1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS Đàm Xuân Hiệp. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp
đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong
luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Đinh Văn Bằng


2

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy
trong chương trình Cao học khoa quản lý năng lượng khóa 2012- 2014 Trường Đại
học Điện lực.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đàm Xuân Hiệp, cảm ơn các Thầy, Cô
khoa Quản lý Năng Lượng Trường Đại học Điện lực đã tận tình hướng dẫn cho tôi
trong thời gian thực hiện luận văn, chỉ bảo đã cho tôi nhiều kinh nghiệm trong thời
gian thực hiện đề tài.
Tôi xin cảm ơn các cán bộ công nhân viên Công ty điện lực Phú Thọ đã giúp
đỡ tôi trong quá trình thu thập dữ liệu và thông tin của luận văn.
Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên
luận văn còn nhiều thiếu, rất mong nhận được ý kiến góp ý của Thầy, Cô và các anh
chị học viên.
Hà Nội, ngày 29 tháng 4 năm 2014.
Học viên
Đinh Văn Bằng


3

1.7. Kết luận ..........................................................................................................27
CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CÁC CĂN CỨ XÂY DỰNG QUY HOẠCH HỆ
THỐNG ĐIỆN PHÚ THỌ ..................................................................................... 28
2.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh Phú Thọ ..........................................28
2.1.1. Vị trí địa lý ...............................................................................................28
2.1.2. Hành chính ...............................................................................................28
2.1.3. Khí hậu, thuỷ văn .....................................................................................29
2.1.4. Tài nguyên khoáng sản ............................................................................29
2.2. Hiện trạng kinh tế - xã hội ..............................................................................30
2.2.1. Sản xuất nông, lâm nghiệp và thủy sản ...................................................30
2.2.2. Sản xuất công nghiệp ...............................................................................31
2.2.3. Bán lẻ hàng hóa, hoạt động các ngành dịch vụ........................................32
2.2.4. Phương hướng phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Phú Thọ giai đoạn
2015 – 2020 .......................................................................................................32
2.3. Hiện trạng hệ thống điện ................................................................................33
2.3.1. Lưới điện cao áp ......................................................................................33
2.3.2. Lưới điện trung thế ..................................................................................36
2.3.3. Lưới điện hạ áp và công tơ ......................................................................40
2.4. Tình hình phát triển điện năng .......................................................................41
2.5. Đánh giá tình hình quy hoạch phát triển hệ thống điện giai đoạn trước ........42
2.6. Dự báo nhu cầu điện tỉnh Phú Thọ .................................................................44
2.6.1. Dự báo nhu cầu phụ tải theo phương pháp trực tiếp................................44
2.6.2. Dự báo nhu cầu điện năng phương pháp ngoại suy .................................48
2.6.3. Dự báo nhu cầu phụ tải theo vùng ...........................................................55
2.7. Kết luận ..........................................................................................................56


5

CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN QUY HOẠCH HỆ THỐNG ĐIỆN

Hình 1.2. Cấu trúc của quy hoạch hệ thống năng lượng ...........................................10
Hình 1.4. Nhiệm vụ quy hoạch Hệ thống điện ..........................................................14
Hình 1.5. Cấu trúc mạng nơron nhân tạo ..................................................................16
Hình 1.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quy hoạch Hệ thống điện ...............................24
Bảng
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu chủ yếu kinh tế xã hội tỉnh Phú Thọ đến 2020 .....................33
Bảng 2.2. Tình hình vận hành các trạm biến áp 110kV ............................................34
Bảng 2.3. Tình hình vận hành các tuyến dây 110kV ................................................35
Bảng 2.4. Đường dây trung thế .................................................................................37
Bảng 2.5. Trạm biến áp trung thế ..............................................................................38
Bảng 2.6. Tổng hợp lưới điện nông thôn theo các huyện thị ....................................40
Bảng 2.7. Diễn biến tiêu thụ điện năng tỉnh Phú Thọ 2008-2013 ............................42
Bảng 2.8. Nhu cầu điện năng toàn tỉnh Phú Thọ theo cơ cấu 5 thành phần .............46
Bảng 2.9. Tổng hợp nhu cầu điện năng toàn tỉnh Phú Thọ theo các phương án (chi
tiết xem phụ lục) ........................................................................................................47
Bảng 2.10. Tình hình tiêu thụ điện năng tinh Phú Thọ 2008-2013 ..........................49
Bảng 2.11. Bảng tổng kết dự báo nhu cầu điện năng của các ngành ........................54
Bảng 2.12. Kết quả phân vùng phụ tải điện tỉnh Phú Thọ ........................................56
Bảng 3.1. Cân bằng nguồn cấp điện cho tỉnh Phú Thọ .............................................58
Bảng 3.2. Hệ số mang tải tại các trạm sau dự báo ....................................................62
Bảng 3.3. Hệ số mang tải tại các đường dây sau dự báo ..........................................62
Bảng 3.4. Quy mô, điện áp, tiến độ xây dựng các trạm 110kV tới 2025 ..................65


7

Bảng 3.5. Hệ số mang tải tại các trạm sau quy hoạch 2020.....................................68
Bảng 3.6. Hệ số mang tải tại các đường dây sau quy hoạch 2020 ...........................69
Bảng 3.7. Khối lượng xây dựng đường dây tỉnh Phú Thọ đến năm 2020 ................73
Bảng 3.8. Khối lượng xây dựng trạm biến áp tỉnh Phú Thọ tới 2020 .......................75

điện Tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2015-2020, có xét đến năm 2025” để thực hiện luận
văn tốt nghiệp.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn.
- Xây dựng Quy hoạch hệ thống điện tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2015-2020, có
xét đến năm 2025.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn
- Hệ thống hóa và làm sáng tỏ những cơ sở lý luận về quy hoạch và phát
triển hệ thống điện.
- Phân tích tình hình thực hiện quy hoạch giai đoạn trước, thực trạng hệ
thống điện Phú Thọ, tình hình vận hành và phát triển điện năng qua các năm. Rút ra


9

được nhận xét về hiện trạng nguồn và lưới điện, kết hợp với dự báo nhu cầu tiêu thụ
điện của tỉnh Phú Thọ, từ đó đưa ra các phương án quy hoạch phù hợp.
- Đề xuất và đánh giá phương án Quy hoạch hệ thống điện tỉnh Phú Thọ.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn.
- Là hệ thống điện tỉnh Phú Thọ, bao gồm hiện trạng lưới điện và nguồn trên
địa bàn tỉnh cũng như dự báo nhu cầu phát triển hệ thống điện tỉnh đến giai đoạn
quy hoạch 2015-2020, có định hướng đến 2025.
5. Phương pháp nghiên cứu của luận văn.
Luận văn này sẽ sử dụng hai phương pháp dự báo nhu cầu điện năng là
phương pháp tính trực tiếp và phương pháp ngoại suy để đưa ra nhu cầu phụ tải
trong giai đoạn quy hoạch.
Từ đó, luận văn sẽ sử dụng các phương pháp phân tích lưới điện và quy
hoạch kiểm tra quá tải, kết hợp tra cứu qua tài liệu, tạp chí, sách báo chuyên ngành
cùng các báo cáo phản ánh thực trạng lưới điện của công ty, để từ đó đưa ra phương
án quy hoạch có hiệu quả nhất.
6. Cấu trúc của luận văn.

Thủy năng

Điện năng

Hạt nhân

Sản phẩmdầu

Dầu thô

Sản phẩm khí

Khí thiên
nhiên
Than đá

Than thương mại

Thiết bị sử dụng năng lượng

Năng lượng

Động lực
Hơi nước
Nhiệt
Chiếu sáng

Hình 1.1. Hệ thống biến đổi và sử dụng năng lượng
Từ nhu cầu năng lượng cuối cùng, có xét đến tổn thất năng lượng trong các
khâu truyền tải, phân phối và biến đổi năng lượng, có thể giải bải toán tối ưu để tính

QUY
HOẠCH
NĂNG
LƯỢNG
MỚI

QUY HOẠCH LƯỚI ĐIỆN

KHÍ

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Hình 1.2. Cấu trúc của quy hoạch hệ thống năng lượng
Quy hoạch cung cấp năng lượng khu vực bao gồm các bước sau
- Phân tích tình hình tiêu thụ năng lượng: Thu thập các thông tin về tình hình
tiêu thụ các dạng năng lượng (than, dầu. điện, năng lượng mới, năng lượng truyền
thống, ...) theo các ngành kinh tế: công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, thương mạidịch vụ, ...
- Tình hình sản xuất và cung cấp năng lượng của khu vực:
+ Tình hình sản xuất năng lượng trong khu vực: Điện từ các nguồn khác
nhau (thuỷ điện, Diesel, Pin mặt trời, ...), Biogaz, Than, củi, ...
+ Hiện trạng của mạng lưới phân phối năng lượng: số trạm biến áp, công


12

suất, số Km đường dây, số điểm phân phối LPG, ...
- Lập bảng cân bằng năng lượng của khu vực
- Chiến lược phát triển kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu
+ Tổng sản phẩm quốc nội (GDP);
+ Cơ cấu kinh tế;
+ Dự kiến tốc độ tăng trưởng kinh tế, tăng trưởng thu nhập;

2005, tr3)
1.2.3. Nhiệm vụ
Quy hoạch phát triển hệ thống điện là một bộ phận quan trọng nhất trong quy
hoạch hệ thống năng lượng. Nhiệm vụ của quy hoạch phát triển hệ thống điện là
nghiên cứu và lập luận chứng kinh tế - kỹ thuật, các giải pháp quyết định sự phát
triển của hệ thống điện khu vực, nhằm đảm bảo cung cấp đủ điện cho các hộ tiêu
thụ với chi phí nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng
điện năng (Trần Trung Nhân, 2008). Nhiệm vụ cụ thể của quy hoạch phát triển hệ
thống điện như sau:
- Dự báo nhu cầu điện năng của hệ thống cho tương lai có xét đến định hướng
phát triển kinh tế – xã hội của đất nước.
- Xác định tỉ lệ tối ưu giữa các loại nguồn năng lương sơ cấp: thủy năng, nhiên
liệu hóa thạch (than, dầu, khí tự nhiên), hạt nhân, các dạng năng lượng mới và tái
sinh dùng để chuyển thành điện năng trong từng giai đoạn tương lai.
- Xác định khả năng xây dựng và điều kiện đưa vào hoạt động của các loại nhà
máy điện khác nhau trong hệ thống điện sao cho đạt được hiệu quả tối ưu.
- Xây dựng những nguyên tắc cơ bản về phát triển hệ thống lưới điện truyền
tải và phân phối vấn đề liên kết hệ thống, tải điện đi xa, cấu trúc tối ưu của lưới
điện, vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng, vấn đề giảm thiểu ảnh hưởng
của việc phát triển điện năng lên môi trường...


14

Hình 1.4. Nhiệm vụ quy hoạch Hệ thống điện
(Trần Trung Nhân, 2008, tr.4)
1.3. Các phương pháp dự báo nhu cầu phụ tải
1.3.1. Phương pháp hệ số đàn hồi theo nhịp tăng GDP các thành phần kinh tế
Phương pháp này thích hợp với các dự báo trung và dài hạn. Phương pháp
luận của phương pháp dự báo này là trên cơ sở dự báo các kịch bản phát triển kinh

i 1

Để xác định được các giá trị của a, b, c… ta đạo hàm riêng hàm  theo a, b,
c… và giải hệ phương trình xác định được các giá trị của a, b, c…



 n

  yi  i ( a, b, c...x   a  0
 i 1
 n

0
  yi  i ( a, b, c...x  
b
 i 1
................................................



1.3.3. Phương pháp đối chiếu
Phương pháp này so sánh đối chiếu nhu cầu phát triển điện năng của các nước
có hoàn cảnh tương tự, phương pháp này tương đối đơn giản, thường được dùng
mang tính tham khảo, kiểm chứng.


16

1.3.4. Phương pháp mạng nơ-ron nhân tạo

Nội dung của phương pháp này là xác định nhu cầu điện năng của năm dự báo
dựa trên tổng sản lượng kinh tế của các ngành năm đó và suất tiêu hao điện năng
của từng loại sản phẩm, phương pháp tỏ ra khá chính xác khi có tương đối đầy đủ
các thông tin về tốc độ pháp triển kinh tế, mức độ áp dụng tiến độ khoa học kỹ
thuật…Với ưu điểm về độ chính xác, bám sát thực tế phát triển của khu vực dự báo,
không quá phức tạp nên phương pháp này dùng được phổ biến cho các dự báo tầm
ngắn (1-2 năm) và tầm vừa (3-10 năm) trong các đề án quy hoạch tỉnh, thành phố,
huyện…
Dựa trên cơ sở chia các phụ tải ra làm 5 thành phần
+ Dữ liệu đầu vào:
Tổng sản lượng kinh tế các ngành, suất tiêu hao năng lượng từng loại sản phẩm.
Điện thương phẩm và nhu cầu điện năng của cở sở cần tính toán
+ Dữ liệu đầu ra: Công suất
Điện nhận
Điện thương phẩm
Tốc độ tăng trưởng điện năng
+ Đánh giá sai số: phương pháp trực tiếp dựa trên những số liệu thu thập thực
tế tại cơ sở cần tính toán. Các số liệu tăng trưởng điện năng trong những năm gần


18

nhất, những kế hoạch đầu tư trong giai đoạn quy hoạch cũng đã được tính đến, nhu
cầu điện và sản lượng điện thương phẩm của các ngành công nghiệp – xây dựng ,
dịch vụ, nông, lâm, ngư nghiệp, điện năng cho ánh sáng sinh hoạt trong những năm
gần nhất. Do có những số liệu thực tế đầy đủ và đã tính đến các phương án cao, cơ
sở, thấp nên phương pháp này luôn đáp ứng được nhu cầu phụ tải. Sai số của
phương pháp này trong khoảng 1÷10%.
1.4. Các phương pháp quy hoạch hệ thống điện
1.4.1. Bài toán quy hoạch

ra giá trị tối ưu và phương án tối ưu của bài toán quy hoạch. Tuy nhiên cách giải
quyết này khó có thể thực hiện được, ngay cả khi kích thước bài toán không lớn lắm
(số biến n và số ràng buộc m là không lớn) bởi vì tập D thông thường gồm một số
rất lớn các phần tử, trong nhiều trường hợp còn không đếm được.
Vì vậy cần có những nghiên cứu lý thuyết để có thể tách bài toán tổng quát
thành những bài toán có thể giải được. Các nghiên cứu lý thuyết đó thường là
nghiên cứu các tính chất của các thành phần bài toán (hàm mục tiêu, hàm ràng
buộc, các biến số, các hệ số). Các điều kiện tồn tại lời giải chấp nhận được, các điều
kiện cần và đủ của cực trị, tính chất của các đối tượng nghiên cứu.
Các tính chất của các thành phần bài toán và đối tượng nghiên cứu giúp ta
phân loại bài toán.
Một bài toán quy hoạch được gọi là bài toán:
+ Quy hoạch tuyến tính nếu hàm mục tiêu f(X) và tất cả các hàm ràng buộc
gi(X); I = 1,2,..,m là tuyến tính.
f(X) = ∑ cjxj  min (max)

(1.6)

gi(X) = ∑aịxj (≤;=;≥) bi, i=(1,2,…,m)

(1.7)

Trong đó: cj, aị, bi là các hằng số.
+ Quy hoạch tham số nếu các hệ số trong biểu thức hàm mục tiêu và các ràng
buộc phụ thuộc tham số.
+ Quy hoạch động nếu đối tượng xét là các quá trình có nhiều giai đoạn nói
chung hay các quá trình phát triển theo thời gian nói riêng. Mô hình quy hoạch động
thường được coi là công cụ tương đối vạn năng. Để giải bài toán (1.4), (1.5) người
ta thường rời rạc hóa các giá trị của biến. Thực chất của phương pháp này là liệt kê,
lựa chọn có quy tắc tổ hợp giá trị rời rạc của các biến thỏa mãn (1.5) sao cho giá trị

Nhược điểm càng tăng khi số biến cần tìm của bài toán càng nhiều. Như vậy, do
tính phức tạp nhiều yếu tố của bài toán quy hoạch phi tuyến nên mô hình phi tuyến
thường được đưa về bài toán quy hoạch tuyến tính.
1.4.2. Phương pháp quy hoạch không chính quy
Phương pháp quy hoạch không chính quy được đặt trên cơ sở các phân tích
trực quan, có quan hệ chặt chẽ với suy nghĩ của các chuyên gia. Phương pháp này


21

có thể đưa ra một sơ đồ thiết kế tốt trên cơ sở kinh nghiệm và sự phân tích. Dù sao
nó cũng không phải là một phương pháp tối ưu hóa toán học chặt chẽ.
Phương pháp quy hoạch không chính quy được áp dụng rộng rãi trong quy
hoạch lưới điện vì tính chất dễ hiểu, mềm dẻo, tốc độ tính toán nhanh, dễ thu hút cá
nhân trong công việc thiết kế và có thể thu được một lời giải tối ưu tương đối mà
điều đó phù hợp với những yêu cầu thực tế của kỹ thuật.
Phương pháp không chính quy bao gồm việc kiểm tra quá tải, phân tích độ
nhạy và thành lập sơ đồ. Chúng được mô tả như sau:
1.4.2.1. Kiểm tra quá tải
Trong giai đoạn lập sơ đồ, vấn đề mấu chốt là liệu có đủ khả năng tải không,
tức là liệu có đường dây nào bị quá tải không. Vì vậy, kiểm tra quá tải là điều bắt
buộc. Theo sự vận hành bình thường và ngẫu nhiên của thiết bị, ta phải khẳng định
rằng không có đường dây nào bị quá tải trong điều kiện làm việc bình thường và đôi
khi thậm chí cả trong điều kiện sự cố một đường dây. Điều đó được gọi là “nguyên
lý kiểm tra N-1”. Vì vậy để kiểm tra một đường dây có bị quá tải hay không là việc
tính toán phân phối dòng tải và khả năng tải của một đường dây là rất quan trọng.
Sự cân bằng dòng tải xoay chiều có thể được dùng để thực hiện việc phân
tích dòng tải một cách chính xác và đưa ra một sự phân bố toàn diện của công suất
tác dụng và công suất phản kháng, điện áp và góc pha trong hệ thống. Phương pháp
này, dù sao cũng dẫn tới một khối lượng tính toán rất lớn khi nó cần phải tiến hành

chủ yếu bao gồm chi phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành. Mục đích của bài
toán quy hoạch lưới điện là tối thiểu hóa hàm mục tiêu nói trên.
Để giải bài toán quy hoạch lưới điện có các công cụ như quy hoạch tuyến
tính, quy hoạch động, quy hoạch nguyên hỗn hợp, thuật toán nhánh và cận và
phương pháp hình học. Nhìn chung các công cụ trên đang ở trong quá trình phát
triển và hoàn thiện nên có một số hạn chế ứng dụng vào thực tế.
So với phương pháp quy hoạch bằng kinh nghiệm, phương pháp quy hoạch
bằng toán học có xét đến sự tác động lẫn nhau giữa các biến. Tuy nhiên, do số
lượng biến rất lớn và các ràng buộc là rất phức tạp nên các công cụ tối ưu hóa nêu
trên sẽ rất khó có thể giải quyết những bài toán cho lưới điện có quy mô lớn. Do đó
khi lập công thức toán cho một bài toán quy hoạch lưới, mỗi phương pháp đều có
những đơn giản hóa các vấn đề thực tế. Hơn nữa, có một số nhân tố có tính quyết


23

định rất khó có thể mô hình hóa dưới dạng toán học được dẫn đến một lời giải tối
ưu toán chưa chắc chắn là một phương án tối ưu trong thực tế. Hiện nay, xu hướng
của quy hoạch lưới điện là kết hợp phương pháp kinh nghiệm và phương pháp toán
học để đạt được kết quả tối ưu nhất
1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quy hoạch
- Đặc điểm kinh tế khu vực: yếu tố này ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng
của phụ tải điện.
- Chính sách phát triển quốc gia: bao gồm phát triển kinh tế, phát triển hệ
thống điện, phát triển dân số, chính sách hiện đại hóa đô thị,…
- Điều kiện tự nhiên xã hội của khu vực quy hoạch bao gồm: vị trí địa lý,
diện tích, dân số, các khu vực sản xuất ... Những đặc điểm về khí hậu, nhiệt độ khu
vực, tốc độ gió, hướng gió và mức độ ô nhiễm của không khí. Các yếu tố này ảnh
hưởng rất nhiều đến bài toán quy hoạch hệ thống điện như khí hậu sẽ ảnh hưởng
đến việc phân tuyến dây, chọn thiết bị, chọn phương án thi công, …

(Trần Trung Nhân, 2008, tr.3)
1.6. Quan hệ giữa năng lượng và môi trường
Sự phát triển của ngành năng lượng có ảnh hưởng rất lớn đến môi trường. Khí
đốt, than, dầu và khí đốt để biến nhiệt năng thành điện năng trong các nhà máy điện
không thể tránh khỏi việc thải ra bầu khí quyển một lượng lớn bụi và các chất thài


25

độc hại khác.
Việc ảnh hưởng đến môi trường của quá trình sản xuất và tiêu thụ năng lượng
có thể kể ra các mặt chủ yếu sau:
1.6.1. Gây ô nhiễm tầng khí quyển
Các chất thải độc hại từ các nhà máy nhiệt điện có thể liệt kê như CO, CO 2,
NO, ... (ví dụ như đốt 1 tấn than sẽ sinh ra 66kg SO2). Phế thải vào trong không khí
do con người đốt nhiên liệu là trên 5 tỉ tấn, lượng SO2 là 200 triệu tấn, lượng NOx là
150 triệu tấn...
Ngày 5-12-1952 tại Luân Đôn của nước Anh đã xảy ra sự kiện “làn khói chết
người” làm chấn động thế giới, người ta đã đo đạc trên bầu trời Luân Đôn và thấy
rằng hàm lượng SO2 là 3,8mg/m3 cao gấp 6 lần so với bình thường và hàm lượng
bụi đã là 4,5mg/m3 cao gấp 10 lần so với mức bình thường nên chỉ trong 5 ngày đã
có hơn 4.000 người bị chết, trong đó phần lớn là người già và trẻ em, hai tháng tiếp
theo lại có thêm 8.000 người bị chết.
1.6.2. Sự ô nhiễm nguồn nước
Nước của các đại dương, hồ, ao, sông, suối ngày càng bị ô nhiễm nặng nề. Các
nhà máy nhiệt điện vừa thải khói ra môi trường lại vừa thải các chất độc hại xuống
nguồn nước gây ra sự axit hóa môi trường (ao, hồ, sông suối) chính là 1 nguy cơ ô
nhiễm nguồn nước. Hiện tượng axit hóa không phải bắt nguồn duy nhất từ nguồn
gốc tự nhiên mà nó là kết quả sự biến đổi thành axit của khí SO2 (tỷ lệ 2/3) và của
khí NOx (tỷ lệ 1/3) nhả ra từ cột ống khói của các nhà máy điện. Các axit này sẽ di