Chương 1: Giới thiệu - Chương 2: Tổng quan về bài toán vận hành lưới điện phân phối - Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối - Chương 4: Áp dụng các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối 22 kV - Công ty Điện lực Gia Định - Chương 5: Kết luận và hướng phát triển trong tương lai 1. Kết luận Lưới điện phân phối giữ một vai trò quan trọng trong phân phối điện năng đến các hộ sử dụng điện. Để đảm bảo lưới điện vận hành với các mục tiêu của độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng và tổn thất công suất tác dụng, các giải pháp cần phải được đề xuất và áp dụng. Các giải pháp đề xuất được áp dụng cho lưới điện phân phối 22 kV - Công ty Điện lực Gia Định.
8 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2. Đặc điểm của hệ thống điện - Hệ thống điện là một thể thống nhất bao gồm nguồn điện, lưới điện và phụ tải. Hệ thống điện được sử dụng để sản xuất, phân phối và biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác trong cùng một thời điểm. Hệ thống điện có một số đặc điểm như sau: + Cấu trúc vận hành hở; + Không dự trữ được; + Toàn thể các phần tử trong hệ thống điện là một hệ thống nhất; + Tổng năng lượng phát bằng tổng năng lượng tiêu thụ.
- Các quá trình quá độ trong hệ thống điện diễn ra nhanh chóng. - Hệ thống điện gắn liền với sự phát triển của công nghiêp, sinh hoạt, thông tin, giao thông và phải đảm bảo: + Độ tin cậy cung cấp điện; + Chất lượng điện năng. Đặc điểm của lưới điện phân phối Lưới điện phân phối là lưới điện giữa chức năng chuyển tải điện năng trực tiếp từ các trạm biến áp trung gian đến khách hàng. Có thể nhận thấy rằng, thông thường lưới truyền tải được vận hành mạch vòng hay hình tia.
Trong khi đó, lưới phân phối luôn được vận hành mạch hở trong mọi trường hợp. Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống rơle bảo vệ chỉ cần sử dụng loại rơle quá dòng. Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết các phát tuyến đều có các mạch vòng liên kết với các đường dây kế cận được cấp điện từ một trạm biến áp trung gian khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố. Việc khôi phục lưới được thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các thiết bị bảo vệ hiện có trên lưới.
Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (chiếu sáng sinh hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp,…) và các phụ tải này được phân bố không đồng đều giữa các đường dây. Mỗi loại tải có các thời điểm đỉnh khác nhau 9 và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong mùa. Vì vậy, trên các đường dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ. Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối.
Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, ngoài việc thay đổi cấu trúc lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện hiện có trên lưới thì việc sử dụng các nguồn phân tán là một trong những giải pháp cần xem xét. Vì vậy, trong quá trình thiết kế, các loại khoá điện (Recloser, LBS, DS…) sẽ được lắp đặt tại các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khoá này với mục đích vừa có thể giảm chi phí vận hành và vừa giảm tổn thất năng lượng. Bên cạnh đó, trong quá trình phát triển với phụ tải liên tục thay đổi, cần phải có nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối khác nhau để phù hợp với tình hình cụ thể. Vận hành hệ thống điện Vận hành hệ thống điện là tập hợp các thao tác nhằm duy trì chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện sao cho đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng, độ tin cậy và hiệu quả kinh tế.
Hệ thống điện bao gồm các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Độ tin cậy và hiệu quả kinh tế của hệ thống điện xuất phát từ độ tin cậy và chế độ làm việc kinh tế của từng phần tử trong hệ thống điện. Sự ra đời của các thiết bị điện với công nghệ mới, dẫn đến các yêu cầu về vận hành các thiết bị điện nói riêng và hệ thống điện nói chung ngày càng trở nên nghiêm ngặt. Cũng như đối với tất cả các thiết bị điện, vấn đề vận hành hệ thống điện trước hết cần phải được thực hiện theo đúng quy trình quy phạm.
Các quy trình sử dụng thiết bị điện do các nhà chế tạo cung cấp và hướng dẫn. Quy trình vận hành các phần tử của hệ thống điện được xây dựng trên cơ sở các quy trình sử dụng thiết bị điện có xét đến những đặc điểm công nghệ của hệ thống. Nhiệm vụ vận hành hệ thống điện Các phần tử trong hệ thống điện có làm việc được tốt và tin cậy hay không phần lớn là do quá trình vận hành quyết định. Khi vận hành mỗi phần tử cần phải hoàn thành các nhiệm vụ sau: 10 - Đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy cho các hộ tiêu thụ điện.
- Đảm bảo các thiết bị điện làm việc liên tục và kinh tế. - Đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp: tần số và điện áp phải luôn được duy trì trong giới hạn cho phép. - Đáp ứng được đồ thị phụ tải hàng ngày một cách linh hoạt, cung cấp đầy đủ điện năng đạt chất lượng cho mọi khách hàng. - Đồ thị phụ tải phải được san bằng tốt nhất đến mức có thể.
- Đảm bảo giá thành sản xuất, truyền tải và phân phối thấp nhất đến mức có thể. Các mục tiêu vận hành hệ thống điện - Chi phí vận hành bé nhất - Tổn thất năng lượng bé nhất - Tổn thất công suất bé nhất - Cân bằng tải đường dây và máy biến thế - Khôi phục cung cấp điện - Đa mục tiêu bao gồm: Cân bằng tải; Pmin; Umin;. Cơ sở lý thuyết tính toán trong hệ thống điện Tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng: PR QX U .4) Trong đó: Tmax: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất; : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, được tính toán thống kê theo Tmax của đồ thị phụ tải. Giải tích mạng điện bằng phương pháp lặp Gauss – Seidel 2.
Phương pháp lặp Gauss – Seidel Phương pháp này được hiểu như là phương pháp thay thế liên tiếp: f(x) = 0 (2.5) Phương trình được viết lại như sau: x = g(x) (2.8) Quá trình giải kết thúc khi sự chênh lệch giữa x(k+1) và xk nhỏ hơn giá trị sai số yêu cầu: x( k 1) x( k ) (2.9) Trong đó: : Sai số yêu cầu. Giải bài toán phân bố công suất bằng phương pháp lặp Gauss – Seidel Trong nghiên cứu phân bố công suất, cần giải hệ phương trình phi tuyến với 2 ẩn chưa biết ở mỗi nút. Trong phương pháp Gauss – Seidel, tìm điện áp Vi với các bước lập như sau: (2.10) Trong đó: yij : Tổng dẫn trong hệ đơn vị tương đối, P sch và Q sch : Công suất tác dụng và phản kháng trong hệ đơn vị tương đối. Theo định luật Kirchoff, dòng vào nút i được giả thuyết mang dấu (+), vì thế với công suất tác dụng và phản kháng P sch và Q sch đi vào nút, như các nút nguồn, mang dấu (+).
Với nút phụ tải công suất tác dụng và phản kháng đi ra từ nút, P sch và Q sch khi đó mang dấu (-). Nếu giải với ẩn Pi và Qi thì: 12 (2.12) Phương trình phân bố công suất thường được mô tả với các thành phần ma trận tổng dẫn. Khi đó thành phần tổng dẫn phía trên và phía dưới của đường chéo chính của ma trận tổng dẫn Ybus là Yij yij và thành phần tổng dẫn riêng n Yij y ij .15) Trong đó: Yii : Tổng dẫn so với đất của đường dây hay bất kỳ các tổng dẫn hỗ cảm khác so với đất. Với nút P-Q, giá trị công suất tác dụng và phản kháng P sch và Q sch đã biết.
Bắt đầu bằng công việc ước lượng giá trị gán ban đầu, từ đó tính được các thành phần thực và phức của điện áp. Với các nút điều khiển điện áp (nút P-V) thì P sch và 13 Vi đã có, từ đó tính Qi( k 1) , và sau đó tính Vi ( k 1). Tuy nhiên, từ giá trị Vi đã biết, chỉ có thành phần ảo của Vi ( k 1) là được giữ lại, và thành phần thực đã được lựa chọn để thoả điều kiện: (2.17) Trong đó: ei( k 1) và f i ( k 1) lần lượt là thành phần thực và ảo của Vi ( k 1) trong quá trình lặp. Tốc độ hội tụ được gia tăng bằng cách sử dụng hệ số gia tăng tốc độ hội tụ với sự xấp xỉ nghiệm ở mỗi bước lặp.18) Trong đó: : Hệ số gia tăng tốc độ hội tụ.
Giá trị này tuỳ thuộc vào hệ thống. Đối với các hệ thống thông thường được chọn vào khoảng 1,3 đến 1,7. Giá trị áp được cập nhật tức thì thay thế giá trị trước đó trong quá trình giải tuần tự các phương trình. Quá trình này được tiếp tục thực hiện đến khi các thành phần thực và ảo của áp tại các nút giữa 2 bước lập liên tiếp đạt được sai số yêu cầu, nghĩa là: (2.19) Để sai số công suất nhỏ và chấp nhận được, dung sai của hai thành phần điện áp phải thực nhỏ.
Độ chính xác điện áp trong khoảng 0,00001 đến 0,00005 (đvtđ) là thích hợp. 14 Trong thực tế, phương pháp xác định quá trình giải hoàn thành là dựa trên chỉ số chính xác được chọn cho sai số công suất. Quá trình lặp tiếp tục thực hiện khi giá trị lớn nhất của phần tử P và Q hơn giá trị yêu cầu. Độ chính xác công suất thông thường là 0,001 (đvtđ).
Giải tích mạng điện bằng phương pháp lặp Newton - Raphson 2. Phương pháp lặp Newton - Raphson Phương pháp này là một quá trình xấp xỉ nghiệm trên cơ sở giá trị khởi tạo ban đầu chưa biết và sử dụng khai triển Taylor mở rộng. Xét bài toán một nghiệm: f(x) = c (2.21) Khai triển Taylor phía trái của phương trình trên theo x(0) : (0) (0) df 1 d2 f f (x ) (0) dx x (0) 2 2!