Chương 1: Giới thiệu chung + Chương 2: Lý thuyết tổng quan về tổn thất điện năng và giới thiệu phần mềm PSS/ADAPT + Chương 3: Tổng quan về lưới điện phân phối Điện lực Đức linh + Chương 4: Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng lưới điện phân phối Điện lực Đức Linh + Chương 5: Kết luận và kiến nghị 4 CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADAPT 2.1 Khái niệm chung về tổn thất điện năng Tổn thất điện năng (TTĐN) trong hệ thống điện (HTĐ) nói chung là chênh lệch giữa lượng điện năng sản xuất từ nguồn điện và lượng điện năng được tiêu thụ tạí phụ tải trong một khoảng thời gian nhất định. Trong thị trường điện, TTĐN trên một lưới điện là sự chênh lệch giữa lượng điện năng đi vào lưới điện (bao gồm từ các nguồn điện và từ các lưới điện lân cận) và lượng điện năng đi ra khỏi lưới điện (bao gồm cấp cho phụ tải của lưới điện đó hoặc đi sang các khu vực lưới điện lân cận) trong một khoảng thời gian nhất định. 1 Tổn thất công suất và TTĐN Khoảng thời gian xác định TTĐN thường là một ngày, một tháng hoặc một năm tùy thuộc mục đích hoặc công cụ xác định TTĐN. TTĐN trên một phần tử có thể xác định bằng đo lường hoặc tính toán như sau: ΔA = ∫̥TΔP(t)dt Trong đó: ΔP(t) - là hàm theo thời gian của tổn thất công suất trên phần tử.
ΔA - là TTĐN trên phần tử trong thời gian T (diện tích giới hạn bởi ΔP(t) và các trục tọa độ như hình 2.1 Phân loại tổn thất - Để có thể xác định một cách chính xác và đầy đủ về tổn thất điện năng, trước hết chúng ta cần phân loại các loại tổn thất này. - Theo phạm vi quản lý có TTĐN trên lưới điện truyền tải và TTĐN trên lưới điện phân phối. Tỷ lệ TTĐN trong HTĐ chủ yếu ở lưới phân phối điện.Theo quan điểm kinh doanh điện. TTĐN trên HTĐ được phân thành hai loại là TTĐN kỹ thuật và TTĐN thương mại (hay là phi kỹ thuật).1 Tổn thất điện năng kỹ thuật - Là TTĐN do tính chất vật lý của quá trình tải điện năng gây ra.
Loại tổn thất này không thể loại bỏ hoàn toàn mà chỉ có thể hạn chế ở mức độ hợp lý. Cụ thể hơn, tổn thất kỹ thuật cũng có thể chia thành hai dạng như sau: a) TTĐN phụ thuộc vào dòng điện: Là tổn thất do phát nóng trong các phần tử có tải dòng điện, phụ thuộc vào cường độ dòng điện và điện trở tác dụng của phần tử. Có thể xem đây là tổn thất dọc. Đây là thành phần chính được tính đến trong TTĐN kỹ thuật.
b) TTĐN phụ thuộc vào điện áp: Bao gồm tổn thất không tải của máy biến áp (MBA), tổn thất vầng quang điện, tổn thất do rò điện (cách điện không tốt), tổn thất trong mạch từ của các thiết bị đo lường. Đây có thể xem là tổn thất ngang.2 Tổn thất điện năng thương mại - Là lượng TTĐN trên HTĐ không liên quan đến tính chất vật lý của quá trình tải điện năng. Nguyên nhân là do vấn đề quản lý HTĐ. Bởi vậy, không thể giải quyết bằng các biện pháp kỹ thuật mà chỉ có thể dùng các biện pháp quản lý trong kinh doanh.
Một số trường hợp có thể phân loại để xác định TTĐN ở khâu nào, từ đó có biện pháp xử lý. Ví dụ TTĐN do không được đo, điện năng không được vào hóa đơn, không được trả tiền hoặc chậm trả tiền. TTĐN thương mại chủ yếu xảy ra ở lưới điện phân phối. Vấn đề xác định tổn thất điện năng - Nhìn chung, không có cách xác định chính xác TTĐN.
Có nhiều nguyên nhân, nhưng chủ yếu là vì thiếu thông tin do hệ thống đo lường chưa đầy đủ và đồng bộ, số liệu về lưới điện và phụ tải không chính xác. Bởi vậy, thực chất việc xác định TTĐN là đánh giá hoặc dự báo TTĐN. 6 - Trên lưới điện truyền tải, hệ thống thông tin và tự động hóa thường phải đầy đủ để đảm bảo mục tiêu quản lý vận hành an toàn, tối ưu. Cũng nhờ đó, việc đo lường và đánh giá TTĐN chính xác hơn.
Đối với lưới điện phân phối, các hệ thống thông tin đo lường, giám sát nhìn chung đơn giản, trong khi khối lượng, chủng loại thiết bị đa dạng, nên việc đánh giá chính xác TTĐN khó khăn hơn nhiều. - Bởi vì TTĐN trong HTĐ chủ yếu nằm ở lưới điện phân phối, nên yêu cầu xác định TTĐN chủ yếu đặt ra đối với bộ phận lưới này. TTĐN trong lưới điện phân phối nhỏ hơn 10% được coi là chấp nhận được. Nếu TTĐN trên 15% tức là tỷ lệ TTĐN thương mại là đáng kể, khi đó cần tính toán thành phần TTĐN kỹ thuật để đánh giá mức độ tổn thất thương mại.
Bên cạnh đó việc xác định TTĐN cũng sẽ cho một bức tranh chung về tỷ lệ TTĐN giữa các bộ phận lưới điện và các khu vực phụ tải để từ đó có thể đề xuất các giải pháp giảm TTĐN một cách hiệu quả trên lưới điện. Thiết bị đo điện năng - Sử dụng thiết bị đo điện năng là một trong những cách để đánh giá TTĐN. Thiết bị đo điện năng thường gọi là công tơ bao gồm công tơ tác dụng (đo kWh) và công tơ phản kháng (đo kVArh). Công tơ liên tục đo điện áp và dòng điện tức thời, tính toán tích số của hai đại lượng này rồi tích hợp theo thời gian để tính trị số điện năng cần đo.
Đối với tải nhỏ, trong lưới hạ áp, công tơ có thể lấy trực tiếp dòng điện và điện áp từ mạch cần đo. Đối với lưới cao áp, dòng điện phụ tải lớn, công tơ lấy dòng điện và điện áp từ thứ cấp các máy biến dòng điện và biến điện áp. Theo công nghệ chế tạo có hai loại công tơ bao gồm công tơ điện từ và công tơ điện tử. Công tơ điện từ - Cấu trúc cơ bản của một công tơ điện từ bao gồm ba phần: i.
Mạch vào gồm dòng điện và điện áp, ii. Cơ cấu cuộn dây dòng, áp và đĩa quay tương tự một động cơ iii. Cơ cấu đếm và hiển thị. - Công tơ này làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ.
- Tổn thất công suất trên cuộn điện áp rất nhỏ, cỡ 2W. Tổn thất trên cuộn dòng điện tỷ lệ với dòng điện, nhưng nhìn chung cũng nhỏ, chỉ cỡ vài W. Công tơ 7 điện từ có thể gặp một số sai số như sai số do phụ tải không cân bằng khi dùng công tơ ba pha, sai số do đĩa công tơ tự quay khi chỉ có điện áp đặt vào công tơ và không có tải. Công tơ điện tử - Công tơ điện tử, còn gọi là công tơ tĩnh, biến đổi dòng điện và điện áp đo được trên mạch điện thành dạng số, xử lý tín hiệu số để tính toán nhiều đại lượng liên quan khác nhau và hiển thị trên màn hình dạng LED hoặc LCD.
Công tơ điện tử tích hợp rất nhiều tính năng cho phép đo đặc điểm tiêu thụ điện của phụ tải như thời gian sử dụng (TOU), công suất cực đại, các tham số dòng điện, điện áp, hệ số cosφ, ĐTPT,. cũng như lưu trữ và kết nối, đọc số liệu từ xa. - Yêu cẩu về tổn thất và sai số của công tơ điện tử (tĩnh), cấp chính xác Class 1 và 2 được quy định bởi tiêu chuấn IEC 62053-21, 2003.2 Nguyên nhân của tổn thất điện năng 2.1 Tổn thất điện năng phụ thuộc dòng điện - Tất cả các phần tử tham gia tải trực tiếp dòng điện trong HTĐ đều có TTĐN do phát nhiệt trên điện trở của phần tử đó. Các phần tử có tổn thất do phát nhiệt trên HTĐ bao gồm: + Điện trở của các đường dây tải điện, dây dẫn pha, dây trung tính, dây chống sét và dây nối đất.
Dây trung tính sẽ gây tổn thất nếu tồn tại dòng trên dây trung tính. Dây chống sét nằm trong điện từ trường của các dây dẫn pha nên cũng có xuất hiện dòng điện cảm ứng và tổn thất trên điện trở dây chống sét và điện trở nối đất. + Điện trở cuộn dây trong các MBA lực. + Điện trở cuộn dây của các máy điện quay (máy phát điện, máy bù đồng bộ, động cơ điện).
+ Điện trở tiếp xúc của các tiếp điểm trong các thiết bị đóng cắt mạch điện. + Điện trở tiếp xúc của các mối nối trong mạch điện. + Các điện trở nhỏ khác như thanh góp, cuộn dây các biến áp đo lường, các mạch tụ bù CSPK, cuộn dây kháng điện, điện trở trên các mạch bán dẫn. 8 - Trong các phần tử trên đây trong HTĐ, các phẩn tử chiếm tỷ lệ TTĐN lớn nhất là đường dây và MBA.
Các phần tử còn lại thường có tổn thất nhỏ nên nếu tính toán TTĐN dựa trên mô phỏng thì thường bỏ qua.2 Tổn thất điện năng phụ thuộc điện áp a. Tổn thất vầng quang điện; b. Tổn thất trong lõi thép máy biến áp; 2.3 Tổn thất điện năng do chất lượng điện năng kém - Ngoài TTĐN do dòng điện và điện áp hình SIN ở tần số cơ bản (50 hoặc 60Hz) gây ra trên các phần tử trong HTĐ, TTĐN còn được gây ra do các vấn đề CLĐN. Trong các hiện tượng CLĐN, các hiện tượng duy trì như biến dạng sóng (waveform distortion) và không đối xứng gây TTĐN đáng kể.
Các hiện tượng CLĐN khác, mặc dù cũng gây TTĐN, nhưng do hoặc thời gian tồn tại ngắn (biến thiên điện áp ngắn hạn, dao động điện áp) hoặc biên độ điện áp ít thay đổi (độ lệch điện áp) nên trong các phân tích TTĐN có thể bỏ qua.4 Tổn thất điện năng do thiết kế và vận hành hệ thống điện - Ngoài những nguyên nhân gây TTĐN trên từng phần tử như đã nêu ở các mục trên, nhìn từ khía cạnh quản lý HTĐ còn có một số nguyên nhân khác cũng làm gia tăng thêm TTĐN chung của cả HTĐ. Các nguyên nhân xuất phát từ những bất hợp lý trong quản lý HTĐ từ khâu quy hoạch, thiết kế đến khâu vận hành HTĐ.3 Xác định tổn thất điện năng - Có hai nhóm phương pháp chính để xác định TTĐN là đo lường và tính toán mô phỏng. Các phương pháp dựa trên đo lường nhìn chung cho kết quả tin cậy hơn, nhưng đòi hỏi một hệ thống đo lường đủ mạnh. Hơn nữa, phương pháp này khó phân biệt được tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại.