Quy hoạch phát triển lưới điện

Nội dung text: Quy hoạch phát triển lưới điện

1. QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN LƢỚI ĐIỆN PLANNING AND DEVELOPMENT OF ELECTRIC GRIDS Nguyễn Minh Kỳ1, TS. Hồ Văn Hiến2 1Học viên cao học, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 2Giảng viên hướng dẫn, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM TÓM TẮT Mạng lưới phân phối phát triển liên tục theo không gian và thời gian, bên cạnh đáp ứng được công suất tác dụng cho phụ tải thì công suất phản kháng cũng chiếm vai trò rất quan trọng. Ngoài việc tuyến dây đáp ứng đủ nhu cầu công suất tác dụng cho phụ tải, cần chú trọng đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng (CSPK), giá trị hệ số công suất, độ sụt áp cuối đường dây. Việc quy hoạch phát triển bù CSPK sẽ cho phép nâng cao chất lượng điện năng cũng như hiệu quả kinh tế của LĐPP đồng thời dự đoán trước khả năng mở rộng lưới điện trong tương lai. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu và các chỉ số kinh tế LĐPP cho chương trình PSS/ADEPT. Từ đó sử dụng chương trình để tính toán, đánh giá hiệu quả các phương án quy hoạch phát triển bù tối ưu phía trung áp và phía hạ áp, nhằm đề xuất phương án bù tối ưu cho LĐPP, đảm bảo trong tương lai khi có phụ tải tăng thêm thì lưới điện vẫn hoạt động tốt. Từ khóa: Lựa chọn thiết bị bù công suất phản kháng tối ưu, Quy hoạch mạng lưới, Quy hoạch mở rộng, lập kế hoạch tối ưu, quy hoạch tối ưu mạng điện, quy hoạch bù. ABSTRACT The distribution network developed continuously in space and time, beside sufficiently meeting the active power need for additional load, it’s also very important to meet reactive power need. In addition to routing wires meet the demand for active power load, attention should be paid to meet the needs of reactive power, the value of the power factor, voltage drop end line. The planning of reactive power compensation will allow enhanced power quality and economic efficiency of the distribution grid and predictable scalability in the future grid. In this article, we present the study result of establishing data bases and economic indexes of the distribution network to PSS/ADEPT. Then, we can use this program to calculate and evaluate the efficiency of medium and low voltage optimal compensation with the aim of proposing the most optimal alternative for the distribution network, ensure in the future when the load increases, the grid still works well. Keyword:Network planning, Capacity expansion planning, Optimal planning, Network optimal planning. 1. GIỚI THIỆU CHUNG biến áp sau một thời gian sẽ không đáp ứng được Điện năng có vai trò quan trọng trong công cuộc yêu cầu của phụ tải. Do đó, phải thực hiện cải tạo công nghiệp hóa, hiện đại hoá của đất nước. Việc lưới điện để nâng cao khả năng tải nhằm đạt hiệu giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế - kỹ thuật từ quả kinh tế. Một loạt các biện pháp tăng khả năng thiết kế cũng như vận hành nhà máy điện, hệ thống tải của lưới điện liên tục trong thời gian tạo thành điện và lưới điện phải đặc biệt quan tâm một cách một phương án quy hoạch phát triển lưới điện. triệt để. Nhiệm vụ trọng tâm của hệ thống điện là Vấn đề tối ưu hóa trong quy hoạch lưới điện là luôn luôn phải bảo đảm cho các hộ tiêu thụ đủ điện một vấn đề quan trọng vì đây là các bài toán phức năng theo kế hoạch với chất lượng cho phép và giá tạp, quy mô lớn, khó giải, tổ hợp phi tuyến của các thành thấp.Do vậy, đòi hỏi chúng ta phải lựa chọn số nguyên hỗn hợp. Bản chất tự nhiên của việc phương án tối ưu để đạt được mục đích đề ra. thực hiện quy hoạch dẫn đến sự phân chia vấn đề Những năm gần đây, phụ tải phát triển liên tục thành nhiều bài toán con để giải quyết. Vì vậy, có trong không gian và thời gian cho nên khả năng tải thể tham khảo các vấn đề có tính chất phức tạp như của các phần tử lưới điện như: đường dây, máy sau:
2. - Quy hoạch mở rộng nguồn phát trong dài hạn, kết Trước đây hệ thống điện được tổ chức theo chiều quả là một kế hoạch bổ sung dung lượng phát của dọc, đây là chức năng của các công ty điện lực. hệ thống. Nhưng trong hệ thống thị trường điện, GEP vẫn - Quy hoạch mở rộng mạng lưới điện, ở cấp truyền còn rất quan trọng, được xem như một phương tiện tải hoặc ở cấp phân phối, từ đó lên kế hoạch mở phát triển hệ thống, ngay cả việc xây dựng các nhà rộng và tăng cường lưới điện. máy điện mới phụ thuộc vào sự khởi xướng của các nhà đầu tư tư nhân. - Quy hoạch công suất phản kháng, kết quả là kế hoạch đầu tư cho các nguồn phản kháng mới tại các nút tải, rất phù hợp cho cả lưới truyền tải và lưới phân phối, vì tầm quan trọng ngày càng tăng của các máy phát phân tán. Từ những vấn đề cấp thiết trên, tác giả muốn đi sâu vào nghiên cứu một lĩnh vực trong quy hoạch phát triển hệ thống điện là quy hoạch bù công suất phản kháng cho lưới điện, từ đó đưa ra hướng phát triển lưới điện tốt hơn.Vì vậy, tác giảđã chọn đề tài: “Quy hoạch phát triển lưới điện” là đề tài nghiên cứu. Mục tiêu của bài báo là hướng tới quy hoạch phát triển lưới điện trên cơ sở quy hoạch phát triển tuyến 476 Orion. 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP ÁP DỤNG Hình 1.Cấu trúc của quy hoạch phát triển Quy hoạch phát triển lưới điện là một phần quan hệ thống năng lượng trọng của quy hoạch hệ thống năng lượng. Nó là - Mở rộng mạng truyền tải: Mục tiêu của quy xác định một cấu hình tối ưu theo sự tăng trưởng hoạch mở rộng mạng lưới bao gồm việc xác định của phụ tải và một sơ đồ quy hoạch nguồn đối với một kế hoạch (tối ưu) mở rộng mạng lưới điện, với thời gian quy hoạch ứng với các yêu cầu phân phối các nhánh thỏa mãn điều kiện vận hành đáp ứng điện năng một cách an toàn và kinh tế. yêu cầu tăng cường phụ tải theo dự báo trong một Nguyên lý cơ bản của quy hoạch phát triển lưới kế hoạch mở rộng máy phát cụ thể. điện là cực tiểu cấu trúc lưới và chi phí vận hành - Phát triển lưới điện phân phối: Lưới điện phân nhằm thoả mãn yêu cầu của sự phân phối điện phối thực hiện nhiệm vụ phân phối điện năng từ năng an toàn và tin cậy tới các trung tâm phụ tải. các trạm biến áp trung gian, thanh cái nhà máy điện Quy hoạch lưới điện cần chú ý đến sơ đồ mạng cung cấp cho các phụ tải như một địa phương, một thực tế. Quy hoạch lưới điện thường được chia làm thành phố, quận, huyện có bán kính cung cấp hai bước: lập sơ đồ và tính giá trị của nó. điện nhỏ. Điện áp sử dụng thường là 6, 10, 22, 35 Quy hoạch phát triển lưới điện là một phần quan kV và phân phối điện cho các trạm phân phối trung trọng trong quy hoạch năng lượng dài hạn ở mỗi áp/ hạ áp, phụ tải trung áp và lưới hạ áp cấp điện quốc gia. Quy hoạch dài hạn trong phạm vi cả cho các phụ tải hạ áp 380/220 V. Lưới điện phân nước thường lập cho kế hoạch 5-10 năm; quy phối có chiều dài tương đối lớn, đường dây phân hoạch mạng điện địa phương thường lập cho kế nhánh, hình tia hoặc mạch vòng cung cấp điện trực hoạch 5-7 năm có tính đến phát triển trong tương tiếp cho các hộ tiêu thụ. Do đó những nguyên nhân lai, đồng thời có xét đến kế hoạch trước mắt 2-3 ảnh hưởng đến quá trình chuyển tải của lưới phân năm. phối đều có liên quan trực tiếp đến các hộ tiêu thụ. Như vậy trong thiết kế và vận hành lưới phân phối Trong luận văn, tác giả đề cập lý thuyết về quy cần phải đưa ra các phương án sao cho đảm bảo hoạch phát triển lưới điện với các phương pháp được chất lượng năng lượng và có dự phòng hợp lý sau: khi xảy ra sự cố, nhằm giảm xác suất xảy ra sự cố - Mở rộng nguồn phát: Quy hoạch mở rộng nguồn và những thiệt hại về kinh tế đối với các hộ tiêu phát (Generation Expansion Planning - GEP) là thụ. Hình 2 thể hiện loại sơ đồ lưới điện phân phối một trong những bài toán ra quyết định quan trọng trên không mà trong luận văn tác giả đề cập đến. nhất gắn liền với bảo đảm nguồn cung cấp điện.
3. cập đến các thuật toán này như thuật toán lai thay vì thuật toán tiến hóa thuần túy. 2.3 Quy hoạch bù công suất phản kháng bằng phƣơng pháp bù kinh tế trong mạng điện dùng ma trận Zbus Biện pháp nhằm nâng cao chất lượng điện năng là định hướng quy hoạch bù công suất phản kháng cho lưới điện nhằm năng cao hệ số công suất cos Hình 2. Sơ đồ lưới phân phối trên không , cải thiện điện áp và nâng cao khả năng truyền tải hình tia. của lưới.Việc đặt tụ bù ngang ở phụ tải có tác dụng Hàm mục tiêu của bài toán quy hoạch lưới điện nâng cao cos và giảm tổn thất điện năng. Tụ bù là làm tối thiểu tổng chi phí đầu tư mới đường dây được sử dụng phổ biến hơn máy bù đồng chủ yếu hoặc máy biến áp, biểu thức như sau: là tụ bù tiêu thụ rất ít công suất tác dụng, khoảng 0,3 – 0,5 % công suất định mức và vận hành sửa m(,) x y T ()()ii chữa đơn giản. minimize: C =  CU(,)(,)x y x y (x , y ) P i 1 Vấn đề đặt tụ bù có dung lượng bao nhiêu, ở vị Quy hoạch phát triển lƣới điện dựa vào quy trí nào trong mạng điện thì được quan tâm. Bài hoạch công suất phản kháng toán bù kinh tế sẽ giải quyết vấn đề trên. Nó dựa trên tiêu chuẩn chi phí tính toán hàng năm là nhỏ 2.1 Quy hoạch công suất kháng nơi phát nhất. điện – truyền tải Nội dung của bài toán bù kinh tế như sau: Công suất phản kháng hoặc bài toán quy hoạch VAR ở cấp phát – truyền tải là một vấn đề tối ưu - Với Qb1, Qb2, , Qb,n là công suất bù đặt tại n hóa phi tuyến. Đối tượng chính của bài toán là tìm nút, thành lập hàm chi phí tính toán Z để xác định ra kế hoạch đầu tư kinh tế nhất – hoạch định triển dung lượng bù tối ưu, thoả mãn điều kiện ràng khai các nguồn phản kháng mới tại các nút tải được buộc Qbù ≥ 0; Qbù là nghiệm của hệ phương trình. lựa chọn để đảm bảo điện áp thích hợp và thỏa ZZZ   những ràng buộc khi vận hành. 0, 0, , 0 QQQbù1  bù2  bù,n Hàm chi phí là tổng các chi phí vận hành và chi - Nếu Q < 0 thì nút k không cần bù, cho Q = 0 phí đầu tư. Chi phí đầu tư gồm chi phí để lắp đặt b,k b,k và giải lại hệ (n – 1) phương trình để tìm (n – 1) ẩn thiết bị bù công suất phản kháng mới cho hệ thống. số còn lại. Chi phí vận hành được coi là chi phí nhiên liệu cho các máy phát điện. Bài toán có thể được viết trong - Cách thành lập hàm chi phí Z và tính toán Qbù đối các hình thức sau đây: với mạng điện đơn giản gồm một đường dây với một phụ tải. Min f Y, U L0 Y Lu U UY, Thỏa các điều kiện ràng buộc G1(Y,U) ≤ 0 G (U) ≤ 0, 2 Hình 3.Mạng điện đơn giản 2.2 Quy hoạch công suất kháng ở lƣới điện gồm một đường dây với một phụ tải. phân phối - Hàm chi phí tính toán Z có dạng: Phần này, chúng ta sẽ đề cập đến mô hình tiến hóa có sự khác biệt ở hai khía cạnh: dựa vào đặc Z = Z1 + Z2 + Z3 = tính hình dạng đồ thị phụ tải tại các nút và dựa vào 2 ()QQ bù ( avh + atc ) K0.Qbù + CPQT00 bù +  RC thuật toán tiến hóa để giải quyết bài toán trên. Bài U 2 0 toán sẽ được hiệu chỉnh từ độ nhạy và được thu từ - Lấy đạo hàm ∂Z/∂Q và cho bằng 0: một mô hình toán học, do đó đôi khi chúng ta đề bù Z 2()QQ bù avh a tc K0 C0 PTRC00 2   Qbù U
4. - Giải được Qbù : Áp dụng phương pháp ráp dần từng nhánh để 2 thành lập Zbus Ua[(avh tc )K0 C 0 . P 0 .T] QQbu 2CR0  Bước 2: Viết biểu thức tổn thất công suất tác dụng do thành phần công suất phản kháng qua các nhánh Trường hợp Qbù < 0 có nghĩa đặt thiết bị bù là không kinh tế. của mạng điện sau khi đặt thiết bị bù tại các nút 1 n n - Đối với đường dây như hình : P (Q Q )R (Q Q )  U 2  i bu,i ij j bu, j dm i 2 j 2 Mạch tương đương dùng để tính tổn thất công suất tác dụng gây ra do phụ tải phản kháng sau khi bù như hình 6. Hình 4. Mạng điện sau khi đặt thiết bị bù. - Hàm chi phí Z như sau: Z = (avh+atc).K0.(Qb1+Qb2+ Qb3) + 2 C0 CP0 0 QQb1 Q b23 b T + [(Q3 – Qb3) R3 + (Q2 U 2 2 + Q3 – Qb2– Qb3) R2 + (Q1 + Q2 + Q3 – Qb1– Qb2– 2 Qb3) R1 ] Hình 6. Mạch tương đương 2 Bước 3: Viết biểu thức đạo hàm riêng : - Công suất kháng cần tìm là nghiệm của hệ  P 2 n 2 n phương trình  R Q R Q 0 Q U 2  ij j U 2  ij bu, j bu,i j 2 j 2 Z Z Z 0 ; 0 ; 0 Qb1 Qb2 Qb3 Bước 4: Đạo hàm riêng biểu thức Z = Z1 + Z2 + Z3 theo các biến Qbù,i có được hệ phương trình bậc Nếu có nghiệm Qb,iâm thì nút i không cần bù và nhất n ẩn số Qbù. cho Qb,i = 0 bớt đi một phương trình ứng với Qbi và giải lại. Ghi chú: Nếu nút nào không cần bù thì cho Qbù ở nút đó bằng không. Tính toán bù kinh tế theo các bước sau: Bước 4: Đạo hàm riêng biểu thức Z = Z1 + Z2 + Z3 theo các biến Qbù,i có được hệ phương trình bậc nhất n ẩn số Qbù Bước 5:Giải hệ phương trình trên để xác định Qbù,2, Qbù,3, . , Qbù,n . Có thể giải bằng cách nghịch đảo ma trận hay bằng các lệnh của MATLAB. Bước 6:Trường hợp có nghiệm âm. Thí dụ giải được Qbù,3< 0, có nghĩa phụ tải 3 không cần đặt bù. Khi đó cho Qbù,3 = 0 và giải lại hệ phương trình trên. Quá trình giải được tiếp tục cho đến khi tất cả các nghiệm đều dương. 2.4 Quy hoạch bù cƣỡng bức công suất phản kháng bằng phƣơng pháp ma trận Mạng điện khi cân bằng công suất phản kháng cần phải bù một công suất là Qbù. Phân bố lượng bù tổng này sao cho tổn thất công suất là ít nhất Hình 5. Sơ đồ khối bù kinh tế công suất kháng thỏa ràng buộc Qbù,I = Qbù. Bước 1: Thành lập ma trận Zbus với thanh cái cân Hàm Lagrange có dạng : bằng làm chuẩn có được : Zbus = Rbus + j Xbus
5. L = P - [ Qbù,1+Qbù,2+Qbù,3+ - Qbù ] Các bước quy hoạch và phát triển lưới điện vùng phụ tải với đường dây có phụ tải tăng dần được thực hiện như sau: Bƣớc 1: Thiết kế đƣờng dây chính, đƣờng dây nhánh Giả thiết đường dây cung cấp cho phụ tải tăng dần như hình 8 1 2 3 4 5 Hình 8. Phụ tải tăng dần đều - Ta khảo sát vùng phụ tải có số liệu toàn vùng có: P 25( M W);cos 0.8; Udm 22( kV ) - Công suất biểu kiến toàn vùng: S = 31.25 MVA - Số đường dây chính cung cấp cho toàn vùng: 4 - Công suất ngắn mạch tại thanh cái đầu đường dây Hình 7. Sơ đồ khối bù cưỡng bức công suất chính: phản kháng SN = 1000.00 MVA Lời giải tối ưu là nghiệm của hệ phương trình: Áp dụng phần mềm Matlab, ta viết chương trình L  P  0 với i =1,2, ,n tính toán cho lưới điện và có kết quả như sau: Q Q bu,i bu,i Đƣờng dây chính có thông số: Thỏa Qbù,1+ Qbù,2+ Qbù,3 + = Qbù Chọn dây AC- 95 có: Hay: - Đường kính dây: d_day = 13.5 mm  PP   - Điện trở 1 km dây: r_0 = 0.33 Ohm/km QQ bu,1 bu , n - Cảm kháng 1 km dây:  PP  (0.144 * log(1.2 * 1000 / (d_day / 2 ))) x_0 = + 0.016 = 0.340 (Ohm/km) QQbu,2 bu , n  n-1 phương trình 2.303 - Dòng cho phép: I_cp_chinh = 335.00 A  PP  - Dòng điện cưỡng bức đầu đường dây chính lúc QQbu, n 1 bu , n  sự cố: I_cuong_buc_chinh = 1.5 * I_1_vung = 205.025 * 1.5 = 307.54 (A) Thỏa Q + Q + Q + + Q + Q = bù,1 bù,2 bù,3 bù,n-1 bù,n I_cuong_buc_chinh < I_cp_chinh Qbù Số nhánh rẽ lấy ra từ đường dây chính: 4 nhánh Bằng cách khử Qbù,n trong (n-1) phương trình Bảng 1. Thông số đường dây 4 nhánh. trên với Qbù,n = Qbù - (Qbù,1+ Qbù,2+ Qbù,3 + + Qbù,n-1 ) là ẩn phụ thuộc, có được hệ phương trình Cách Chiều S_nhánh P_nhánh Q_nhánh (n-1) ẩn số . STT nguồn dài(km) (MVA) (MW) (Mvar) (km) Thành lập hệ phương trình và giải ta thu được 1 3.00 1.50 0.488 0.3906 0.2930 kết quả. 2 6.00 3.00 1.465 1.1719 0.8789 Kiểm tra các nghiệm, nếu có nghiệm âm chứng 3 9.00 4.50 2.441 1.9531 1.4648 tỏ nút k không cần bù và cho Qbù,k bằng không. 4 12.00 6.00 3.418 2.7344 2.0508 3. QUY HOẠCH BÙ CƢỠNG BỨC CHO Đường dây chính chia làm 4 đọan có chiều dài VÙNG PHỤ TẢI TĂNG DẦN ĐỀU bằng nhau:
6. - Chiều dài mỗi đoạn: l_doan = 1.5 km - Dựa vào bảng kết quả , ta có giá trị điện áp nhỏ nhất của lưới điện là: U_min = 20.9177 kV - Điện trở mỗi đoạn: r_doan = r_0 * l_doan = 0.33 * 1.5 = 0.495 Ohm - Sụt áp trên lưới điện là: Delta_U_luoi = 1.0823 kV = 4.92% - Cảm kháng mỗi đoạn : Trên cơ sở đó, ta thấy được lưới điện có tổn thất x_doan = x_0 * l_doan = 0.34 * 1.5 = 0.510 Ohm điện áp lớn hơn tổn thất điện áp cho phép. Vì vậy, Đƣờng dây rẽ nhánh có thông số: ta sẽ áp dụng phương pháp bù cưỡng bức để nâng cao chất lượng điện. Chọn dây AC- 35 Bƣớc 3: Bù công suất phản kháng lúc phụ tải - Đường kính dây: d_day = 8.4 mm cực đại - Điện trở 1 km dây: r_0_cuoi = 0.84 Ohm/km - Hệ số công suất đầu đường dây lúc phụ tải max - Cảm kháng 1 km dây: trước khi bù công suất kháng , cos_phi_1 = 0.793 (0.144 * log(1.2 * 1000 / (d_day / 2 ))) - Lượng công suất kháng cần bù để nâng cos phi x_0 = + 0.016 = 0.370 (Ohm/km) 2.303 đầu đường dây lên 0.95 là: - Dòng cho phép: I_cp_nhanh_cuoi = 170.00 A Q_bu_tong = P_tong * (tan_phi_1 - tan_phi_2) = 6.5262 * (0.770 - 0.329) = 2.8769 (MVar ) - Dòng điện cưỡng bức đầu đường dây chính lúc Q_bu_tong = 2876.947 (kVar) sự cố: - Vị trí bù trong lưới điện thể hiện như hình 9 tại I_cuong_buc_re = 1.5 * I_1_nhanh_cuoi = 44.849 * 1.5 = 67.27 (A) các nút 4, 5, 11, 20. I_cuong_buc_re = 67.27 (A) < I_cp_nhanh_cuoi = 170 (A) 1 Đường dây nhánh chia làm 9 đoạn có chiều dài 2 3 4 5 bằng nhau - Chiều dài mỗi đoạn: : l_doan_re = 0.667 km 5 - Điện trở mỗi đoạn: 6 7 8 9 10 11 12 13 14 r_doan_re = r_0_re * l_doan_re = 0.850 * 0.667 = 0.567 (Ohm) - Cảm kháng mỗi đoạn: 24 25 26 27 28 29 30 31 32 x_doan_re = x_0_re * l_doan_re Hình 9. Vị trí đặt thiết bị bù = 0.370 * 0.667 = 0.246 (Ohm) Kết quả sau khi bù thì: MBA phân phối 22/0.4 kV đƣợc tính chọn nhƣ - Giảm tổn thất điện năng trên đường dây sau khi sau: đặt tụ bù: - Công suất 1 MBA: S_MBA = 200 kVA, Delta_A_giam = ton_that_giam * to * 1000 22/0.4kV = 0.0753 * 3410.00 * 1000 = 256899.228 (kWh / nam) - Phần trăm điện áp ngắn mạch: U_n = 4 (%) - Theo kết quả phân bố công suất sau khi bù công - Tổn hao ngắn mạch: P_n = 3.450 (kW) suất kháng, công suất nguồn phát ở đầu đường dây: P_tong = 6.4509 (MW ) - Tổn hao không tải: P_0 = 0.520 (kW) Q_tong = 2.0715 (MVar) - Tổng trở MBA qui về phía cao áp: - Hệ số công suất đầu đường dây sau khi bù: cosφ Điện trở: R_MBA = 41.745 Ohm = 0.952. Cảm kháng: X_MBA = 87.336 Ohm - Giá trị điện áp định mức của lưới điện là: U_dm = 22 kV Bƣớc 2: Tính toán chế độ phụ tải ban đầu - Giá trị điện áp nhỏ nhất của lưới điện dựa vào - Giá trị điện áp định mức của lưới điện là: U_dm kết quả tính toán là: U_min = 21.2354 kV = 22 kV - Sụt áp trên lưới điện là:
7. Delta_U_luoi = U_dm - U_min = 22 - 21.2354 = 0.7646 (kV) động là 0.557 MVar. Nút 3 là 0.342 Mvar, nút 11 và 20 có dung lượng bù ứng động là 0.444 Mvar. Delta_U_luoi_phtr = (Delta_U_luoi / U_dm) * 100 = (0.7646 / 22) * 100 = 3.4 (%) - Hệ số công suất đầu đường dây lúc phụ tải min Như vậy, khi phụ tải cực đại, tác giả tiến hành sau khi bù cưỡng bức, cosφ = 0.951 bù cưỡng bức thì giá trị hệ số công suất đầu nguồn - Về độ sụt áp cuối đường dây của lưới điện, được cũng như giá trị tổn thất điện áp đã đạt chỉ tiêu chất đánh giá như sau: lượng của lưới điện, đáp ứng được yêu cầu bài toán Delta_U_luoi = U_dm - U_min = 22 - 21.7 = 0.3 (kV) đặt ra. Delta_U_luoi_phtr = (Delta_U_luoi / U_dm) * 100 Bƣớc 4: Bù công suất phản kháng lúc phụ tải = (0.3 / 22) * 100 = 1.36 (%) cực tiểu Như vậy, khi phụ tải cực tiểu, tác giả tiến hành - Lượng công suất kháng cần bù để nâng cao cosφ bù cưỡng bức một dung lượng nền tại một số nút đầu đường dây lên 0.95 là: thì giá trị hệ số công suất đầu nguồn cũng như giá Q_bu_tong = P_tong * (tan_phi_1 - tan_phi_2) trị tổn thất điện áp đã đạt chỉ tiêu chất lượng của = 2.5406 * (0.757 - 0.329) = 1.0890 (MVar ) lưới điện, đáp ứng được yêu cầu bài toán đặt ra. Q_bu_tong = 1088.989 (kVar) 4. TÍNH TOÁN QUY HOẠCH PHÁT - Vị trí đặt tụ bù được thể hiện như hình 10 TRIỂN LƢỚI ĐIỆN TRÊN PHẦN 1 MỀM PSS/ADEPT 2 3 4 5 Trong bài báo, để quy hoạch phát triển lưới điện thì chúng ta chia nhỏ từng khu vực để quy hoạch phát triển. Trên cơ sở đó, chúng ta sẽ quy hoạch 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 từng tuyến dây trong toàn bộ lưới. Ở đây, tác giả đề cập đến tuyến 476 Orion làm cơ sở để quy hoạch. Tác giả tiến hành khảo sát các thông số của tuyến 24 25 26 27 28 29 30 31 32 476 Orion và tính toán quy hoạch lưới. Trên cơ sở Hình 10. Vị trí đặt tụ bù đó, là tiền đề để quy hoạch các tuyến còn lại trong lưới điện. So sánh lượng bù công suất kháng lúc phụ tải Các thông số hiện trạng của lƣới điện tuyến 476 cực đại và lúc phụ tải cực tiểu, suy ra Qbu ứng động cần phải cắt ra lúc phụ tải cực tiểu là hiệu số giữa Orion Qbumax và Qbumin : Sơ đồ đơn tuyến của trạm được biểu diễn như hình 11. Tuyến 476 Orion có tổng chiều dài toàn Q bù ứng Nút Q bù max Q bù min tuyến là 5,497km bao gồm 11 máy biến áp 3 pha động và 4 máy biến áp 1 pha cung cấp cho phụ tải nhà máy Orion và các khách hàng tại thị xã Bến Cát, 4 0.826 0.269 0.557 tỉnh Bình Dương. 5 0.570 0.228 0.342 11 0.741 0.296 0.444 20 0.741 0.296 0.444 Như vậy, tại nút số 4, ta cần bù một dung lượng nền là 0.269 Mvar, nút số 5 là 0.228 Mvar, và 2 nút 11 và 22 có dung lượng bù nền là 0.296 Mvar trong suốt thời gian hoạt động của lưới điện. Ngoài ra, chúng ta cần bù ứng động tại một số thời điểm phụ Hình 11. Sơ đồ tuyến 476 Orion tải cực đại để đảm bảo hệ số công suất đạt yêu cầu Với những thông số phụ tải, thông số nguồn, và sụt áp cuối đường dây không vượt quá ngưỡng thông số đường dây hiện tại của lưới điện 476 cho phép. Cụ thể, tại nút 4, dung lượng bù ứng
8. Orion, ta sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để chạy bài toán phân bố công suất. Kết quả cho thấy, hệ thống đang ổn định, không có trường hợp nào quá áp hay sụt áp. Các tuyến dây đảm bảo chất lượng cung cấp công suất cho toàn bộ phụ tải. Tuy nhiên, để đảm nhu cầu điện cho tương lai, chúng ta cần quy hoạch phát triển phụ tải tuyến 476 Orion trên. Trên cơ sở đó, tiến hành áp dụng cho các tuyến dây khác trong hệ thống điện. Trong bài toán này, tác giả bỏ qua bước khảo sát nhu cầu Hình 13. Vị trí tụ bù_TH1 tải. Tác giả chỉ giả thuyết phụ tải trong tương lai. Để khảo sát lưới điện có ổn định và đảm bảo cung Sau khi bù tại 3 vị trí trên, ta chạy lại phân bố cấp điện cho phụ tải lúc này, tác giả trình bày trong công suất. Kết quả cho thấy rất khả thi. Khi bù, hai trường hợp: đường dây đã hết bị quá tải. Dựa vào thông số trong bảng phân bố công suất, thì tuyến chính 4.1. Trƣờng hợp 1:Các thông số của lƣới điện lượng Q truyền tải cho tải đã giảm đúng bằng dung tuyến 476 Orion sau khi mở rộng tải: P = lượng bù, dẫn đến đường dây không còn bị quá 15000kW, Q = 9000 kVar tải.Bên cạnh đó, điện áp tại các nút cũng bớt sụt áp. Trường hợp chưa bù Chính vì vậy, đối với trường hợp này hoặc Sau khi tăng thêm tải, tác giả chạy phân bố công những trường hợp tải nhỏ hơn gây ảnh hưởng đến suất trong phần mềm PSS. Dựa vào kết quả chạy lưới điện, chúng ta thực hiện phương án bù là khả mô phỏng lưới điện trên phần mềm, ta thấy rằng thi. tuyến dây đầu nguồn bị quá tải. Toàn bộ đường dây 4.2. Trƣờng hợp 2: Các thông số của lƣới điện đầu nguồn báo màu đỏ. Công suất trên đường dây tuyến 476 Orion sau khi mở rộng tải: P = chính tăng lên một lượng xấp xỉ bằng lượng phụ tải 18000kW, Q = 12000 kVar dự báo. Trường hợp chưa bù Bù công suất phản kháng vào lƣới điện Dựa vào kết quả chạy mô phỏng lưới điện trên Đường dây đầu nguồn hiện trong trình trạng quá phần mềm, chúng ta thấy rằng tuyến dây chính bị tải. Để khắc phục, ta áp dụng phương pháp bù quá tải. Toàn bộ đường dây chính báo màu đỏ. nhằm nâng cao khả năng chịu tải trên đường dây. Tương tự trường hợp 1, đường dây chính hiện Trong phần mềm PSS/ADEPT, ta chạy chương trong trình trạng quá tải. Để khắc phục vấn đề đó, trình CAPO tính toán vị trí bù tối ưu và dung lượng chúng ta áp dụng phương pháp bù nhằm nâng cao bù phù hợp trong lưới điện. Kết quả sau khi chạy khả năng chịu tải trên đường dây. Kết quả sau khi phần mềm được hiển thị như sau: chạy phần mềm cho trường hợp này được hiển thị như sau: Hình 12. Dung lượng bù tính bằng phần mềm Hình 14: Dung lượng bù tính bằng phần mềm PSS/ADEPT_TH1 PSS/ADEPT_TH2
9. tiết diện dây dẫn, tăng lộ song song hay có thể là cắt giảm phụ tải sang các lộ khác. Tùy vào mỗi tuyến mà ta sẽ có bài toán phù hợp nhất. Tác giả đã ứng dụng phần mềm Matlab và phần mềm PSS/ADEPT để tính tổn thất công suất, phân bố công suất, dung lượng bù tại những vị trí tối ưu trong lưới điện, các chỉ số độ tin cậy một cách khoa học, kỹ thuật. Khi ứng dụng phần mềm Matlab và phần mềm PSS/Adept để tính toán giúp cho quá trình thiết kế, quy hoạch diễn ra nhanh chóng. Trên cơ sở tính toán, tác giả thu thập các kết quả, Hình 15: Vị trí tụ bù_TH2 so sánh, tổng kết để từ đó đánh giá các thông số và Sau khi bù tại 2 vị trí trên, ta chạy lại phân bố hướng phát triển cho lưới điện trong tương lai. Do công suất. Kết quả cho thấy lưới điện vẫn bị sự cố đó, trong tương lai, tác giả tiến hành quy hoạch quá tải. Khi bù, đường dây vẫn còn quá tải. Do phát triển các tuyến còn lại để từ đó có hướng quy vậy, lượng dung lượng bù cũng không đáp ứng hoạch phát triển trên toàn bộ lưới điện. được nhu cầu tải mở rộng. Chính vì vậy, trong Ngoài ra, tác giả hiện tại chỉ dùng bài toán quy trường hợp này, chúng ta sử dụng biện pháp bù cho hoạch bù công suất phản kháng chứ chưa đi sâu lưới điện là chưa khả thi. Để khắc phục tình trạng vào những hướng quy hoạch và phát triển khác. Vì trên, chúng ta có thể thay đổi cấu trúc lưới điện, thế, hướng phát triển tiếp theo của tác giả là quy thay đổi đường dây tải điện hoặc là đi thêm lộ song hoạch bài toán theo nhiều phương pháp để từ đó song. Chúng ta vẫn có thể kết hợp giữa bù và thay đưa ra phương pháp quy hoạch phát triển tốt nhất. đổi đường dây tải điện cùng một lúc. Bên cạnh đó, bài toán quy hoạch phát triển lưới điện cũng cho phép chúng ta sa thải bớt phụ tải trong tuyến này, chuyển tải qua tuyến lân cận. Tuy nhiên, để đánh giá phương pháp nào tối ưu hơn, tiết kiệm hơn, thì tùy vào bài toán cụ thể mà chúng ta sẽ tính toán lựa chọn cho phù hợp. 5. KẾT LUẬN Bài báo đã giới thiệu tổng quan về các vấn đề liên quan đến quy hoạch lưới điện.Từ lý thuyết về quy hoạch lưới điện, bài báo đã xây dựng các phương pháp và thuật toán nhằm giải quyết bài toán quy hoạch bù công suất phản kháng trên lưới điện. Tác giả áp dụng bài toán quy hoạch và phát triển lưới điện cho tuyến 476 Orion, từ đó tạo tiền đề cho các tuyến khác trong lưới điện. Và là cơ sở để đi đến quy hoạch phát triển toàn bộ lưới điện. Trong phần tính toán quy hoạch và phát triển cho tuyến, chúng ta thấy hiện tại lưới điện hoạt động tốt. Tuy nhiên, nếu phụ tải mở rộng thêm, thì tuyến dây đầu nguồn sẽ bị quá tải trước. Trong trường hợp này, thì biện pháp bù rất khả thi cho lưới điện. Tuy nhiên, khi mở rộng phụ tải quá lơn, thì đường dây không gánh nổi tải dù ta bù hay không bù. Đối với trường hợp này, trong tương lai, chúng ta sẽ quy hoạch và mở rộng, phát triển lưới điện bằng nhiều biện pháp như thay đổi cấu trúc lưới, nâng
10. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS. Nguyễn Lân Tráng. Quy hoạch phát [6] Binato S, De Oliveira GC, De Araujo JL. A triển hệ thống điện. Nhà xuất bản khoa học greedy randomized adaptive search và kỹ thuật Hà Nội, 2005. procedure for transmission expansion [2] Hồ Văn Hiến. Hệ thống điện truyền tải và planning. IEEE Trans Power Systems phân phối. Nhà xuất bản đại học quốc gia 2000;16(2):247–253. thành phố Hồ Chí Minh, 2013. [7] Billington R. Đánh giá độ tin cậy trong hệ [3] Trần Đình Long. Quy hoạch phát triển thống điện (Reliability evaluation of power năng lượng và điện lực. Nhà xuất bản khoa system), Pitman Books, 1987-1999. học và kỹ thuật Hà Nội, 1999. [8] PGS.TS Trần Bách. Lưới điện và hệ thống [4] Phan Thị Thanh Bình, Hồ Văn Hiến, điện, tập 1. Nhà xuất bản khoa học và kỹ Nguyễn Hoàng Việt. Thiết kế hệ thống điện. thuật, Hà Nội 2001. Nhà xuất bản đại học quốc gia thành phố [9] PGS.TS Trần Bách. Lưới điện và hệ thống Hồ Chí Minh, 2012. điện, tập 2. Nhà xuất bản khoa học và kỹ [5] PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt. Đánh giá độ thuật, Hà Nội 2003. tin cậy trong hệ thống điện. Nhà xuất bản [10] PGS.TS Trần Bách. Giáo trình lưới điện. Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 2007. 2011. 1. Nguyễn Minh Kỳ Đơn vị: Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Điện thoại: +84 917 538 894 Email: nguyenminhkyspkt@gmail.com 2. TS. Hồ Văn Hiến Đơn vị: Đại học Bách Khoa TP.HCM Điện thoại: +84 987 481 044 Email: hovanhien2009@gmail.com Tp. HCM, ngày 31 tháng 05 năm 2016 Giảng viên hƣớng dẫn
11. 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.