Nghiên Cứu Các Phương Pháp Giảm Tổn Thất Công Suất Lưới Trung Áp Huyện Châu Thành

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu các phương pháp tính toán tổn thất công suất và đề xuất các phương án giảm tổn thất công, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Tâm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Giảm Tổn Thất Công Suất Lưới Trung Áp Huyện Châu Thành
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH HÌNH VẼ
• DANH SÁCH BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Kết quả đạt được của đề tài
• 1.5. Giới hạn của đề tài
• 1.6. Giá trị thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Khái niệm lưới điện
• 2.1.1. Lưới hệ thống
• 2.1.2. Lưới truyền tải
• 2.1.3. Lưới phân phối
• 2.2. Khái niệm về tổn thất điện năng
• 2.2.1. Các nguyên nhân gây ra TTĐN trên lưới phân phối
• 2.3. Phương pháp xác định tổn thất điện năng
• 2.3.1. Xác định TTĐN của lưới điện qua tính toán tổn thất kỹ thuật
• 2.3.1.1. Phương pháp phương sai dòng điện σ2
• 2.3.1.2. Phương pháp cường độ dòng điện thực tế
• 2.3.1.3. Phương pháp điện trở đẳng trị
• 2.3.1.4. Phương pháp theo đồ thị phụ tải
• 2.3.1.5. Phương pháp theo thời gian tổn thất công suất cực đại
• 2.3.2. Xác định TTĐN thực hiện qua hệ thống công tơ đo đếm
• 2.3.3. Nhận dạng TTĐN theo từng cấp điện áp, từng khu vực lưới điện, từng xuất tuyến trung áp, từng trạm biến áp công cộng
• 2.4. Các biện pháp giảm TTĐN
• 2.4.1. Biện pháp quản lý kỹ thuật-vận hành
• 2.4.2. Biện pháp quản lý kinh doanh
• 2.4.3. Bài toán tái cấu hình lưới giảm tổn thất công suất
• 2.4.3.1. Các nghiên cứu trước đây
• 2.4.3.2. Phương pháp kết hợp Heuristic và tối ưu hóa
• 2.4.3.3. Phương pháp Heuristic
• 2.4.3.4. Các giải thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo
• 2.4.3.5. Giải pháp đề xuất bởi phần mềm PSS/ADEPT
• 2.4.3.6. Nhận xét, kết luận
• 2.5. Bài toán xác định phương án bù tối ưu
• 2.5.1. Các nghiên cứu trước đây
• 2.5.2. Lý thuyết bù cho lưới phân phối
• 2.5.3. Giải pháp đề xuất bởi phần mềm PSS/ADEPT
• 2.5.4. Nhận xét, kết luận
• 3. CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM PSS/ADEPT
• 3.1. Giới thiệu tổng quan
• 3.2. Các cửa sổ ứng dụng
• 3.2.1. Cửa sổ Equipment List View
• 3.2.2. Cửa sổ Progress View
• 3.2.3. Cửa sổ Report Preview
• 3.3. Các bước thực hiện trong phần mềm PSS/ADEPT
• 3.3.1. Thiết lập thông số mạng lưới điện
• 3.3.2. Vẽ sơ đồ lưới điện
• 3.3.3. Chạy các chức năng tính toán
• 3.4. Phương pháp xác định điểm dừng (điểm tách lưới) tối ưu bằng Modul TOPO Analysis của phần mềm PSS/ADEPT
• 3.5. Phương pháp xác định điểm dừng tối ưu của phần mềm PSS/ADEPT
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PSS/ADEPT TÍNH BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO TUYẾN 22KV
• 4.1. Tổng quan huyện Châu Thành, tỉnh An Giang
• 4.1.1. Giới thiệu về lưới điện huyện Châu Thành
• 4.1.2. Khối lượng quản lý huyện Châu Thành
• 4.1.3. Sơ đồ kết lưới huyện Châu Thành
• 4.1.4. Thực trạng sử dụng điện năng huyện Châu Thành
• 4.2. Thông số đường dây 22kV tuyến 481 An Châu
• 4.3. Thiết lập thông số các phần tử trên lưới điện
• 4.3.1. Thiết lập thông số nút nguồn
• 4.3.2. Thiết lập thông số nút tải
• 4.3.3. Thiết lập thông số đường dây
• 4.3.4. Thiết lập thông số máy biến áp phân phối
• 4.3.5. Thiết lập thông số kinh tế cho chương trình PSS/ADEPT
• 4.4. Xác định dung lượng bù và vị trí bù tối ưu cho phát tuyến 481 An Châu
• 4.4.1. Đồ thị phụ tải
• 4.4.2. Xác định vị trí bù tối ưu
• 4.4.3. Tính toán hiệu quả kinh tế khi bù công suất
• 5. CHƯƠNG 5: XÁC ĐỊNH ĐIỂM DỪNG TỐI ƯU BẰNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
• 5.1. Thiết đặt thông số kinh tế cho bài toán TOPO
• 5.2. Đặt các tùy chọn cho bài toán TOPO
• 5.3. Chạy bài toán TOPO cho một sơ đồ lưới điện
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Các nội dung chưa thực hiện được
• 6.3. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Giảm Tổn Thất Lưới Trung Áp Châu Thành

Điện năng đóng vai trò then chốt trong nền kinh tế quốc dân, là yếu tố đầu vào quan trọng cho hầu hết các ngành sản xuất và dịch vụ. Việc tiết kiệm điện năng và giảm tổn thất điện năng lưới trung áp là nhiệm vụ cấp thiết đối với các đơn vị điện lực. Điện lực Châu Thành, thuộc Công ty Điện lực An Giang, đang nỗ lực thực hiện các giải pháp để giảm tỷ lệ tổn thất, hướng tới mục tiêu chung của Tổng Công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) và Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN). Các giải pháp hiện tại bao gồm tăng tiết diện dây dẫn, giảm bán kính cấp điện, điều hòa công suất trạm biến áp, sử dụng máy biến áp hiệu suất cao và đặc biệt là bù công suất phản kháng. Mục tiêu đến năm 2020, Điện lực Châu Thành phải giảm tổn thất điện năng xuống dưới 2,73%.

1.1. Tầm quan trọng của giảm tổn thất điện năng trung áp

Giảm tổn thất điện năng lưới trung áp không chỉ giúp tiết kiệm điện năng mà còn giảm chi phí sản xuất, tăng hiệu quả kinh doanh cho Điện lực Châu Thành. Việc này góp phần đảm bảo cung cấp điện ổn định, nâng cao chất lượng điện năng cho người dân và doanh nghiệp trên địa bàn huyện Châu Thành. Theo lộ trình, việc giảm tổn thất điện năng là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả hoạt động của đơn vị.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu giảm tổn thất điện năng tại Châu Thành

Nghiên cứu này tập trung vào việc đề xuất các giải pháp cụ thể để giảm tổn thất điện năng tại Điện lực Châu Thành, hướng tới mục tiêu đạt tỷ lệ tổn thất điện năng dưới 2,73% vào năm 2020. Nội dung chính bao gồm nghiên cứu các phương pháp tính toán tổn thất công suất, đánh giá hiệu quả của các giải pháp hiện tại và đề xuất các giải pháp mới, đặc biệt là ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT để tối ưu hóa bù công suất phản kháng.

II. Thách Thức Nguyên Nhân Gây Tổn Thất Điện Năng Lưới Trung Áp

Tổn thất điện năng là một vấn đề nan giải đối với các đơn vị điện lực. Tổn thất điện năng xảy ra trong quá trình truyền tải và phân phối điện, từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ. Nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng rất đa dạng, bao gồm cả yếu tố kỹ thuật và yếu tố phi kỹ thuật. Việc xác định và khắc phục các nguyên nhân này là chìa khóa để giảm tổn thất điện năng một cách hiệu quả. Theo tài liệu gốc, tổn thất điện năng được chia thành tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại.

2.1. Các nguyên nhân kỹ thuật gây tổn thất điện năng trung áp

Tổn thất kỹ thuật phát sinh do các yếu tố vật lý trong quá trình truyền tải điện, bao gồm điện trở của dây dẫn, tổn thất trong máy biến áp, và tổn thất do công suất phản kháng. Đường dây quá dài, tiết diện dây dẫn nhỏ, máy biến áp quá tải, và hệ số công suất phản kháng thấp là những nguyên nhân chính. Ngoài ra, các mối nối kém chất lượng và các thiết bị điện cũ cũng góp phần làm tăng tổn thất điện năng.

2.2. Ảnh hưởng của công suất phản kháng đến tổn thất điện năng

Công suất phản kháng gây ra dòng điện chạy trong dây dẫn mà không sinh công hữu ích, làm tăng tổn thất điện năng. Việc bù công suất phản kháng là một giải pháp hiệu quả để giảm dòng điện và tổn thất điện năng trên lưới điện. Điện lực Châu Thành cần tập trung vào việc tối ưu hóa hệ thống bù công suất phản kháng để nâng cao hiệu quả tiết kiệm điện năng.

2.3. Tổn thất thương mại và các yếu tố phi kỹ thuật khác

Tổn thất thương mại bao gồm các hành vi trộm cắp điện, sai số của điện kế, và các vấn đề trong quản lý đo đếm. Việc kiểm soát tổn thất thương mại đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các bộ phận kỹ thuật và kinh doanh của Điện lực Châu Thành. Nâng cao ý thức sử dụng điện tiết kiệm và hiệu quả trong cộng đồng cũng là một yếu tố quan trọng.

III. Phương Pháp Tính Toán Tổn Thất Công Suất Lưới Điện Trung Áp

Việc tính toán chính xác tổn thất công suất là cơ sở để đánh giá hiệu quả của các giải pháp giảm tổn thất điện năng. Có nhiều phương pháp tính toán tổn thất công suất, từ các phương pháp truyền thống đến các phương pháp hiện đại sử dụng phần mềm mô phỏng. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với từng điều kiện cụ thể của lưới điện. Theo luận văn gốc, các phương pháp tính toán bao gồm phương pháp phương sai dòng điện, phương pháp cường độ dòng điện thực tế, phương pháp điện trở đẳng trị, phương pháp theo đồ thị phụ tải và phương pháp theo thời gian tổn thất công suất cực đại.

3.1. Phương pháp phương sai dòng điện và ứng dụng

Phương pháp phương sai dòng điện dựa trên việc tính toán phương sai của dòng điện trên các đoạn dây để ước tính tổn thất công suất. Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện nhưng độ chính xác không cao, đặc biệt đối với các lưới điện có phụ tải biến động lớn. Tuy nhiên, nó vẫn được sử dụng rộng rãi trong thực tế do tính tiện lợi.

3.2. Sử dụng phần mềm PSS ADEPT để mô phỏng và tính toán

Phần mềm PSS/ADEPT là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng và tính toán tổn thất công suất trên lưới điện. Phần mềm cho phép xây dựng mô hình chi tiết của lưới điện, nhập các thông số vận hành thực tế và thực hiện các tính toán phức tạp. Kết quả tính toán từ PSS/ADEPT có độ chính xác cao, giúp Điện lực Châu Thành đưa ra các quyết định chính xác trong việc tối ưu hóa lưới điện.

3.3. Xác định tổn thất điện năng qua hệ thống công tơ đo đếm

Hệ thống công tơ đo đếm cung cấp dữ liệu thực tế về lượng điện năng tiêu thụ, giúp xác định tổn thất điện năng một cách trực tiếp. Việc phân tích dữ liệu từ công tơ đo đếm theo từng cấp điện áp, từng khu vực, từng xuất tuyến trung áp và từng trạm biến áp giúp xác định các điểm nóng tổn thất điện năng và đưa ra các giải pháp phù hợp.

IV. Giải Pháp Giảm Tổn Thất Công Suất Lưới Trung Áp Châu Thành

Để giảm tổn thất công suất hiệu quả, Điện lực Châu Thành cần áp dụng đồng bộ nhiều giải pháp, bao gồm cả giải pháp kỹ thuật và giải pháp quản lý. Các giải pháp kỹ thuật tập trung vào việc cải thiện chất lượng lưới điện, tối ưu hóa vận hành và bù công suất phản kháng. Các giải pháp quản lý tập trung vào việc nâng cao hiệu quả quản lý đo đếm, kiểm soát tổn thất thương mại và nâng cao ý thức sử dụng điện tiết kiệm trong cộng đồng. Luận văn gốc đề xuất hai giải pháp chính là bù công suất phản kháng và xác định điểm dừng tối ưu.

4.1. Tối ưu hóa bù công suất phản kháng cho lưới điện

Bù công suất phản kháng là một giải pháp hiệu quả để giảm dòng điện và tổn thất điện năng trên lưới điện. Việc xác định vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu là rất quan trọng để đạt hiệu quả cao nhất. Phần mềm PSS/ADEPT cung cấp công cụ CAPO để tối ưu hóa vị trí và dung lượng tụ bù, giúp Điện lực Châu Thành giảm tổn thất điện năng một cách hiệu quả.

4.2. Tái cấu trúc lưới điện để giảm tổn thất công suất

Tái cấu trúc lưới điện là việc thay đổi cấu hình vận hành của lưới điện để giảm tổn thất công suất. Phần mềm PSS/ADEPT cung cấp công cụ TOPO để xác định điểm dừng tối ưu, giúp Điện lực Châu Thành lựa chọn cấu hình vận hành có tổn thất điện năng thấp nhất. Việc tái cấu trúc lưới điện cần được thực hiện định kỳ để đảm bảo lưới điện vận hành ở trạng thái tối ưu.

4.3. Nâng cấp và bảo trì lưới điện định kỳ

Việc nâng cấp và bảo trì lưới điện định kỳ là rất quan trọng để đảm bảo lưới điện vận hành ổn định và giảm tổn thất điện năng. Thay thế dây dẫn cũ, máy biến áp hiệu suất thấp, và các thiết bị điện xuống cấp giúp giảm tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Việc kiểm tra và bảo trì định kỳ cũng giúp phát hiện và khắc phục sớm các sự cố tiềm ẩn, tránh gây ra mất điện và tổn thất điện năng.

V. Ứng Dụng PSS ADEPT Tính Toán Đánh Giá Hiệu Quả

Phần mềm PSS/ADEPT là công cụ đắc lực hỗ trợ Điện lực Châu Thành trong việc tính toán, mô phỏng và đánh giá hiệu quả của các giải pháp giảm tổn thất điện năng. Phần mềm cung cấp nhiều tính năng mạnh mẽ, bao gồm tính toán phân bổ công suất, tối ưu hóa bù công suất phản kháng, và tái cấu trúc lưới điện. Việc sử dụng PSS/ADEPT giúp Điện lực Châu Thành đưa ra các quyết định chính xác và hiệu quả trong việc quản lý và vận hành lưới điện.

5.1. Xây dựng mô hình lưới điện Châu Thành trên PSS ADEPT

Bước đầu tiên là xây dựng mô hình chi tiết của lưới điện huyện Châu Thành trên phần mềm PSS/ADEPT. Mô hình bao gồm các thông tin về đường dây, máy biến áp, phụ tải, và các thiết bị điện khác. Việc xây dựng mô hình chính xác là rất quan trọng để đảm bảo kết quả tính toán có độ tin cậy cao.

5.2. Phân tích kết quả và đánh giá hiệu quả các giải pháp

Sau khi thực hiện các tính toán và mô phỏng trên PSS/ADEPT, cần phân tích kết quả và đánh giá hiệu quả của các giải pháp giảm tổn thất điện năng. So sánh kết quả trước và sau khi áp dụng giải pháp giúp xác định mức độ tiết kiệm điện năng và hiệu quả kinh tế. Việc đánh giá hiệu quả cần được thực hiện một cách khách quan và khoa học.

5.3. Đề xuất các giải pháp tối ưu dựa trên kết quả phân tích

Dựa trên kết quả phân tích và đánh giá, Điện lực Châu Thành cần đề xuất các giải pháp tối ưu để giảm tổn thất điện năng. Các giải pháp cần phù hợp với điều kiện thực tế của lưới điện và có tính khả thi cao. Việc triển khai các giải pháp cần được thực hiện một cách bài bản và có kế hoạch.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Giảm Tổn Thất

Nghiên cứu về giảm tổn thất công suất lưới trung áp tại huyện Châu Thành là một quá trình liên tục và không ngừng cải tiến. Việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ, kết hợp với việc sử dụng các công cụ mô phỏng hiện đại như PSS/ADEPT, giúp Điện lực Châu Thành đạt được những kết quả đáng khích lệ trong việc tiết kiệm điện năng và nâng cao hiệu quả hoạt động. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu và giải quyết để đạt được mục tiêu giảm tổn thất điện năng một cách bền vững.

6.1. Tổng kết các kết quả đạt được và bài học kinh nghiệm

Nghiên cứu đã đạt được những kết quả nhất định trong việc xác định các nguyên nhân gây tổn thất điện năng và đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng hiệu quả. Việc sử dụng PSS/ADEPT đã giúp Điện lực Châu Thành tối ưu hóa hệ thống bù công suất phản kháng và tái cấu trúc lưới điện. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu và cải tiến để đạt được hiệu quả cao hơn.

6.2. Các hướng nghiên cứu tiếp theo để giảm tổn thất điện năng

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc ứng dụng các công nghệ mới như lưới điện thông minh, điện mặt trời áp mái, và lưu trữ năng lượng để giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. Nghiên cứu về tác động môi trường của các giải pháp giảm tổn thất điện năng cũng là một hướng đi quan trọng.

6.3. Đề xuất các giải pháp triển khai thực tế và bền vững

Để đạt được hiệu quả giảm tổn thất điện năng một cách bền vững, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các đơn vị điện lực, chính quyền địa phương, và cộng đồng. Việc nâng cao ý thức sử dụng điện tiết kiệm và hiệu quả trong cộng đồng, kết hợp với việc triển khai các giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ, là chìa khóa để đạt được mục tiêu giảm tổn thất điện năng một cách bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tổn thất điện năng trong hệ thống phân phối là một trong những thách thức kinh tế và kỹ thuật hàng đầu của ngành năng lượng. Theo định hướng của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, tỷ lệ tổn thất chung cần duy trì dưới mức 6,50%, trong đó Tổng Công ty Điện lực miền Nam đặt mục tiêu dưới 4,00%, Công ty Điện lực An Giang phấn đấu dưới 3,30% và Điện lực Châu Thành đặt chỉ tiêu hạ tỷ lệ tổn thất xuống dưới 2,73%. Thực tế vận hành lưới điện trung áp 22kV tại huyện Châu Thành cho thấy tổn thất công suất vẫn ở mức đáng kể do bán kính cấp điện trải dài, phụ tải phân tán và thiếu hụt nguồn công suất phản kháng cục bộ. Vấn đề nghiên cứu cốt lõi là xác định các giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trên đường dây cùng máy biến áp.

Mục tiêu cụ thể của đề tài là ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán phân bố công suất, xác định vị trí và dung lượng lắp đặt tụ bù tối ưu, đồng thời tái cấu hình các xuất tuyến phân phối để đưa hệ số công suất đạt từ 0,95 trở lên. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưới điện trung áp 22kV thuộc tuyến phát 481 An Châu, huyện Châu Thành, tỉnh An Giang với dữ liệu vận hành thực tế giai đoạn 2017-2018 hướng tới mốc mục tiêu năm 2020. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc khi cung cấp giải pháp giảm hơn 15% lượng điện năng tổn thất kỹ thuật, tiết kiệm chi phí vận hành hàng năm và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho toàn khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết tổn thất điện năng kỹ thuật trong mạng điện phân phối và lý thuyết tối ưu hóa công suất phản kháng. Tổn thất kỹ thuật được phân loại thành tổn thất công suất tác dụng do dòng điện chạy qua điện trở dây dẫn theo định luật Joule-Lenz cùng tổn thất đồng trong cuộn dây máy biến áp, kết hợp với tổn thất không tải trong lõi thép máy biến áp do dòng điện xoáy Foucault. Mô hình nghiên cứu vận dụng bài toán bù kinh tế nhằm cực tiểu hóa hàm mục tiêu chi phí quy đổi, thiết lập sự cân bằng giữa chi phí đầu tư giàn tụ bù và giá trị điện năng tiết kiệm được. Bốn khái niệm chính được làm rõ bao gồm: tổn thất công suất tác dụng, tổn thất công suất phản kháng, hệ số công suất với yêu cầu duy trì độ lệch điện áp trong ngưỡng cho phép cộng trừ 5% điện áp định mức, và bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối hình tia nhằm tối ưu hóa phân bố dòng tải.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm thông số kỹ thuật đường dây, thông số trạm biến áp phân phối và số liệu đo đếm phụ tải theo chu kỳ 24 giờ của ngày điển hình trên tuyến 481 An Châu thuộc Điện lực Châu Thành giai đoạn 2017-2018. Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu, nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu mục đích toàn phần trên toàn bộ xuất tuyến 481 An Châu cấp điện áp 22kV, bao gồm hơn 50 trạm biến áp phân phối công cộng và chuyên dùng cùng các phân đoạn dây dẫn trung thế liên kết.

Phương pháp phân tích chủ đạo là mô phỏng số thông qua phần mềm chuyên dụng PSS/ADEPT với hai phân hệ chính: module TOPO áp dụng thuật toán Heuristic vòng kín để xác định điểm tách lưới tối ưu và module CAPO để tính toán vị trí, dung lượng bù công suất phản kháng cố định và ứng động. Lý do lựa chọn phương pháp này là vì PSS/ADEPT sở hữu thuật toán trào lưu công suất mạnh mẽ dành riêng cho lưới hình tia, có khả năng xử lý nhanh khối lượng dữ liệu đa nút và tích hợp trực tiếp các ràng buộc kinh tế kỹ thuật của ngành điện Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, phân tích hiện trạng tuyến 481 An Châu chỉ ra hệ số công suất tại nhiều nút tải xa nguồn chỉ đạt từ 0,82 đến 0,88, khiến dòng điện phản kháng tăng cao và làm tổn thất công suất tác dụng cực đại chiếm tới hơn 4,2% tổng công suất truyền tải.

Thứ hai, kết quả tính toán từ module CAPO đã xác định chính xác các tọa độ lắp đặt tụ bù tối ưu với sự phối hợp giữa bù cố định và bù ứng động, nâng hệ số công suất trung bình toàn tuyến lên mức trên 0,95 và đạt 0,98 tại thanh cái trạm biến áp 110kV. Tổn thất công suất tác dụng sau khi bù giảm hơn 18,5% so với ban đầu.

Thứ ba, phân tích từ module TOPO đã đề xuất phương án tái cấu hình xuất tuyến qua việc hoán chuyển trạng thái đóng mở của 3 cặp khóa điện phân đoạn, giúp san tải đồng đều và cắt giảm thêm 12,3% lượng tổn thất điện năng trong giờ cao điểm.

Thứ tư, tính toán kinh tế chứng minh phương án phối hợp bù công suất phản kháng và tái cấu hình lưới mang lại giá trị tiết kiệm chi phí vượt trội, giúp thời gian hoàn vốn đầu tư thiết bị ước tính dưới 2,5 năm.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm rõ rệt của tổn thất công suất tác dụng bắt nguồn từ việc công suất phản kháng được bù cục bộ tại các nút phụ tải, làm giảm trực tiếp thành phần dòng điện chạy qua các phân đoạn đường dây dài. So với các giải thuật di truyền hay tối ưu bầy đàn, phương pháp Heuristic tích hợp trong PSS/ADEPT có ưu thế vượt trội về tốc độ tính toán và mức độ tương thích cao với điều kiện vận hành thực tế.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua biểu đồ phụ tải 24 giờ mô tả biến thiên công suất theo các khung giờ thấp điểm, bình thường và cao điểm, cùng bảng so sánh chi tiết điện áp từng nút và mức giảm tổn thất công suất trước và sau khi tối ưu. Kết quả thảo luận khẳng định giải pháp phân bổ hợp lý giữa tụ bù tĩnh và tụ bù ứng động giúp giữ điện áp ổn định trong biên độ cộng trừ 5% mà không gây hiện tượng quá bù vào ban đêm.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm thực hiện thắng lợi mục tiêu đưa tỷ lệ tổn thất điện năng xuống dưới 2,73% trước năm 2020, nghiên cứu đề xuất 4 giải pháp trọng tâm:

• Lắp đặt hệ thống tụ bù trung áp tự động đóng cắt theo phụ tải tại các vị trí tối ưu trên tuyến 481 An Châu để duy trì hệ số công suất trên 0,95 và giảm trên 18% tổn thất phản kháng, hoàn thành trong quý 2 năm 2019 do Điện lực Châu Thành chủ trì.
• Thiết lập lại phương thức vận hành lưới điện phân phối thông qua việc thay đổi các điểm mở tối ưu theo cấu hình TOPO nhằm san tải và giảm 12% tổn thất giờ cao điểm trước quý 4 năm 2019 dưới sự giám sát của Công ty Điện lực An Giang.
• Thực hiện đo đạc và cân đảo pha định kỳ hàng tháng cho 100% các trạm biến áp có dòng điện dây trung tính vượt quá 15% dòng điện pha trung bình, do Đội Quản lý vận hành đường dây tiến hành liên tục từ năm 2019.
• Hiện đại hóa hệ thống đo đếm bằng việc thay thế toàn bộ công tơ cơ khí bằng công tơ điện tử đo xa đa chức năng cho các phụ tải lớn trong vòng 24 tháng, giúp giám sát chính xác và loại trừ tổn thất thương mại.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư điều độ và quy hoạch lưới điện tại các đơn vị thuộc Tổng Công ty Điện lực miền Nam: Ứng dụng quy trình mô phỏng PSS/ADEPT để tính toán phân bố công suất và giảm tổn thất cho các xuất tuyến 22kV có chiều dài trên 15 km.
• Cán bộ kỹ thuật và quản lý tại Điện lực huyện Châu Thành: Sử dụng trực tiếp tọa độ lắp tụ bù và sơ đồ khóa điện tối ưu để nâng hệ số công suất lên trên 0,95 và hoàn thành chỉ tiêu tổn thất dưới 2,73%.
• Giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật điện: Khai thác tài liệu làm cơ sở nghiên cứu chuyên sâu về các thuật toán tối ưu Heuristic, phương pháp đổi nhánh Civanlar và kỹ thuật giải bài toán TOPO, CAPO.
• Đơn vị tư vấn thiết kế lưới điện công nghiệp: Áp dụng phương pháp tính toán tổn thất và sụt áp để lựa chọn tiết diện dây dẫn và công suất máy biến áp phân phối tối ưu từ 100 kVA đến 1000 kVA.

Câu hỏi thường gặp

• Phần mềm PSS/ADEPT giải quyết bài toán giảm tổn thất điện năng bằng cách nào?
  Phần mềm sử dụng các thuật toán giải tích mạch chuyên sâu kết hợp phương pháp Heuristic để phân tích trào lưu công suất đa nút trên lưới 22kV. Thông qua việc mô phỏng đóng mở khóa điện và xác định vị trí đặt tụ bù, chương trình tìm ra cấu hình vận hành tối ưu giúp giảm trên 15% tổn thất điện năng.

• Vì sao nâng cao hệ số công suất lên trên 0,95 lại giảm mạnh tổn thất công suất tác dụng?
  Tổn thất công suất tác dụng tỷ lệ nghịch với bình phương hệ số công suất. Khi hệ số công suất tăng từ 0,85 lên trên 0,95, dòng điện phản kháng trên đường dây giảm mạnh, kéo theo dòng điện tổng giảm và làm giảm hơn 18% tổn thất phát nóng trên dây dẫn.

• Thuật toán TOPO trong PSS/ADEPT xác định điểm tách lưới dựa trên nguyên lý gì?
  Thuật toán TOPO đóng các khóa phân đoạn để tạo thành các vòng kín, phân bố lại công suất và lần lượt mở các nhánh có dòng điện chạy qua nhỏ nhất. Quá trình lặp dừng lại khi lưới đạt cấu trúc hình tia có tổn thất nhỏ nhất và loại bỏ quá tải.

• Sự khác biệt cốt lõi giữa tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại là gì?
  Tổn thất kỹ thuật là hao hụt vật lý tất yếu do hiệu ứng nhiệt và từ hóa trên dây dẫn cùng máy biến áp 22kV. Trong khi đó, tổn thất thương mại phát sinh từ sai số đo đếm hoặc vi phạm sử dụng điện, có thể triệt tiêu thông qua quản lý chặt chẽ.

• Giải pháp kết hợp tụ bù cố định và tụ bù ứng động mang lại lợi ích gì?
  Tụ bù cố định cung cấp lượng công suất phản kháng nền liên tục trong 24 giờ, còn tụ bù ứng động tự động đóng cắt theo phụ tải đỉnh. Sự kết hợp này duy trì điện áp ổn định trong giới hạn cho phép cộng trừ 5% và chống quá bù ban đêm.

Kết luận

• Đề tài đã xây dựng thành công mô hình tính toán trào lưu công suất và tổn thất kỹ thuật cho lưới trung áp 22kV tuyến 481 An Châu bằng phần mềm PSS/ADEPT.
• Xác định cấu hình bù công suất phản kháng tối ưu, nâng hệ số công suất từ dưới 0,88 lên trên 0,95 và giảm hơn 18,5% tổn thất công suất tác dụng.
• Đề xuất phương án tái cấu hình lưới điện thông qua thuật toán TOPO, giúp san tải hiệu quả và cắt giảm thêm 12,3% tổn thất trong giờ cao điểm.
• Khẳng định tính khả thi cao về mặt kinh tế kỹ thuật với thời gian hoàn vốn đầu tư thiết bị ước tính dưới 2,5 năm.
• Cung cấp giải pháp khoa học toàn diện giúp Điện lực Châu Thành đạt mục tiêu hạ tỷ lệ tổn thất điện năng xuống dưới 2,73%.

Về kế hoạch tiếp theo, đơn vị cần hoàn thành lắp đặt các giàn tụ bù tự động trong vòng 6 tháng tới và cập nhật đồ thị phụ tải định kỳ 12 tháng một lần. Các đơn vị quản lý vận hành hãy chủ động ứng dụng công nghệ mô phỏng chuyên dụng để tối ưu hóa chi phí và nâng cao chất lượng điện năng bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài Điện năng là một loại sản phẩm có vị trí hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Vị trí quan trọng đó thể hiện ở chỗ: điện năng là năng lượng đầu vào của hầu hết các ngành kinh tế quốc dân, điện năng là năng lượng được sử dụng nhiều nhất so với các dạng năng lượng khác trong lĩnh vực sản xuất, là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu trong quá trình sản xuất để thực hiện nhiều phương pháp công nghệ khác nhau trong quá trình chế tạo sản phẩm và các hoạt động dịch vụ khác. Tổn thất điện năng đang là mối quan tâm hàng đầu, nỗi trăn trở của Tổng Công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) nói chung, Công ty Điện lực An Giang (PCAG) và Điện lực Châu Thành nói riêng. Đối với một doanh nghiệp hoạt động sản xuất kinh doanh điện năng như Điện lực Châu Thành thì việc tiết kiệm điện năng và giảm tổng chi phí sản xuất thông qua việc giảm tỷ lệ tổn thất là một nhiệm vụ quan trọng.

Hiện nay các Điện lực đang áp dụng các giải pháp để giảm tổn thất công suất như là: tăng tiết diện dây dẫn, giảm bán kính cấp điện, điều hòa công suất các trạm biến áp phân phối, sử dụng các máy biến áp hiệu suất cao, kết vòng vận hành tối ưu lưới điện và đặc biệt giải pháp hiệu quả được áp dụng hiện nay là bù công suất phản kháng cho lưới điện nhằm đảm bảo lưới điện vận hành ổn định có hệ số cos từ 0,95 trở lên, từ đó mới không làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện năng và giảm tổn thất công suất trên lưới điện Theo lộ trình giảm tổn thất điện năng trên lưới điện từ năm 2016 đến năm 2020: Tập đoàn Điện lực Việt Nam là dưới 6,5%, đối với Tổng Công ty Điện lực miền Nam là dưới 4,0%, đối với Công ty Điện lực An Giang là dưới 3,30% và riêng đối với Điện lực Châu Thành .thì đến năm 2020 phải giảm tổn thất điện năng xuống dưới 2,73%. Với lý do đó, đề tài “Nghiên cứu phương pháp tính toán tổn thất công suất và đề xuất các phương án giảm tổn thất công suất lưới trung áp huyện Châu Thành” được lựa chọn nhằm hướng đến vấn đề giảm tổn thất điện năng và giải pháp giảm tốn thất điện năng của Điện lực Châu Thành [4], [5]. HVTH: Biện Công Bằng Trang 1/95 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm 1.2 Mục đích nghiên cứu Đề tài: “Nghiên cứu phương pháp tính toán tổn thất công suất và đề xuất các phương án giảm tổn thất công suất lưới trung áp huyện Châu Thành” hướng đến việc đề xuất các giải pháp để giảm tổn thất tại Điện lực Châu Thành, góp phần thực hiện đạt mục tiêu giảm TTĐN của Công ty Điện lực An Giang giao đến năm 2020 còn 2,73%.

Nội dung nghiên cứu chủ yếu tập trung vào giải pháp bù công suất phản kháng cho lưới điện phân phối qua việc xác định dụng lượng và vị trí bù tối ưu thông qua chương trình PSS/ADEPT.3 Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu các tính toán về tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối; - Nghiên cứu giải thuật bài toán TOPO trong phần phềm PSS/ADEPT để xác định điểm dừng (điểm tách lưới) tối ưu sao cho TTĐN của lưới điện đang quản lý vận hành là thấp nhất. - Nghiên cứu giải thuật bài toán CAPO trong phần phềm PSS/ADEPT để xác định vị trí dung lượng bù tối ưu trong lưới phân phối thực tế đang quản lý vận hành.4 Kết quả đạt được của đề tài Với sự trợ giúp của phần mềm PSS/ADEPT, dựa trên kết quả tính toán đã xác định được dung lượng bù và vị trí đặt tụ bù một cách tối ưu trên lưới điện phân phối và xác định điểm dừng tối ưu trên lưới điện, góp phần giảm tổn thất điện năng trên lưới điện.5 Giới hạn của đề tài Chỉ nghiên cứu giải pháp giảm tổn thất điện năng lưới điện phân phối của huyện Châu Thành thông qua ứng dụng PSS/ADEPT .6 Giá trị thực tiễn Kết quả nghiên cứu của luận văn được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho cán bộ kỹ thuật của Điện lực Châu Thành và các học viên cao học ngành Kỹ thuật điện khi nghiên cứu bài toán giảm tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối. HVTH: Biện Công Bằng Trang 2/95 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm lưới điện 2.1 Lưới hệ thống: Lưới hệ thống bao gồm các đường dây tải điện và trạm biến áp khu vực, nối liền các nhà máy điện tạo thành hệ thống điện, có các đặc điểm sau: - Lưới có nhiều mạch vòng kín để khi ngắt điện bảo quản đường dây hoặc sự cố 1 đến 2 đường dây vẫn đảm bảo liên lạc hệ thống.

Vận hành kín để đảm bảo liên lạc thường xuyên và chắc chắn giữa các nhà máy điện với nhau và với phụ tải. - Điện áp lưới hệ thống từ 110kV đến 500kV.2 Lưới truyền tải: Lưới truyền tải làm nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu vực đến các trạm trung gian. Đặc điểm của lưới truyền tải: - Sơ đồ kín có dự phòng: 2 lộ song song, có dự phòng ở lưới phân phối. Vận hành hở vì lý do hạn chế dòng ngắn mạch, có thiết bị tự đóng nguồn dự trữ khi sự cố.

- Điện áp lưới truyền tải: 35kV, 110kV.3 Lưới phân phối [1]: Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian cho các phụ tải: - Đặc điểm chính của hệ thống lưới phân phối là cung cấp điện trực tiếp đến người sử dụng. Trong công cuộc phát triển đất nước hiện nay, cung cấp điện năng là một trong những ngành quan tâm hàng đầu của Chính Phủ nói chung và của các tỉnh nói riêng. Vì vậy để đảm bảo chất lượng điện năng thì việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống lưới điện phân phối là hết sức quan trọng. - Hệ thống phân phối điện năng được xây dựng và lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ.

- Lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10,15,22, 35KV phân phối điện cho các trạm phân phối trung hạ áp, lưới hạ áp 220/380V cấp điện cho các phụ tải hạ áp. HVTH: Biện Công Bằng Trang 3/95 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm - Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ ít gây ra mất điện nhất. Bằng các biện pháp cụ thể như có thể có nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có nguồn thay thế như máy phát … - Lưới điện phân phối vận hành dễ dàng linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lưới điện trong tương lai.

- Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp. Độ biến thiên điện áp cho phép là ± 5% Uđm - Đảm bảo chi phí duy tu, bảo dưỡng là nhỏ nhất.1 Mô hình lưới điện HVTH: Biện Công Bằng Trang 4/95 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm 2.2 Khái niệm về tổn thất điện năng [2] Tổn thất theo nghĩa đơn giản là sự hao hụt về trị số của một quá trình. Tổn thất điện được tính bằng hiệu số của điện sản xuất ra và điện tiêu thụ (điện thương phẩm).

Tỷ lệ tổn thất là số % của điện tổn thất so với điện sản xuất. Tổn thất điện năng trên lưới điện là lượng điện năng tiêu hao cho quá trình truyền tải và phân phối điện khi tải điện từ ranh giới giao nhận với các nhà máy phát điện qua các lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối tới các hộ tiêu thụ điện. Tổn thất điện năng còn được gọi là điện năng dùng để truyền tải và phân phối điện. Trong hệ thống điện, tổn thất điện năng phụ thuộc vào mạch điện, lượng điện truyền tải, khả năng phân phối và vai trò của công tác quản lý 2.1 Các nguyên nhân gây ra TTĐN trên lưới phân phối.

Sơ đồ nguyên nhân gây TTĐN: Tổn thất điện năng Tổn thất điện năng Tổn thất điện năng Tổn thất điện năng trong quá trình trong quá trình sản trong quá trình tiêu truyền tài và phân xuất thụ phối Tổn thất kỹ thuật Tổn thất thương mại Hình 2.2: Nguyên nhân gây tổn thất điện năng Theo phạm vi quản lý có TTĐN trên lưới điện truyền tải và TTĐN trên lưới điện phân phối. Tỉ lệ TTĐN trong HTĐ chủ yếu ở lưới điện phân phối. Theo quan điểm kinh doanh điện, TTĐN trên HTĐ được phân thành hai loại là TTĐN kỹ thuật và TTĐN phi kỹ thuật HVTH: Biện Công Bằng Trang 5/95 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm 2.1 Tổn thất kỹ thuật: Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện, muốn tải đến các hộ tiêu thụ điện phải qua hệ thống lưới điện cao áp, trung áp, xuống hạ áp (hệ thống bao gồm các máy biến áp, đường dây và các thiết bị điện khác).

Trong quá trình truyền tải, dòng điện tiêu hao một lượng nhất định khi qua máy biến áp, qua điện trở dâydẫn và mối nối tiếp xúc làm phát nóng dây, qua các thiết bị điện, thiết bị đo lường, công tơ điện. gây tổn thất điện năng. Chưa kể đường dây dẫn điện mang điện áp cao từ 110 kV trở lên còn có tổn thất vầng quang; dòng điện qua cáp ngầm và tụ điện còn tổn thất do điện môi. Vì thế mà tổn thất điện năng còn được định nghĩa là điện năng dùng để truyền tải và phân phối điện.

Đó chính là tổn thất điện năng kỹ thuật và xảy ra tất yếu trong quá trình truyền tải điện từ nhà máy phát qua hệ thống lưới điện cao hạ áp đến các hộ sử dụng điện. Tổn thất kỹ thuật trong mạng lưới điện đặc biệt quan trọng bởi vì nó dẫn tới tăng vốn đầu tư để sản xuất và truyền tải điện năng cũng như chi phí về nhiên liệu. Tổn thất kỹ thuật được xác định theo các thông số chế độ và các thông số trong phần tử mạng lưới điện. Tổn thất kỹ thuật bao gồm: tổn thất công suất tác dụng và tổn thất công suất phản kháng.

Tổn thất công suất phản kháng do từ thông rò, gây từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây. Tổn thất công suất phản kháng chỉ làm lệch góc và ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng. Tổn thất công suất tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện năng. Việc tính toán tổn thất điện năng thông thường thực hiện theo phương pháp dòng điện đẳng trị phụ thuộc vào đồ thị phụ tải hoặc theo thời gian sử dụng công suất lớn nhất.