Tính toán bù tối ưu công suất phản kháng lưới điện hạ thế thành phố đồng hới

1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THANH QUYỀN TÍNH TỐN BÙ TỐI ƢU CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG C C LƢỚI ĐIỆN HẠ THẾ KHU VỰC THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI R L T DU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 85 20 201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Võ Quang Sơn Đà Nẵng, Năm 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết tính toán luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình Tác giả luận văn C C Phan Thanh Quyền DU R L T ii TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH Đề tài: TÍNH TỐN BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƢỚI ĐIỆN HẠ THẾ KHU VỰC THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI Học viên: Phan Thanh Quyền - Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 85 20 201 - Khóa: K34 - Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Giảm tổn thất điện mục tiêu để đánh giá hiệu công tác quản lý, vận hành hệ thống điện, phần tử hệ thống điện máy phát điện, máy biến áp, đƣờng dây Nhiệm vụ hệ thống điện sản xuất, truyền tải phân phối điện đến phụ tải phải đảm bảo hiệu vận hành cao nhƣ chất lƣợng điện áp, tổn thất điện năng, độ tin cậy vận hành kinh tế Có nhiều phƣơng pháp để giảm tổn thất điện nhƣ biện pháp nghiệp vụ quản lý, biện pháp vận hành,… Trong đề tài tác giả tiếp cận vấn đề từ góc độ bù cơng suất phản kháng cho lƣới điện để giảm tổn thất điện chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu, trung bình Trên sở ứng dụng công nghệ, phần mềm để phân tích, đánh giá đƣa giải pháp bù tối ƣu cho lƣới điện trạng Việc khơng địi hỏi nhiều vốn đầu tƣ nhƣng hiệu mang lại đáng kể C C R L T Tuy nhiên, để thực tốt công tác cần phải có số liệu đầu vào đầy đủ cần phải tính tốn phân tích xác Do thời gian thực luận văn có hạn nên tác giả nghiên cứu, đề xuất giải pháp bù tối ƣu công suất phản kháng để giảm tổn thất điện cho lƣới điện hạ thành phố Đồng Hới DU Từ khóa – Bù tối ƣu cơng suất phản kháng, lƣới điện hạ thế, tổn thất điện năng, hiệu vận hành Topic: RESEARCH ON RECONSTRUCTION OF BA DON DISTRIBUTION GRID TO ENHANCE OPERATIONAL EFFICIENCY Abstract - Operational efficiency is one of the basic objectives for evaluating the ability to manage, operate electric power system, components of electric power system such as generators, transformers, electrical lines, and so on The function of the electric power system is to produce, transmit and distribute energy to the loads and to ensure high operational efficiency such as voltage, reliability, energy loss and economic operation There are many methods to improve, enhance operational efficiency such as management methods and operational methods, but the author approaches the issues from the perspective of grid reconstruction under normal operating conditions as well as troubleshooting conditions, under technologies and software implementation based on available equipment and facilities Substantial investment is unnecessary but the its subsequent effect is remarkably significant However, in order to conduct this mission, it is necessary to obtain sufficient input and to perfom accurate analysis Due to the limited time of the thesis, the propose solutions to optimally compensate reactive power to reduce power loss for low voltage grid in Dong Hoi city Keywords - Reconstruction, Low voltage grid, energy loss, reliability, operational efficiency iii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN i TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu C C Phƣơng pháp nghiên cứu Bố cục luận văn: CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM CỦA LƢỚI ĐIỆN HẠ THẾ, TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ SỰ TIÊU THỤ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG R L T DU 1.1 Đặc điểm lƣới điện hạ 1.2 Tổn thất điện (TTĐN) tiêu thụ công suất phản kháng (CSPK) .4 1.2.1 Khái niệm TTĐN .4 1.2.2 Sự tiêu thụ CSPK 1.2.3 Các nguồn phát CSPK 1.3 Sự phối hợp phát CSPK nguồn phát 1.4 Phân tích ảnh hƣởng tụ bù đến tổn thất công suất tác dụng tổn thất điện lƣới điện hạ 1.4.1 Lƣới hạ phụ tải: 1.4.2 Lƣới hạ có phụ tải phân bố trục : 11 CHƢƠNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ BÙ CSPK CHO PHỤ TẢI HẠ THẾ – MỘT SỐ MƠ HÌNH BÙ CSPK VÀ PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 15 2.1 Lý thuyết bù CSPK cho phụ tải hạ 15 2.1.1 Các yêu cầu bù CSPK cho phụ tải 15 2.1.2 Bù tự nhiên cho phụ tải 16 2.1.3 Lý thuyết bù công suất phản kháng cho phụ tải 16 2.2 Một số mơ hình bù CSPK phƣơng pháp xác định mơ hình bù CSPK .17 iv 2.2.1 Phƣơng pháp xác định dung lƣợng bù theo biểu đồ CSPK phụ tải .18 2.2.2 Bù CSPK nâng cao hệ số cosϕ .18 2.2.3 Mơ hình tính bù CSPK theo điều kiện cực tiểu tổn thất công suất 18 2.2.4 Bài toán bù theo điều kiện điều chỉnh điện áp 19 2.2.5 Phƣơng pháp bù theo điều kiện cực tiểu chi phí 19 2.2.6 Bù cơng suất phản kháng dựa tiêu tối đa hoá tiết kiệm 21 2.3 Các phụ tải khảo sát 22 2.4 Một số nhận xét từ kết thực tế 22 CHƢƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH TOÁN HỌC BÀI TOÁN BÙ TỐI ƢU VÀ GIỚI THIỆU CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN 23 3.1 Phƣơng pháp luận sơ đồ thuật toán 23 3.1.1 Mơ hình tổng qt tốn bù tối ƣu CSPK lƣới điện phân phối nhằm giảm TTĐN .23 3.1.2 Các hàm mục tiêu 23 3.1.3 Các hàm ràng buộc .26 3.1.4 Kết tính toán 26 3.1.5 Tính tốn dung lƣợng bù tối ƣu công suất phản kháng lƣới điện hạ áp .26 3.2 Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính tốn vị trí bù tối ƣu 27 C C R L T DU 3.2.1 Giới thiệu chung 27 3.2.2 Tính tốn vị trí bù tối ƣu modul CAPO .29 3.2.3 Các số kinh tế 33 CHƢƠNG TÍNH TỐN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƢỚI ĐIỆN HẠ THẾ KHU VỰC THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI .35 4.1 Thực trạng lƣới điện hạ khu vực thành phố Đồng Hới 35 4.2 Sơ đồ phân bố phụ tải biểu đồ phụ tải đặc trƣng .36 4.3 Trạm biến áp điển hình để áp dụng tính tốn: 36 4.3.1 TBA Hữu Nghị: 36 4.3.2 TBA Cầu .45 4.4 Các số liệu tính tốn thu thập đƣợc 57 4.5 Kết tính tốn lựa chọn phƣơng án tối ƣu 63 4.6 Hiệu kinh tế giải pháp bù CSPK có xét đến giảm TTĐN 65 4.6.1 Đánh giá hiệu kinh tế việc bù CSPK TBA Hữu Nghị .65 4.6.2 Đánh giá hiệu kinh tế việc bù CSPK TBA Cầu 66 4.6.3 Đánh giá hiệu kinh tế việc bù CSPK cho toàn trạm biến áp toàn hệ thống lƣới điện hạ thành phố Đồng Hới 66 v KẾT LUẬN 68 KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO .70 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN C C DU R L T vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT EVNCPC : Tổng Công ty Điện lực Miền Trung LĐHT : Lƣới điện hạ CSPK : Công suất phản kháng MBA : Máy biến áp TBA : Trạm biến áp XT : Xuất tuyến CS : Công suất HA : Hạ áp TTĐN : Tổn thất điện DU R L T C C vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1 Thông số lƣới điện hạ 35 Bảng 4.2 Bảng phân bố công suất phụ tải TBA Hữu Nghị tháng 40 Bảng 4.3 Bảng cơng suất tiêu thụ ngày điển hình TBA Hữu Nghị tháng 42 Bảng 4.4 Bảng công suất tiêu thụ ngày điển hình TBA Hữu Nghị tháng 43 Bảng 4.4 Bảng phân bố công suất phụ tải TBA Cầu tháng .46 Bảng 4.5 Bảng phân bố công suất phụ tải TBA Cầu tháng .51 Bảng 4.6 Bảng cơng suất tiêu thụ ngày điển hình TBA Cầu tháng .55 Bảng 4.7 Bảng công suất tiêu thụ ngày điển hình TBA Cầu tháng .56 Bảng 4.8 Hộp thoại cài đặt số kinh tế PSS/ADEPT 58 C C DU R L T viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ mắc tụ bù tĩnh Hình 1.2 Bù lƣới hạ phụ tải Hình 1.3 Lƣới hạ có phụ tải phân bố .12 Hình 2.1 Nguyên lý bù công suất phản kháng 17 Hình 2.2 Sơ đồ véc tơ nguyên lý bù công suất QC .17 Hình 2.3 Bù phân bố điểm 21 Hình 3.1 Giao diện cài đặt chƣơng trình PSS .28 Hình 3.2 Giao diện phần nhập thơng số đầu vào 28 Hình 3.3 Giao diện nhập số liệu tải 29 Hình 3.4 Các số kinh tế 34 C C Hình 4.1 Mặt trạng TBA Hữu Nghị: 37 R L T Hình 4.2 Biểu đồ phụ tải điển hình ngày tháng 44 Hình 4.3 Biểu đồ phụ tải điển hình ngày tháng 44 DU Hình 4.3 Mặt trạng TBA Cầu 45 Hình 4.4 Biểu đồ phụ thải điển hình ngày TBA Cầu tháng 57 Hình 4.5 Biểu đồ phụ thải điển hình ngày TBA Cầu tháng 57 Hình 4.5 Vị trí đặt bù sau chạy Capo TBA Hữu Nghị 61 Hình 4.6 Vị trí đặt bù sau chạy Capo TBA Cầu 63 Hình 4.7 Kết sau bù cơng suất phản kháng TBA Hữu Nghị 1điển hình tháng 65 Hình 4.8 Kết sau bù cơng suất phản kháng TBA Hữu Nghị 1điển hình tháng 65 Hình 4.9 Kết sau bù cơng suất phản kháng TBA Cầu điển hình tháng 66 Hình 4.10 Kết sau bù công suất phản kháng TBA Cầu điển hình tháng 66 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Lƣới hạ khâu cuối hệ thống điện trực tiếp đến hộ tiêu thụ Trong trình sản xuất, truyền tải hạ điện, lƣợng điện tổn thất chiếm tỷ lệ lớn lƣới điện hạ Kinh nghiệm Điện lực giới cho thấy tổn thất thấp lƣới truyền tải vào khoảng 2% lƣới điện hạ 4%, tổn thất lƣới điện hạ liên quan chặt chẽ đến vấn kỹ thuật lƣới điện từ giai đoạn thiết vận hành [1] Nhiệm vụ mục tiêu đặt Cơng ty Điện lực phải tìm giải pháp tối ƣu để giảm tổn thất xuống mức thấp Vấn đề giảm tổn thất công suất, tổn thất điện năng…vẫn trọng tâm công tác điều hành quản lý, vận hành Điện lực nay, có Điện lực Đồng Hới Nhiều giải pháp đƣợc áp dụng để tính tốn cho việc giảm tổn thất nhƣ: cân pha san tải, thay dây dẫn lớn hơn, kéo mạch kép, lắp đặt tụ bù …vv Trong đó, bù công suất phản kháng (CSPK) C C R L T giải pháp đơn giản hiệu Trong năm gần Cơng ty Điện lực Quảng Bình ngày quan tâm nhiều việc giảm tổn thất điện lƣới điện hạ thế, tỷ lệ tổn thất điện giảm từ 4,44% năm 2015 4,01% năm 2017 Tỷ lệ tổn thất điện cao nhƣng đổi lại suất đầu tƣ lại lớn Để khắc phục, cần khảo sát hệ số công suất, thay đổi phụ tải,… để làm sở phân tích, tính tốn lắp đặt thêm thiết bị bù hốn chuyển kịp thời vị trí bù chƣa phù hợp đến vị trí tối ƣu để góp phần giảm tổn thất điện xuống mức thấp theo lộ trình giảm tổn thất điện (TTĐN) giai đoạn (2016÷2020) Tổng Cơng ty Điện lực miền Trung (EVNCPC) giao cho Công ty Điện lực Quảng Bình (đến năm 2020 phải thực đạt TTĐN chung cho lƣới trung hạ ≤ 4,95%).Với lý trên, đề tài “Tính DU tốn bù tối ƣu cơng suất phản kháng lƣới điện hạ thành phố Đồng Hới” thiết thực nhằm góp phần vào nâng cao hiệu vận hành kinh tế lƣới điện hạ thành phố Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu, đề xuất giải pháp bù tối ƣu công suất phản kháng lƣới điện hạ nhằm giảm tổn thất điện - Xây dựng quy trình kiểm sốt hệ thống bù sở phần mềm tính tốn chƣơng trình có sẵn 65 4.6 Hiệu kinh tế giải pháp bù CSPK có xét đến giảm TTĐN 4.6.1 Đánh giá hiệu kinh tế việc bù CSPK TBA Hữu Nghị C C R L T Hình 4.7 Kết sau bù công suất phản kháng TBA Hữu Nghị 1điển hình tháng Tổn tổn cơng suất tác dụng giảm: 1,91 kW Tổn thất côn suất phản kháng giảm: 3.56 kVAR Giá trị làm lợi: 6.456.065 VND/năm DU Hình 4.8 Kết sau bù cơng suất phản kháng TBA Hữu Nghị 1điển hình tháng Tổn tổn cơng suất tác dụng giảm: 3.46 kW Tổn thất côn suất phản kháng giảm: 6.82 kVAR Giá trị làm lợi: 12.375.959 VND/năm 66 4.6.2 Đánh giá hiệu kinh tế việc bù CSPK TBA Cầu Hình 4.9 Kết sau bù công suất phản kháng TBA Cầu điển hình tháng Tổn tổn cơng suất tác dụng giảm: 0,48 (kW) Tổn thất công suất phản kháng giảm: 0.50 (kVAR) Giá trị làm lợi: 896.639 VND/năm C C R L T DU Hình 4.10 Kết sau bù cơng suất phản kháng TBA Cầu điển hình tháng Tổn tổn công suất tác dụng giảm: 2,31 (kW) Tổn thất côn suất phản kháng giảm: 1,78 (kVAR) Giá trị làm lợi: 3.448.581 VND/năm 4.6.3 Đánh giá hiệu kinh tế việc bù CSPK cho toàn trạm biến áp toàn hệ thống lưới điện hạ thành phố Đồng Hới Lƣới điện hạ thành phố Đồng Hới có tất 589 TBA có điểm chung TBA có đến xuất tuyến hạ thế, tính chất phụ tải tƣơng đối giống (chủ yếu điện sinh hoạt biểu đồ công suất TBA tƣơng đồng nhau) Từ giá trị làm lợi TBA Hữu Nghị TBA Cầu nhân rộng toàn khu vực thành phố Đồng Hới: ((6.456.065 + 12.375.959 + 344.858 + 896.639) )/4)*589 = 2.955.825.967 VND Suất đầu tƣ ban đầu: ((40 + 70)/2)*550.000*589 = 17.817.250.000 VND 67 Thời gian thu hồi vốn chƣa tính bảo trì, bảo dƣỡng: 17.817.250.000/ 2.955.825.967 = 6,0 (năm) Chi phí bảo trì bảo dƣỡng: 55*589*10.000 = 323.950.000 VND/năm (55: trung bình TBA biến áp cần sử dụng 55kVAR, 10.000: số tiền cần bỏ để bảo trì bảo dƣỡng năm) Vậy thời gian để thu hồi vốn: 6,0 + (323.950.000 *6,0)/ 2.955.825.967 = 6,7 (năm) C C DU R L T 68 KẾT LUẬN Bù công suất phản kháng cho lƣới điện hạ áp giải pháp hiệu giảm tổn thất công suất dẫn đến giảm tổn thất điện Phần mềm PSS/ADEPT giúp phân tích tính tốn lƣới điện phân phối cách xác thu thập số liệu xác Đồng thời hiệu chỉnh thay đổi thơng số lƣới dễ dàng dẫn tới việc mở rộng sơ đồ cách thuận lợi Thêm vào cách xuất liệu đa dạng nên dễ dàng cho việc tổng hợp đánh giá kết Sau tính tốn phƣơng án bù so sánh lợi nhuận phƣơng án kết luận đƣợc bù hạ áp giải pháp tốt mang lại hiệu kinh tế cao cho lƣới điện trạng thành phố Đồng Hới Vì vậy, đề xuất phƣơng pháp thực bù: dùng chƣơng trình PSS/ADEPT cho thấy phƣơng án bù hạ áp có giá trị làm lợi kinh tế lớn Ứng dụng chƣơng trình MDMS vào modul phụ trợ để tính tốn đƣa giá trị phù hợp cho năm C C DU R L T 69 KIẾN NGHỊ - Theo dõi chặt chẽ để tránh tình trạng bù vào thấp điểm bình thƣờng, cấu phụ tải thay đổi không cần tiêu thụ nhiều công suất phản kháng Trong trình bù để xảy tình trạng bù lớn vƣợt ngƣỡng cho phép (cos