BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------HOÀNG TUẤN TÚ

TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN
QUẢNG NINH CÓ XÉT ĐẾN VIỆC SỬ DỤNG CÁC
NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện - Hệ thống điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Bạch Quốc Khánh

Hà Nội - 2014

0


MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................... 0
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 4
CHƯƠNG MỞ ĐẦU .................................................................................................. 5
CHƯƠNG 1. VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI
PHÂN PHỐI ĐIỆN..................................................................................................... 8
1.1. Tổng quan chung về tổn thất điện năng .......................................................... 8
1.2. Tổng quan các phương pháp tính toán tổn thất điện năng lưới điện phân
phối .......................................................................................................................... 9
1.2.1. Xác định tổn thất điện năng với sự trợ giúp của các thiết bị đo ............ 10
1.2.3. Xác định tổn thất điện năng theo các đặc tính xác suất của phụ tải ..... 12

3.1.2. Mô phỏng đặc tính công suất phát của các nguồn năng lượng tái tạo .. 40
3.1.3. Công cụ tính toán..................................................................................... 43
3.2. Trình tự tính toán và phân tích kết quả ........................................................ 48
3.2.1. Xét nguồn điện mặt trời (PV) .................................................................. 48
3.2.2. Xét nguồn điện gió ................................................................................... 57
3.2.3. Phân tích kết quả ..................................................................................... 59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 62
Tài liệu tham khảo .................................................................................................... 64
Phụ lục ...................................................................................................................... 65

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép
của ai. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các
tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo và các trang web
theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Tác giả

Hoàng Tuấn Tú

3


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của TS. Bạch Quốc Khánh,
giảng viên Bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện, Trường đại học Bách khoa Hà Nội Người chịu trách nhiệm hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này.
Từ đáy lòng mình, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô đã tham gia


> 4.000 MW

Khu vực miền núi: Đông Bắc; Tây Bắc, Bắc
Trung bộ; Nam Trung Bộ; Tây Nguyên. Cho
nối lưới và lưới điện nhỏ

Điện gió

> 30.000 MW

+ Miền trung, tây nguyên, các đảo
+ Các khu vực ven biển và nơi có gió địa hình
khác

Điện mặt trời

4-5
kWh/m2/ngày

+ Nhiệt mặt trời: Tất cả các khu vực dân cư
+ Điện mặt trời: Khu vực dân cư ngoài lưới
Nguồn: GIC Power

Việc phát triển NLTT tại Việt Nam rất cần thiết để đảm bảo an ninh năng lượng,
góp phần cải thiện sức khỏe cộng đồng, bảo vệ môi trường, ứng phó với biến đổi khí

5



phân phối điện.
6


-

Đánh giá ảnh hưởng của sử dụng các nguồn điện phân tán dùng năng lượng
tái tạo đến tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới phân phối
Quảng Ninh.

Vấn đề nghiên cứu của đề tài có tính cấp thiết lớn khi Quảng Ninh đang có những
dự án (do sở khoa học công nghệ Quảng Ninh thực hiện) phát triển các nguồn năng
lượng tái tạo. Kết quả nghiên cứu của luận văn nhằm cung cấp các đánh giá về tổn thất
lưới phân phối (nghiên cứu điển hình) ở các kịch bản lắp đặt các nguồn năng lượng tái
tạo có xét đến các đặc điểm riêng của công nghệ phát điện cho từng loại nguồn. Kết
quả đó có thể giúp cho các công tác quy hoạch, thiết kế, lựa chọn phương án lắp đặt sử
dụng các nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo trong lưới phân phối của tỉnh. Để đạt
được mục tiêu nghiên cứu của luận văn, bố cục chính của luận văn gồm các phần như
sau
- Chương Mở đầu
- Chương 1. Vấn đề tính toán tổn thất điện năng trong lưới phân phối điện
- Chương 2. Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo tại tỉnh Quảng Ninh
- Chương 3. Đánh giá tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối tỉnh Quảng
Ninh khi có các nguồn năng lượng tái tạo
- Kết luận và kiến nghị

7


CHƯƠNG 1


được đo; điện năng đã được đo nhưng không được vào hóa đơn; điện năng đã được vào
hóa đơn nhưng không được trả tiền hoặc chậm trả tiền…
Các thành phần tổn thất điện năng phụ thuộc vào điện áp, chủ yếu là tổn thất
không tải của máy biến áp và tổn thất vầng quang điện, có thể coi là không đổi, thường
được xác định từ các dữ liệu thống kê.
Thành phần tổn thất phụ thuộc vào dòng điện (phát nóng) được xác định dựa trên
cơ sở tính toán chế độ của hệ thống điện. Trong đó các tính toán được thực hiện để xác
định tổn thất công suất trên các đường dây và máy biến áp tại các thời điểm cụ thể, khi
đó tổn thất điện năng có thể tính được bằng cách chia đồ thị phụ tải/công suất nguồn
trong các ngày điển hình thành các khoảng thời gian với giá trị không đổi. Để tính
chính xác như vậy yêu cầu có đồ thị phụ tải và đồ thị công suất nguồn thống kê đồng
bộ trong các ngày vận hành, vì thế hầu như không thể thực hiện được, nhất là đối với
lưới điện phân phối trung áp.
Hơn nữa, đối với lưới phân phối điện, tổn thất điện năng chủ yếu xảy ra trên
đường dây và trong máy biến áp phân phối và các thành phần tổn thất chỉ có phát nóng
do điện trở dây dẫn, tổn thất trong cuộn dây máy biến áp và tổn thất không tải máy biến
áp.
1.2. Tổng quan các phương pháp tính toán tổn thất điện năng lưới điện phân phối
Khi truyền tải điện năng từ thanh cái nhà máy điện đến các công ty, nhà máy và
hộ dùng điện ta cần phải dùng dây dẫn và máy biến áp. Khi có dòng điện chạy qua, do
có điện trở và điện kháng trên đường dây nên nó đã gây ra tổn thất công suất dẫn đến
tổn thất về điện năng.
Trị số tổn thất điện năng trong bất kỳ một phần tử nào của mạng điện phụ thuộc
chủ yếu vào tính chất của phụ tải và sự thay đổi của phụ tải trong thời gian khảo sát.

9


Nếu phụ tải của đường dây không thay đổi và xác định được tổn thất công suất tác


R
0 U 2t dt
U 2 (t)

 Si2 Δt 
1

t

R n 2
Pi  Q i2 Δt
2 
UH 1

(2.2)

(2.3)

Tuy nhiên, trong tính toán thường không biết đồ thị p(t), q(t). Để tính hao tổn
năng lượng ta phải dùng phương pháp gần đúng dựa theo một số khái niệm quy ước
như thời gian sử dụng phụ tải cực đại (Tmax), thời gian hao tổn công suất cực đại (τmax)
và dòng điện trung bình bình phương (Itbbp). Ngoài ra còn có thể sử dụng một số
phương pháp khác như sử dụng công tơ, tính theo đồ thị phụ tải, theo đặc tính xác suất
của phụ tải,…
Dưới đây là tóm tắt một số phương pháp dùng để xác định tổn thất điện năng
trong mạng phân phối trung áp.
1.2.1. Xác định tổn thất điện năng với sự trợ giúp của các thiết bị đo
a. Xác định tổn thất điện năng theo các chỉ số công tơ
Phương pháp xác định tổn thất điện năng thông dụng nhất là so sánh sản lượng

Tỷ số máy biến dòng

R:

Điện trở tương đương của mạng điện

N:

Chỉ số của đồng hồ đo đếm tổn thất điện năng được ghi trong thời gian T
và được xác định bằng công thức:
N= I2.T (I:Dòng điện chạy trong mạng)

Phương pháp này có các ưu điểm là sử dụng đơn giản, dễ thực hiện.

11


Tuy vậy phương pháp này có một số nhược điểm lớn sau:
- Phương pháp này chỉ xác định được tổng hao tổn năng lượng của mạng, không
chỉ ra được các thời điểm cực đại và cực tiểu của phụ tải để từ đó có biện pháp san
bằng đồ thị phụ tải.
- Chỉ xác định được lượng điện năng tổn thất tại thời điểm đo đếm.
- Nếu cần xác định đồng thời hao tổn điện năng tại nhiều vị trí, khi đó ta phải sử
dụng nhiều công tơ gây tốn kém vì vậy cách này thường áp dụng trong những trường
hợp đặc biệt khi cần kiểm tra và số lượng công tơ sử dụng nhỏ.
1.2.3. Xác định tổn thất điện năng theo các đặc tính xác suất của phụ tải
Phụ tải điện là một đại lượng ngẫu nhiên, chịu tác động của nhiều yếu tố, vì vậy
tổn thất điện năng cũng là đại lượng ngẫu nhiên chịu tác động của nhiều yếu tố. Xét
mạng điện phân phối bao gồm các đường dây và các trạm biến áp ta xây dựng phương
pháp xác định tổn thất điện năng trong các phần tử của mạng.


(2.7)

Ar, Ax: Điện năng tác dụng và phản kháng, xác định theo chỉ số của công tơ đầu
nguồn,
Utb:

Điện áp trung bình của mạng điện,

T:

Thời gian khảo sát, h

Theo quy tắc “Ba xích ma” thì dòng điện cực đại IM = M(I) + 3σ (2.8)
Từ đó suy ra

σ

và hệ số biến động k v 

I M  MI 
3

(2.9)

I  MI 
σ
 M
(2.10)
MI 


(2.14)

b. Tổn thất trong các máy biến áp
Để đơn giản trong tính toán ta thay tất cả các máy biến áp bằng một máy đẳng
trị có công suất bằng tổng các công suất định mức của các máy. Tổn thất trong các máy
biến áp tiêu thụ gồm 2 thành phần: thay đổi và cố định. Thành phần thay đổi được xác
định tương tự như đối với đường dây với kỳ vọng toán dòng điện chạy qua biến áp
đẳng trị sẽ là

A 2r2  A 2x2
3U 2tb2T 2

MI ba 

(2.15)

Ar2, Ax2: Điện năng tác dụng và phản kháng ở cuối mạng đẳng trị.
Ar2 = Ar - ∆Ar
Ax2= Ax - ∆Ax
Utb2: Điện áp trung bình ở cuối đường dây kV,
Điện trở đẳng trị của các máy biến áp là
m

R đtb 

U 2n  ΔPki.103
i 1

 m

(kWh)

(2.18)

Tổng tổn thất điện năng tác dụng trong mạng phân phối là
∆A∑ = ∆Ar + ∆Acu + ∆AFe

(2.19)

- Ưu điểm của phương pháp này là tổng tổn thất điện năng ở đây chỉ cần dựa vào các
dữ kiện về lượng điện năng tiêu thụ tại đầu vào, dòng điện cực đại của mạng và mức
chệnh lệch điện áp giữa đầu vào và cuối đường trục. Các thông số này được xác định
dễ dàng bằng các thiết bị đo thông dụng. Điều đó giảm đáng kể thời gian thu thập và
xử lý số liệu, đồng thời nâng cao độ chính xác của phép tính.
- Các nhược điểm chính của phương pháp này bao gồm:
+ Để tính được hao tổn điện năng trên đường dây ta vẫn phải xác định được
điện trở đẳng trị của mạng điện, điều này gặp khó khăn khi mạng điện phức
tạp có nhiều nhánh và điểm nút giống như đã nói với phương pháp tính hao
tổn theo điện trở đẳng trị.
+ Phương pháp trên chỉ đạt độ chính xác cao khi sự phân bố xác suất của phụ
tải điện tuân theo quy luật hàm phân phối chuẩn, vì vậy muốn sử dụng
phương pháp này ta phải tiến hành đánh giá xem phụ tải điện trong mạng
tính toán có tuân theo quy luật hàm phân phối chuẩn hay không.
1.2.4. Phương pháp xác định tổn thất điện năng theo đường cong tổn thất

15


Thực chất của phương pháp tính tổn thất theo đường cong tổn thất là tiến hành
tính toán trên cơ sở biểu đồ phụ tải điển hình. Giả thiết biết được đồ thị phụ tải và cosφ

biểu đồ phụ tải cho ta xác định được ΔPmax, ΔPmin và τ. Phương pháp này là công cụ rất
hiệu quả để giải quyết các bài toán khác nhau liên quan đến tính kinh tế, kỹ thuật, vận
hành cung cấp điện do xây dựng được họ đường cong với các giá trị khác nhau.

16


- Các nhược điểm chính của phương pháp này là để xây dựng được đường cong
tổn thất công suất ta phải thu thập nhiều thông tin, xây dựng biểu đồ phụ tải và tiến
hành hàng loạt các phép tính xác định ΔPi, ứng với Pi, cách làm này mất nhiều thời
gian và tính toán phức tạp. Biểu đồ phụ tải là do đo đếm, số liệu thống kê điển hình tuy
chính xác với số liệu cụ thể nhưng lại ít chính xác khi ứng dụng thực tế do đo đếm
không đồng thời. Phương pháp này không áp dụng tính cho mọi lưới điện vì mỗi lưới
có một đường cong tổn thất công suất đặc trưng. Trong một lưới điện khi cấu trúc lưới
thay đổi thì ta lại có một đường cong tổn thất riêng. Muốn vậy, ta phải có một họ
đường cong cụ thể như vậy sẽ rất mất thời gian và công sức
1.2.5. Xác định tổn thất điện năng theo cường độ dòng điện thực tế
Tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối chủ yếu là tổn thất tỷ lệ với bình
phương dòng điện chạy trong mạng và được xác định theo biểu thức:
T

ΔA  3R  I 2t .dt.10  3

(2.20)

0

Trong đó
∆A:


t
 t P 2 t 
Q 2 t  
ΔA  3R  I 2t dt  R  S2t dt  R   2 dt   2 dt 
U t  
0
0
0
 0 U t 

(2.21)

Để xác định được tổn thất điện năng thực tế với giả thiết trong khoảng thời gian
∆t ta coi giá trị dòng điện hay công suất là không đổi và coi điện áp bằng điện áp định
mức đồng thời bằng cách bậc thang hoá đường cong ta xác định được lượng điện năng
tổn thất.

A 

R
U H2

n

 St2 .ti 
i 1

R
U H2


chọn trạng thái có ΔP lớn nhất và tính hao tổn ở trạng thái này, tổn thất tương đương
gây ra bởi dòng điện cực đại chạy trong mạng với thời gian hao tổn cực đại theo công
thức:
∆A = 3(Imax)2.R.10-3τ = ΔPmax.τ

(2.23)

Trong đó
Imax: Dòng điện cực đại chạy trong mạng, A
τ: Thời gian hao tổn công suất lớn nhất, tức là nếu mạng điện liên tục tải Imax hay Pmax
thì sẽ gây ra hao tổn năng lượng trong mạng vừa đúng bằng hao tổn trên thực tế.
Phương pháp này cũng gặp trở ngại là thời gian hao tổn cực đại thay đổi phụ
thuộc vào tính chất phụ tải, hệ số công suất, thời gian sử dụng công suất cực đại v.v…
Vì vậy việc tính toán tổn thất điện năng theo công thức (2.23) cũng mắc sai số lớn. Giá
trị thời gian hao tổn cực đại được xác định theo đồ thị phụ tải như sau:
T

 P t . dt
2

τ

0
2
max

P

I 2t . dt
1

(2.26)

19


Công thức Vanlander

τ  2Tmax

T  Tmax
T
T
2P
1  max  min
T
Pmax

 Pmin
1 
 Pmax

2


 (h)


(2.27)

Phương pháp này ta coi đồ thị phụ tải của công suất tác dụng và công suất phản

xác và hầu như không biết nên phương pháp này ít được sử dụng.
c. Tính bằng phương pháp hai giá trị τ
Để tính theo phương pháp này người ta xét đến trạng thái phụ tải cực đại và cực
tiểu. Trong đồ thị phụ tải ngày đêm người ta chia làm hai phần theo khoảng thời gian
tmax và tmin, tmax là khoảng thời gian phần đồ thị chứa công suất cực đại, tmin là phần thời
gian còn lại trên đồ thị phụ tải tương ứng với phần có công suất cực tiểu.
Điện năng tiêu thụ trong một ngày đêm Anđ có thể viết theo công thức:
Anđ = Pmax.tmax + Pmin.tmin

(2.29)

Trong đó: tmax + tmin = 24 giờ
suy ra
t max 

A nd  24Pmin
Pmax  Pmin

t min  24  t max

(2.30)
(2.31)

Ta sử dụng mỗi phần đồ thị đó theo nguyên tắc diện tích tương tự như ta xác định được
thời gian tổn thất công suất của mỗi phần đồ thị
t max

2
Pmax
. max   Pi 2 .t i

   i
1  Pmax


 .t i


t max

t min

2

vậy

∆Anđ = ΔPmax.τmax + ΔPmin.τmin

và

A 
ΔA  ΔA nd . tbnd  .T
 A nd 

2

(2.32)

Trong đó
Atbnđ: Điện năng ngày đêm trung bình để tính toán;
Anđ:

Lưới trung áp và hạ áp hiện nay vẫn còn rất nhiều đường dây 35 kV dài tới vài
trăm km (ví dụ 375 E22.1 dài 829 km, 376 E20.1 dài 463 km, 376 E13.2 dài 468 km,
...), phân bố phụ tải tập trung ở cuối đường dây, hoặc mật độ phụ tải thấp, nhiều nhánh
dây vẫn sử dụng dây dẫn AC50. Tỷ lệ máy biến áp phân phối vận hành với mức tải