I. Tổng Quan Nghiên Cứu Bù Tối Ưu Lưới Điện Trung Áp Việt Nam
Nghiên cứu bù tối ưu cho lưới điện phân phối trung áp (LĐPPTA) tại Việt Nam là một vấn đề cấp thiết. LĐPPTA đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng đến người tiêu dùng. Tuy nhiên, do được xây dựng và phát triển qua nhiều giai đoạn, LĐPPTA tồn tại nhiều bất cập như nhiều cấp điện áp, tiết diện dây dẫn không đảm bảo, và chiều dài truyền tải lớn, đặc biệt ở khu vực miền núi. Điều này dẫn đến tổn thất điện áp, tổn thất công suất, và tổn thất điện năng lớn, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và hiệu quả truyền tải. Giải pháp bù công suất phản kháng đã được quan tâm và áp dụng rộng rãi, nhưng cần có phương pháp tính toán tối ưu hơn để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy.
1.1. Hiện Trạng Lưới Điện Phân Phối Trung Áp Tại Việt Nam
Hiện nay, lưới điện trung áp đã phủ khắp các xã trên cả nước, tuy nhiên vẫn còn một số thôn bản chưa được sử dụng điện lưới quốc gia. Lưới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV, phân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp trung áp. Lưới điện phân phối trung áp được phân loại theo đối tượng và địa bàn phục vụ, thiết bị dẫn điện và cấu trúc hình dáng.
1.2. Tầm Quan Trọng Của Việc Bù Tối Ưu Trong Lưới Điện Trung Áp
Việc tối ưu hóa lưới điện là vô cùng quan trọng. LĐPPTA có vai trò trực tiếp đảm bảo chất lượng điện áp cho phụ tải, giữ vai trò quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Theo nghiên cứu, có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch lưới phân phối. Mỗi sự cố trên LĐPPTA trung áp đều có ảnh hưởng lớn đến sinh hoạt và các hoạt động kinh tế, xã hội.
II. Thách Thức Vấn Đề Bù Công Suất Phản Kháng Hiện Tại
Phương pháp tính toán vị trí và dung lượng bù phổ biến hiện nay dựa trên công suất cực đại và hệ số công suất cosφ nhằm giảm tổn thất trong lưới điện. Tuy nhiên, phương pháp này có sai số lớn và có thể không đảm bảo độ lệch điện áp các nút khi phụ tải thay đổi lớn. Nhiều phương pháp tính toán mới đã được giới thiệu cùng với các ngôn ngữ lập trình và các chương trình tính toán cho phép xét đến đồng thời nhiều thông số của LĐPPTA. Vì vậy, cần có nghiên cứu sâu hơn để lựa chọn các thiết bị và phương pháp bù hợp lý, sử dụng các phương pháp tối ưu hóa để tính toán vị trí và dung lượng bù tối ưu.
2.1. Sai Số Trong Tính Toán Bù Dựa Trên Công Suất Cực Đại
Phương pháp tính toán vị trí và dung lượng bù hiện nay dựa trên công suất cực đại và hệ số công suất cosφ nhằm giảm tổn thất trong lưới điện. Tuy nhiên, phương pháp này gặp sai số lớn và có thể không đảm bảo độ lệch điện áp các nút khi phụ tải thay đổi lớn ở giá trị cực đại hay cực tiểu (trong giờ cao điểm hoặc thấp điểm).
2.2. Yêu Cầu Cần Thiết Của Phương Pháp Tính Toán Bù Mới
Nhiều phương pháp tính toán mới đã được giới thiệu cùng với các ngôn ngữ lập trình và các chương trình tính toán cho phép xét đến đồng thời nhiều thông số của LĐPPTA. Vì vậy, độ chính xác của kết quả tính toán được nâng lên đồng thời đảm bảo được thông số chế độ của lưới điện trong mọi trạng thái vận hành.
2.3. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Tổn Thất Điện Năng Trong LĐPPTA
Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất điện năng trong LĐPPTA bao gồm: điện áp làm việc của trang thiết bị, truyền tải công suất phản kháng, và các biện pháp giảm thiểu tổn thất trong LĐPPTA. Tổn thất điện năng bao gồm tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật.
III. Phương Pháp Tính Toán Bù Tối Ưu Cho Lưới Điện Trung Áp
Nghiên cứu này tập trung vào việc lựa chọn các thiết bị và phương pháp bù hợp lý cho LĐPPTA, sử dụng các phương pháp tối ưu hóa nhằm tính toán vị trí và dung lượng bù tối ưu. Sự thay đổi của phụ tải được xét đến khi tính toán thông số chế độ cũng như lựa chọn vị trí và dung lượng bù theo đồ thị phụ tải ngày điển hình của các mùa trong năm nhằm tăng độ tin cậy, chính xác của kết quả tính toán, đáp ứng gần hơn yêu cầu của thực tiễn. Chương trình tính toán được lập trình bằng ngôn ngữ lập trình GAMS, tính toán áp dụng cho LĐPPTA trên địa bàn huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh.
3.1. Mô Hình Toán Học Cho Bài Toán Bù Tối Ưu
Mô hình toán học được xây dựng để tối ưu hóa vị trí và dung lượng bù trong LĐPPTA. Hàm mục tiêu được xác định để cực tiểu hóa tổn thất công suất và tổn thất điện năng, đồng thời đảm bảo các ràng buộc về điện áp và dòng điện trong lưới điện.
3.2. Sử Dụng Phần Mềm PSS Adept Và Ngôn Ngữ Lập Trình GAMS
Phần mềm PSS/Adept được sử dụng để mô phỏng và phân tích lưới điện. Ngôn ngữ lập trình GAMS được sử dụng để xây dựng chương trình tính toán vị trí và dung lượng bù tối ưu. Thuật toán và solver BONMIN trong chương trình GAMS được sử dụng để giải bài toán tối ưu hóa.
3.3. Các Phương Thức Bù Trong Lưới Điện Phân Phối
Các phương thức bù trong LĐPPTA bao gồm: bù công suất phản kháng nâng cao hệ số cos , cực tiểu tổn thất công suất, theo điều kiện chỉnh điện áp, và phương pháp bù kinh tế (cực đại hóa lợi nhuận, cực tiểu chi phí tính toán Zmin, cực đại lợi nhuận).
IV. Ứng Dụng Nghiên Cứu Bù Tối Ưu Tại Huyện Tiên Du Bắc Ninh
Nghiên cứu được áp dụng cho LĐPPTA huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh. Hiện trạng nguồn cung cấp điện, LĐPPTA và các trạm biến áp của lộ 478-E27 được khảo sát. Hiện trạng bù của LĐPPTA và đồ thị phụ tải được phân tích. Kết quả tính toán vị trí và dung lượng bù tối ưu của lộ 478-E27 xét đến xác suất phụ tải được trình bày. Đánh giá tổn thất điện năng và chất lượng điện áp sau khi bù được thực hiện.
4.1. Giới Thiệu Lưới Điện Phân Phối Trung Áp Huyện Tiên Du
LĐPPTA huyện Tiên Du được khảo sát về hiện trạng nguồn cung cấp điện, LĐPPTA và các trạm biến áp của lộ 478-E27. Hiện trạng bù của LĐPPTA và đồ thị phụ tải được phân tích.
4.2. Kết Quả Tính Toán Vị Trí Và Dung Lượng Bù Tối Ưu
Kết quả tính toán vị trí và dung lượng bù tối ưu của lộ 478-E27 xét đến xác suất phụ tải được trình bày. Các thông số của tụ bù được lựa chọn phù hợp với yêu cầu của lưới điện.
4.3. Đánh Giá Hiệu Quả Của Việc Bù Tối Ưu
Đánh giá tổn thất điện năng và chất lượng điện áp sau khi bù được thực hiện. So sánh kết quả trước và sau khi bù để đánh giá hiệu quả của phương pháp bù tối ưu.
V. Kết Luận Kiến Nghị Về Bù Tối Ưu Lưới Điện Trung Áp
Nghiên cứu đã xây dựng được mô hình toán và chương trình tính toán vị trí và dung lượng bù tối ưu cho LĐPPTA khi xét đến thay đổi của phụ tải theo mô hình xác suất. Việc tính toán bù xét đến thay đổi của phụ tải đảm bảo cực tiểu tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong suốt thời gian tính toán đồng thời đảm bảo yêu cầu về độ lệch điện áp cho phép. Vì vậy, tăng độ tin cậy và hiệu quả trong thiết kế và vận hành thiết bị bù trong LĐPPTA.
5.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Về Bù Tối Ưu
Nghiên cứu đã xây dựng được mô hình toán và chương trình tính toán vị trí và dung lượng bù tối ưu cho LĐPPTA khi xét đến thay đổi của phụ tải theo mô hình xác suất.
5.2. Kiến Nghị Về Ứng Dụng Thực Tế Và Nghiên Cứu Tiếp Theo
Cần có các nghiên cứu tiếp theo về việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào LĐPPTA và ảnh hưởng của chúng đến việc bù tối ưu. Cần có các quy định và tiêu chuẩn kỹ thuật rõ ràng về việc bù công suất phản kháng trong LĐPPTA.