ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
o0o
VŨ THỊ MỸ
NGHIÊN CỨU GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN 2012 1Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Vũ Thị Mỹ CHK13TB,M&NMĐ
- 1 -
MỤC LỤC 1
LỜI CẢM ƠN 4
LỜI CAM ĐOAN 5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU 7
DANH MỤC HÌNH VẼ 8
LỜI NÓI ĐẦU 10
CHƯƠNG 1 12
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐIVÀ VẤN ĐỂ TỔN THẤT ĐIỆN
NĂNG 12
1.1.Vai trò của lưới điện phân phối trong hệ thống điện 12
1.2. Đặc điểm chung của lưới phân phối 14
1.3. Một số vấn đề tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối 14
1.3.1. Hiệu quả của sử dụng điện 15
1.3.3.1.Hộ gia đình khu vực sử dụng điện 15
1.3.3.2. Tác động của việc sử dụng điện đối với môi trường 15
1.3.2. Tổn thất phi kĩ thuật 15
1.3.3. Tổn thất kĩ thuật 15
1.3.3.1. Các loại tổn thất kĩ thuật (dây dẫn) 16
1.3.3.2. Phương pháp tiếp cận để tính tổn thất 16
1.3.3.3. Tổn thất trong máy biến áp phân phối 17
CHƯƠNG 2 19
PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ GIẢM TỔN THẤT
ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI 19
2.1. Bù công suất phản kháng 19
2.1.1. Các vấn đề chung trong bù công suất phản kháng 19
3.2. Các bước thực hiện trong phần mềm PSS/ADEPT 29
3.2.1. Bước 1 thiết lập các thông số của mạng điện 29
3.2.2. Bước 2 tạo sơ đồ cho lưới điện 31
3.2.3. Bước 3 chạy các chức năng tính toán 32
3.2.4. Bước 4 lập báo cáo 36
3.3. Ứng dụng chương trình PSS/ADEPT tính toán bài toán chọn vị trí bù công suất phản
kháng tối ưu cho một suất tuyến 22KV trạm E64 – Thành phố Thái Nguyên 38
4Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Vũ Thị Mỹ CHK13TB,M&NMĐ
- 3 -
3.3.1. Giới thiệu về lưới điện phân phối Thành phố Thái Nguyên 38
3.3.2. Tính toán chọn vị trí bù công suất tối ưu 87
3.3.3. Thiết lập thông số của đường dây và máy biến áp 38
3.3.4. Xác định dung lượng, vị trí bù tối ưu kinh tế trên lộ 475, trạm E64 38
KẾT LUẬN 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55
PHỤ LỤC 57
6Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Vũ Thị Mỹ CHK13TB,M&NMĐ
- 5 -
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là những
nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác
giả trong và ngoài nước đã được xuất bản. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có
sử dụng lại kết quả của người khác. Tác giả
Vũ Thị Mỹ
8Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Vũ Thị Mỹ CHK13TB,M&NMĐ
- 7 -
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.2 Tác động của tổn thất điện năng đến môi trường
Bảng 3.1 Phụ tải đường dây 475
Bảng 3.5 Vị trí và dung lượng tụ bù cố định ở lưới trung áp
Bảng 3.6 Tổn thất trước và sau khi bù
Bảng 3.7 Vị trí và dung lượng bù cố định ở lưới hạ áp
Bảng 3.8 Tổn thất trước và sau khi bù tụ bù
Bảng 3.10 Lượng tổn thất công suất giảm được so với trước khi bù
Hình 2.8 So sánh việc giảm tổn thất có thể đạt được từ n=1,2,3 và ∞ bộ tụ với λ=0
Hình 2.9 So sánh việc giảm tổn thất có thể đạt được từ n=1,2,3 và ∞ bộ tù với λ=1/4
Hình 2.10 Quan hệ giữa tỉ lệ bù tổng và hệ số phụ tải phản kháng đối với tải
phân bố đều (λ=0 và α=1)
Hình 2.11 Giảm tổn thất điện nặng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ được lắp đặt tại vị
trí tối ưu ( F
LD
=0,2)
Hình 2.12 Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kì được lắp đặt tại vị
trí tối ưu (F
LD
=0,4)
Hình 2.13 Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ được lắp đặt tại vị
trí tối ưu (F
LD
=0,6)
Hình 2.14 Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kì được lắp đặt tại vị trí
tối ưu (F
LD
=0,8)
Hình 2.15 Giảm tổn thất điện năng với kích cỡ bộ tụ bất kỳ được lắp đăth tại vị
trí tối ưu (F
LD
=1.0)
Hình 3.1 Chu trình triển khai của phần mềm PSS/ADEPT
Hình 3.2 Thiết lập thông số mạng lưới điện
Hình 3.22 Thẻ thiết lập thông số đường dây
Hình 3.23 Đồ thị phụ tải những ngày điển hình năm 2010 của xuất tuyến 475-E64
Hình 3.24 Tính toán bù trung áp trên PSS/ADEPT
Hình 3.25 Thẻ tính toán dung lượng bù hạ áp
11Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Vũ Thị Mỹ CHK13TB,M&NMĐ
- 10 -
LỜI NÓI ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
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. Vấn đề công suất phát ra
phải được đưa đến và tận dụng một cách hiệu nhất, không để lãng phí quá nhiều ảnh
hưởng đến kinh tế là một bài toán được rất nhiều đề tài nghiên cứu. Tổn hao công suất
là vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng nguồn điện và kinh tế, để giảm nó một trong
những biện pháp khá hiệu quả là bù công suất phản kháng cho lưới điện.
Một số hệ thống lưới điện trên các tỉnh thành của nước ta không có hệ thống bù
công suất phản kháng thậm chí còn không quan tâm đến vấn đề này. Do đó hệ số công
suất cosφ có giá trị nhỏ điều này ảnh hưởng rất lớn đến các tham số kinh tế kỹ thuật của
mạng điện như: Giảm chất lượng điện áp, tăng tổn thất công suất và tăng đốt nóng dây
dẫn, tăng tiết diện dây dẫn, hạn chế khả năng truyền tải công suất tác dụng, không sử
dụng hết khả năng của động cơ sơ cấp, giảm chất lượng điện, tăng giá thành điện năng.
Ở một số tỉnh đã quan tâm vấn đề này như Hà Nội, Hải Dương, Nam Định, Ninh
Bình nhưng việc thực thi thì rất ít. Nếu có hệ thống bù công suất phản kháng thì chỉ
là bù tĩnh, thiết bị bù không có cơ cấu tự động điều chỉnh mang lại hệ số công suất
cosφ lớn cỡ trên 0,9 điều này cũng dẫn đến những ảnh hưởng đáng kể như vào giờ
thấp điểm có hiện tượng dòng công suất phản kháng chạy ngược, làm tăng tổn thất và
thu thập dữ liệu lưới điện để đưa vào chương trình tính toán.
5. Tên đề tài
“ Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối”
6. Bố cục của luận văn
Luận văn gồm các nội chính như sau:
Lời mở đầu
Mục lục danh mục các bảng
Danh mục hình vẽ
Chương 1. Tổng quan về lưới phân phối và vấn đề tổn thất điện năng
Chương 2. Phương pháp bù công suất phản kháng để giảm tổn thất điện năng trên lưới
phân phối
Chương 3. Ứng dụng chương trình PSS/ADEPT tính toán bù công suất phản kháng
cho đường dây 22kV sau thanh góp trạm E64 – Thành Phố Thái Nguyên
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
13Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chương 1
Học viên: Vũ Thị Mỹ CHK13TB,M&NMĐ
- 12 -
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ VẤN ĐỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
1.1. VAI TRÒ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRONG HTĐ
Hệ thống điện (HTĐ) bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường
dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ
sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng.
HTĐ phát triển không ngừng trong không gian và thời gian ddeerr đáp ứng
nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải. Tùy theo mục đích nghiên cứu, HTĐ được
phân chia thành các phần hệ thống tương đối độc lập nhau.
hoặc việc chuyên chở nhiên liệu thuận lợi, ít tốn kém, trong khi đó các trung tâm
phụ tải lại ở xa do vậy phải dùng lưới truyền tải để truyền tải điện năng đến các phụ
tải. Vì lí do kinh tế cũng như an toàn, người ta không thể cung cấp trực tiếp cho các
phụ tải bằng lưới truyền tải, do vậy phải dùng lưới điện phân phối.
Lưới điện phân phối thực hiện nhiệm vụ phân phối điện cho 1 địa phương (
một thành phố, quận, huyện) có bán kính cung cấp điện nhỏ, dưới 50km.
Lưới điện phân phối nhận điện từ các trạm phân phối khu vực gồm:
- Lưới điện có các cấp điện áp 110/35kV, 110/22kV, 110/10kV, 110/6kV.
- Lưới điện có các cấp điện áp 35/6kV, 35/10kV, 35/22kV.
Mạng phân phối có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kĩ thuật của toàn hệ
thống. Cụ thể là:
1. Chất lượng cung cấp điện: Ở đây là độ tin cậy cung cấp điện và độ dao
động của điện áp tại hộ phụ tải.
2. Tổn thất điện năng: Thường tổn thất điện năng ở lưới phân phối lớn gấp 3
đến 4 lần so với tổn thất điện năng ở lưới truyền tải.
3. Giá đầu tư xây dựng: Nếu chia theo tỷ lệ cao áp, phân phối trung áp, phân
phối hạ áp thì vốn đầu tư mạng cao áp là 1, mạng phân phối trung áp thường từ 1,5
đến 2,5 và mạng phân phối hạ áp thường từ 2 đến 2,5 lần.
4. Xác xuất sự cố: Sự cố gây ngừng cung cấp điện sửa chữa bảo dưỡng theo
kế hoạch, cải tạo, đóng trạm mới trên lưới phân phối cũng nhiều hơn lưới truyền tải.
Với các đặc điểm trên, việc nghiên cứu lưới phân phối rất phức tạp và đòi hỏi
nhiều thông tin.
15Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chương 1
Học viên: Vũ Thị Mỹ CHK13TB,M&NMĐ
- 14 -
1.2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI
Lưới phân phối có một số đặc điểm chung như sau:
- Chế độ vận hành bình thường của lưới phân phối là vận hành hở, hình tia hoặc
dạng xương cá. Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện thỉnh thoảng cũng có cấu
1.3.1.1.Hộ gia đình khu vực sử dụng điện
1.3.1.2.Tác động của việc sử dụng điện với môi trường.
Bảng 1.2. Tác động của tổn thất điện năng đến môi trường
Environmental
measure
Typical impact Impact due to losses
Water use 1.25 kL/MWh 13500 ML
Ash emission 0.37 kg/MWh 4 ktonne
Coal use 480 kg/MWh 5.18Mtonne
CO2 output 900 kg/MWh 9.72 Mtonne
SOX output 7.4 kg/MWh 80 ktonne
NOX output 3.7 kg/MWh 40 ktonne
Để giảm tác động của các máy phát điện trong môi trường ,năng lượng phải
được quản lí hiệu quả.Hai yếu tố chính góp phần vào sự tổn thất điện năng là tổn
thất cho phí kĩ thuật và tổn thất kĩ thuật.
1.3.2 Tổn thất phi kĩ thuật
Những tổn thất phi kĩ thuật và kĩ thuật của lưới điện phân phối được kết nối
và tính toán như tổn thất của lưới điện phân phối.vì vậy thật cần thiết để lấy lại giá
trị ước tính của tổn thất kĩ thuật và tổn thất phi kĩ thuật trong lưới.những tổn thất
phi kĩ thuật là không thể tính toán ,do đó tổn thất kĩ thuật phải được bắt nguồn và
định lượng cho lưới điện phân phối.
1.3.3.Tổn thất kĩ thuật
Tổn thất kĩ thuật là do dòng điện chạy trong một dây dẫn tạo ra nhiệt và tác
động đến điện trở,gây tổn thất điện năng:
- Tổn thất đồng
- Tổn thất điện môi
- Tổn thất do cảm ứng hay bức xạ
17Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chương 1
trăm 2 pha,i3 là tỉ lệ phần tăm 3 pha và T là khoảng thời gian xem xét(giờ).
e.Các tổn thất liên quan đến khách hàng
f.Tổn thất trong lưới điện áp thấp
18Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chương 1
Học viên: Vũ Thị Mỹ CHK13TB,M&NMĐ
- 17 - Hình 1.1 Các nhánh lưới trong một lưới điện áp thấp
Tổng các dòng nhánh được tính từ kirhoff áp dụng cho mỗi nút mạng bằng
0,những tổn thất điện năng hàng ngày cho một nhánh (es)có thể được đánh giá bởi:
)()(
1000
1
‡”‡”
1 1
2
.
ngày
điện và kinh tế, để giảm nó một trong những biện pháp khá hiệu quả là bù công suất
phản kháng cho lưới điện. Do đó chương 2 tác đề cập đến vấn đề lý thuyết về
phương pháp bù công suất phản kháng để giảm tổn thất trên lưới phân phối. 20Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chương 2
Học viên: Vũ Thị Mỹ CHK13TB,M&NMĐ
- 19 -
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ GIẢM TỔN
THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI
2.1 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.1.1 Các vấn đề chung trong việc bù công suất phản kháng.
Việc bù công suất phản kháng gồm hai loại:
- Bù cưỡng bức:
+ Còn được gọi là bù kỹ thuật một lượng công suất phản kháng nhất định để
đảm bảo cân bằng công suất phản kháng, công suất này được điều chỉnh để có thể
thích ứng với các chế độ vận hành khác nhau của lưới. Việc thực hiện bù này
thường được thực hiện tại các trạm biến áp thanh góp 220kV/110kV.
+ Một phần công suất bù, thường là phần cố định có thể được phân tán xuống
lưới truyền tải để giảm tổn thất trong lưới. Tuy nhiên, phải hết sức cân nhắc vì như
vậy, độ tin cậy của công suất bù này sẽ bị giảm và để an toàn trong hệ thống điện
phải tăng độ dự trữ công suất phản kháng.
+ Ngoài ra, do vai trò của mình trong hệ thống nên không thể không có công
suất phản kháng lưu thông trên lưới. Tuy nhiên, chính công suất phản kháng gây
nên tổn thất trên lưới. Do đó, bù cưỡng bức nhằm để giảm thiểu tổn thất trên lưới
phân phối.
- Bù kinh tế: Nhằm giảm tổn thất điện năng và tổn thất điện áp do đó nâng
do thực hiện bù sâu hơn, nhưng nguy cơ cộng hưởng và tự kích thích rất cao (xảy ra
khi công suất bù ở chế độ min lớn hơn nhu cầu của phụ tải). Tuy nhiên, hầu hết các
thiết bị đều được trang bị thiết bị điều khiển tự động nên nguy cơ trên là hầu như
không xảy ra.
2.1.2 Lý thuyết cơ bản về bù công suất phản kháng
2.1.2.1 Hệ số công suất
2.1.2.2 Điều chỉnh hệ số công suất Hình 2.2: Minh hoạ ảnh hưởng của thiết bị bù đối
với sự điều chỉnh hệ số công suất
Một phụ tải P
1
+ jQ
1
có hệ số công suất được
xác định theo công thức sau:
2
1
2
1
1
1
QP
P
cos
+
=ϕ (2.9)
Khi được cung cấp một lượng công suất phản kháng Q
Hình 2.3: a) Mạch tương đương của hệ thống và phụ tải
b) đồ thị vectơ pha cho hình a (chưa bù)
c) Đồ thị vectơ pha cho hình a (Bù cho điện áp không đổi)
jX
S
I
S
ϕ
L
S
ϕ
L R
S
I
S
∆
U
U
E
I
LI
C(c)
I
S
0.3
0.1
1
0.2 0.4 0.5 0.6
0.7
0.8
1
0.9
0 1.0
đ
ộ giảm tổn
th
ất
bù
vị trí lắp đặt tụ bù
Hình (2.8) cho ta độ giảm tổn thất khi lắp đặt bộ tụ có dung lượng tối ưu
v
ới các tổ hợp các loại tải.
24Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chương 2
Học viên: Vũ Thị Mỹ CHK13TB,M&NMĐ
- 23 -
0.8
0.9
0
1.0
0.1
0.
3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.9
0.8
C=
0.1
C=
V
ị trí lắp đặt tụ b
ù25Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Copyright: Tài liệu đại học ©