Tối ưu các giải pháp vận hành cho lưới điện 22kv TP. Cà Mau

Nội dung text: Tối ưu các giải pháp vận hành cho lưới điện 22kv TP. Cà Mau

1. TỐI ƢU CÁC GIẢI PHÁP VẬN HÀNH CHO LƢỚI ĐIỆN 22KV TP. CÀ MAU OPERATION OF OPTIONS OPTIMAL FOR CA MAU CITY 22KV GRID Nguyễn Hoàng Tỷ Công ty Điện lực Cà Mau TÓM TẮT Bài báo trình bày thuật toán, phương pháp tìm điểm mở tối ưu các mạch vòng, phương pháp tìm vị trí và dung lượng lắp đặt tụ bù tối ưu, nghiên cứu tính toán và đề xuất các giải pháp giảm giá trị dòng điện ngắn mạch. Phương pháp được tính toán trên lưới điện thực tế tại TP.Cà Mau, làm tài liệu để Công ty Điện lực Cà Mau xem xét áp dụng thực tiển vào quản lý vận hành nhằm đem lại hiệu quả là đảm bảo chất lượng điện năng, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất. ABSTRACT This paper presents an algorithm and a method to determine the optimal open points of loops, method to find the location and installation capacity of optimization capacitor, computational research and propose solutions to reduce the value of short-circuit currents. The method is calculated on the actual grid in Ca Mau City, documentation to Ca Mau Power Company consider practical application in operational management to be effective is to ensure power quality, ensure power supply reliability, reduce losses. I. GIỚI THIỆU 1. Đặt vấn đề Do đặc điểm địa lý, phân bố dân cư chưa đồng đều nên lưới điện phân phối tỉnh Cà Mau phân bố trên diện rộng, có bán kính cấp điện lớn nên chất lượng cung cấp điện vẫn còn hạn chế, độ tin cậy cung cấp điện chưa được đảm bảo, tổn thất lớn là điều đang rất cần quan tâm khắc phục. Yêu cầu đặt ra cho Đơn vị QLVH sau cho đảm bảo cung cấp điện với chất lượng tốt nhất, tổn thất thấp, đảm bảo cung cấp điện liên tục, giảm giá trị dòng ngắn mạch 2. Ý nghĩa thực tiển Bài báo đưa ra các giải pháp vận hành tối ưu cho lưới điện 22kV TP. Cà Mau và kết quả là đáng tin cậy để áp dụng thực tế trong quản lý vận hành lưới điện. + Tính toán, lựa chọn kết nối mạch vòng và tìm điểm mở tối ưu. + Tính toán, lựa chọn vị trí và dung lượng lắp đặt tụ bù tối ưu. + Nghiên cứu tính toán và đề xuất các giải pháp giảm giá trị dòng ngắn mạch. Đây là một tài liệu tốt để xem xét áp dụng vào thực tiển vận hành cũng như trong chế độ xử lý sự cố nhằm có được phương thức vận hành phù hợp để chất lượng điện năng được đảm bảo và đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng. II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Phƣơng pháp lựa chọn kết nối mạch vòng và tìm điểm mở tối ƣu
2. Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng, lưới điện phân phối thường có cấu trúc mạch vòng. Nhưng trong thực tế lưới điện vận hành ở dạng mạch hở, hình tia để đảm bảo vận hành đơn giản, trình tự phục hồi lại kết cấu lưới điện để cung cấp điện trở lại sau sự cố được dể dàng, ít gặp khó khăn trong việc lặp kế hoạch cắt điện cục bộ, thuận lợi trong phương thức bảo vệ role. Trong một mạch vòng kín có nhiều dao cách ly (DCL) cần tính toán chọn DCL nào mở để đưa lưới điện về trạng thái vận hành ở dạng hình tia với hàm mục tiêu tổn thất công suất trong P min toàn mạng là bé nhất  , nhưng vẫn đảm bảo các điều kiện khác như: cung cấp điện đầy đủ cho phụ tải; không gây quá tải các phần tử trong hệ thống; điện áp tại các nút nằm trong giới hạn cho phép. Trong bài báo ứng dụng thuật toán Heuristic của Civanlar được trình bài trong [11] để tìm điểm mở tối ưu trong lưới điện. Đóng tất cả các DCL trong sơ đồ để tạo lập lưới điện kín, sau đó sử dụng chương trình PSS/ADEPT để giải bài toán phân bố công suất và tiến hành mở lần lượt các DCL trên mạch vòng kín có dòng điện chạy qua là bé nhất cho đến khi có dạng lưới điện hình tia, thuật toán được trình bày trong lưu đồ hình 1. Nhập các thông số đường dây, phụ tải max Đóng tất cả các MC, DCL trong lưới Giải bài toán phân bố công suất Mở 1 DCL của mạch vòng có dòng điện đi qua là bé nhất Đóng DCL vừa mở, mở Giải bài toán phân bố công suất cho DCL khác có lưới điện mới dòng điện bé nhất tiếp theo Vi phạm các điều kiện vận hành Có Không Không Lưới điện hình tia Có Kết quả Hình 1: Thuật toán tìm điểm mở mạch vòng tối ưu
3. 2. Phƣơng pháp lựa chọn vị trí lắp đặt, dung lƣợng tụ bù tốn ƣu Xác định điện áp tại các nút phụ tải, tổn thất công suất của toàn xuất tuyến với vị trí và dung lượng tụ bù hiện tại của lưới điện TP.Cà Mau. Xác định dung lượng tối ưu và vị trí lắp đặt tối ưu của tụ bù mới, sau đó xác định điện áp tại các nút phụ tải, tổn thất công suất của toàn xuất tuyến với vị trí và dung lượng tụ bù mới tối ưu của lưới điện TP.Cà Mau. Từ kết quả tính toán với dung lượng và vị trí bù hiện tại và sau khi tối ưu, so sánh kết quả đạt được để áp dụng giải pháp vận hành tốt cho lưới điện tại TP.Cà Mau. Mục đích và ý nghĩa đạt được là nâng cao hệ số công suất, cải thiện được chất lượng điện áp, giảm tổn thất công suất, tổn thất điện áp, tổn thất điện năng trong mạng điện, tăng khả năng truyền tải của đường dây. Với hàm mục tiêu: SavingsF CostF Nghĩa là sao cho số tiền tiết kiệm được từ việc đặt tụ bù lớn hơn số tiền phải bỏ ra để lắp đặt tụ bù đó. Thuật toán được trình bày trong lưu đồ hình 2. Nhập các thông số đƣờng dây, phụ tải max Giải bài toán tìm vị trí, dung lượng tụ bù Xem xét điều kiện kinh tế Xem xét tụ bù thứ n +1 Tiền tiết kiệm SavingsF > CostF (SavingsF) và chi phí mua tụ (CostF) Stop (SavingsF < CostF) Kết quả Hình 2: Thuật toán tìm vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu 3. Nghiên cứu tính toán và đề xuất giải pháp giảm giá trị dòng ngắn mạch Luận văn đã đề xuất các giải pháp và số liệu tính toán giảm giá trị dòng ngắn mạch để Công ty Điện lực xem xét áp dụng cho việc đầu tư lưới điện mới, để sử dụng các thiết bị hiệu quả và giảm được chi phí đầu tư 3.1. Giải pháp 1: Trung tính máy biến áp phía trung thế nối đất qua điện trở R Phương trình tính toán: V I (1) f fa j( X(1) X (2) X (0) 3 X ) kk kk kk n
4. XX(1) (2) Xét trường hợp kk kk và đặt các hệ số: 108 36k 2 qa  54X(0) (18 24 k 2 )(2 X (1) X (0) ) kk qa kk kk  9(X(0)2 ) 3(3 4 k 2 )(2 X (1) X (0)2 ) kk qa kk kk Để đáp ứng yêu cầu trong Quy phạm Trang bị điện đối với hệ số quá điện áp: tỷ lệ điện áp trên pha không bị sự cố trong thời gian sự cố pha A và điện áp trên pha không bị sự cố lúc không bị sự cố pha A thì Xn phải thỏa mãn bất phương trình sau: XX2   0 nn IIsch, sch Để dòng điện ngắn mạch I(1) đạt được giá trị mong muốn fa12 fa và được tính như sau: 11VIVIf cb f cb (1) (0) (1) (0) 22XXXXXkk kk n kk kk 33 IIsch sch fa21 fa 3.2. Giải pháp 2: Trung tính máy biến áp phía trung thế nối đất qua cuộn kháng X Phương trình tính toán: V I (1) f fa j( X(1) X (2) X (0) 3 X ) kk kk kk n Xét trường hợp và đặt các hệ số: Để đáp ứng yêu cầu trong Quy phạm Trang bị điện đối với hệ số quá điện áp: tỷ lệ điện áp trên pha không bị sự cố trong thời gian sự cố pha A và điện áp trên pha không bị sự cố lúc không bị sự cố pha A thì Xn phải thỏa mãn bất phương trình sau: Để dòng điện ngắn mạch I(1) đạt được giá trị mong muốn và được tính như sau: 3.3. Giải pháp 3: Trung tính nối đất qua cuộn Petersen (cuộn dập hồ quang) Cuộn dập hồ quang là cuộn cảm có thể thay đổi điện kháng bằng cách thay đổi số vòng dây hay khe hở của lõi thép. Ở tình trạng làm việc bình thường, giống như trường hợp trung tính cách điện với đất, tổng dòng điện dung chạy trong đất bằng và điện áp điểm trung tính bằng không. Do đó điện áp đặt lên cuộn dập hồ quang và dòng điện chạy qua nó cũng có trị số bằng không.
5. Khi xảy ra chạm đất pha A, điện áp điểm trung tính cũng là điện áp trên cuộn dập hồ quang, xuất hiện dòng điện mang tính cảm chạy trong cuộn dập hồ quang IL (chậm sau điện áp điểm trung tính 900). Xét trường hợp điện trở của cuộn Petersen rất nhỏ và chiều dài đường dây ngắn, thành phần tác dụng của dòng điện chạm đất không đáng kể. Dòng điện IL sẽ cân bằng dòng điện dung của đường dây tại điểm chạm đất, nếu điều khiển điện kháng của cuộn dập hồ quang ở giá trị thích hợp thì dòng điện tại chỗ chạm đất có thể bằng không. Do vậy, nhờ cuộn kháng trên hồ quang tại chỗ chạm đất có thể bị dập tắt, không làm nguy hiểm đến cách điện của thiết bị. Giải pháp trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang có thể được đánh giá là giải pháp tối ưu nhất khi xét về góc độ an toàn và chất lượng cung cấp điện. Mạng điện theo cấu trúc này dựa trên cơ sở hạn chế dòng sự cố một pha bằng cách bù dòng điện điện dung của mạng điện. Trong mạng điện kiểu này, tổng trở đầu giữa trung tính và đất là một cuộn dây tự cảm, có thể điều chỉnh ở hai chế độ: trị số điện cảm của cuộn dây; trị số điện trở của cuộn dây. III. KẾT QUẢ 1. Kết quả lựa chọn kết nối mạch vòng và tìm điểm mở tối ƣu Bảng 1: Kết quả tìm điểm mở mạch vòng tối ưu Stt Mạch vòng/ xuất Điểm mở DCL, Điểm mở DCL/MC Ghi chú tuyến MC hiện tại sau khi chọn tối ƣu 1 471AX – 473T LTD 473T.2.1-7 LTD 473T.2.1-7 Cùng vi trí hiện hữu 2 477AX - 473T LBS 477AX.3 LBFCO 473T.2.1-7 Khác vị trí hiện hữu 3 (mạch vòng thuộc LBFCO LBFCO 471AX.2.2-7 Cùng vi trí xuất tuyến 471AX) 471AX.2.2-7 hiện hữu 4 (mạch vòng thuộc LBFCO MC 471AX.2 Khác vị trí xuất tuyến 471AX) 471AX.3-7 hiện hữu 5 473T – 474T LBS 473T.A FCO 474T.1.3-7 Khác vị trí hiện hữu 6 476T – 474T LBS 474T.1.1 LBS 474T.1.1 Cùng vi trí hiện hữu Với việc áp dụng giải thuật tìm điểm mở tối ưu cho các mạch vòng của lưới điện 22kV TP.Cà Mau, kết quả nhận thấy mạch vòng số 2, 4, 5 điểm mở DCL khác với điểm mở hiện tại. Với điểm mở mới kết quả tổn thất đạt được so với điểm mở hiện tại, được tổng hợp ở bảng 2. Bảng 2: Kết quả tổn thất đạt được sau khi thực hiện điểm mở tối ưu Stt Xuất tuyến Với vị trí điểm mở hiện hữu Với vị trí điểm mở sau tối ƣu Tổn thất công Tổn thất Tổn thất công Tổn thất suất P (%) suất (%) (kVA) (kVA) 1 477T 497,081 4,23% 497,081 4,23% 2 473T 308,626 4,85% 309,156 4,76%
6. 3 474T 401,045 2,73% 219,152 2,14% 4 475T 57,280 1,40% 57,28 1,40% 5 476T 128,181 1,36% 128,181 1,36% 6 478T 57,259 0,75% 57,259 0,75% 7 471AX 698,383 4,99% 558,835 4,04% 8 477AX 52,232 1,59% 56,333 1,57% TỔNG 2200,087 3,09% 1883,277 2,80% Với vị trí điểm mở hiện tại thì tổn thất công suất là 2200,087 kW tương đương 3,09%, sau khi chọn điểm mở tối ưu thì tổn thất công suất còn 1883,277 kW tương đương 2,80%, như vậy tổn thất công suất giảm 316,81 kW tương đương giảm 0,29%. 2. Kết quả lựa chọn vị trí lắp đặt, dung lƣợng tụ bù tốn ƣu Bảng 3: Kết quả tìm vị trí, dung lượng tụ bù tối ưu Stt Xuất Tụ bù hiện tại Sau khi bù tối ƣu tuyến Vị trí Dung lƣợng Vị trí Dung lƣợng (kVAr) (kVAr) 1 477T 6 2700 14 6000 2 473T 3 1500 3 1800 3 474T 4 1500 11 3300 4 475T 2 600 0 0 5 476T 3 1200 1 300 6 478T 2 900 2 900 7 471AX 1 600 7 2400 8 477AX 1 600 2 600 TỔNG 22 9600 40 15300 Việc lắp đặt tụ bù và dung lượng là khác nhiều so với hiện tại, cụ thể là lắp đặt 40 bộ tụ tổng dung lượng là 15300 kVAr so với 9600 kVAr hiện tại, nhiều hơn 5700 kVAr. Với vị trí và dung lượng bù tối ưu thì kết quả tổn thất đạt được so với điểm mở hiện tại, được tổng hợp ở bảng 4. Bảng 4: Kết quả tổn thất sau khi thực hiện vị trí, dung lượng tụ bù tối ưu Stt Xuất Tụ bù hiện tại Sau khi bù tối ƣu tuyến Tổn thất công Tổn thất Tổn thất công Tổn thất suất P (kVA) (%) suất (%) (kVA) 1 477T 497,081 4,23% 459,634 3,93% 2 473T 308,626 4,85% 229,101 3,65% 3 474T 401,045 2,73% 391,491 2,67% 4 475T 57,280 1,40% 57,725 1,41% 5 476T 128,181 1,36% 128,481 1,36% 6 478T 57,259 0,75% 55,072 0,72% 7 471AX 698,383 4,99% 680,289 4,87% 8 477AX 52,232 1,59% 51,16 1,56% TỔNG 2200,087 3,09% 2052,953 2,90%
7. Với vị trí và dung lượng bù hiện tại thì tổn thất công suất là 2200,087 kW tương đương 3,09%, sau khi tối ưu hóa tụ bù thì tổn thất công suất còn 2052,953 kW tương đương 2,90%, như vậy tổn thất công suất giảm 147,134 kW tương đương giảm 0,19%. 3. Kết quả tính toán và tính khả thi của giải pháp giảm dòng điện ngắn mạch 3.1. Giải pháp 1: Trung tính máy biến áp phía trung thế nối đất qua điện trở R Kết quả tính toán khi áp dụng giải pháp giảm giá trị dòng ngắn mạch được thể hiện qua đồ thị 3 và 4 sau: Hình 3: Đồ thị dòng ngắn mạch khi nối đất trung tính qua điện trở R Hình 4: Đồ thị dòng ngắn mạch khi nối đất trung tính qua cuộn kháng X
8. Với giá trị điện trở và giá trị kháng điện càng tăng thì dòng ngắn mạch 1 pha càng giảm tương ứng khi áp dụng giải pháp trung tính phía 22kV máy biến áp nối đất qua tổng trở R hoặc qua điện kháng. Như vậy qua đồ thị, Công ty Điện lực Cà Mau xem xét áp dụng cho từng xuất tuyến cụ thể để giảm giá trị dòng ngắn mạch mong muốn, để lựa chọn các thiết bị bảo vệ hiệu quả cho lưới điện hiện tại cũng như đầu tư mới cho tương lai để giảm chi phí đầu tư, nâng cao tính phối hợp trong hệ thống bảo vệ. IV. KẾT LUẬN Lưới điện phân phối nói chung và lưới điện 22kV giữ một vai trò quan trọng trong khâu phân phối điện năng. Để đảm bảo lưới điện vận hành với mục tiêu quan trọng nhất là đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, đồng thời chất lượng điện năng đạt hiệu quả cao là mục tiêu cần đạt được của người quản lý vận hành lưới điện phân phối. Bài báo đã nghiên cứu tính toán đưa ra 3 giải pháp cụ thể: - Tính toán, lựa chọn kết nối mạch vòng và tìm điểm mớ tối ưu. - Tính toán, lựa chọn vị trí lắp đặt, dung lượng tụ bù tối ưu. - Nghiên cứu tính toán và đề xuất giải pháp giảm giá trị dòng ngắn mạch. Các giải pháp đem lại kết quả mong muốn là lựa chọn được điểm mở mạch vòng tối ưu; xác định được vị trí, dung lượng lắp đặt tụ bù tối ưu; và đưa ra được các giải pháp giảm giá trị dòng điện ngắn mạch. Tất cả nhằm mục tiêu giảm được tổn thất công suất, nâng cao hệ số công suất cos , chất lượng điện áp được đảm bảo, giảm được giá trị dòng điện ngắn mạch. Đây là một tài liệu tốt để Công ty Điện lực Cà Mau xem xét áp dụng vào thực tiển vận hành cũng như trong chế độ xử lý sự cố nhằm có được phương thức vận hành phù hợp để chất lượng điện năng được đảm bảo, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Trần Quang Khánh, Vận hành hệ thống điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, năm 2009. [2]. Trần Bách, Lưới điện và Hệ thống điện, tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, năm 2000. [3]. Quy phạm trang bị điện, Bộ Công thương, năm 2006. [4]. Thông tư 32/2010/TT-BCT ngày 30/07/3010 Quy định hệ thống điện phân phối. [5]. Thông tư 33/2011/TT-BCT về việc quy định nội dung, phương pháp, trình tự và thủ tục nghiên cứu phát triển phụ tải, ngày 06/9/2011 Bộ công Thương. [6]. Thông tư 15/2014/TT-BCT ngày 28/05/2014 Quy định về mua, bán công suất phản kháng. [7]. Vũ Thế Cường, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2013. [8]. Hoàng Dũng – Võ Khắc Hoàng, “Nghiên cứu tự động hóa lưới điện phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện”, tạp chí KH & CN Đại học Đà Nẳng năm 2008. [9]. Tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm PSS/Adapt – phần mềm PSS/Adapt 5.0 do hãng Power Technologies.Inc. [10]. Nguyễn Hữu Phúc, Sử dụng phần mềm phân tích và tính toán lưới điện PSS/ADEPT, Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh, năm 2007.
9. [11]. S.Civanlar, J.J.Graiger, H.Yin, S.S.H. Lee, Distribution Feeder Reconfiguration For Loss Reduction, IEEE Transactions on Power Dilivery, Volum 3, No.3, July 1988. Họ tên: Nguyễn Hoàng Tỷ Đơn vị: Công ty Điện lực Cà Mau Điện thoại: 0916331226 Email: hoangtydlcm@gmail.com Ý kiến của cán bộ hƣớng dẫn Học viên thực hiện TS. Huỳnh Châu Duy Nguyễn Hoàng Tỷ
10. 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 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.