Bù tối ưu công suất phản kháng, giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối

Nội dung text: Bù tối ưu công suất phản kháng, giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối

1. BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG, GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI REACTIVE POWER OPTIMAL COMPENSATION, REDUCE POWER LOSS METHODS IN DISTRIBUTED NETWORK TS. Trương Đình Nhơn(1) , Bùi Ngọc Hà(2) (1) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM, Việt Nam (2) Học viên cao học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM, Việt Nam TÓM TẮT Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, nguồn điện cũng phải đáp ứng những đòi hỏi về công suất và chất lượng. Điện năng sản xuất ra phải được đưa đến và sử dụng một cách hiệu quả nhất là một bài toán đang rất được quan tâm. Bài báo tiến hành nghiên cứu các biện pháp nhằm giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối. Cụ thể là đi sâu nghiên cứu phương pháp bù công suất phản kháng, để xác định dung lượng và vị trí bù tối ưu cho lưới phân phối. Đồng thời bài báo cũng đi nghiên cứu phần mềm PSS/ADEPT là công cụ để tính toán cho một lưới điện cụ thể ở Gia lai. Từ khóa: Bù công suất phản kháng, giảm tổn thất điện năng, PSS/ADEPT. ABSTRACT For adapting with the development of the economic and technology, power system must be increased power and quality. Thus power electricity has to use in the most efficiency way is one of the hottest issue. In this article, some reduce power loss methods in distributed network are studied. In which, reactive power compensation method is focused to estimate the size and best location in a distributed network. Besides, PSS/ADEPT software is used as a tool to calculate for a specific distributed network in Gia Lai province. Keywords: Reactive power compensation, reduce power loss, PSS/ADEPT. 1. GIỚI THIỆU đầu tư nguồn và nâng cấp lưới điện, giảm tổn Công suất phát ra phải được đưa đến và thất điện năng góp phần bình ổn giá điện. tận dụng một cách hiệu quả nhất, không để - Việc tính toán bù CSPK cho một lưới lãng phí, ảnh hưởng đến kinh tế là một bài điện cụ thể còn gặp nhiều khó khăn trong việc toán đang rất được quan tâm. Để góp phần tính toán vị trí và dung lượng bù, chưa có cơ giải quyết hai vấn đề này, ngành điện đang sở dữ liệu và các chỉ số kinh tế để tính toán. tích cực bù CSPK lưới điện phân phối: Vì vậy, bài viết đặt vấn đề nghiên cứu lý - Bù CSPK sẽ giảm được tổn thất công thuyết bù tối ưu theo phương pháp phân tích suất trong mạng điện, tăng công suất phát cho động theo dòng tiền tệ; dung lượng và vị trí các nhà máy điện, tăng khả năng tải cho các bù tối ưu; xây dựng cơ sở dữ liệu và các chỉ phần tử mang điện, giảm tổn thất công suất số kinh tế LĐPP cho phần mềm PSS/ADEPT. góp phần khắc phục thiếu điện. Sử dụng phần mềm để tính toán, đánh giá - Bù CSPK giảm được tổn thất điện áp hiệu quả các phương án bù tối ưu phía trung trong mạng điện, ổn định điện áp vận hành áp và hạ áp nhằm đề xuất phương án bù tối ưu cho thiết bị. cho LĐPP. - Bù CSPK tăng khả năng truyền tải của 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BÙ đường dây và máy biến áp, từ đó giảm chi phí TỐI ƯU THEO PHƯƠNG PHÁP
2. PHÂN TÍCH ĐỘNG THEO DÒNG [đ/kWh]; Qi, Ui là phụ tải phản kháng và TIỀN TỆ điện áp cuối nhánh i [kVAr], [kV]; Ri, Xi là điện trở và điện kháng của nhánh i [Ω]; Qbj là 2.1 Cơ sở phương pháp CSPK bù tại nút j, D là đường đi của dòng Trong đầu tư và vận hành LĐPP đều có điện từ nguồn đến nút j . những khoản chi phí và những khoản thu nhập xảy ra ở những thời điểm khác nhau + Thành phần Z2 = (qo + Ne.Cbt).Qbj trong một khoảng thời gian dài, các khoản chi, Trong đó: qo là suất đầu tư cụm tụ bù thu đó được gọi là dòng tiền tệ. [đ/kVAr], Cbt là suất chi phí bảo trì hàng năm Gọi N là số thời đoạn trong kỳ phân tích, của cụm bù tại nút j [đ/kVAr.năm], chi phí r% là chiết khấu tính toán, i% là chỉ số lạm này mỗi năm bằng 3% nguyên giá tài sản cố phát, P là tổng số tiền ở mốc thời gian quy định của trạm bù tại nút j, vậy Cbt = 3% . qo ước nào đó được gọi là hiện tại, F là tổng số Z2 = (qo + Ne.3%.qo).Qbj = (1 + tiền ở mốc thời gian quy ước nào đó được gọi là tương lai. Xây dựng được công thức quan 0,03.Ne).qo.Qbj hệ giữa F và P: + Thành phần Z3 = T . ΔPb. gp . Ne . Qbj nn NN 1 + r 1 + i Trong đó: ΔPb là suất tổn thất CSTD F = P P = F bên trong tụ bù [kW/kVAr]. n = 1 1 + i n = 1 1 + r n N 1 + i Thành phần là để quy RX Ne =  ii2 1 + r Z = Z1 - Z 2 - Z 3 = - T.N e g p + g q .Q bj + n = 1 UU22 đổi giá trị tương lai F về giá trị hiện tại P. i Dii i D Thành phần này là một đại lượng thời gian Ri .Q i X i Q i 2T.Ne g p22 + g q - (1 + 0,03N e )q o - T. P b .g p N e .Q bj tương đương quy đổi thời gian về thời gian i DUUii i D hiện tại. 2 Trong biểu thức Z có hệ số của U bj nhỏ hơn Trong ngành điện, tổn thất công suất, tổn không, do đó Z đạt cực đại khi: thất điện năng tiết kiệm được cũng như quá Z pp , từ đó tính được giá trị Qbj tối ưu tại trình bảo trì vật tư thiết bị điện diễn ra trong = 0 Qbj thời gian dài, vì vậy ta có thể sử dụng đại nút j là: lượng thời gian tương đương Ne quy đổi các lợi ích hoặc chi phí đó về giá trị hiện tại để so Ri .Q i X i Q i 2T.Ne g p22 + g q - (1 + 0,03N e )q o - T. P b .g p N e i DUUii i D sánh, đánh giá các phương án Q = bj RX 2T.N gii + g 2.2 Phương pháp tính toán bù tối ưu e p22 q i DUUii i D Để xác định dung lượng bù tối ưu, cần phải xây dựng hàm mục tiêu Z, đó là hàm lợi Xét trong khoảng thời gian tính toán N ích thu được khi đặt bù, bao gồm các lợi ích năm với hệ số chiết khấu r% và lạm phát i% thu được trừ đi các chi phí do đặt bù, hàm Z mà NPV > 0 tức là Z = Z –Z –Z > 0 thì phải đạt giá trị cực đại. Đối với LĐPP, hàm Z 1 2 3 phương án khả thi về mặt tài chính, nghĩa là có thành phần lợi ích Z1 do giảm tổn thất điện ta có thể đầu tư lắp đặt tụ bù tại nút j. Vậy năng so với trước khi bù, thành phần chi phí điều kiện để đầu tư lắp đặt tụ bù tại nút j là: Z Z2 do lắp đặt, vận hành thiết bị bù; thành > 0 ↔ phần chi phí Z3 do tổn thất điện năng bên trong thiết bị bù: Z = Z1 - Z2 - Z3 . Ri .Q i X i Q i 2T.Ne g p22 + g q - (1 + 0,03N e )q o - T. P b .g p N e i DUUii i D + Thành phần: Q bj RX T.N gii + g Z = T.N .(g . P + g . Q) e p22 q 1 e p q i DUUii i D RXii22 = T.Ne . g p22 (2.Q i .Q bj - Q bj ) + g q (2.Q i .Q bj - Q bj ) UU i Dii i D Để xác định vị trí bù tối ưu cho LĐPP, Trong đó: T là thời gian làm việc của tụ có thể dùng các phần mềm tính toán bằng bù [giờ/năm]; gp, gq là giá điện năng tác dụng máy tính. và phản kháng bình quân tại khu vực tính bù 3. XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU TRÊN
3. PHẦN MỀM PSS/ADEPT - Thời gian tính toán 5 Trong phần mềm PSS/ADEPT có một (years) (N) môi trường để thiết kế sơ đồ của lưới, trên - Giá lắp đặt tụ bù thanh công cụ vẽ có các loại đối tượng cho trung áp cố định 232.075,85 việc vẽ sơ đồ lưới điện như nút, máy phát, [đồng/kVAr] máy biến áp, thanh cái, đường dây, tải điện , - Giá lắp đặt tụ bù Khi thiết lập sơ đồ, chúng ta tiến hành trung áp điều chỉnh 567.562,62 xác định các nút, sau đó nối các nút bằng [đồng/kVAr] đường dây, máy biến áp, phụ tải - Suất đầu tư lắp đặt tụ bù hạ áp cố 256.118,26 - Thông số đường dây định [đồng/kVAr] Căn cứ vào các số liệu thu thập được - Suất đầu tư lắp đặt như: Mã dây, chiều dài. Ta đi xác định được tụ bù hạ áp điều chỉnh 352.271,3 điện trở và điện kháng trên 1 đơn vị chiều dài. [đồng/kVAr] Sau đó ta vào phần cài đặt thiết lặp thư viện - Tỷ giá bảo trì tụ bù cho các loại mã dây này. trung áp cố định hàng 6.962,28 - Thông số máy biến áp năm [đ/kVAr.năm] Cũng tương tự như mã dây, với máy - Tỷ giá bảo trì tụ bù biến áp ta cũng tiến hành thiết lập các thông trung áp điều chỉnh 17.026,88 số theo đơn vị tương đối trong pti.con. Và sau hàng năm[đ/kVAr.năm] đó vào bằng thiết lập máy biến áp. - Chi phí bảo trì tụ bù - Xây dựng các chỉ số kinh tế cho hạ áp cố định hàng 7.683,55 phần mềm PSS/ADEPT năm [đ/kVAr.năm] - Chi phí bảo trì tụ bù Trước khi tính toán bù CSPK, cần phải hạ áp điều chỉnh hàng 10.568,14 cài đặt các chỉ số kinh tế trong năm [đ/kVAr.năm] Network>Economics của phần mềm. Căn cứ tiêu chuẩn kỹ thuật vật tư thiết bị, thiết kế lắp 4. TÍNH TOÁN BÙ CSPK BẰNG PHẦN đặt cụm tụ bù và một số quy định hiện hành, MỀM PSS/ADEPT tính toán được các chỉ số kinh tế của phần Thực hiện mô phỏng xuất tuyến 474/E41 mềm phù hợp với LĐPP Việt Nam như bảng vào phần mềm PSS/ADEPT, tiến hành tính 3: phân bố công suất, tính toán bù tự nhiên - Giá điện năng tiêu - 1.405: Giá bình (nâng điện áp đầu nguồn), tính toán các thụ [đồng/kWh]. quân lưới trung áp phương án bù trung áp cố định, bù trung áp giờ bình thường. điều chỉnh, bù hạ áp cố định, bù hạ áp điều - Giá điện năng phản - gq = k% x gp chỉnh sau đó kết hợp cả bù cố định và bù điều kháng tiêu thụ kVArh (hệ số k tra theo chỉnh, kết quả như sau: [đồng/kVArh]. cosφ tại Thông tư Phương Qb cd + ∆P ∆Q ∆P’ ∆Q’ số án bù Qb dc (kW) (kVAr) (kW) (kVAr) 15/2014/TT-BCT (kVAr) Trước ngày 28/5/2014) 0 + 0 bù 348,66 590,58 - Giá công suất thực 0: Hiện tại Capo Bù tự 0 + 0 0 0 lắp đặt [đồng /kW]. không sử dụng giá nhiên 308,07 522,15 trị này. Bù 600 + - Giá công suất phản 0: Hiện tại Capo trung áp 600 276,24 477,82 31,83 44,33 kháng lắp đặt [đồng không sử dụng giá Bù 700 + /kVAr]. trị này. hạ áp 700 265,83 450,63 42,24 71,52 - Tỷ số chiết khấu 0,12 [pu/year] (r) - Tỷ số lạm phát 0,05 [pu/year] (i)
4. B = (42,24*1.405+71,52*0,125*1.405)*5*365*24 = 3.149.566.020,00(đồng). C = 700*(256.118,26+5*7.683,55) Biểu đồ tổn hao công suất tác dụng và công +700*(352.271,3+10.568,14) suất phản kháng ở chế độ cực đại = 460.162.815,00 (đồng) - Mỗi phương án tính toán sẽ có được kết NPV=B –C =3.149.566.020,00 – quả tổng dung lượng bù cố định và bù điều 460.162.815,00 = 2.689.403.205,00 (đồng) chỉnh, tổn thất công suất giảm so với bù tự nhiên. Từ đó tính được tổng giá trị hiện tại các 5. KẾT LUẬN khoản chi phí vận hành, lắp đặt tụ bù là: Số tiền tiết kiệm được quy về hiện tại cd cd cd dc dc dc trong vòng 5 năm thì kết quả bù hạ áp là lớn C = Q (q + N .C ) + Q (q + N .C ) b 0 e bt b 0 e bt hơn nhiều so với bù trung áp. Vì vậy phương Trong đó: Qcd , Q dc [kVAr] là dung án bù ở hạ áp là hiệu quả hơn. Tuy nhiên, bb thông thường số lượng và vị trí bù ở hạ áp lớn, cd dc lượng bù cố định và điều chỉnh; q0 , q0 gây khó khăn cho quá trình bảo trì vận hành [đ/kVAr] là suất đầu tư tụ bù cố định và điều và kiểm soát, vì vậy tùy thuộc vào thực tế vận chỉnh; Ccd , C dc [đ/năm.kVAr] là suất chi phí hành chúng ta nên cân nhắc nên bù hạ áp hay bt bt trung áp cho phù hợp. bảo trì trong năm đối với tụ bù cố định và điều chỉnh. LỜI CẢM ƠN Tổng giá trị hiện tại các khoản lợi nhuận Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trương do lắp đặt tụ bù được tính theo công thức: Đình Nhơn đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi hoàn thành nghiên cứu này. B = (ΔP’ . gp + ΔQ’ . gq) . Ne .T. Trong đó: ΔP’, ΔQ’ [kW, kVAr] là lượng giảm tổn thất công suất so với bù tự nhiên, gp [đ/kWh] là giá tiền điện năng tác dụng tiêu thụ, gq [đ/kVArh] là giá tiền điện năng phản kháng tiêu thụ, T [giờ/năm] là thời gian làm việc của tụ bù. Thế các giá trị vào công thức, tính toán được các giá trị B, C và NPV NPV = B – C - Áp dụng tính toán kinh tế các phương án bù cho XT 474/E41: * Bù trung áp: B = (31,83*1.405+44,33*0,125*1.405)*5*365*24 = 2.299.789.353,75(đồng). C = 600*(232.075,85+5*6.962,28) +600*(567.562,62+17.026,88) = 510.886.050,00 (đồng). NPV=B –C =2.299.789.353,75 – 510.886.050,00 = 1.788.903.303,75 (đồng) * Bù hạ áp:
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Đinh Thành Việt (2003), Bài giảng Phân tích và tối ưu hóa các chế độ của hệ thống điện, Trường Đại học Bách Khoa. [2] TS. Phan Đăng Khải, Th.S Huỳnh Bá Minh (2003), Bù công suất phản kháng lưới cung cấp và phân phối điện, NXB Khoa học & kỹ thuật, Hà Nội [3] TS. Trần Quang Khánh (2006), Hệ thống Cung cấp điện , Tập 1, 2, NXB Khoa học & kỹ thuật, Hà Nội. [4] TS. Nguyễn Hoàng Việt (2011), Đánh giá độ tin cậy trong hệ thống điện, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh. [5] Nguyễn Hữu Phúc, Đặng Anh Tuấn, Nguyễn Tùng Linh (2007), Giáo trình tập huấn: Áp dụng PSS-ADEPT 5.0 trong lưới điện phân phối , Trường Đại học điện lực [6] Trần Vĩnh Tịnh, Trương Văn Chương (2008), Bù tối ưu công suất phản kháng lưới điện phân phối, Tạp chí khoa học và công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 2(25).2008 [7] Trần Bách (2004), Giáo trình lưới điện, NXBGDVN, Hà Nội. [8] Công ty Điện lực Gia Lai, Báo cáo công tác kinh doanh_Báo cáo quản lý kỹ thuật năm 2016. [9] Thông tư 15/2014/TT-BCT ngày 28/5/2014 quy định về việc mua bán CSPK. [10] QĐ 2556/QĐ-BCT ngày 12/3/2015 quy định về giá bán điện. Thông tin tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết) Họ và tên: Bùi Ngọc Hà Đơn vị: Phòng Kinh doanh - Công ty điện lực Gia Lai Điện thoại: 0983845574 Email: habnk0983845574@gmail.com Học viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn khoa học Bùi Ngọc Hà TS. Trương Đình Nhơn
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.