T T T 2 T 2
I.4. Bài toán hiệu chỉnh hệ số tổn thất trong lưới điện phân phố
Hiệu chỉnh hệ số tổn thất để giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng . Hiệu chỉnh hệ số tổn thất giảm dòng công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện với mục đích là để nâng cao hiệu quả vận hành, cụ thể là giảm thời gian tổn thất công suất lớn nhất .Một cách tổng quát, bài toán hiệu chỉnh hệ số tổn thất trong một lưới điện là nhằm xác định được hệ số tổn thất mới, dung lượng các trạm bù, vị trí đặt trạm bù và luật điều chỉnh thiết bị bù sao cho đạt được hiệu quả vận hành sau bù cao nhất (theo [2]).
Giả thiết rằng lưới điện hiện tại có n nút, q máy biến áp có điều áp dưới tải, ký hiệu: - Qi là công suất phản kháng phát hoặc nhận tại nút i; - Ui điện áp tại nút i; θi là góc pha của điện áp tại nút i; - Ti là hệ số biến áp của máy biến áp điều áp dưới tải i; - Ci là công suất tụ bù và Si là công suất kháng điện cần đặt thêm tại nút thứ i.
Hàm mục tiêu để xác định dung lượng Ci và Si là: Ci và Si nhỏ nhất trong mọi trạng thái vận hành đồng thời tận dụng khả năng của các nguồn bù đã có và điều áp dưới tải để sao cho mức điện áp trên lưới là cao nhất (ΔP sẽ nhỏ nhất). Hàm mục tiêu này được thể hiện như sau:
max i i i
F U U C S min (1.18) Với các ràng buộc nhằm bảo đảm chế độ làm việc bao gồm:
- Cân bằng công suất tác dụng ở các nút 0 0
i i i
P D , U,T
- Cân bằng công suất phản kháng QiCi Si Ei i , U,Tvà các hạn chế
min i max i min i i max im in i i max i i Q Q Q U U U T T T C ,S 0 (1.19) Trong đó: P0
i là công suất tác dụng phát tại nút i; D0
i, Ei là công suất tác dụng và phản kháng yêu cầu tại nút i.
Mô hình này được giải bằng các phương pháp toán quy hoạch tối ưu cho lưới điện phức tạp, đòi hỏi có được đầu đủ dữ liệu về cấu trúc lưới, đặc trưng tiêu thụ điện của phụ tải và phương thức vận hành cụ thể. Các thông tin đầy đủ sẽ cho phép tính toán chế độ nhằm xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng, điện áp nút, giới hạn truyền tải....
Bài toán được giải cho mọi trạng thái vận hành (một trạng thái của lưới điện là tổ hợp của trạng thái phụ tải và cấu trúc lưới) của lưới điện, trong mỗi trạng thái giá trị của Ci và Si được ghi nhận. Sau đó các giá trị này được tổ hợp lại sẽ nhận được tổng dung lượng bù Qn cũng như bậc thay đổi công suất cần có của từng trạm bù. Có thể có nhiều phương án chia bậc, chọn phương pháp có vốn đầu tư nhỏ nhất.
Thực tế bài toán bù công suất phản kháng được thực hiện trong lưới phân phối trên cơ sở đánh giá các lợi ích và chi phí khi đặt thiết bị bù.
Các lợi ích khi đặt bù trong lưới điện bao gồm:
- Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ max của HTĐ do đó giảm được công suất đặt và dự trữ công suất của HTĐ;
- Giảm tải cho các MBA trung gian và đường trục trung áp do giảm được yêu cầu CSPK, làm cho chúng lâu phải cải tạo hơn;
- Giảm tổn thất điện năng trên lưới điện;
- Cải thiện chất lượng điện áp trong lưới phân phối trong chế độ phụ tải cực đại.
Bên cạnh nhưng lợi ích khi đặt bù thì các chi phí và hạn chế của bù gồm có: - Chi phí đầu tư để xây dựng trạm bù;
- Chi phí vận hành trạm bù;
- Chi phí cho tổn thất điện năng trong bản thân trạm bù;
- Nguy cơ quá áp khi phụ tải min hoặc không tải và nguy cơ xảy ra cộng hưởng và tự kích thích ở phụ tải.
Thực tế có hai cách đặt bù trong lưới điện phân phối: 1- Bù tập trung ở một số điểm trên trục chính trung áp; và 2- Bù phân tán ở các trạm phân phối hạ áp.
Khi bù theo cách 1, trên trục chính chỉ đặt 1 đến 3 trạm bù. Công suất bù có thể lớn, dễ thực hiện điều khiển các loại. Giá thành đơn vị bù rẻ vì dùng tụ trung áp và vì công suất đơn vị lớn.. việc quản lí và vận hành dễ dàng.
Khi bù theo cách 2 trên lưới có thể giảm được TTCS và TTĐN nhiều hơn vì đặt bù sâu hơn. Nhưng do bù quá gần phụ tải nên nguy cơ cộng hưởng và tự kích thích ở phụ tải cao. Đề giảm nguy cơ này phải hạn chế công suất bù sao cho ở chế độ min công suất bù không lớn hơn yêu cầu phụ tải. Nếu bù nhiều hơn thì phải cắt 1 phần bù ở chế độ min. Để có thể bù hiệu quả phải có hệ thống điều khiển tự động hoặc điều khiển từ xa. Hệ thống này làm tăng thêm chi phí cho trạm bù.
Như vậy trước khi lập bài toán bù, người thiết kế hệ thống bù phải lựa chọn trước cách bù và điều khiển tụ bù rồi mới lập bài toán để tìm ra số lượng trạm bù, vị trí đặt và công suất mỗi trạm.
Hàm mục tiêu của bài toán là tổng đại số các yếu tố lợi ích và chi phí nói trên đã được lượng hóa về một thứ nguyên chung là tiền. Các yếu tố không thể lượng hóa được và tiêu chuẩn kỹ thuật thì được thể hiện bằng các ràng buộc và hạn chế.
Để giải bài toán bù cần biết rõ cấu trúc của lưới phân phối, đồ thị phụ tải phản kháng của các trạm phân phối hoặc ít nhất cũng phải biết hệ số sử dụng công suất phản kháng của chúng. Phải biết các giá cả và các hệ số kinh tế khác, loại và đặc tính kỹ thuật, kinh tế của tụ bù. Nếu bù theo độ tăng trưởng của phụ tải thì phải biết hệ số tăng trưởng phụ tải hàng năm.
Bài toán bù công suất phản kháng trong lưới phân phối là bài toán phức tạp vì: Lưới phân phối có cấu trúc phức tạp, một trạm trung gian thường có nhiều trục chính, mỗi trục cấp điện cho nhiều trạm phân phối. Cấu trúc của lưới phân phối phát triển liên tục theo thời gian và không gian; chế độ làm việc của phụ tải không đồng nhất, phụ tải tăng trưởng không ngừng; thiếu thông tin chính xác về đồ thị phụ tải phản kháng; công suất tụ là biến rời rạc. Giá tiền đơn vị bù có quan hệ không tuyến tính với công suất bộ tụ.
Trước các khó khăn đó để có thể giải được bài toán bù phải phân chia bài toán bù thành các bài toán nhỏ hơn và áp dụng các giả thiết giản ước khác nhau. Các giả thiết giản ước phải đảm bảo không được làm sai lạc quá mức đến kết quả tính toán, nó phải đảm bảo lời giải gần với lời giải tối ưu lý thuyết.
Các giản ước có thể được áp dụng là:
- Bài toán được giải riêng cho từng trục chính;
- Có thể cho trước số điểm đặt bù chỉ cần tìm các biến còn lại;
- Giả thiết đồ thị phụ tải (ĐTPT) của các trạm phân phối như nhau và giống như ĐTPT đo được ở đầu trục chính. ĐTPT phản kháng có thể được đặc trưng bởi CSPK trung bình (Qtb) hay hệ số sử dụng CSPK (Ksd = Qtb/Qmax) và thời gian sử dụng CSPK Tqmax;
- Bài toán tìm luật điều chỉnh tụ bù được giải riêng độc lập với bài toán tìm công suất bù max cần đặt.
Cũng cần nhấn mạnh rằng bù kinh tế không thể tách rời hoàn toàn bù kỹ thuật. Vì bù kinh tế là giảm nhẹ bù kỹ thuật và 2 loại bù này có thể phối hợp với nhau tạo thành một thể thống nhất làm lợi cho toàn HTĐ.