TC LĐPPTA LĐPPHA C C C C C C
Hơn nữa, cụng suất vận hành của LĐPP hiện nay thƣờng thay đổi rất lớn giữa chế độ cụng suất cực đại (cao điểm) và cụng suất cực tiểu (thấp điểm) tƣơng ứng hệ số Pmin/Pmax rất thấp. Vỡ vậy, cần phải kết hợp cả bự cố định và bự điều chỉnh trong cả LĐPPTA và LĐPPHA.
- Bự cố định đƣợc tớnh toỏn để bự tối thiểu cho mọi chế độ vận hành, bự tập trung ở một số điểm trờn trục chớnh trung ỏp nhằm tận dụng chi phớ đầu tƣ thấp của tụ điện tĩnh cao ỏp.
- Bự điều chỉnh cú cấp đƣợc với thiết bị điều khiển đƣợc sử dụng để thay đổi dung lƣợng bự nhằm đỏp ứng CSPK cho cỏc chế độ khỏc nhau của phụ tải. Tụ bự đƣợc đặt phõn tỏn ở cỏc TBA phõn phối hạ ỏp hoặc trờn cỏc đƣờng dõy hạ ỏp nhằm giảm chi phớ đầu tƣ của thiết bị đúng cắt đồng thời giảm đƣợc tổn thất cụng suất và tổn thất điện năng nhiều hơn vỡ bự sõu hơn. Ngoài ra, cụng suất của cỏc bộ tụ bự hạ ỏp cú cụng suất nhỏ nờn việc điều chỉnh cú cấp của tụ bự hạ ỏp với dung lƣợng nhỏ đỏp ứng đƣợc yờu cầu thay đổi của cỏc chế độ tải.
3.4 Cỏc phƣơng phỏp tớnh toỏn bự trong LĐPP
3.4.1 Bự CSPK nõng cao hệ số cos
Thiết bị bự cung cấp CSPK cho cỏc phụ tải nờn giảm đƣợc lƣợng CSPK phải truyền tải trờn đƣờng dõy từ đú nõng cao đƣợc hệ số cos và giảm đƣợc tổn thất của hệ thống [6]. Tuy nhiờn, biện phỏp bự CSPK khụng làm giảm lƣợng CSPK tiờu thụ của cỏc hộ phụ tải mà chỉ giảm đƣợc lƣợng CSPK truyền tải trờn đƣờng dõy. Vỡ vậy, chỉ sau khi thực hiện cỏc biện phỏp nõng cao cos tự nhiờn mà vẫn khụng đạt yờu cầu thỡ mới xột đến phƣơng phỏp đặt thiết bị bự.
Giả thiết hộ tiờu thụ điện cú hệ số cụng suất là cos1, muốn nõng hệ số cụng suất này lờn cos2 (cos2> cos1), dung lƣợng bự đƣợc xỏc định theo cụng thức sau:
Qb=.P.(tg1- tg2) kVAr (3.1) Trong đú: P là phụ tải tớnh toỏn của hộ tiờu thụ điện kW. 1 là gúc ứng với hệ số trung bỡnh (cos1) trƣớc khi bự. 2 là gúc ứng với hệ số cụng suất mong muốn (cos2) sau khi bự. = 0.91 là hệ số xột tới khả năng nõng cao cos bằng những phƣơng phỏp khụng đũi hỏi đặt thiết bị bự (phƣơng phỏp tự nhiờn).
Hệ số cụng suất cos2 núi ở trờn thƣờng lấy bằng hệ số cụng suất do cơ quan quản lý hệ thống điện quy định cho mỗi hộ tiờu thụ phải đạt đƣợc, thƣờng nằm trong khoảng cos = 0.8 – 0.95 bởi khi hệ số cụng suất lớn hơn 0.95 thỡ tổn thất cụng suất chủ yếu thành phần CSTD gõy ra nờn việc tăng hệ số cụng suất trong trƣờng hợp này khụng cũn hiệu quả.
Đối với cỏc hộ dựng điện thỡ dung lƣợng bự cú thể xỏc định theo quan điểm tối ƣu về mặt tổn thất CSTD của mỗi phụ tải. Khi bự cú thể tiết kiệm đƣợc một lƣợng CSTD nhƣ sau:
P = (kkt - kb).Qb kW (3.2)
Trong đú:
- kkt là đƣơng lƣợng kinh tế của CSPK-kW/kVAr (lƣợng CSTD-kW tiết kiệm đƣợc khi bự 1 kVAr CSPK và đƣợc tớnh nhƣ biểu thức (3.3).
2 . 2 p b kt b P Q R Q k Q U Q (3.3)
Trong biểu thức (3.3), P là lƣợng giảm tổn thất CSTD do CSPK gõy ra khi đặt một đơn vị cụng suất bự kW/kVAr, Q là CSPK của hộ tiờu thụ - kVAr.
Nếu Qb << Q cú thể coi Qb /Q = 0 nờn Kkt đƣợc xỏc định theo biểu thức:
Giỏ trị của kkt = 0.02-0.12 kW/kVAr phụ thuộc vào phƣơng thức cấp điện của hệ thống nhƣ trờn bảng sau.
Bảng 3.1: Giỏ trị của kkt theo phƣơng thức cấp điện.
STT Phương thức cấp điện cho hộ tiờu dựng kkt
1 Từ mỏy phỏt 0.02 0.04
2 Qua một cấp biến ỏp 0.040.06
3 Qua hai cấp biến ỏp 0.050.07
4 Qua 3 cấp biến ỏp 0.080.12
- kb là suất tổn thất CSTD trong thiết bị bự, kW/kVAr. Đối với thiết bị bự là tụ điện, kb = 0.0030.005kW/kVAr.
Khi đú, P = f(Qb) và cú thể tỡm đƣợc dung lƣợng bự tối ƣu ứng với P cực đại là: bopt kb R U Q Q 2 2 kVAr (3.5) Từ biểu thức (3.4) rỳt ra thành phần U2 /2R và biểu thức (3.5) xỏc định đƣợc dung lƣợng bự tối ƣu nhƣ biểu thức sau.
) 1 ( kt b bopt k k Q Q kVAr (3.6)
Cụng suất bự tối ƣu (Qbopt) cú thể khụng trựng với Qb đƣợc tớnh theo biểu thức (3.1). Bự với Qbopt là kinh tế nhất đối với cỏc hộ tiờu thụ tuy nhiờn vỡ lợi ớch chung của toàn hệ thống điện, thƣờng nhà nƣớc quy định hệ số cụng suất tiờu chuẩn mà cỏc hộ tiờu thụ nhất thiết phải đạt đƣợc, mặc dự đối với từng hộ dựng điện cụ thể cos tiờu chuẩn đú chƣa phải là tối ƣu.
Trong thực tế thƣờng tớnh dung lƣợng bự theo phƣơng phỏp nõng cao hệ số cụng suất bởi đơn giản, dễ ỏp dụng nờn đƣợc sử dụng rộng dói. Tuy nhiờn, việc phõn phối dung lƣợng bự trong LĐPP sao cho đạt hiệu quả kinh tế nhất
là bài toỏn khú khăn và thƣờng tiến hành theo nguyờn tắc đảm bảo tổn thất CSTD (P) do CSPK gõy ra là nhỏ nhất. Trong cỏc xớ nghiệp cụng nghiệp, mạng điện thƣờng là hỡnh tia hoặc phõn nhỏnh vỡ vậy việc phõn phối dung lƣợng bự theo nguyờn tắc trờn cú thể thực hiện dễ dàng.
3.4.2 Cực tiểu tổn thất cụng suất
Bằng việc giải tớch lƣới điện, tớnh toỏn phõn bổ cụng suất, ứng với mỗi chế độ xỏc lập, xỏc định đƣợc điện ỏp tại cỏc nỳt và tổn thất P, Q của hệ thống [17][18][19][20]. Trong đú tổn thất cụng suất của nhỏnh i của mạng điện đƣợc xỏc định theo biểu thức sau:
3 2 2 2 10 . . i i i i i R U Q P P kW (3.7) 3 2 2 2 1 . .10 i i i i X U Q P Q kVAr (3.8)
Trong đú: Si = Pi + jQi là cụng suất đi vào nỳt i trờn nhỏnh i, kVA. Zi = Ri + jXi là tổng trở của nhỏnh, .
Khi đặt một giỏ trị bự Qi vào nỳt i, cỏc biểu thức tớnh tổn thất cụng suất là: 3 2 2 2 1 ( ) . .10 i i bi i i R U Q Q P P (3.9) 3 2 2 2 1 ( ) . .10 i i bi i i X U Q Q P Q (3.10)
Sử dụng Pi và Qi là cỏc hàm mục tiờu với biến Qbi bài toỏn bự tối ƣu CSPK theo cực tiểu tổn thất CSTD nhằm mục tiờu giảm tổn thất điện năng đƣợc xỏc định. Bài toỏn tớnh chọn cỏc giỏ trị Qbi tại cỏc nỳt i sao cho P (Qbi) min với cỏc rằng buộc điện ỏp tại cỏc nỳt đảm bảo đạt giỏ trị lõn cận giỏ trị
định mức và với cỏc điều kiện biờn của cụng suất bự là Qb min Qb Qb max. Ngoài ra, cỏc ràng buộc cõn bằng cụng suất nỳt hay giới hạn cụng suất của thiết bị đảm bảo vận hành hệ thống cũng đƣợc đảm bảo. Phƣơng phỏp cú đặc điểm sau:
- Ƣu điểm: Bài toỏn hội tụ nhanh với qui mụ lớn, sử dụng nhiều ràng buộc đảm bảo yờu cầu vận hành của hệ thống.
- Nhƣợc điểm: Chƣa nhận xột đến chi phớ đầu tƣ của thiết bị nờn chƣa đỏnh giỏ đƣợc đầy đủ hiệu quả kinh tế của phƣơng ỏn đầu tƣ.
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