Túm tắt và kiến nghị

* Cỏc phụ tải cụng nghiệp nhƣ cụng ty thộp, cụng ty đệt, cụng ty xi măng, cụng ty điesel, bản thõn phần lớn cỏc thiết bị dựng điện cú giỏ trị Cos khụng cao ( khoảng từ 0,65 đến 0,75), nhƣng đều đó đƣợc lắp đặt cỏc bộ tự bự cố định để khụng bị phạt Cos . Nhƣng vấn đề ở đõy là dung lƣợng bự đăt khỏ cao ( Cos trờn 0,95) mà cỏc tụ bự lại là cố định khụng thể điều chỉnh dung lƣợng cụng suất bự phản khỏng. Điều đú dẫn đến khi phụ tải tiờu thụ cụng suất phản khỏng ớt vào những giờ thấp điểm, dung lƣợng cụng suất phản khỏng bự dựng khụng hết lại chạy ngƣợc về lƣới, gõy tổn thất trờn lƣới; Khi đú bài toỏn bự lại bị phản tỏc dụng gõy ảnh hƣởng xấu. Chớnh vỡ vậy khi lựa chọn dung lƣợng cụng suất phản khỏng bự cần phải tớnh toỏn thận trọng và tốt nhất là sử dụng cỏc tụ bự cú thể điều chỉnh đƣợc dung lƣợng bự theo thời điểm là tuỳ thuộc nhu cầu tiờu thụ cụng suất phản khỏng của phụ tải. Mặt khỏc nếu tụ bự khụng thể tự điều chỉnh dung lƣợng bự thỡ phải chịu phạt Cos tại những thời điểm cụng suất phản khỏng bự phỏt ngƣợc về lƣới.

* Cỏc cụng ty cú hệ số Cos khụng quỏ thấp ( từ 0,75 đến 0,85) núi chung khụng cú đặt tụ bự vỡ số tiền phạt do Cos thấp khụng nhiều hoặc so với tổng tiền điện là khụng đỏng kể. Vấn đề ở đõy là cần xem xột lại quy định giỏ trị Cos tối thiểu và kinh doanh (thị trƣờng) cụng suất phản khỏng.

* Đối với cỏc phụ tải tổng hợp cấp điện từ cỏc lộ tại điện lực tỉnh bao gồm cỏc cụm cụng nghiệp nhỏ, cũn lại là phụ tải thắp sỏng, sinh hoạt gia đỡnh; trong đú cỏc cụm cụng nghiệp đều cú lắp đặt tụ bự để trỏnh phạt Cos nờn giỏ trị Cos của toàn lộ là khụng thấp ( đều trờn 0,85). Do vậy bài toỏn về bự cụng suất phản khỏng nõng cao Cos đối với cỏc lộ này khụng thành vấn đề lớn. Vấn đề cũn lại là nờn đặt tụ bự phớa hạ thế 0,4kV cú tự động điều chỉnh dung lƣợng bự cho cụm phụ tải hay cụm dõn cƣ, trạm bơm là đủ. Điều này khụng cú gỡ khú khăn vỡ tụ bự hạ thế 0,4 kV cú tự động điều chỉnh dung lƣợng bự rất sẵn trờn thị trƣờng mà giỏ thành rẻ.

* Đặc biệt lƣu tõm đến vấn đề Cos tại cỏc phụ tải là cơ quan hành chớnh sự nghiệp : trƣờng học, bệnh viện, cơ quan hành chớnh, cụng sở,… Đối với phụ tải loại này theo quy định của ngành Điện là khụng bị phạt Cos . Trong khi đú giỏ trị Cos của cỏc phụ tải loại này là rất thấp. Do vậy vấn đề Cos đối với cỏc phụ tải này là cú vấn đề cần phải cú chớnh sỏch cụ thể vỡ lợi ớch chung của hệ thống điện toàn quốc.

CHƢƠNG II:

CHƢƠNG TRèNH TÍNH TOÁN BÙ CễNG SUẤT PHẢN

KHÁNG, Cể XẫT ĐẾN CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ

PHÂN TÍCH TÀI CHÍNH.

2.1. PHƢƠNG PHÁP LUẬN VÀ SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN

2.1.1 Mụ hỡnh tổng quỏt bài toỏn bự cụng suất phản khỏng trong lƣới phõn phối:

Xột lƣới điện phõn phối gồm n+1 nỳt đỏnh số 0,1,2,…,n. Cỏc nỳt đều cú phụ tải P_i+jQ_i và cú thể đặt bự cụng suất phản khỏng Q_Bi.

Cỏc nguồn phỏt ra cụng suất phản khỏng đặt tại cỏc nỳt phụ tải là cỏc tụ điện tĩnh khụng điều khiển và cú thang cụng suất rời rạc. Giả sử tại cỏc nỳt của lƣới điện cú đặt tụ điện tĩnh để bự cụng suất phản khỏng, cụng suất đặt bự ở cỏc nỳt là Q_Bi; i=1..N. Khi ấy tổn thất cụng suất trờn toàn lƣới sẽ là:

i n i J j Bj i i

R

U

Q

Q

P

P

10

J_i: theo chiều cụng suất tỏc dụng, tập những nỳt j nằm sau nỳt i đang xột.

Biểu thức trờn chứng tỏ rằng sau khi đặt tụ điện tĩnh để bự cụng suất phản khỏng tại cỏc nỳt phụ tải thỡ tổn thất cụng suất trờn lƣới điện giảm, chi phớ cho tổn thất cụng suất giảm. Nhƣng thay vào đú cần đầu tƣ cho xõy dựng trạm bự, giỏ tiền mua tụ điện tĩnh, chi phớ cho tổn thất cụng suất trờn tụ điện tĩnh.

Vấn đề đặt ra là cần so sỏnh giữa hai chi phớ: trƣớc khi bự và sau khi bự để tỡm ra một phƣơng ỏn tối ƣu với tổng chi phớ là ớt nhất mà vẫn đảm bảo cỏc yờu cầu kỹ thuật. Để tỡm đƣợc lời giải tối ƣu thỡ trƣớc hết phải xõy dựng đƣợc hàm mục tiờu của bài toỏn. Hàm mục tiờu ở đõy là hàm tổng chi phớ tớnh toỏn, sẽ đƣợc trỡnh bày trong

phần sau. Giải bài toỏn bự kinh tế cụng suất phản khỏng tức là đi tỡm lời giải để hàm tổng chi phớ tớnh toỏn là cực tiểu với cỏc ràng buộc về mặt kỹ thuật.

Sau đõy sẽ thành lập mụ hỡnh bài toỏn bự cụng suất phản khỏng trong lƣới điện phõn phối gồm hàm mục tiờu và cỏc ràng buộc.

2.1.2. Hàm mục tiờu

Hàm mục tiờu là hàm tổng chi phớ tớnh toỏn bao gồm chi phớ do tổn thất điện năng trờn đƣờng dõy, chi phớ do tổn thất trong tụ bự và chi phớ lắp đăt thiết bị bự. Cụ thể:

Min

Z

Z

Z

Z

Z – Tổng chi phớ tớnh toỏn quy về một năm(đồng); Z₁– Vốn đầu tƣ quy đổi một năm cho thiết bị bự; Z₂– Chi phớ tổn thất điện năng trong thiết bị bự; Z₃– Chi phớ tổn thất điện năng trong đƣờng dõy.

- Vốn đầu tư quy đổi một năm của thiết bị bự: N i i B i B tc vh

K K Q

Z

. .

Trong đú: K_Bi - vốn đầu tƣ cho một đơn vị cụng suất thiết bị bự tại nỳt i, (đồng/kVAr)

K₀ – Chi phớ cố định lắp đặt thiết bị bự (đồng) Q_Bi- dung lƣợng thiết bị bự tại nỳt i, kVAr; _vh- hệ số chi phớ vận hành hàng năm; _tc - hệ số khấu hao;

- Chi phớ tổn thất điện năng trong thiết bị bự:

Bi N i B

Q

P

Z

. . .

Trong đú:

p₀ – tổn hao cụng suất tỏc dụng cho một đơn vị dung lƣợng bự,kW/kVAr;

B - thời gian tổn thất cụng suất cực đại của thiết bị bự, giờ/năm; (cú thể lấy bằng thời gian làm việc của thiết bị bự)

- giỏ thành điện năng, đ/kWh.

- Chi phớ tổn thất điện năng trờn đường dõy: N i nhi i

Q

R

U

Z

. .

.

10

.

3

.

- thời gian tổn thất cụng suất cực đại của lƣới, giờ/năm; ( cần lƣu ý là _B )

R_i - điện trở của dõy dẫn nhỏnh i, ; U - điện ỏp định mức của lƣới, kV;

Q_nhi- cụng suất phản khỏng tải trờn nhỏnh i khi cú bự cụng suất phản khỏng tại cỏc nỳt.

Cụng suất phản khỏng tại cỏc nhỏnh khi xột đến cả cỏc cụng suất bự tại cỏc nỳt đƣợc tớnh tƣơng tự nhƣ tớnh dũng cỏc nhỏnh, cụ thể là : B nh

Q

Q

A

Q .

Q - Q_B - ma trận cột hiệu cụng suất phản khỏng phụ tải và cụng suất bự.

Hay viết dƣới dạng đại số:

N j Bj j ij nhi

A Q Q

Q

.

Trong đú:

Q_j^nh - cụng suất phản khỏng truyền tải trờn nhỏnh j;

A_ij - phần tử của ma trận A (Nếu nỳt i khụng nối với nỳt j thỡ A_ij = 0);

Q_j - cụng suất phản khỏng phụ tải tại nỳt j; Q_Bi - cụng suất bự tại nỳt i.

Ghi chỳ: trong Z₃ nếu tớnh đầy đủ phải cú thành phần tổn thất cụng suất do cụng suất tỏc dụng P gõy ra, nhƣng bài toỏn xột Min hàm chi phớ tớnh toấn bổ phần tổn thất này đi vẫn khụng ảnh hƣởng gỡ vỡ chỳng là hằng số khụng phụ thuộc vào Q_B.

Từ (2.3), (2.4) và (2.5) ta thấy cỏc trị số Z₁, Z₂, Z₃ đều phụ thuộc vào trị số Q_Bi. Nhƣ vậy yờu cầu của bài toỏn là xỏc định cỏc giỏ trị cụng suất phản khỏng thiết bị bự (Q_Bi) đặt tại cỏc nỳt của lƣới điện sao cho tổng chi phớ tớnh toỏn Z là nhỏ nhất.

2.1.3 Cỏc ràng buộc

- Tổng cụng suất bự tại cỏc nỳt khụng vƣợt quỏ giỏ trị bự tổng toàn lƣới:

B N i Bi

Q

Q

- Cụng suất bự tại một nỳt khụng vƣợt khỏi phạm vi cho phộp:

N

i

Q

Q

Q

; 1

- Bự để sao cho hệ số cụng suất Cos tại cỏc nỳt phớa cao ỏp nằm trong phạm vi cho phộp:

n

i

Cos

Cos

Cos

; 1

Trong đú : 2 2 Bi i i i i Q Q P P Cos (2.11)

2.1.4 Mụ hỡnh bài toỏn bự cụng suất phản khỏng khi cú xột đến mỏy biến ỏp:

Trong phần trờn đó đề cập đến mụ hỡnh bài toỏn bự đối với lƣới phõn phối hỡnh tia, một cấp điện ỏp và chƣa xột đến mỏy biến ỏp. Tuy nhiờn, tổn thất trong mỏy biến ỏp cũng rất đỏng kể. Do đú, nếu bỏ qua mỏy biến ỏp thỡ lời giải bài toỏn sẽ thiếu chớnh xỏc. Sau đõy sẽ trỡnh bày mụ hỡnh bài toỏn bự khi cú xột đến mỏy biến ỏp.

Xột lƣới điện phõn phối gồm n+1 nỳt đỏnh số 0,1,2,…,N và M nỳt cú mỏy biến ỏp đỏnh số N+1,N+2,…,N = N+M. Cỏc nỳt đều cú phụ tải P_i+jQ_i và cú thể đặt bự cụng suất phản khỏng Q_Bi.

Nỳt MBA tổng quỏt cú cả phụ tải phớa cao (gộp cả tổn thất khụng tải), phụ tải phớa hạ và ở cả hai cấp điện ỏp đều cú thể đặt bự cụng suất phản khỏng. Núi túm lại, tại nỳt cú mỏy MBA sẽ đƣợc xem là hai nỳt phụ tải (đặc trƣng cho phụ tải phớa cao và hạ của MBA), mà nhỏnh nối giữa hai nỳt cú tổng trở bằng (R_{M BA} + jX_{M BA}). Trong đú R_{M BA} và X_{M BA} theo thứ tự là điện trở và điện khỏng của mỏy biến ỏp.

2.1.5 Một số giả thiết khi tớnh toỏn tối ƣu cụng suất bự:

Mụ hỡnh bài toỏn bự tối ƣu cụng suất phản khỏng bằng tụ điện trờn lƣới phõn phối là một bài toỏn phức tạp cú nhiều yếu tố tỏc động vỡ vậy để đơn giản húa bài toỏn cần một số giả thiết nhƣ sau:

-Giỏ trị điện ỏp lƣới đƣợc coi là khụng đổi. QBC PC+jQC QBH PH+jQH QBC PC+jQC QBH PH+jQH RMBA +jXMBA MBA Hỡnh 2.1- Mụ hỡnh nỳt cú mỏy biến ỏp

-Tớnh chất của tải coi là nhƣ nhau tại cỏc nỳt (giỏ trị = const).

-Giỏ trị của thiết bị bự đƣợc coi nhƣ là tỷ lệ thuận với cụng suất của chỳng và khụng xột đến cỏc ảnh hƣởng khi cú sự thay đổi về giỏ (khụng phụ thuộc vào cỏc yếu tố kinh tế xó hội).

-Giỏ trị cos là giỏ trị trung bỡnh khụng đổi.

-Với lƣới phõn phối cú nhiều trục chớnh, việc thay đổi cụng suất phản khỏng tại một nỳt bất kỳ trờn trục chớnh ảnh hƣởng khụng đỏng kể đến việc thay đổi cụng suất phản khỏng tại cỏc nỳt khỏc trờn trục chớnh.

2.2 Phƣơng phỏp giải bài toỏn bự cụng suất phản khỏng

2.2.1 Tổng quan

Hiện nay đó cú rất nhiều cỏch giải khỏc nhau để giải bài toỏn bự tối ƣu cụng suất phản khỏng trong lƣới điện.

- Phƣơng phỏp tƣơng đƣơng liờn tiếp, cho phộp giải bài toỏn bự cụng suất phản khỏng trong lƣới điện rất đơn giản và thuận tiện mà khụng cần phải lập hệ phƣơng trỡnh;

- Phƣơng phỏp ma trận, ở đõy đƣa vào ma trận điện trở nỳt để tớnh toỏn điện năng trong lƣới điện. Phƣơng phỏp này tớnh toỏn bự cụng suất phản khỏng trờn cơ sở cỏc biểu thức ma trận tƣờng minh đó làm giảm khỏ nhiều khối lƣợng tớnh toỏn. Phỏt triển của phƣơng phỏp này ngƣời ta xõy dựng ma trận Tụpụ, thiết lập cỏc cụng thức tớnh định thức và phần phụ đại số của ma trận điện trở nỳt của lƣới điện. Sử dụng cỏc phƣơng phỏp phõn tớch Tụpụ để xõy dựng cụng thức tớnh ma trận điện trở nỳt. Bằng phƣơng phỏp đại số ma trận để xõy dựng cỏc thuật toỏn giải bài toỏn bự;

- Phƣơng phỏp giải bài toỏn bự tối ƣu cụng suất phản khỏng trong lƣới điện kớn dựa trờn phƣơng phỏp quy hoạch toỏn học, chuyển bài toỏn phõn bố tối ƣu cụng suất phản khỏng về bài toỏn quy hoạch toàn phƣơng. Thuật toỏn này cũng chỉ tiến hành trong điều kiện thang cụng suất TĐT liờn tục;

- Phƣơng phỏp quy hoạch động giải bài toỏn bự cú tớnh đến tớnh rời rạc của thang cụng suất TĐT. Trờn cơ sở tiến hành quỏ trỡnh thuận và ngƣợc của phƣơng

phỏp quy hoạch động. Trong quỏ trỡnh thuận tiến hành hợp nhất cỏc nhỏnh để tỡm quan hệ Z _n (Q_{B n}) và Q_Bn (Q_{B n}). Trong đú Z _n, Q_Bn, Q_{B n} tƣơng ứng là tổng chi phớ tớnh toỏn ở bƣớc hợp nhất thứ n, cụng suất TĐT đặt ở đầu cuối thứ n, tổng cụng suất TĐT đặt ở đầu cuối cỏc nhỏnh trong bƣớc hợp nhất thứ n. Từ quan hệ Q_Bn(Q_{B n}) tỡm đƣợc trong quỏ trỡnh thuận tiến hành quỏ trỡnh ngƣợc của thuật toỏn để tỡm cỏc giỏ trị cụng suất TĐT đặt tại cỏc nỳt của lƣới điện tƣơng ứng với cực tiểu hàm tổng chi phớ tớnh toỏn;

- Ngoài ra cũn rất nhiều phƣơng phỏp khỏc nhƣ phƣơng phỏp tổ hợp cỏc quỏ trỡnh giỏn đoạn, phƣơng phỏp diện tớch, phƣơng phỏp lặp, phƣơng phỏp đỏnh giỏ chất lƣợng điện ỏp,… Cũng đề cập đến cỏch giải bài toỏn bự tối ƣu cụng suất phản khỏng trong những ràng buộc và hàm mục tiờu khỏc nhau.

Nhƣ vậy, hiện nay đó cú rất nhiều phƣơng phỏp khỏc nhau nghiờn cứu về bài toỏn bự cụng suất phản khỏng. Điều đú cho thấy bự cụng suất phản khỏng là một vấn đề cấp thiết và vận hành lƣới điện. Những kết quả nghiờn cứu trong lĩnh vực này rất phong phỳ và đa dạng.

Tuy nhiờn, hàng loạt những khú khăn trong giải quyết vấn đề này khi tớnh toỏn lƣới điện thực tế vẫn chƣa đƣợc giải quyết triệt để (nhƣ khú khăn về khối lƣợng tớnh toỏn, ụ nhớ, hỡnh thức hoỏ,...)

Sau đõy giới thiệu thuất toỏn quy hoạch động giải bài toỏn bự cụng suất phản khỏng.

2.2.2. Thuật toỏn giải bài toỏn bự cụng suất phản khỏng bằng phương phỏp quy hoạch động: quy hoạch động:

Giải bài toỏn xỏc định cụng suất và chỗ đặt TĐT trờn cơ sở thuật toỏn quy hoạch động bao gồm 2 quỏ trỡnh thuận và ngƣợc.

Trong quỏ trỡnh thuận thực hiện cỏc bƣớc hợp nhất cỏc nhỏnh bắt đầu từ phụ tải về tới nguồn cung cấp để tỡm giỏ trị nhỏ nhất của hàm mục tiờu.

0- Q_B ; Q_B - 2 Q_B ... m Q_B - Q_B . Bƣớc chia này càng nhỏ độ chớnh xỏc càng cao. Nhƣng do thang cụng suất TĐT đƣợc sản xuất theo tiờu chuẩn nờn ta chọn sao cho mức trờn của mỗi bƣớc là bội số của thang cụng suất TĐT.

* Đối với lƣới điện đƣờng dõy chớnh (hỡnh 2-2a) trỡnh tự bắt đầu từ phụ tải cuối lƣới điện (nhỏnh 1). 0 n 2 1 0 Hỡnh 2.2a Hỡnh 2.2b 0 Hỡnh 2.2c

Hỡnh 2.2: Cỏc loại sơ đồ lƣới phõn phối

Bƣớc 1: Tớnh giỏ trị hàm f₁(Q_B1) với tất cả cỏc giỏ trị cú thể của Q_B1 (nhỏnh 1 hỡnh 2.2a). Quan hệ này đƣợc kớ hiệu là Z ₁(Q_{B 1}); nghĩa là:

Z

(Q

)

f

(Q

)

B

Q cần tỡm tổ hợp tối ƣu của Q_B1 và Q_B2 thoả món điều kiện:

)

;

(

)

(

min

f Q

f Q

Q

Z

f

(Q

)

)

;

(

)

(

min

)

(

Q

Z Q

f Q

Q

Z

Bƣớc i: ở bƣớc thứ i, đối với mức k của Q_B , tỡm tổ hợp tối ƣu của Q_Bi và tổng 1 1 _{1 2}

...

Q Q Q

Q

Phƣơng trỡnh trung toỏn cú dạng:

)

;

(

)

(

min

)

(

Q Z Q Q f Q Q

Z

Bƣớc n: Sau khi thực hiện (n - 1) bƣớc hợp nhất, tiến hành hợp nhất nhỏnh thứ n. ở bƣớc này tỡm đƣợc hàm quan hệ giữa tổng chi phớ tớnh toỏn của toàn lƣới điện với tổng cụng suất TĐT đặt tại cỏc nỳt trong lƣới. Phƣơng trỡnh truy toỏn ở bƣớc n cú dạng:

)

;

(

)

(

min

)

(

Q Z Q Q f Q Q

Z