CHƯƠNG 1. Vấn đề bảo đảm chất lượng hoạt động của hệ thống điện phân phối Theo quy định của Bộ Công thương ([1]), hệ thống điện phân phối là hệ thống điện bao gồm lưới điện phân phối và các khách hàng sử dụng điện đấu nối vào lưới điện phân phối. Theo đó, đơn vị phân phối điện là đơn vị điện lực được cấp giấy phép hoạt động điện lực trong lĩnh vực phân phối và bán điện, bao gồm: a) Tổng công ty Điện lực; b) Công ty Điện lực tỉnh, thành phố trực thuộc Tổng công ty Điện lực (sau đây viết tắt là Công ty Điện lực tỉnh). Các đơn vị phân phối điện đảm nhiểm công tác quản lý, quy hoạch và vận hành lưới điện với yêu cầu bảo đảm chất lượng hoạt động của hệ thống phân phối điện theo quy định của Bộ Công thương.
Cụ thể bao gồm các công việc: - Điều khiển lưới điện làm việc trong chế độ xác lập bình thường theo một chương trình đã được chuẩn bị trước. Xử lý các tình huống sự cố như ngắn mạch, hỏng hóc thiết bị… - Lập chương trình vận hành ngắn hạn, tính toán chọn sơ đồ vận hành của lưới điện, tính toán, chỉnh định thiết bị điều khiển, bảo vệ… - Sửa chữa, bảo dưỡng đường dây, trạm biến áp. Thực hiện các công tác cải tạo, nâng cấp lưới điện. Công tác quản lý, quy hoạch và vận hành lưới điện đòi hỏi phải đáp ứng được các yêu cầu: - Đảm bảo chất lượng điện áp - Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện hợp lý cho phụ tải.
- Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao: Tổn thất công suất trong chế độ max và tổn thất điện năng thấp nhất. - Đảm bảo an toàn cho người vận hành và sử dụng trong chế độ bình thường cũng như sự cố. 10 Để đạt được những yêu cầu trên, cần có chi phí đầu tư, hoạt động và bảo dưỡng cho lưới điện phân phối. Cụ thể trong mỗi giai đoạn quy hoạch khi có các yêu cầu kỹ thuật và điều kiện vận hành tương ứng, các quyết định quy hoạch và phát triển lưới điện phân phối sẽ được thực hiện với sự hỗ trợ của bài toán tối ưu nhằm đánh giá các chỉ số kinh tế kỹ thuật của lưới điện.
Bài toán tối ưu hóa các điều kiện kể trên với chi phí thấp nhất là bài toán yêu cầu quan trọng của lưới phân phối. Do có những đặc điểm khác với lưới truyền tải nên việc tính toán, vận hành lưới phân phối có những điểm khác với bài toán tính toán lưới truyền tải. Luận văn dự kiến tính toán cho lưới phân phối hạ áp, với phụ tải phân bố không đối xứng trên 3 pha, nên phải sử dụng sơ đồ 3 pha 4 dây để tính toán. Giảm tổn thất điện áp, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối Theo ([4]), đối với công tác quy hoạch, quản lý và vận hành hệ thống phân phối điện nói chung, trong các thông số cơ bản cần được bảo đảm có tổn thất điện áp, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng.
Các thông số này gắn liền với tính chất vật lý của quá trình truyền tải và phân phối điện, không thể loại bỏ hoàn toàn mà chỉ có thể hạn chế ở mức độ hợp lý dựa trên khả năng kinh tế và các điều kiện vận hành tương ứng. Các loại tổn thất trên lưới điện Khi đường dây mang tải, trong đường dây và máy biến áp xảy ra các hiện tượng sau ([4,5]): Tổn thất điện áp trên đường dây và trong máy biến áp, hiện tượng này làm cho điện áp ở đầu nguồn và phụ tải chênh lệch nhau. Đối với đường dây phân phối hạ áp, điện áp ở cuối đường dây nhỏ hơn điện áp ở đầu đường dây. Tổn thất điện áp tỷ lệ thuận với tổng trở và tỷ lệ nghịch với điện áp vận hành của lưới điện.
Tổn thất công suất, trên đường dây và máy biến áp có các phần tử như điện trở, cảm kháng và điện dẫn, công suất tác dụng và công suất phản kháng sẽ bị tổn hao một phần trên các phần tử này, dẫn đến công suất của nguồn điện phát ra lớn 11 hơn công suất yêu cầu của phụ tải. Tương tự như đối với tổn thất điện áp, tổn thất công suất cũng phụ thuộc điện áp vận hành của lưới. Tổn thất công suất trên lưới trong một khoảng thời gian gây ra tổn thất điện năng, để đánh giá được cần có thêm thông số của phụ tải thay đổi theo thời gian. Các tổn thất kể trên đều gây ảnh hưởng tới chất lượng và chi phí sản xuất điện năng.
Chính vì vậy, trong vận hành lưới phân phối, cần tìm cách giảm thiểu các dạng tổn thất trên. Để so sánh, đối chiếu các phương án đề suất về phương diện giảm tổn thất, ta cần phải đi tính toán các tổn thất đó. Tổn thất điện áp a) Tổn thất điện áp trên đường dây tải điện Xét một đường dây tổng quát, có nút đầu là 1 và nút cuối là 2. Thông số đường dây được tính: điện trở R 12; cảm kháng X12 và dung dẫn B 12.
Đường dây cung cấp điện cho một phụ tải công suất P 2 + jQ2, công suất bơm vào nút 1 là P1 + jQ1. Công suất tải từ đường dây vào nút 2 là P”12 + jQ”12 ; công suất từ nút 1 đi vào đường dây là P’ 12 + jQ’12 Hình 1. Sơ đồ thay thế đường dây Giả sử rằng phụ tải tại nút 2 có tính cảm, tức là dòng điện trên đường dây: I12 chậm pha hơn so với điện áp U 2, lấy U 2 làm gốc tính toán Hình 1. Quan hệ giữa các đại lượng vecto 12 Dòng điện dây I có thể phân tích thành 2 thành phần, phần thực I12r trùng với trục U và thành phần ảo I12i vuông góc với U , = .
sin Tổn thất điện áp pha trên đường dây được tính bằng: = . Tổn thất điện áp dây bằng 3 lần tổn thất điện áp pha: = 3. Trong đó: U 12: phần thực, là thành phần trùng với phương của , gọi là thành phần dọc trục; U12 : phần ảo, là thành phần vuông góc với trục của , gọi là thành phần ngang trục. Ta cũng có thể tính toán tổn thất điện áp theo công suất: Từ công thức: = 3.
Nếu tính theo thì cần lấy công suất tại nút 1: S’ 12 = P’12 + jQ’12 b) Tổn thất điện áp trên máy biến áp Sơ đồ thay thế của máy biến áp hai cuộn dây được mô tả như sau: 13 Hình 1. Sơ đồ thay thế máy biến áp Nếu có thể bỏ qua tổn thất công suất không tải ΔS0 thì: . Tổn thất công suất a. Tổn thất công suất trên đường dây Tổn thất công suất trên đường dây bao gồm tổn thất công suất tác dụng và tổn thất công suất phản kháng xảy ra trên đường dây.
Tổn thất công suất tác dụng trên một pha được tính bằng công thức: = . Nếu tính trên ba pha ta có công thức: = 3. Nếu chọn làm gốc tính toán, ta có: " + " . Thay vào ta có: " + " =.
Tổn thất công suất biểu kiến: = + . Nếu muốn sử dụng giá trị U 1 để tính toán tổn thất công suất thì công suất trong công thức trên sẽ lấy ở đầu đường dây: P’12 và Q’12 14 b. Tổn thất công suất trên máy biến áp Tổn thất công suất trong máy biến áp được chia làm hai phần: phần phụ thuộc vào phụ tải (tổn thất đồng) và phần không phụ thuộc vào tải (tổn thất sắt) Phần không phụ thuộc vào tải là tổn thất trong lõi thép của máy biến áp, tổn thất này không phụ thuộc vào công suất qua máy mà chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của máy biến áp. Tổn thất này được xác định theo các số liệu kỹ thuật của máy: = + .
Trong đó: ΔP0 là tổn thất công suất tác dụng không tải của máy biến áp; ΔQ0 là tổn thất công suất phản kháng không tải của máy biến áp, được tính bằng công thức: . = 100 Phần còn lại phụ thuộc vào công suất tải đi qua máy, được xác định như sau: + = 3. Trong đó, S, P, Q là công suất truyền qua máy biến áp, Sđm là công suất định mức của máy biến áp, ΔPN là tổn thất công suất khi ngắn mạch. Chú ý, khi dùng Rb và Xb tính theo điện áp phía nào thì điện áp Uđmb lấy của phía đó.
Tổn thất trên máy biến áp: = + = + . Trong trường hợp có n máy biến áp giống nhau làm việc song song, tổn thất công suất sẽ được tính bằng: = + = + .3 Quy định của Bộ Công thương đối với yêu cầu vận hành và kế hoạch đầu tư phát triển lưới điện phân phối Thông tư 39/2015 của Bộ Công thương quy định hệ thống phân phối điện với đối tượng là các đơn vị Điện lực toàn quốc, được coi là đơn vị phân phối điện. Trong đó các phạm vi điều chỉnh bao gồm: - Các yêu cầu trong vận hành hệ thống điện phân phối. - Đánh giá nhu cầu phụ tải điện.
- Kế hoạch đầu tư phát triển lưới điện phân phối. - Điều kiện, yêu cầu kỹ thuật và thủ tục đấu nối vào lưới điện phân phối. - Vận hành hệ thống điện phân phối.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với điện áp trong lưới điện phân phối Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối: Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối bao gồm 110 kV, 35 kV, 22 kV, 15 kV, 10 kV, 06 kV và 0,4 kV.