MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Thực tế Lưới điện phân phối ở nước có sự phân bố rộng khắp các khu vực lãnh thổ do vậy lưới điện phân phối chiếm vị trí quan trọng và nó quyết định tới chất lượng điện năng tại nơi tiêu thụ.Với sự phát triển nhanh chóng phức tạp của lưới điện phân phối thì yêu cầu về chất lượng điện năng và hiệu quả kinh tế của lưới điện ngày càng cao. Trong khi đó một trong những biện pháp hiệu quả để giảm tổn thất điện năng,vận hành kinh tế và cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật của lưới điện phân phối là đặt thiết bị bù. Mặt khác hiện nay xuất hiện nhiều phương tiện bù khác nhau có chất lượng cao ví dụ như bù tụ điện có thể điều chỉnh tự động dung lượng, hoặc sử dụng thiết bị SVC_là thiết bị bù ngang tĩnh được lắp đặt ở các nút để nhanh chóng điều chỉnh điện áp, và cũng có tác dụng nâng cao ổn định.
Do vậy áp dụng thiết bị bù là cấp thiết và có ý nghĩa kinh tế quan trọng. Cũng vì lý do này mà đề tài: “ Phân tích ,tính toán chế độ của lưới điện phân phối và giải bài toàn bù tối ưu” được chọn xuất phát từ ý tưởng nêu trên. Mục tiêu nghiên cứu: Tổng quan các phương pháp tính toán phân tích tổn thất, các phương pháp hiệu quả bù kinh tế và lựa chọn phương pháp hiệu quả và phù hợp nhất để ứng dụng vào thực tế cho một mạng phân phối. Luận văn sẽ áp dụng cụ thể vào một số nhánh của lưới điện thành phố Thái Nguyên để đánh giá hiệu quả của phương pháp bù.
Phƣơng pháp nghiên cứu Kết hợp giữa lý thuyết với tính toán và kiểm tra trên sơ đồ cụ thể. Về lý thuyết, nghiên cứu các tài liệu tham khảo, đặc biệt là các tài liệu chuyên 2 ngành về thiết bị bù, phương pháp bù, nâng cao chất lượng điện năng. Sử dụng phần mềm để tính toán bài toán bù. Đánh giá hiệu quả bù dùng phương pháp so sánh tổn thất trước và sau bù, so sánh các phương pháp khác nhau để lựa chọn được phương pháp phù hợp và hiệu quả nhất để áp dụng vào lưới điện cụ thể.
Các phương pháp chủ yếu hiện nay để tính toán phương pháp bù: -Phương pháp đặt bù theo chi phí tính toán cực tiểu Zmin. -Áp dụng thuật toán quy hoạch toán học để cực đại hóa lợi nhuận trong khoảng thời gian tính toàn định trước. -Phương pháp cực tiểu hóa thời gian thu hồi vốn của thiết bị bù. Dự kiến sẽ sử dụng phương pháp cực tiểu hóa thời gian thu hồi vốn của thiết bị bù.
Phương pháp này có lợi thế là rất dễ đánh giá hiệu quả của thiết bị bù. Nếu thời gian thu hồi vốn nhỏ hơn thời gian định trước thì nên đặt thiết bị bù. Nếu thời gian thu hồi vốn lớn hơn thời gian định trước thì không nên đặt thiết bị bù. Chỉ đặt thiết bị bù khi thời gian thu hồi vốn nhỏ hơn thời gian quy định.
Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 4. Ý nghĩa khoa học Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ, lượng tổn thất điện năng trong quá trình này là rất lớn, các khảo sát, báo cáo gần đây cho thấy tổn thất điện năng trong lưới phân phối chiếm tỉ lệ cao (5-7)%. Chất lượng điện áp trong lưới phân phối tại một số nút không đáp ứng được tiêu chuẩn. Trong khi đó nước ta đang trong giai đoạn hội nhập, mở cửa, thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nhu cấu sử dụng điện tăng nhanh, tình hình thiếu điện ngày càng trầm trọng.
Do vậy việc thực hiện giảm tổn thất điện năng lưới điện phân phối góp phần năng cao chất lượng điện năng, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn góp phần tích cực đưa nền kinh tế đất nước phát triển bền vững. Tính thực tiễn của đề tài. Đề tài nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tế của lưới điện phân phối Sông Công - Thái Nguyên do vậy kết quả mang tính chất thực tiễn có thể áp dụng rộng rãi. Các nội dung chính: Chƣơng 1: Tổng quan về tổn thất điện năng và phƣơng pháp bù kinh tế trong lƣới điện phân phối.
Chƣơng 2: Phƣơng pháp tính toán lựa chọn vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu. Chƣơng 3: Nghiên cứu áp dụng bù kinh tế cho lƣới điện phân phối chi nhánh điện Sông Công - Thái Nguyên Kết luận chung 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ PHƢƠNG PHÁP BÙ KINH TẾ TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1. Tổn thất điện năng trong hệ thống điện và vấn đề giảm tổn thất khi vận hành 1. Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong HTCCĐ Tổn thất điện năng trong hệ thống điện luôn luôn tồn tại do nhiều nguyên nhân khác nhau: mất mát năng lượng do hiệu ứng Joule, tổn thất từ trễ và dòng Foucault trong lõi từ của máy điện, tổn thất vầng quang trên các đường dây truyền tải điện, tổn thất do sai số trong hệ thống đo đếm, tổn thất do gian lận sử dụng v.v… Những nguyên nhân này có thể được chia thành 2 nhóm: tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật.Tổn thất kỹ thuật Tổn thất kỹ thuật là tổn thất tồn tại do bản chất vật lý của các phần tử trong hệ thống điện.
Nó phản ảnh hiệu suất của hệ thống trong quá trình sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng tới nơi tiêu thụ. Các thành phần chính của tổn thất kỹ thuật bao gồm - Tổn thất trên điện trở của mọi phần tử có dòng điện chạy qua Tổn thất trên điện trở của phần tử tỉ lệ với bình phương của dòng điện chạy qua phần tử đó theo biểu thức P I 2. Tuy nhiên cũng cần phải xét đến mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của phần tử bởi vì khi dòng điện tăng lên thì nhiệt độ của thiết bị cũng tăng. - Các tổn thất không tải do phần tử mang điện áp Tổn thất không tải xuất hiện trong các phần tử có chứa mạch từ như máy biến áp, động cơ, điện kháng, nam châm điện, các thiết bị bù.
Dạng tổn thất này thường tỷ lệ xấp xỉ với bình phương của điện áp và bao gồm các 5 thành phần như tổn thất do hiện tượng từ trễ, tổn thất do dòng điện foucault và tổn thất do hỗ cảm giữa các phần tử. - Tổn thất vầng quang Tổn thất vầng quang xuất hiện trên các đường dây truyền tải điện do mất mát năng lượng vào việc ion hóa không khí xung quanh đường dây. Tổn thất kỹ thuật có thể được phân loại theo cấp điện áp. - Tổn thất ở lưới truyền tải: + Tổn thất trên các đường dây truyền tải (500kV, 220kV, 110kV) + Tổn thất qua máy biến áp truyền tải - Tổn thất ở lưới phân phối: + Tổn thất ở các phía cao áp lưới phân phối (35kV, 22kV, 10kV, 6kV) + Tổn thất qua máy biến áp phân phối + Tổn thất ở lưới hạ áp (0,4kV) b.
Tổn thất phi kỹ thuật Là tổn thất do sự chênh lệch giữa lượng điện năng sử dụng và lượng điện năng được tính tiền. Sự chênh lệch này là do sai số của thiết bị đo đếm như công tơ, máy biến dòng, do những phụ tải không được tính tiền hoặc do trộm cắp, gian lận thương mại. Tổn thất phi kỹ thuật phản ánh hiệu quả quản lý điện năng từ khâu sản xuất, truyền tải và phân phối tới khách hàng. Tổn thất phi kỹ thuật bao gồm các thành phần chính: - Tổn thất do sai số của thiết bị đo đếm Các thiết bị đo đếm bao gồm các máy biến dòng điện, máy biến điện áp, wattmet, công tơ, các thiết bị hiển thị cơ và số.
Tổn thất điện năng có thể xuất hiện do sai số cũng như hỏng hóc của các thiết bị này. Lượng tổn thất này có thể khá lớn vì số lượng các thiết bị đo đếm được sử dụng trong HTĐ là rất nhiều. - Tổn thất do lỗi trong việc tính toán hóa đơn điện năng tiêu thụ - Tổn thất do gian lận, ăn trộm điện của người sử dụng 6 Bên cạnh các nguyên nhân gây ra tổn thất, cũng phải xét đến cả các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất. Các yếu tố này không trực tiếp gây nên tổn thất nhưng lại ảnh hưởng nhiều đến trị số của tổn thất.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến tổn thất và khả năng giảm thiểu tổn thất a.
Điện áp làm việc của trang thiết bị Làm việc với điện áp càng cao, dòng điện càng bé, vì thế chọn cấp điện áp khi thiết kế (đường dây, máy biến áp) và điều chỉnh điện áp lúc vận hành đều có ảnh hưởng mạnh đến trị số tổn thất công suất và điện năng. - Nâng cấp điện áp định mức của lưới điện. Là biện pháp giảm tổn thất rất đáng kể bởi trị số tổn thất tỉ lệ nghịch với bình phương của điện áp định mức: 2 P2 Q2 P 3RI R (1.1) U2 Tuy nhiên nâng cấp điện áp lại liên quan với việc cần tăng vốn đầu tư cho cách điện và kết cấu lưới, cần so sánh lựa chọn theo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. - Điều chỉnh điện áp tại máy biến áp Các máy biến áp trong HTĐ hầu hết đều có khả năng điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi đầu phân áp.
Việc thay đổi đầu phân áp cho phép lựa chọn điện áp làm việc tối ưu cho đường dây tải điện (ở mức cao giới hạn trong mọi chế độ tải) nhờ đó giảm được tổn thất. Ngoài ra, thay đổi đầu phân áp còn làm thay đổi sự phân bố công suất phản kháng trong lưới, nếu có phương pháp điều khiển tối ưu cũng có thể giảm được trị số tổn thất xuống đến mức thấp nhất. Truyền tải công suất phản kháng Cân bằng công suất phản kháng nút là điều kiện cần để đảm bảo chất lượng điện năng. Mất cân bằng công suất phản kháng điện áp nút sẽ thay đổi.
Trong HTĐ luôn luôn tồn tại quá trình truyền tải công suất phản kháng (kèm 7 theo với công suất tác dụng), dòng điện tăng lên, làm tăng cao trị số tổn thất công suất tác dụng (công thức 1. Có thể thấy rõ hơn điều này nếu biểu diễn tổn thất CSTD tổng ∆P như gồm 2 thành phần: 2 P2 Q2 R 2 R 2 P 3RI 2 R P Q PP PQ U U2 U2 Thành phần ∆PQ tỉ lệ với bình phương của CSPK truyền tải, vì thế giảm công suất phản kháng truyền tải là biện pháp rất hiệu quả giảm thiểu tổn thất. - Ảnh hưởng của các thiết bị bù Các thiết bị bù công suất phản kháng thường được đặt ở phụ tải.