiết kiệm được từ việc đặt tụ bù lớn hơn số tiền phải bỏ ra để lắp đặt tụ bù)

Các tính toán kinh tế trong CAPO được giải thích ở đây ứng với một tụ bù cố định ở một đồ thị phụ tải đơn

Giả sử CAPO đang tính toán lắp đặt tụ bù thứ n, độ lớn sF Tất

cả các nút hợp lệ trong lưới điện được xem xét để tìm vị trí đặt tụ bù sao cho số tiền tiết kiệm được là lớn nhất; giả sử công suất tác dụng tiết

kiệm được là xP (kW) và công suất phản kháng tiết kiệm được là xQ (kvar) Năng lượng tiết kiệm và quá trình bảo trì diễn ra trong một khoảng thời gian, vì vậy chúng ta sử dụng một đại lượng thời gian tương đương, gọi là Ne:

Nếu tiền tiết kiệm được lớn hơn chi phí, CAPO sẽ xem xét đến

tụ bù thứ (n+1), nếu tiền tiết kiệm được nhỏ hơn thì CAPO bỏ qua tụ bù thứ n và ngừng tính toán

Để tham khảo, tất cả các phương trình có trong quá trình tính toán CAPO sẽ được liệt kê bên dưới Chi phí của tụ bù, bao gồm tiền lắp đặt và bảo trì, được liệt kê cho loại tụ bù cố định trước Công thức là tương tự cho tụ bù ứng động

CostF = sF x (cF + Ne x mF) (3.10)

Nếu có nhiều trường hợp phụ tải, sẽ có nhiều biến cần được định nghĩa hơn Giả sử có K trường hợp phụ tải trong CAPO, mỗi trường hợp có khoảng thời gian là dk Gọi switchk là trạng thái đóng cắt của tụ bù ứng động, switchk = 1 nghĩa là tụ bù đóng lên lưới trong suốt trường hợp tải và = 0 là tụ bù được cắt ra

Tiền tiết kiệm cho mỗi tụ bù cố định (luôn được đóng vào lưới)

là tổng tiền tiết kiệm của tất cả các trường hợp tải

1

1

k k

1

k k

n n

n

i Ne

CAPO đặt tụ bù cố định lên lưới cho đến khi xảy ra điều kiện dừng Sau đó tụ bù ứng động được đặt lên lưới cho đến khi xảy ra điều kiện dừng tương ứng của tụ bù ứng động Tổng chi phí của quá trình tối

ưu là chi phí lắp đặt và bảo trì của tất cả các tụ đã được đóng lên lưới; chi phí tiết kiệm tổng là tổng của các chi phí tiết kiệm thu lại được của từng tụ bù CAPO có thể đặt nhiều tụ bù cố định và/hoặc nhiều tụ bù ứng động tại mỗi nút PSS/ADEPT sẽ gộp các tụ bù này thành một tụ bù

cố định và/hoặc một tụ bù ứng động Tụ bù ứng động đơn sẽ có nấc điều chỉnh tương ứng và lịch đóng cắt tụ sẽ biểu diễn các bước đóng cắt của từng tụ bù đơn

3.1.5 Các bước thực hiện khi ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT Bước 1: Thu thập, xử lý và nhập số liệu lưới điện cần tính toán trên

3.2 Các số liệu đầu vào phục vụ cho việc tính toán lưới điện

3.2.1 Phương pháp công suất tiêu thụ trung bình

a Giới thiệu:

Phương pháp công suất tiêu thụ trung bình giúp chúng ta thu thập số liệu phụ tải tính toán một cách nhanh chóng, đơn giản Tuy nhiên, hầu hết các đường dây trung thế đều cấp điện với một phạm vi rộng lớn cho nhiều phụ tải khác nhau nên tính chất tiêu thụ của các phụ tải cũng khác nhau Do đó, khi áp dụng công thức này có nhiều phụ tải

không phù hợp nên nó chỉ có thể được sử dụng cho các khu công nghiệp và các khu kinh tế tập trung

3.2.2 Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải đặc trưng

Do vị trí địa lý nên khí hậu của huyện Lệ Thủy chia ra hai mùa

rõ rệt trong năm là mùa nắng (từ tháng 4 đến tháng 10) và mùa mưa (từ tháng 10 đến tháng 4), có ảnh hưởng đến phụ tải điện Tuy nhiên, qua thống kê số liệu phụ tải, mức độ biến động phụ tải giữa hai mùa không lớn và phụ tải cực đại của mùa nắng lớn hơn mùa mưa (khoảng 1,25 lần), vì vậy để tính toán nhằm chọn ra phương thức vận hành tối ưu cho lưới điện ta chỉ cần tính toán với số liệu mùa nắng Đồ thị phụ tải đặc trưng các nhóm tải tại Điện lực Lệ Thủy vào mùa nắng được mô tả như hình 3.3

Hình 3.3a: Đồ thị phụ tải đặc trưng nhóm phụ tải công nghiệp

Hình 3.3b Đồ thị phụ tải đặc trưng nhóm phụ tải thương nghiệp, dịch

Hình 3.3d Đồ thị phụ tải đặc trưng nhóm dân sư sinh hoạt

Hình 3.3e Đồ thị phụ tải đặc trưng nhóm phụ tải cơ quan, văn phòng

b Nhận xét:

Chúng ta có thể thu thập được nhanh chóng các phụ tải tính toán ở các thời điểm khác nhau mà không cần phải đo đạc hết các thời điểm của phụ tải do nhờ vào đồ thị phụ tải đặc trưng Phương pháp này phù hợp hầu hết đối với các loại phụ tải khi muốn lấy số liệu phụ tải tính toán