Theo điều kiện chỉnh điện ỏp

VI. í nghĩa khoa học và thực tiễn

3.4 Cỏc phƣơng phỏp tớnh toỏn bự trong LĐPP

3.4.3 Theo điều kiện chỉnh điện ỏp

Trƣớc khi bự tổn thất điện ỏp trong mạng là [6][21]:

    ( ) 100 1 2 i i i i n X Q R P U U (3.11)

Trong đú:  lấy cho toàn đƣờng dõy.

Sau khi bự tổn thất điện ỏp giảm đi một lƣợng hay đƣa thờm vào đầu nguồn một độ tăng điện ỏp Ub (Ek).

(3.12)

Trong đú:  lấy điểm đặt bự.

Vỡ vậy, tổn thất điện ỏp sau khi bự là U' = U - Ub. Khi đú, Qb đƣợc xỏc định với đƣờng dõy cựng tiết diện là:

X E U

Qb 10. n2 k / kVAr (3.13)

Trong đú: X là điện khỏng của đƣờng dõy tớnh đến điểm đặt bự, .

     b i n b k Q X U U E 2 100 1

Nếu cụng suất cần bự lớn cú thể chia ra làm nhiều điểm đặt bự với phƣơng trỡnh (3.14). k n b b X Q X U E Q    2 2 2 1 1. . .... 10. (3.14)

Trờn cơ sở phõn tớch, so sỏnh cỏc phƣơng ỏn sẽ lựa chọn đƣợc địa điểm đặt dung lƣợng bự hợp lý.

- Ƣu điểm: i) tớnh toỏn đơn giản, cú thể dễ dàng xỏc định đƣợc dung lƣợng tụ khi biết lƣợng tăng thờm của điện ỏp. ii) Do đặt bự theo điều kiện điện ỏp nờn cú thể bự sõu đƣợc, làm giảm đỏng kể tổn thất trong mạng. iii) Cú thể kết hợp với chọn nấc điều chỉnh ở MBA để đƣợc dung lƣợng bự là bộ nhất.

- Nhƣợc điểm: i) Điểm đặt bự khỏ phõn tỏn gõy khú khăn cho việc vận hành và điều chỉnh dung lƣợng. ii) Với LĐPP bao gồm nhiều nỳt, nhỏnh, số phƣơng ỏn đặt bự sẽ lớn, việc tỡm ra lời giải về điểm đặt bự và dung lƣợng tối ƣu tƣơng đối phức tạp. iii) Khụng xột tới yếu tố kinh tế của việc lắp đặt tụ.

3.4.4 Phương phỏp bự kinh tế

Trƣớc hết cần phõn biệt bài toỏn bự CSPK trong lƣới điện truyền tải (LĐTT) và LĐPP. Với LĐTT bài toỏn bự thƣờng đƣợc đặt ra hơn đú là bự nhằm đảm bảo điện ỏp nỳt, bự nhằm nõng cao giới hạn ổn định, cũn đƣợc gọi là bự kĩ thuật. Bài toỏn bự kinh tế ớt đƣợc đặt ra trong LĐTT hoặc chỉ đƣợc đặt ra nhƣ một khả năng kết hợp với bự kỹ thuật bởi tỉ lệ tổn thất trong LĐTT tƣơng đối thấp (2-4)% và cú rất nhiều nguồn CSPK (mỏy phỏt, cỏc đƣờng dõy cao ỏp với CSPK tự nhiờn).

Ngƣợc lại, trong LĐPP tỉ lệ tổn thất khỏ cao (> 5%), lƣới hỡnh tia xa nguồn, nhận CSPK từ LĐTT qua trạm trung gian thƣờng rất hạn chế. Cụng suất điện dung tự nhiờn do cỏc đƣờng dõy trung ỏp sinh ra khụng đỏng kể. Trong trƣờng hợp này, bự CSPK làm giảm đỏng kể tổn thất do khụng phải truyền tải CSPK qua lƣới. Tuy nhiờn, vị trớ đặt bự cú hiệu quả rất khỏc nhau

nờn bài toỏn tỡm vị trớ và dung lƣợng bự tối ƣu cú ý nghĩa lớn. Cỏc bài toỏn đƣợc đặt ra theo một số dạng khỏc nhau.

Cực đại húa lợi nhuận 3.4.4.1

Bài toỏn bự kinh tế cần đƣợc thiết lập theo hàm mục tiờu (HMT) là lợi ớch thu đƣợc khi đặt bự (bao gồm tổng lợi thu đƣợc trừ đi cỏc chi phớ do đặt bự) xột đến hiệu quả tỏc động của dũng tiền tệ, qui về hiện tại (NPV) [6][16]. Trong trƣờng hợp chung HMT cú thể bao gồm cỏc thành phần sau:

a. Thành phần lợi ớch Z1 thu được do giảm tổn thất điện năng hàng năm

sau khi đặt thiết bị bự

Thành phần này kể đến hiệu quả giảm tổn thất trờn cỏc nhỏnh đƣờng dõy của LĐPP và tổn thất trong MBA phõn phối do hiệu quả của cỏc thiết bị bự đem lại:

Z1 = ∆C = C - C0 (3.15) Trong đú: C0 là tổng chi phớ tổn thất ban đầu. C là tổng chi phi tổn thất xột đến cỏc phƣơng ỏn đặt thiết bị bự. Do tổn thất C (phụ thuộc dung lƣợng bự) thay đổi (do dung lƣợng bự đặt thờm) nờn Z1 cần đƣợc tớnh theo tổng tổn thất điện năng trong suốt thời gian tớnh toỏn.

b. Thành phần chi phớ do đầu tư lắp đặt thiết bị bự Z2

Thành phần này bao gồm tổng chi phớ đầu tƣ mua thiết bị bự (tỉ lệ với dung lƣợng bự Qbj) trong suốt khoảng thời gian tớnh toỏn, cú kể đến chi phớ khụng đổi V0 (cho mặt bằng, xõy dựng, lắp đặt ...):

2 0j  0j j b jt . t

t j

Z V  K C Q  Ne (3.16)

Trong đú: K0j là suất đầu tƣ tụ bự j [đ/kVAr]. Trị số K0 phụ thuộc cấp điện ỏp và loại thiết bị bự (cố định hay điều chỉnh...).Cj là suất chi phớ bảo trỡ hàng năm của tụ bự tại nỳt j [đ/kVAr.năm], chi phớ này cú thể lấy gần đỳng

(mỗi năm khoảng 3% nguyờn giỏ tài sản cố định của trạm bự). V0j phụ thuộc điều kiện cụ thể của trạm, thƣờng cú trị số nhỏ cú thể bỏ qua.

c. Thành phần chi phớ cho tổn thất trong bản thõn thiết bị bự Z3

3 bj. . t. bjt

t j

Z  P g Ne Q (3.17)

Trong đú: Pbj là suất tổn thất cụng suất bờn trong thiết bị bự kW/kVAr. g là giỏ bỏn điện bỡnh quõn.

Trong cỏc biểu thức trờn, Net là hệ số qui đổi chi phớ về hiện tại theo dũng tiền tệ từ thời gian t về hiện tại. Nú cũng nằm trong biểu thức cụ thể của thành phần lợi ớch Z1 và Z3 khi xột theo nhiều khoảng thời gian.

Dựa vào biểu thức của cỏc thành phần đó nờu cú thể thiết lập đƣợc HMT dƣới dạng cực đại hàm lợi nhuận (B-∆C) hoặc NPV trong thời gian tớnh toỏn để giải bài toỏn (dạng quy hoạch toỏn học).

Nhận xột: mụ hỡnh bài toỏn vừa nờu rất khú thực hiện trong tớnh toỏn thủ

cụng nhƣng với sự phỏt triển của mỏy tớnh điện tử thỡ việc giải bài toỏn trờn đó trở nờn dễ dàng. Tuy nhiờn, mụ hỡnh khụng xột đến cỏc ràng buộc đảm bảo yờu cầu vận hành và chất lƣợng điện nờn rất ớt đƣợc ỏp dụng thực tế.

Cực tiểu chi phớ tớnh toỏn Zmin. 3.4.4.2

Khi xột khoảng thời gian tớnh toỏn ngắn, hàm mục tiờu cú thể đƣợc sử dụng ở dạng hàm chi phớ tớnh toỏn Z [6][16]:

Z = a.V∑ + C∑ → min (3.18) Trong đú:

- a.V∑ là chi phớ vốn đầu tƣ qui đổi (qui cho 1 năm tớnh toỏn) với V∑ tớnh theo biểu thức sau.

a là hệ số thu hồi vốn đầu tƣ tiờu chuẩn a= 1/Tdm, với bài toỏn bự kinh tế thƣờng đƣợc tớnh với thời gian thu hồi định mức tƣơng đối ngắn, Tdm = (3- 5)năm để đảm bảo thiết bị bự cú hiệu quả cao. Tổng dung lƣợng bự đƣợc coi nhƣ đƣa vào một lỳc ngay thời điểm hiện tại.

- C∑ là chi phớ tổn thất hàng năm, bao gồm chi phớ tổn thất trờn lƣới và chi phớ trong bản thõn thiết bị bự tớnh cho một năm.

C∑ = C + Z3 (3.20)

Trong đú: C và Z3 cú ý nghĩa tƣơng tự nhƣ trong bài toỏn trong phần trờn tuy nhiờn việc tớnh toỏn đơn giản hơn do tớnh quy về một năm.

Mụ hỡnh trờn là bài toỏn quy hoạch phi tuyến. So với hàm mục tiờu là hàm lợi nhuận kể trờn (mục 2.3.4.3) bài toỏn cú dạng đơn giản hơn. Cú thể ỏp dụng trực tiếp cỏc phƣơng phỏp quy hoạch toỏn học để giải bài toỏn. Tuy nhiờn, mụ hỡnh cũng cú những nhƣợc điểm khi ỏp dụng, đặc biệt khi số nỳt xột đặt bự lớn (về lớ thuyết là cho tất cả cỏc nỳt). Trong cỏc trƣờng hợp này mụ hỡnh bài toỏn khỏ cụng kềnh, trong khi dung lƣợng bự tối ƣu nhận đƣợc lại bị phõn bố rải rỏc, khụng phự hợp với thực tế. Cũng rất khú đƣa thờm cỏc điều kiện phụ vào mụ hỡnh (giới hạn cụng suất và điện ỏp, hạn chế mặt bằng...).

Cực đại lợi nhuận 3.4.4.3

Hàm mục tiờu của bài toỏn trong trƣờng hợp này đƣợc lựa chọn thực chất là cực đại húa lợi ớch trong thời gian định mức thu hồi vốn [6][16]:

Z = ∆C - (a.V∑ + Z3 ) → max (3.21) Trong đú: V∑ là chi phớ cho vốn đầu tƣ tổng lắp đặt thiết bị bự. Z3 là chi phớ tổn thất hàng năm bờn trong bản thõn cỏc thiết bị bự. ∆C là chi phớ tổn thất toàn lƣới giảm đƣợc hàng năm (lợi ớch) do đặt bự.

Tƣơng tự nhƣ bài toỏn trong mục 2.3.4.2, cỏc hàm chi phớ và lợi ớch đƣợc quy về một năm. Nếu số dƣ chi phớ trừ lợi ớch hàng năm thu đạt cực đại thỡ thiết bị bự đƣợc coi là hiệu quả nhất (tối ƣu). Do ∆C đƣợc xỏc định cho

một năm nờn quy mụ bài toỏn giảm đi đỏng kể. Ngoài ra, mụ hỡnh cũn cho phộp đƣa về cỏc tiờu chuẩn đơn giản hơn để thiết lập cỏc thuật toỏn hiệu quả xỏc định vị trớ và dung lƣợng bự tối ƣu khi đầu tƣ lắp đặt thiết bị bự.

3.4.5 Nhận xột

Mỗi phƣơng phỏp cú cú những ƣu và nhƣợc điểm riờng và phự hợp cho mỗi đối tƣợng cụ thể. Nhƣ đó phõn tớch trong chƣơng 1, LĐPP cú tổn thất cụng suất, tổn thất điện năng và tổn thất điện ỏp lớn nờn phƣơng phỏp bự nhằm giảm tổn thất cụng suất và tổn thất điện năng rất đƣợc cỏc cụng ty điện lực quan tõm nhằm đảm bảo đƣợc chỉ tiờu tổn thất của LĐPP.

Vỡ vậy, nghiờn cứu này sử dụng phƣơng phỏp bự với hàm mục tiờu cực tiểu tổn thất cụng suất và tổn thất điện năng của LĐPP đồng thời xột đến cỏc ràng buộc đảm bảo chất lƣợng điện, khả năng vận hành của hệ thống và xột đến sự thay đổi mang tớnh ngẫu nhiờn của phụ tải nhằm nõng cao tớnh chớnh xỏc của kết quả tớnh toỏn, đỏp ứng đƣợc yờu cầu thực tiễn.

3.5 Xõy dựng mụ hỡnh toỏn xỏc định vị trớ và dung lƣợng bự tối ƣu của tụ điện trong LĐPPTA xột đến tải ngẫu nhiờn tụ điện trong LĐPPTA xột đến tải ngẫu nhiờn

Nhƣ phõn tớch trong chƣơng 1, phụ tải điện là đại lƣợng mang tớnh ngẫu nhiờn phụ thuộc vào nhu cầu của khỏch hàng. Vỡ vậy, để nõng cao tớnh chớnh xỏc và kết quả đỏp ứng đƣợc yờu cầu thực tiễn, nghiờn cứu này xem xột tổng hợp phụ tải ngẫu nhiờn trong mụ hỡnh tớnh toỏn.

Hơn nữa, nghiờn cứu này cũn xột đến sự phỏt triển của phụ tải trong tƣơng lai với thời gian tớnh toỏn là T năm nhằm đảm bảo thụng số chế độ của hệ thống trong suốt thời gian tớnh toỏn. Mụ hỡnh gồm hàm mục tiờu và cỏc ràng buộc nhƣ dƣới đõy.

3.5.1 Hàm mục tiờu

Trong mụ hỡnh này, ảnh hƣởng của tải ngẫu nhiờn đƣợc xột đến và đƣợc biểu diễn bởi cụng suất tải và xỏc suất tƣơng ứng tại mỗi trạng thỏi xem xột. Hàm mục tiờu là cực tiểu tổng tổn thất điện năng trong thời gian tớnh toỏn T

bao gồm tổn thất trờn đƣờng dõy Af t. và trong bản thõn tụ bự Ac t. ở năm t nhƣ trỡnh bày trong biểu thức (3.22).

. . 1 ( ) T f t c t t A A A       (3.22)

Tổn thất điện năng trờn đƣờng dõy của LĐPP khi xột đến tải ngẫu nhiờn ở năm t đƣợc xỏc định theo biểu thức (3.23) với xỏc suất tải ở trạng thỏi k là

k  và Nk là số trạng thỏi tớnh toỏn. . . 1 2 2 , , , , , , , , , , , 1 1 8760. . 1 . 2 . cos( ) 2 k N f t t k k k N N t k ij i t k j t k i t k j t k j k i k i j A P P G U U U U                     (3.23)

Trong đú: Pt k, là tổn thất cụng suất trong trạng thỏi k; Ui,t,k, i t k, , là modul và gúc pha của điện ỏp nỳt i tại mỗi trạng thỏi; Gij là điện dẫn của đƣờng dõy

ij và N là tổng số nỳt của LĐPP.

Tổn thất điện năng của bản thõn tụ điện đƣợc xỏc định theo hệ số tổn thất phụ thuộc vào cụng suất của tụ nhƣ biểu thức sau [6][23].

. . , 1 8760. . c N c t b i t c i A Q k     (3.24)

Trong đú: Qb i t. , là cụng suất bự tại nỳt i, năm t; kc là hệ số tổn thất cụng suất của bản thõn tụ và Nc là số nỳt cú thể lựa chọn bự.

3.5.2 Cỏc ràng buộc

Thụng số chế độ của LĐPP đƣợc tớnh toỏn bởi ràng buộc cõn bằng cụng suất nỳt AC trong trạng thỏi tớnh toỏn k nhƣ biểu thức (3.25) [5][22][19].

, , . , , , , , , , , , , , 1 , , . , , , , , , , , , , , 1 . . . .cos( ) . . .sin( ) N S i t k c b i t i t k ij i t k j t k ij j t k i t k j N S i t k b i t i t k ij i t k j t k ij j t k i t k j P k Q P Y U U Q Q Q Y U U                      (3.25)

Trong đú: , ,S i t k

P và S, , i t k

Q là cụng suất nhận từ nguồn; Yij, ij là modul và gúc lệch của tổng dẫn nhỏnh. Ui t k, , , i t k, , là modul và gúc pha của điện ỏp nỳt;

Pi,t,k và Qi,t,k là cụng suất của phụ tải i, xỏc định theo biểu thức (3.26) với hệ số

tải trong trạng thỏi k là kk. Pi t, và Qi t, là cụng suất của tải ở năm t với hệ số phỏt triển mỗi năm là kpt.

, , , , , , , , 1 , , 1 . ; . (1 ); (1 ) i t k i t k i t k i t k i t i t pt i t i t pt P P k Q Q k P P  k Q Q  k       (3.26)

Cụng suất của tụ bự là những giỏ trị rời rạc, tiờu chuẩn húa để giảm chi phớ sản xuất. Do đú, nghiờn cứu này đề xuất ràng buộc lựa chọn cụng suất bự theo cỏc giỏ trị rời rạc với biến nhị phõn j i t, ,, tại mỗi tải chỉ lựa chọn đầu tƣ một lần để giảm chi phớ lắp đặt với ràng buộc nhƣ biểu thức (3.27). Trong đú,

* .

c j

Q là cụng suất tiờu chuẩn thứ j và Nj là tổng số cụng suất tiờu chuẩn của tụ.

* . , , , . , , 1 1 . ; 1 j N T b i t j i t c j j i t j t Q  Q       (3.27)

Để đảm bảo vận hành an toàn LĐPP, trỏnh quỏ tải, cụng suất truyền tải trờn đƣờng dõy Sij t, cần thỏa món điều kiện giới hạn của đƣờng dõy nhƣ biểu thức (3.28) với cụng suất giới hạn của đƣờng dõy ij là *

, ij t S . * , , ij t ij t S S (3.28)

Ngoài ra, điện ỏp tại mỗi phụ tải thay đổi rất lớn theo chế độ làm việc của lƣới và giỏ trị của phụ tải. Vỡ vậy, độ lệch điện ỏp ở tất cả cỏc nỳt đƣợc giới hạn nhƣ biểu thức (3.29) với điện ỏp tại cỏc nỳt nguồn giả thiết luụn là hằng số. min , , max , , tan i t k L i t k S U U U i N U cons t i N      (3.29)

Trong đú: Ui t k, , là điện ỏp nỳt ở mỗi trạng thỏi tớnh toỏn; Umin,Umax là giới hạn điện ỏp; N NS, L là tổng số nỳt nguồn và nỳt tải.

Cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn trờn đƣợc lập chƣơng trỡnh tớnh toỏn bằng ngụn ngữ lập trỡnh The General Algebraic Modeling System (GAMS) [13] và đƣợc tớnh toỏn ỏp dụng trong LĐPP qui mụ lớn nhƣ dƣới đõy.

3.6 Cụng cụ tớnh toỏn

3.6.1 Đặt vấn đề

Trong tớnh toỏn thụng số chế độ và cỏc bài toỏn bự của LĐPP hiện nay cú thể sử dụng cỏc phần mềm đó đƣợc thƣơng mại với độ tin cậy cao. Trong đú, phần mềm PSS/Adept là phần mềm đƣợc sử dụng phổ biến trong cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu cũng nhƣ trong cỏc cụng ty điện lực để tớnh toỏn thụng số chế độ cũng nhƣ bự CSPK và bảo vệ rơ le của LĐPP. Tuy nhiờn, phần mềm này khụng xột đến thay đổi mang tớnh ngẫu nhiờn của phụ tải nờn nghiờn cứu lập chƣơng trỡnh tớnh toỏn mới dựa trờn mụ hỡnh toỏn đề xuất trong ngụn ngữ lập trỡnh GAMS.

Vỡ vậy, trong nghiờn cứu này sử dụng chƣơng trỡnh lập trong GAMS theo mụ hỡnh toỏn đề xuất để lựa chọn vị trớ và dung lƣợng bự tối ƣu. Sau đú, tớnh toỏn kiểm tra thụng số chế độ của hệ thống bằng phần mềm PSS/Adept để đỏnh giỏ hiệu quả của thiết bị bự.

3.6.2 Giới thiệu phần mềm PSS/Adept

Phần mềm PSS/Adept đƣợc viết tắt từ Power System Simulator/Avancer Distribution Enginering Productivity tool. Đõy là cụng cụ tớnh toỏn mụ phỏng lƣới điện phõn phối cú độ tin cậy cao và đang đƣợc sử dụng rộng rói trong ngành điện hiện nay [14].

Chức năng của PSS/Adept. 3.6.2.1

PSS/ADEPT gồm cú cỏc chức năng sau: - Phõn bố cụng suất.

- Tớnh toỏn ngắn mạch tại 01 điểm hay nhiều điểm. - Phõn tớch khởi động động cơ.