Cung cấp điện (ĐCN- 2021)

Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học s- phạm kỹ thuật h-ng yên Khoa ĐIện- Điện tử Bộ môn: Kỹ THUậT điện *** *** Đề c-ơng giảng Học phần: CUNG CấP ĐIệN - ĐCN TC:02 Giáo viên : Nguyễn Thị Khánh H-ng Yên , tháng 08 năm 2021 Chng Khỏi nim chung 1.1 Khỏi niệm Với phát triển kinh tế đòi hỏi phát triển mạnh mẽ liên tục hệ thống lượng, mà hệ thống điện đóng vai trị quan trọng, để đáp ứng nhu cầu lượng ngày tăng Do quy hoạch điện toán quan trọng chương trình quy hoạch phát triển kinh tế Quốc gia Với đặc điểm tính chất khác biệt mình, hệ thống điện có nhiều mối quan hệ với: mơi trường xung quanh; điều kiện khí tượng, thiên văn; tài nguyên; nhân lực; tài chính; phát triển khoa học kỹ thuật, phát triển văn hoá xã hội sản xuất Những mối quan hệ với quan hệ bên hẹ thống làm phức tạp hoá toán quy hoạch mạng điện Trong q trình quy hạch cần tính đến đặc điểm quan trọng hệ thống điện : ln phát triển theo thời gian, có nhiều mối quna hệ phi tuyến; gồm nhiều phần tử phức tạp; tham số biến đổi ngẫu nhiên; trình sản xuất tiêu thụ điện diễm đồng thời 1.2 Nhiệm vụ quy hoạch mạng điện địa phương Nhiêm vụ toán quy hoạch mạng điện là: dự báo phát triển hệ thống điện giai đoạn, xây dựng cấu trúc tối ưu hệ thống, thiết lập chế độ làm việc tối ưu, cung cấp điện chất lượng tin cậy cho hộ dùng điện Có thể khái qt q trình tiến hành quy hoạch điện sơ đồ hình 1.1 Nhiệm vụ quy hoạch Điều tra sử lý số liệu Phân tích đặc điểm vùng quy hoạch Phân tích đồ thị phụ tải Phân tích tiêu kinh tế Dự báo nhu cầu sử dụng điện dụ báo phụ tải Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống điện Xây dựng sơ đồ nối điện tối ưu S Đ Đã có mạng điện Chọn cấp điện áp U S Chọn tiết diện dây dẫn, chọn thiết bị điện biếp áp S Đánh giá trạng lưới điện Bán kính mạng điện tối ưu Đ j tối ưu Đ Xác định hao tổn điện áp S Công suất TBA tối ưu Xác định hao tổn công suất điện Đ Phân tích chất lượng điện Xác định thiệt hại điện xác suất điện S Điều chỉnh cấp điện áp CLĐ tối ưu Đ Phân tích chế độ mạng điện Điều hồ Q S San đồ thị phụ tải Chế độ tối ưu Đ Phân tích độ tin cậy cung cấp điện Bảo vệ rơle tự động điều khiển Phân đoạn đường dây Hình 1.1 : Lược đồ quy hoạch mạng điện địa phương S Độ tin cậy tối ưu Đ Hạch tốn giá thành 1.3 Nội dung trình quy hoạch mạng điện địa phương Để lập quy hoạch mạng điện địa phương ta tiến hành bước sau: - Tìm hiểu tình hình địa phương - Dự báo nhu cầu lượng đồ thị phụ tải địa phương - Xác định phương hướng sử dụng nguồn điện trung ương nguồn điện địa phương - Xác định cấu trúc mạng điện địa phương - Tình tốn chế độ để đánh giá tiêu mạng ện 1.3.1 Điều tra sử lý số liệu 1.3.1.1 Điều tra Thông tin “nguyên liệu” tối cần thiết cho trình quy hoạch điện Thông tin thu thập từ nguồn khác như: + Các dự án phát triển kinh tế + Các tài liệu, sổ tay thiết kế, tính tốn + Số liệu lưu trữ sản xuất tiêu thụ điện + Đo đếm trực tiếp Để làm dẽ dàng cho trình thu thập sử lý thông tin, trước hết cần thiết lập hệ thống bảng biểu cho đơn giản chứa đựng nhiều thông tin Việc chọn mẫu để tiến hành điều tra tiến hành theo nguyên tắc thống kê toán học Kích thước tập mẫu xác định theo biểu thức:  .k n v 2   s  (1.1) Trong đó: n - số phần tử tối thiêut cần khảo sát ( kích thước tập mẫu); KV - hệ số biến động kV  x M(X) (1.2) M (X),(x) – kỳ vọng độ lệch chuẩn tham số x cần khảo sát; s- sai số tương đối cho phép; - bội số tản, phụ thuộc vào độ tin cậy tính tốn, lấy giá trị khoảng 1,5 2,5 Sau thu thập, trình bày dạng bảng biểu theo nguyên tắc thống kê 1.3.1.2 Xử lý sơ liệu * Đánh giá sai số Có ba loại sai số mắc phải trình sử lý số liệu : Sai số thơ, sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên - Sai số thơ; Trong q trình đo đếm đơi ta gặp phải kết sai khác nhiều so với số liệu bên cạnh Cần phải nghĩ sai số thơ sai lầm, sơ xuất trình thu thâp số liêu gây Coi số nghi ngờ, ta cần phải kiểm tra để loại trừ nghi ngờ xuất Giả thuyết phân bố xác suất chuỗi số liệu tuân theo quy luật chuẩn, lúc theo quy tắc “ba xích ma” ta có: X max  M ( X )  3 ( X ) X (1.3)  M(X)3(X) So sánh gái trị nghi ngờ với Xmax, Xmin Xnghi ngờ < Xmin Xnghi ngờ >Xmax ta gạt khỏi dãy số liệu để sử lý - Sai số hệ thống: Do nhữmg nguyên nhân khắc phục mà phép đo chứa sai số định gọi sai số hệ thống Đây sai số dự đốn trước biết trước quy luật biến thiên trị số điều kiện đo cụ thể Do dùng biện pháp khác để loại trừ sai số hệ thống Chẳng hạn kiểm tra sai số hệ thống thiết bị đo xác - Sai số ngẫu nhiên: Trong trình đo đếm có nhiều ngun nhân lường trước dẫn đến sai số phép đo, mà người ta gọi sai số ngẫu nhiên Sai số phụ thuọc vào phương sai đại lượng đại lượng đo hiệu chỉnh theo biểu thức:  s  n (1.4) Trong số loại sai số phân biệt làm sai số tĩnh sai số động Sai sô tĩnh xuất phép đo đại lượng không đổi theo thời gian, sai số động xuất phép đo thực với tham số biến động theo thời gian Sai số động lớn thời gian phép đo dài Để phan tích sai số động áp dụng hiệp phương sai, giả thuyết thời gian đo kỳ vọng toán đại lượng đo không đổi * Xác định đại lượng đặc trưng tập mẫu - Kỳ vọng tốn hay giá trị trung bình n M (x) X  xi n i1 (1.5) Trong : xi – giá trị quan sát thứ i - Phương sai tập mẫu D(x) (x  M (x)) i n (1.6) -Phương sai tập tổng quát: D(x) (x  M (x)) i n1 - Độ lệch trung bình bình phương   D ( x) ( x) (1.7) -Hệ số biến động k   v M (x) (1.8) * Mơ tả phân tích mơ hình phân bố số liệu Có thể dùng mơ hình xác suất thống kê để mô tả tập số liệu quan sát theo quy luật phân bố thông dụng Ở địi hỏi kết hợp giứa tốn học chun mơn điện Để tăng độ xác mức độ tin cậy kết luận cần phải ứng dụng nhiều tiêu chuẩn khác để so sánh đối chiếu * Biểu diễn tham số quan sát dạng hàm tương quan hồi quy Việc phân tích tương quan hồi quy giúp ta hiểu rõ mối quan hệ phụ thuộc tham số quan sát trình quy hoạch điện thiết lập mơ hình tốn học cách dế dàng Đồng thời đánh giá mức độ ảnh hưởng nhân tố khác hệ thống điện Thơng qua phân tích tương quan hồi quy xác định tham số kinh tế, kỹ thuật cần thiết lập mơ hình dự báo theo kiểu ngoại suy Các mơ hình tương quan đánh giá theo hệ số tương quan mô men tương quan tham số Mô men tương quan hai đại lượng Y X xác định:  yx  xi M (x).yi M ( y) n (1.9) yi, xi – giá trị đại lượng Y X phép đo thứ i M(x), M(y) - kỳ vọng toán đại lượng X, Y Hệ số tương quan tuyến tính: r   yx yx  x  y (1.10) Hàm tương quan tuyến tính viết dạng: y yx (x M (x)) M ( y) D(x) (1.11) 1.3.2 Phân tích đặc điểm vùng quy hoạch Các đặc điểm tự nhiên, khí hậu, xã hội, kinh tế vùng quy hoạch có ảnh hưởng lớn đến phát triển hệ thống điện Việc phân vùng quy hoạch dựa theo sở phân vùng: tự nhiên, đồng bằng, trung du, ven biển, miền núi Trên sở phân tích đặc điểm vùng quy hoạch cần thiết lập mối quan hệ phản ánh ảnh hưởng đặc điểm đến tham số hệ thống điện Ví dụ ảnh hưởng lượng mưa trung bình năm lượng điện tiêu thụ, quan hệ mức độ phức tạp địa hình vốn đầu tư xây dựng mạng điện, quan hệ mật độ dân số với thừi gain sử dụng công suất cực đại, mức độ tăng trưởng kinh tế với mức gia tăng tiêu thụ điện hàng năm 1.3.4 Đánh giá trạng 1.3.4.1 Đánh giá nguồn điện Phân tích đánh giá tiềm nguồn điện khai thác đại phương như: nhiệt năng, thuỷ năng, phong Đối với mạng điện cung cấp từ lưới điện Quốc gia nguồn điện trạm trung gian mạng điện cung cấp Cần phân tích đánh giá khả phát triển trạm biến áp trung gian để đáp ứng cho nhu cầu phát triển mạng điện vùng 1.3.4.2 Đánh giá khả mang tải mạng điện * Khả mạng tải trạm biến áp Hệ số mạng tải trung bình trạm biến áp xác định theo biểu thức:  Ptb k mt P (1.12) dm Ptb, Pdm – công suất tiêu thụ trung bình cơng suất định mức máy biến áp Ví dụ: Khu cơng nghiệp: Đại An: TBA trung gian ( TBA chính): 110/35 kV; Các XN khu cơng nghiệp lấy điện từ 35/0,4 kV Xí nghiệp: 35/0,4 kV ( vinamill) * Khả mạng tải đường dây Trước hết ta cần xác định mật độ dòng điện thực tế đường dây: j I F (1.13) I – dòng điện chạy dây dẫn (A): F - tiết diện dây dẫn mm So sánh giá trị mật độ dòng điện thực tế với giá trị dòng điện kinh tế để đánh giá mức độ mang tải đường dây * Bán kính hiệu dụng lưới phân phối Bán kính hiệu dụngcủa mạng điện phân phối xác định theo biểu thức: R 1,2 4,35.U cf U hd  r0 (1.14) Ucf – Hao tổn điện áp cho phép mạng điện; U - Điện áp định mức mạng điện, kV;  - Mật độ phụ tải kW/ km ; r0 - Suất điện trở đường dây/km * Số lượng trạm biến áp tiêu thụ Số lượng trạm biến áp tiêu thụ biểu thị mật độ điểm tải khu vực quy hoạch điện, xác định theo biểu thức: b N S cf K 10.U (Z.U )2  d p m (1.15) S – Công suất mạng điện, kVA; k - Hệ số tính đến địa hình vùng quy hoạch; b - Suất vốn đầu tư thay đổi theo đường dây, đ/km.mm ; m - Suất vốn đầu tư cố định trạm biến áp, đ/ trạm; Z - Số lộ trạm; d - Điện dẫn kim loại làm đường dây; p0 - mật độ công suất đường dây, kW/km Thiết kế cung cấp điện: - Loại phụ tải: sử dụng >= máy biến áp - Phụ tải loại 2: MBA MBA: Phân tích kinh tế 1.3.4.3 Đánh giá chất lượng điện Chất lượng điện đánh giá dựa số liệu quan sát thay đổi tham số nút khác mạng điện Về phương pháp đánh giá cụ thể xin xem chương chất lượng điện 1.3.4.4 Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện Độ tin cậy đánh giá góc độ an tồn góc độ cung cấp điện sở khảo sát trạng tháicủa thiết bị phần tử độc lập mạng điện Xác định số lần thời gian điện năm Xác định thiệt hại sau lần điện Phương pháp đánh giá độ tin cậy trình bày chi tiết chương “ độ tin cậy cung cấp điện” 1.4 Quan hệ lượng môi trường * Gây nhiễm tầng khí * Sự ô nhiễm nguồn nước * Hiệu ứng nhà kính Gây nhiễm tầng khí - Các chất thải độc hại từ nhà máy nhiệt điện liệt kê CO, CO , SO2 , NOx - Khi đốt than sinh 66 kg SO2, 11 kg bụi nhiều khí độc hại khác Cụ thể là: + Lượng khí CO2 người đốt nhiên liệu khoáng phế thải vào khơng khí tỉ tấn/ năm + Lượng SO2 200 triệu / năm + Lượng NOx 150 triệu / năm - Các kết nghiên cứu ô nhiễm sunphua điôxyt (SO2) bụi thải cho thấy 50% dân số thành thị giới (khoảng 900 triệu người) sống mơi trư-ờng khơng khí có hàm lượng SO2 vượt tiêu chuẩn cho phép, tỉ người sống mơi trường có hàm lượng bụi vượt q tiêu chuẩn cho phép, nguyên nhân mà hàng năm giới có khoảng 500.000 trẻ em bị chết yểu, từ đến triệu người bị mắc bệnh đường hô hấp hàng triệu trường hợp mắc bệnh tật khác - Các nhà máy nhiệt điện chạy than nguồn thải chất thải bon.Các nhà máy điện sản 36% chất thải bon từ sản phẩm lượng, tăng lên đến 38% vào năm 2015 - Hiện than chiếm 52% tổng số nhà máy điện thải 87% chất thải „ (Triệu tấn) 600 500 Than 400 300 200 100 Khí Dầu Lượng thải cacbon từ nhà máy nhiệt điện Khí thải nhà máy điện lại góp phần làm thủng tầng ơzơn trái đất, gây hậu to lớn mà người ta chưa thể đánh giá hết Tầng ôzôn nằm độ cao 20-30 km tầng bình lưu sinh biến đổi oxy(O2) thành ôzôn (O3) Tầng ôzôn ngăn 90% tia tử ngoại có hại mặt trời chiếu xuống trái đất, nhà khoa học cịn gọi tầng ơzơn "cái mộc trái đất" Khi tầng ơzơn bị phá hoại, tia tử ngoại trực tiếp chiếu xuống mặt đất, gây ung thư da, làm tổn thương mắt cách mãn tính ảnh hưởng đến chức hệ thống miễn dịch thể Hiện nay, tầng ôzôn Nam cực mỏng 65%, cịn tầng ơzơn không trung Bắc Âu, Nga Canađa giảm từ 12 - 20%, chí tầng ơzơn nhiều nơi bị thủng hẳn mà tiêu biểu Nam cực có lỗ thủng rộng 20% diện tích Nam cực Sự nhiễm nguồn nước Nước đại dương hồ, ao, sông, suối ngày bị ô nhiễm nặng nề Các nhà máy nhiệt điện vừa thải khói mơi trường lại vừa thải chất độc hại xuống nguồn nước gây axít hố mơi trường (ao, hồ, sơng, suối ) nguy gây nhiễm nguồn nước Hiện tượng axit hố khơng phải bắt nguồn từ nguồn gốc tự nhiên, mà kết biến đổi thành axit khí SO2 (tỷ lệ 2/3) khí NOx (tỷ lệ 1/3) nhả từ cột ống khói nhà máy điện Hiệu ứng nhà kính quy mơ tồn cầu có nguy ấm dần lên hành tinh Các nhà máy nhiệt điện có sử dụng khí thiên nhiên với hàm lượng chủ yếu mêtan có khả gây hiệu ứng nhà kính nhiều gấp 20 lần so với khí CO Hiệu ứng nhà kính hiệu ứng gây ba chất khí thải chủ yếu Cacbonic (CO2), mêtan (CH4) ôxyt nitơ (N2O) Những khí tạo màng bọc bầu khí làm phản xạ lại bề mặt trái đất lượng nhiệt phát từ trái đất 10 Nếu ta quan niệm q trình hỏng hóc trình chết trình phục hồi, sửa chữa sinh trưởng biểu thị graph trạng thái hệ thống dạng sinh tử, hay gọi xích Markốp ( hình 4.7) Từ trạng thái S ta chuyển sạng trạng thái S1 thông lượng hỏng hóc01 Từ trạng thái S1 chuyển sang trạng thái S0 thông lượng phục hồi01 Theo sơ đồ xích Markốp ta thiết lập phương trình trạng thái pi 01 p001 p1  12 p121 p2      p n1,n n1 p n,n1   n1 (4.41)  Với tổng xác suất trạng tháipi =1 Từ hệ phương trình ta tìm được: p  01 p  01 01 p  12 p 01.12 p    12 01 12   pn  01 12 n1,n p0 (4.42) 01 12 n,n1 Dễ dàng xác định xác suất trạng thái S0 từ phương trình    p  i  p0       01 12 n1,n   1      p   1    01 01      01 12 01 12 01      01 01  01  01 12   01 12 12 12    n,n1 1 n1,n   01 12 n,n1   (4.43) Biết p0 ta dế dàng xác định xác xuất pi 4.3.8 Xác định độ tin cậy có tính đến dự phòng Dự phòng thiết bị giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện hệ thống Giả sử hệ thống có n phần tử với xác suất tin cậycủa mối phần tử p, xác suất làm việc tin cậy xác định theo biểu thức Becnuly : p ht = Cnn.pn; Trong đó: Cnn - tổ hợp n phần tử; Nếu có thên m phần tử dự phịng xác suất tin cậy hệ thống xác định: m phtCnnmii p ni q mi i0 pht Cnnm p n q m Cnnm11 p n1q m1  Cnmmn p nm q 4.4 Các phương pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện 70 4.4.1 Phân loại phương pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện chia thành hai phương pháp Các phương pháp tổ chức kỹ thuật Các phương pháp tổ chức kỹ thuật không cần sử dụng nhiều vốn đầu tư, thiết bị thường mang lại hiệu cao, số giải pháp bao gồm: Dự trữ thiết bị vật liệu loại trừ cố Nâng cao yêu cầu công nhân vận hành thiết bị Xây dựng chế độ vận hành hợp lý, thiết lập quy trình vận hành thiết bị Tổ chức hợp lý việc tìm kiếm loại trừ cố Tổ chức hợp lý việc đại tu sửa chữ định kỳ Tổ chức sửa chữa điện áp ( sửa chữa có điện) đảm bảo kỹ thuật an toàn Các phương án kỹ thuật Các phương án kỹ thuật đòi hỏi trạng thiết bị vốn đầu tư, phương pháp mạng lại hiệu kinh tế khác Các phương pháp thường áp dụng rộng rãi là: Hoàn thiện bảo vệ rơle, sử dụng rơle phương thức bảo vệ tiên tiến Hoàn thiện cấu tự động đóng lặp lại Đây biện pháp nâng cao độ tin cậy quan trọng mạng lại hiệu lớn Giảm bán kính lưới phân phối Dự phịng đường dây Dự phịng cơng suất Phân đoạn đường dây Nâng cao độ tin cung cấp điệncủa phần tử riêng lẻ 4.4.2 Dự phịng cơng suất Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thực tế người ta thường trang bị lượng công suất dự trữ cách xây dựng trạm phát điện dự phòng Việc trạng bị làm tăng vốn đầu tư Vì việc đặt trạm dự phịng phải tính toán kinh tế - kỹ thuật để đảm bảo điều kiện tối ưu hệ thống Giả sử số lần điện năm n, thời gian phục hồi trung bình t f, suất thiệt hại trung bình y Thiệt hại điện xác đinh: (4.44) Y y0 Ath  y0 n.t t f Pth Trong đó: Ath – Năng lượng thiết hụt điện; t - Hệ số trùng hợp; Pth – Cơng suất thiếu hụt Việc đặt trạm dự phịng có ý nghĩa chi phí tính tốn trạm thấp thiệt hại điện 71 Z  p.Vdp Cdp  Y (4.45) dp Nếu ta lấy cơng suất dự phịng cơng suất thiếu hụt Pdp = Pth suất chi phí quy đổi Z  p.Vdp Cdp dp P th t n.t f (4.46) Như điều kiện kinh tế để đặt trạm dự phòng là: Zdp y0 4.4.3 Phân đoạn đường dây Phân đoạn đường dây đóng vai trị quan trọng việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Nó làm giảm số lần cắt điện lộ tổng Thường sử dụng hai loại phân đoạn đường dây sau: Phân loại đường dây bán tự động sử dụng hệ thống dao cách ly, cầu chảy thiết bị tay khác đặt nhánh rẽ Khi có cố trên, cấu phân đoạn tự động tách đoạn đường dây khỏi điện đảm bảo cho hộ dùng điện khác không bị ảnh hưởng giúp cho việc xác định cố ngắn mạch nối đất tiến hành dễ dàng Sau khắc phục cố, mạng điện lại đóng vào nguồn tay Cơ cấu sử dụng để cắt điện sửa chữa định kỳ kiểm tra thiết bị Phân đoạn đường dây cấu tự động thường thực máy cắt, tự động đóng cắt điều khiển từ xa Khi mạng điện có cố cấu phân đoạn tự động tách đoạn bị cố khỏi mạng điện đảm bảo cung cấp điện liên tục cho hộ dùng điện nhánh đường dây không bị cố Khi đặt cấu phân đoạn làm tăng chi phí lưới điện, việc đặt cấu phân đoạn phải tính tốn kinh tế - kỹ thuật Đường dây không phân nhánh Ta giả thuyết phụ tải phân bố đường dây chiều dài L với mật độ công suất P0 ( hình 4.8) Số lần cố km chiều dài đường dây năm n, thời gian phục hồi trung bình lần cố t f Năng lượng hiếu hụt điện chưa có cấu phân đoạn ( hình 4.8a) là: A0 P0 n.t f L2 Giả sử đặt cấu phân đoạn đường dây cách đầu cuối đoạn dài l ( hình 4.8b) Khi có cố đoạn L máy cắt phân đoạn tác động ngắt đoạn cố l khỏi mạch đảm bảo cho thụ điẹn đoạn đầu liên tục cung cấp điện Năng lượng thiếu hụt trường hợp là: A P L.(L1).n.t P l n.t (4.47) t f f 72 Số hạng đầu tiêncủa biểu thức lượng thiếu cố xảy đầu đường dây Số hạng thứ hai cố xảy đoạn sau L L l P0 P0 a b Hình 4.8: Sơ đồ phân đoạn đường Một câu hỏi đặt cấu phân đoạn đâu cho hiệu phân đoạn cao nhất? Rõ dàng vị trí tối ưu nơi mà lượng thiếu hụt Muốn ta lấy đạo hàm At ứng với chiều dày l cho triệt tiêu: A P n.L.t  2.l.P n.t l f 0 f (4.48) Giải phương trình ta được: lkt = L/2 Đạo hàm bậc A1 mang dấu dương nên giá trị A1 cực tiểu thay cho I giá trị kinh tế vào (4-47) A P n.t 3.L2 ta được: 10 f (4.49) Nếu đặt hai cấu phân đoạn : A P n.t 2.L2 10 f Tương tự đặt N cấu ta công thức tổng quát A P n.t L2 N  A N N0f N1 N1 (4.50) Thiệt hại điện Y y A (4.51)  N   y P n.t L2 n N 0 N1 f (4.52) Hiệu đặt N cấu phân đoạn là;  N 2 n YYYY N1 N Để xác định số lượng cấu tố ưu ta thành lập hàm mục tiêu: Z pN Vpđ y0 A0 (4.53)  N  2 N 1  Trong Vpđ - Vốn đầu tư cấu phân đoạn ; Lấy đạo hàm Z theo N cho triệt tiêu ta phương trình; Z  p.Vpđ y0 A0  N12  N (4.54) 73 Nghiệm phương trình cho ta số lượng cấu tơi ưu: 1 y0 A Nkt (4.55) pVpd ; y A0 Đặt Nkt =1;Ta có: 2 (4.56) pVpd Hay : 8P.Vpd = A0y0 (4.57) Như vậy, việc đặt cấu phân đoạn có ý nghĩa thiệt hại điện gấp lần khấu hao vốn đầu tư cấu Đường dây phân nhánh (hinh 4.9) Thiệt hại chưa có cấu phân đoạn nhánh rẽ (4.58) Y = y P (L+l) nt f 0 Khi đặt cấu phân đoạn, chi phí tính tốn có tính tới thiệt hại điện là: f pđ f Z = p.V +y P L(L+1)nt + y P l nt 0 (4.59) 0 Việc đặ cấu có ý nghĩa kinh tế thực điều kiện: 2 Y0.p0(L + 1) ntf > pVpđ + y0p0L(L+1)ntf + y0p0l ntf pV l (4.60) pd y P Lnt f 0 Chọn vị trí đặt cấu phân đoạn Hiệu phân đoạn đường dây phụ thuộc nhiều vào số lượng vị trí đặt cấu Vì việc xác định vị trí đặt tối ưu cấu nhiệm vụ quan trọng thiết kế nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Chọn cấu phân đoạn đường dây biết số liệu cụ thể phụ tải Trình tự tính toán tiến hành sau: Căn vào bảng cho sẵn xác địmh khả thiệt hại điện thụ điện Y = y0χtNt (4.61) Y0 - Suất thiệt hại đơn vị sản phẩm; χt - Hệ số trùng lập; N - Số đơn vị sản phẩm; t - Thời gian điện năm Xác định tổng thiệt hại lưới Y Y   i ; (4.62) Sơ định vị trí đặt cấu phân đoạn xác định hiệu phân đoạn E Y t I t II (4.63) Trong : 74 YI - Tổng thiệt hại điện năm đoạn I (tính từ nguồn điện đến điểm đặt cấu) tII - thời gian điện năm đoạn dây sau cấu phân đoạn t - Tổng thời gian điện lưới Xác định hiệu suất kinh tế cấu Ekt = E - Epđ (4.64) Epđ – Chi phí tính tốn cấu phân đoạn (4.65) Zpđ = pVpđ + C Điều kiện đặt cấu phân đoạn là: Ekt > Chọn vị trí đặt cấu phân đoạn thứ xét kết hợp hai cấu: Hiệu phân đoạn đặt hai cấu - Nếu cấu đặt song song: E = Et + E2 (4.66) - Nếu cấu đặt nối tiếp nhau: E* E Yiiitiii t (4.67) t Et, E2 – Hiệu phân đoạn cấu xác định theo Yt- ii: tổng thiệt hại thụ điện mắc hai cấu phân đoạn; Tiii – Thời gian điện năm đoạn dây theo cấu phân đoạn thứ iii Xác định hiệu suất kinh tế đặt cấu E KT  E2Z pd ; (4.68) Nếu EKT2< EKT1 việc đặt hai cấu không đem lại hiệu suất kinh tế đặt cấu Nếu EKT2 > EKT1 xét tiếp phương án đặt cấu xác định EKTn1EKTn dừng lại Chọn vị trí đặt cấu phân đoạn khơng có số liệu cụ thể thụ điện Lúc cần dựa vào công suất đặt trạm tiêu thụ để xác định hiệu phân đoạn (4.69) E = kncP1y0.tii ; Trong đó: P1 - Tổng công suất đặt tất trạm tiêu thụ phía trước cấu phân đoạn; knc - Hệ số nhu cầu; tii - Tổng thời gian điện đoạn dây sau cấu phân đoạn; y - Suất thiệt hại điện có giá trị y0 =0,6 1,5 ngàn đồng/kWh Các trình tự tính tốn tiến hành Các cấu phân đoạn theo điều kiện làm việc định mức kiểm tra theo điều kiện ngắn mạch Dự phòng đường dây 75 Giả sử ta có đường dâycung cấp điện cho xí nghiệp Tuỳ mức độ quan trọng xí nghiệp mà có trang thiết bị quan trọng khác Trường hợp khơng có cơng suất dự phịng ta phải tính đến việc cung cấp điện từ đường dây khác Điều kiện thực đường dây dự phịng chi phí qui đổi đường dây dự phòng phải nhỏ thiệt hại điện phụ tải mà ta cần cung cấp Tính tốn lưới điện có xét đến độ tin cậy cung cấp điện Quan hệ độ tin cậy cung cấp điện tiêu kinh tế - kỹ thuật Khi xây dựng mơ hình tốn học mạng điện ta so sánhcác phương án có độ tin cậy chất lượng điện ngang Nếu khơng ta phải tính thêm thời gian thiệt hại điện Chi phí tính tốn toàn phần xác định Z = Z0 + Y; (4.70) Z0 – Chi phí tính tốncủa hệ thống điện; Y - Thiệt hại gián đoạn cung cấp điện Thường có loại tốn thực tế Loại thứ nhất: với lưới điện vận hành, cần tính chọn phương án nâng cao cung cấp điện lên mức cần thiết Loại thứ hai: chọn đặc tính lưới điện để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đến mức cần thiết Để nghiên cứu đặc tính tối ưu mạng điện ta phải xét mối quan hệ Z với thông số tin cậy Z M N  p V m ij ij ij ji li y M N Pij n m t ij ij ij ; (4.71) j ji li M - Số lượng thiét bị; N - Số loại thiết bị phân tử; Vij - Vốnđầu tư loại thiết bị thứ i phần thứ j; pij - Hệ số khấu hao; Pij – Công suất thiết bị; nij - Số lần điện trung bình; tij - thời gian phục hồi lần điện Tổng chi phí mạng điện phụ thuộc vào vốn dầu tư số lần điện, hỏng hóc phân tử Bài toán giả theo qui hoạch tuyến tính với điều kiện dàng buộc M N nij ji li t ij  t cp (4.72) Tcp - thời gian điện cho phép năm 76 Giữa số lần điện vốn đầu tư thiết bị tồn mối quan hệ n = f(V) Thực tế mối quan hệ khó xác định phụ thuộc vào nhiều yếu tố Giả sử ta biết mối quan hệ số lần hỏng hóc thiết bị ni vốn đầu tư Vi dạng phương trình hồi quy n a i  b; ni   (Vi  Ci ) (4.73) ; Trong a, b,c, α số xác định từ số liệu thống kê Chi phí quy đổi phân tử thứ i biểu diễn dạng Zi = piVi + y0Piniti (4.74) V  Lấy đạo hàm riêng Z theo Vi Z  p y Pt n  i i0 i V V i (4.75) i n  i V V1 Mà: i Thay vào ta được: i Z  p y Pt i  V i0 i (4.76) i V1 i i Từ phương trình ta xác định vốn đầu tư tơi ưu để cung cấp điện có độ tin cậy hợp lý V  y P.t a  i   11 KT  i i   i i (4.77)  P Ta thấy lượng thiếu hụt Ai = Pi.ni.ti (4.78) Lấy đạo hàm theo vốn đầu tư Vi Ai  P.t n  n  Ai i i V V V V P.t i i i i i (4.79) i Thay giá trị vào phương trình (4.75) ta được: Z  p y t Ai  i0 i V V P.t i i i (4.80) i Phương trình phản ánh mối quan hệ lượng thiếu hụt vốn đầu tư Ai = f(Vi), mà từ tìm lời giải tối ưu độ tin cậy cung cấp điện 4.5.2 Chọn sơ đồ cung cấp điện tơi ưu có xét đến độ tin cậy cung cấp điện Phương án tối ưu lựa chọn tốt là: (4.81) Z = Z0 + Y (4.82) Hoặc Z = Z0 + y0.A 77 Năng lượng thiếu hụt A xác định dựa vào cường độ cố phần tửi thời gian phục hồi trung bình tf (4.83) A = tfi.Pt.b Trong đó: , tfi – Cường độ cố thời gain phục hồi trung bình hệ; Ptb – Cơng suất trung bình hệ Trong nhiều trường hợp lượng thiếu hụt xác định theo công suất cố p(t) hệ: (4.84) A = q.Tmax.Pmax Xác suất ngừng cung cấp q xác định dưak xác suất cố q i phần tử hệ thống q i t fi tdi (4.85) i 8760 tdi - Thời gian sửa chữa định kỳ năm; Pmax, Tmax – Công suất cực đại thời gian sử dụng công suất cực đại Trong trường hợp thiếu sô liệu thiệt hại điện dựa vào thời gian điện để tính độ tin cậy cung cấp điệncủa sơ đồ, xác định dựa vào biểu thức (4.21) Đối với lưới điện hai nguồn cung cấp thìc.lc = 0; trạm biến áp đặt hai máy thìBA = Chi phí quy đổi lưới điện có tính đến độ tin cậy cung cấp điện xác định sau Z = pc.Vc.1 + pba.Vba.Đ1+pf.lf.V.Đi + p.VMCi + p.Vcli + p.Đ.Vdp (4.86) Trong đó: Vc, V, VBA, VMC, VCL, Vdp – Vốn đầu tư đường dây cung cấp, phân phối, trạm biến áp, máy cắt, dao cách ly, cấu dự phòng Đ - Hệ số tính đến khả sử dụng phường tiện nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đồng thời cho đường dây khác xác định Đ = 1/ (1+n) (4.87) N - số đường dây, trừ đường dây xét Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện tiến hành tính tốn độ tin cậy cung cấp điện từ sơ đồ đơn giản đến phức tạp 4.6.3 Xác định bán kính kinh tế lưới điện phân phối có tính tới độ tin cậy cung cấp điện Độ tin cậy cung khơng tính đến chọn đặc tính kỹ thuật cấu lưới điện mà cịn tính đến xác định thơng số hệ thống bán kính kinh tế lưới điện Ở chương thiết lập phương trình xác định bán kính kinh tế lưới điện phân phối: 78 Với A Z  A  B  C r 22r 4r2  ( p b f  j2 pc ) (4.88)  f (4.89) jU cos B = pc.ac C = pba.mba Để tính dộ tin cậy cung cấp điện ta dựa thêm vào phương trình thành phần thiệt hại cung cấp điện Y Giả thuyết vùng quy hoạch quy hình vng cạnh 2R Mật độ phụ tải  Mỗi trạm biến áp trung gian có k lộ Cơng suất truyền tải tuyến dây là: 4. r (4.90) PM .A.R  k Nc k Nc - số lượng trạm cung cấp : Nc = R2/r2 R – bán kính lưới phân phối Thiệt hại điện tuyến dây Y y n.t L N P N1 k mt M f f (4.91) Kmt - Hệ số mang tải : kmt = TM /8760 Thay giá trị : Lf NTT F.4.R2 NTT giá trị PM (4.90) biểu thức (4.91) ta được: 4R2 N Y y n.t .k f mt 1N2 TT  N   y ..k 8R2 N n.t N1 k f mt TT N1 k NTT0 - Số lượng trạm tiêu thụ 1km diện tích Thiệt hại điện đơn vị diện tích là: Y  y n.t .k D Y  N N   r 0 f mt TT N1 k4 2R2 Với D y n.t N  .k N f mt TT N1 k (4.92) (4.93) Như tính đến ĐTCCCĐ ta có hàm mục tiêu: Z Z  Y A.r  B  C  D.r (4.94) 0 2r 4r Lấy đạo hàm theo r cho triệt tiêu, với vài biến đổi đơn gảin ta đươc phương trình: 0 r 3 Br C Dr A (4.95) Phương trình giải phương pháp phân tích đồ thị phương pháp giải tích 4.7 Ví dụ tập 79 Ví dụ 4.1 Xác định tiêu ĐTCCCĐ cho trạm điện phân phối từ trạm biến áp trung gian đến đầu vào hộ dùng điện theo sơ đồ hình vẽ gồm: Thanh trạm trung gian, km đường dây 10 kV, máy biến áp tiêu thụ trạm tiêu thụ 0,46 km đường cáp hạ áp Cơng suất tính tốncủa hộ dùng điện 210 kW Giải Thơng lượng hỏng hóc thời giai phục hồi tra theo bảng kết ghi bảng 4.3 Thơng lượng hỏng hóc mạng điện  =i =0,339 Thời gian phục hồi mạng điện tfm =i ti / = 12,301 h Bảng 4.3 Tham số độ tin cậy phần tử ví dụ 5.1 Thanh Cáp 0,4 kV  0,015 0,065 0,0368 0,3388 12 90 12 1,8 1,35 0,26 0,4416 Phần tử Thanh (TG) Máy cắt Đường (10kV)  0,065 0,007 0,15 tf .tf 0,26 0,056 TC (TG) dây Biến áp (TT) MC ĐD (10 kV) BA 4,1676 TC (0,4 kV) Cáp p(t) et e0,339t 0,712 Độ tin cậy năm Hìnhvận 4.10:hành S:ơ đồ mạng điện ví dụ 4.1 q(t) = – p(t) = 1- 0,712 = 0,228 Thời gian làm việc an toàn = 1/ = 1/0,339 = 2,94 năm Hệ số dừng : Hệ số sẵn sàng: kd =.p(t) = 0,339.0,712 = 0,242 Năng lượng thiếu hụt Ath = P..tfm = 210.0,339.12,301 = 875,71 kWh kss = 1- kd = – 0,242 = 0,758 Ví dụ 4.2 Xác đinh độ tin cậy sơ đồ cầu hình 5.11 với thơng tin cho bảng 4.4 Giải 80 Chọn phần tử sơ đồ 4.11a làm phần tử ta sơ đồ thay hình 4.11b 4.11c Xác định xác suất tin cậycủa sơ đồ theo phương pháp xác suất toàn phần Trước hết ta xác định xác suất q6 = q1.q2 = 0,117 suy p6 = 1-0,117 = 0,883 q7 = q4.q5 = 0,073 suy p7 = 1-0,073 = 0,927 pA = p6.p7 = 0,819 q8 = q4.q1 = 0,535 suy p8 = 1-0,535 = 0,465 q9 = q2.q5 = 0,414 suy p9 = 1-0,414 = 0,586 qB = q8.q9 = 0,272 suy pB = 1-0,272 = 0,727 Xác suất tin cậycủa sơ đồ p = p3.pA + q3.pB = 0,589.0,819 + 0,411.0,727 = 0,78 Kết tính tốn ghi bảng 5.4 Bảng 4.4 Phần tử p 0,726 0,572 0,589 0,737 q 0,274 0,428 0,411 0,263 5 4 0,723 0,883 0,927 0,535 0,414 0,277 0,117 0,465 0,586 0,073 a b c Hình 4.11: a – sơ đồ ví dụ 4.2 b sơ đồ phần tử hoàn toàn tin cậy c Sơ đồ phần tử bị cố Bài tập tự giải Bài 4.1 Xác định tiêu ĐTCCCĐ cho mạng điện phân phối từ trạm biến áp trung gian đến đầu vào hộ dùng điện theo sơ đồ hình vẽ gồm: Thanh trạm biến áp trung gian, máy cắt lộ ra, 17,4 km đường dây 22 kV, máy biến áp tiêu thụ 1,02 km chiều dài đường dây hạ áp Cơng suất tính tốncủa hộ tiêu thụ 300 kW Bài 4.2 : Xác định tiêu tin cậy cung cấp điện mạng điện theo sơ đồ sau Biết xác xuất hỏng hóc của phần tử ngang 0,012 phần tử dọc 0,137 10 11 Bài tập 4.3 Một hệ thống gồm phần tử với xác suất tin cậy phần tử p=0,79 Hãy xác định xác suất tin cậy hệ thống khi: 81 Khơng có dự phịng thiết bị Có phần tử dự phịng Có hai phần tử dự phịng Bài tập 4.4 Hãy xác định điểm đặt cấu phân đoạn đường dây mạng phân phối 10 kV sơ đồ cho hình vẽ, số liệu cho đoạn dây tính km, cơng suất đặt trạm biến áp tiêu thụ, hệ sơ mạng tải trung bình hệ số cos cho bảng sau Trạm S kVA 250 160 180 310 250 180 250 kmt 0,64 0,57 0,81 0,56 0,48 0,72 0,69 cos 0,87 0,83 0,78 0,84 0,8 0,82 0,86 Suất thiệt hại điện y0 = 2500 đ/kWh 0,67 0,5 5,3 s2 s5 6,1 s1 4,54 2,17 1,27 s6 s3 s7 1,7 s4 Hình 4.12.Sơ đồ mạng phân phối tập 5.4 82 ... Chương Chất lượng điện 3.1 Các tiêu chất lượng điện 3.1.1 Chất lượng điện áp 3.1.1.1 Độ lệch điện áp Độ lệch điện áp điểm hệ thống cung cấp điện độ chênh lệch điện áp thực tế U điện áp định mức... điện, tối ưu hố qui trình sử dụng thiết bị dùng điện cơng nghiệp, quản lí chặt chẽ đường dây cung cấp điện thiết bị đo đếm điện 1.5.3.2 Điều khiển nhu cầu sử dụng điện phù hợp với khả cung cấp. .. dụng điện hộ dùng điện điều khiển nhu cầu sử dụng điện cho phù hợp với khả cấp điện hệ thống 1.5.3.1Nâng cao hiệu sử dụng điện hộ dùng điện Mục tiêu chiến lược nhằm giảm nhu cầu điện phụ tải điện