Phân tích và tối ưu hóa vận hành công suất phản kháng cho phát tuyến 22 kV tại Bình Thuận

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1 Lưới điện phân phối trung thế cấp điện áp 22 kV

- Nhóm phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất và thống kê (có ưu điểm cho kết quả khá chính xác, song cách tính lại rất phức tạp). Sự thay đổi của phụ tải theo thời gian có thể được biểu diễn bằng các giá trị tức thời hay lấy theo giá trị trung bình của phụ tải trong khoảng thời gian được xét được gọi là đồ thị phụ tải và được phân thành:. i) Đồ thị phụ tải hàng ngày. ii) Đồ thị phụ tải hàng tháng. iii) Đồ thị phụ tải hàng năm…. Trong các nghiên cứu trước đây, tính toán thông số chế độ và tổn thất của hệ thống điện hay LĐPP thường tính toán các chế độ giới hạn của hệ thống như phụ tải cực đại hay cực tiểu.Ví dụ, tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng được tính theo công suất cực đại và thời gian làm việc với công suất cực đại Tmax, thời gian chịu tổn thất công suất cực đại . Tổn thất điện năng trong hệ thống điện luôn luôn tồn tại do nhiều nguyên nhân khác nhau: mất mát năng lượng do hiệu ứng Joule, tổn thất từ trễ và dòng Foucault trong lừi từ của mỏy điện, tổn thất vầng quang trờn cỏc đường dõy truyền tải điện, tổn thất do sai số trong hệ thống đo đếm, tổn thất do gian lận sử dụng… Những nguyên nhân này có thể được chia thành 2 nhóm: tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật.

BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Năng lượng là nguồn chủ yếu của sự phát triển kinh tế xa hôi, trong đó điện năng

Hiện nay, ở hầu hết các phát tuyến đường dây 22kV thường được phân đoạn bằng các thiết bị đóng cắt như máy cắt, recloser, dao cắt có tải hay dao cách ly, … Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và tính kinh tế trong vận hành hệ thống, các thiết bị phân đoạn này thường được thay đổi trạng thái trong các điều kiện vận hành khác nhau. Trong tình hình hiện nay, khi mà lưới phân điện phối tại các tỉnh, thành phố đã và đang được nâng cấp cải tạo theo tiêu chuẩn 22kV, kết cấu lưới đang dần được hợp lý hóa để nâng cao khả năng cung cấp điện, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ được trang bị những thiết bị có công nghệ tiên tiến thì vấn đề được quan tâm hàng đầu tại các Công ty Điện Lực là làm sao lựa chọn một phương thức vận hành hợp lý để đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật đã đề ra. Khi thêm vào hay lấy ra các thiết bị bù công suất phản kháng có thể tạo ra sự biến động điện áp hay tạo ra các méo hài, trong trường hợp xấu nhất các thành phần bù công suất phản kháng có thể tạo ra hiện tượng cộng hưởng với hệ thống được bù, làm cho điện áp tăng cao và gây mất ổn định cho hệ thống.

Một cách khác để điều chỉnh hệ số công suất là dùng động cơ đồng bộ, động cơ đồng bộ cung cấp một công suất phản kháng có chiều nghịch với chiều công suất phản kháng của thiết bị, tính chất tiêu thụ công suất phản kháng của động cơ đồng bộ được xem là một tính chất đặt biệt của loại động cơ này, nó được xem tương đương như một tụ đồng bộ. Vì vậy thực hiện điều độ tối ưu hóa công suất phản kháng (ORPD - Optimal Reactive Power Dispatch) cũng là một giải pháp có ý nghĩa quan trọng, đã được áp dụng vào trong vận hành và quy hoạch hệ thống điện, do những ưu điểm mà ORPD mang lại góp phần không nhỏ trong việc đảm bảo các điều kiện trong vận hành hệ thống điện, bao gồm điện năng được cung cấp liên tục, điện áp và tần số ở trong giới hạn cho phép,. Như đã phân tích trong chương 2, LĐPP có tổn thất công suất, tổn thất điện năng và tổn thất điện áp lớn nên phương pháp bù nhằm giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng rất được các công ty điện lực quan tâm nhằm đảm bảo được chỉ tiêu tổn thất cũng như các điều kiện vận hành khác của LĐPP.

Vì vậy, nghiên cứu này sử dụng phương pháp bù với hàm mục tiêu cực tiểu chi phí vận hành LĐPP đồng thời xét đến các ràng buộc đảm bảo chất lượng điện, khả năng vận hành của hệ thống và xét đến sự thay đổi của phụ tải nhằm nâng cao tính chính xác của kết quả tính toán, đáp ứng được yêu cầu thực tiễn. Trong đó, Ploss,i là tổn thất công suất tác dụng tại mỗi phụ tải mức thứ i; KP là chi phí năng lượng trên mỗi kWh; Ti là thời lượng của tải mức i; KC là chi phí mua tụ bù của mỗi kWh; QC,j là dung lượng của tụ đặt tại nút thứ j; Kci là chi phí lắp đặt; Ko là chi phí vận hành; L là số mức phụ tải; CB là số vị trí của tụ. Trong đó, Pslack và Qslack lần lượt là công suất tác dụng và công suất phản kháng tại nút chuẩn; PD,i và QD,i lần lượt là công suất tác dụng và công suất phản kháng của tải yêu cầu tại nút thứ i; PL,j và QL,j là tổn thất công suất tác dụng và phản kháng tại nhánh thứ j; Vi là diện áp tại nút thứ i; Vi,min và Vi,max là mức điện áp nhỏ nhất và lớn nhất tại nút thứ i, lần lượt; PFk và PFkmaxlà dòng công suất và giới hạn cực đại của dòng công suất trên đường dây thứ k; QC,j và QD,j lần lượt là lượng công suất phản kháng bơm vào và tổng công suất kháng yêu cầu tại nút thứ j; PFoverall là hệ số công suất tổng quát; PFmin.

Tương tự, mô hình toán học cực tiểu chi phí vận hành cùng với các điều kiện ràng buộc nhằm xác định dung lượng bù và vị trí tối ưu đặt tụ bù cũng được đưa ra, đây là một trong số các mô hình toán được sử dụng hiệu quả nhằm mục tiêu giải quyết các vấn đề về vận hành lưới điện đảm bảo các yêu cầu đặt ra.

TÍNH TOÁN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN THỰC TẾ

Chiều cao của các bậc thang được lấy theo giá trị trung bình của phụ tải trong khoảng thời gian được xét, tức là có thể lấy theo chỉ số của công tơ lấy trong những khoảng thời gian được xác định giống nhau. Từ công thức (4.1) và (4.2), cùng với đặc tính phụ tải của phát tuyến 471 Hàm Kiệm thì phụ tải trung bình tính toán được xác định để thực hiện mô phỏng đó là tại các khoảng thời gian phụ tải vận hành cực đại, cực tiểu. Điện áp thấp cũng gây ra phát nóng phụ cho các thiết bị dùng điện quay, làm giảm tuổi thọ và hiệu suất công tác, làm hỏng sản phẩm,… nếu thấp quá nhiều thiết bị dùng điện không làm việc được.

Để thực hiện được yêu cầu vận hành theo yêu cầu của SPC thì người vận hành (điều độ viên phân phối) phải thực hiện các biện pháp điều chỉnh điện áp như điều áp dưới tải (thay đổi tăng hoặc giảm nấc MBA 110/22 kV khi đang mang tải) hay đóng các dàn tụ bù thanh cái 22 kV thông qua hệ thống SCADA. Tuy nhiên, đối với các TBA 110/22 kV do Công ty Điện lực Bình Thuận quản lý thì điện áp tại thanh cái 22kV được thực hiện điều chỉnh tự động nhờ việc lắp đặt và đưa rơ le 90 vào sử dụng. Dựa trên thực tiễn yêu cầu đặt tụ bù để giảm tổn thất công suất trên lưới phân phối trung áp tại Việt Nam khi một đơn vị điện lực được phân bổ một dung lượng tụ bù nhất định và phải tìm vị trí đặt tụ bù để hiệu quả giảm tổn thất nhiều nhất, trong bài luận văn biến lựa chọn sẽ là vị trí đặt tụ bù.

Vì vậy, căn cứ vào đồ thị phụ tải của phát tuyến 471 Hàm Kiệm, chọn tụ bù với các thông số đã tính toán trong tối ưu ở phụ tải cực đại, sử dụng loại ứng động và cài đặt theo khung thời gian từ khoảng thời gian từ 20 giờ ngày hôm trước đến 05 giờ ngày hôm sau. Do đó với việc mô phỏng phát tuyến này thông qua phần mềm ETAP, người quản lý kỹ thuật có thể có thêm cơ sở để đánh giá, thực hiện cải tạo lưới điện để giảm tổn thất điện năng đạt hiểu quả tốt nhất. Trên thực tế, chất lượng của lưới điện ngày càng được hoàn thiện, các hộ tiêu thụ (các phụ tải công nghiệp) đã tự trang bị hệ thống bù công suất phản kháng ngay tại phụ tải để nâng cao chất lượng điện và tránh bị phạt công suất vô công.

Dù vậy việc tính toán bù công suất phản kháng trên lưới điện trung thế cũng mang lại hiệu quả khá cao trong việc nâng cao hơn nữa chất lượng điện cung cấp cho khách hàng và tiết kiệm được chi phí vận hành lưới điện hàng năm.