TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

LÊ THANH GIANG

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN PHƢƠNG THỨC VẬN HÀNH
TỐI ƢU CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN GIA LỘC
- TỈNH HẢI DƢƠNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60 52 02 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Trần Mạnh Hùng

Hà Nội - 2015


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này
là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.
Hải Dương, ngày 25 tháng 6 năm2015
Ngƣời cam đoan

Lê Thanh Giang


1.4. Kết luận ............................................................................................................................ 17

ii


CHƢƠNG 2: MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG
LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP........................................................................... 19
2.1. Lý thuyết về tổn thất trong lƣới phân phối............................................................... 19
2.1.1. Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên đường dây tải điện .... 19
2.1.1.1. Tổn thất công suất trên đường dây .......................................................................... 19
2.1.1.2. Tổn thất điện năng trên đường dây .......................................................................... 20
2.1.2. Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong máy biến áp ............ 21
2.1.2. 1.Tổn thất công suất trong MBA ................................................................................. 22
2.1.2.2. Tổn thất điện năng trong MBA ................................................................................. 23
2.2. Các biện pháp giảm tổn thất điện năng (TTĐN) trong lƣới phân phối .............. 23
2.2.1. Bù công suất phản kháng .................................................................. 25
2.2.1.1 Mục tiêu và lợi ích bù công suất phản kháng .......................................................... 25
2.2.1.2 Các phương pháp bù công suất phản kháng lưới điện phân phối ......................... 27
2.2.1.3.Tính toán dung lượng bù công suất phản kháng [5] ............................................... 29
2.2.2. Tái cấu trúc lưới điện ........................................................................ 57
2.2.2.1. Giải thuật tìm kiếm Heuristic kết hợp với giải thuật tối ưu-Kỹ thuật vòng kín ... 58
2.2.2.2. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự - Kỹ thuật đổi nhánh.............................. 60
2.2.2.3. Giải thuật nhân tạo tái cấu trúc lưới điện ............................................................... 62
2.3. Kết luận ............................................................................................................................ 72
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN PHƢƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƢU NHẰM
GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CHO LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 35KV HUYỆN
GIA LỘC SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT ......................................................... 73
3.1. Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT sử dụng trong tính toán lƣới điện phân phối73
3.1.1. Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT .................................................... 73
3.1.2. Các chức năng và ứng dụng của phần mềm ...................................... 74

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 115

iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Diễn giải

MBA

Máy biến áp

CSTD

Công suất tác dụng

CSPK

Công suất phản kháng

LĐPP

Lưới điện phân phối

PSS/ADEPT

Power System Simulato/Advanced Distribution

Hình 2. 7: Sơ đồ mạng điện để điều chỉnh điện áp ...................................................32
Hình 2. 8: Sơ đồ mạng điện có phân nhánh ..............................................................35
Hình 2. 9: Mạng điện có đặt bù tụ điện tại hai trạm biến áp Tb và Tc .....................36
Hình 2. 10: Điều chỉnh điện áp trong mạng điện kín bằng tụ điện ...........................38
Hình 2.11: Sơ đồ mạng điện 1 phụ tải ......................................................................39
Hình 2. 12: Đồ thị phụ tải phản kháng năm ..............................................................43
Hình 2. 13. Đường dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung ..........................46
Hình 2. 14. Đường dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung có một bộ tụ .....48
Hình 2. 15. Các đường biểu thị độ giảm tổn thất công suất ứng với các độ bù và các
vị trí trên đường dây có phụ tải phân bố đều (  = 0). .............................................50
Hình 2. 16. Đường dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung có hai bộ tụ bù .51
Hình 2. 17: So sánh độ giảm tổn thất đạt được khi số tụ bù n = 1,2,3 và

trên

đường dây có phụ tải phân bố đều (λ = 0). ..............................................................53
Hình 2. 18. Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa chi phí tiết kiệm theo công suất
bù ...............................................................................................................................56

vi


Hình 2. 19: Mối quan hệ giữa Cosφ và lượng chi phí tiết kiệm được ......................56
Hình 2. 20. Sơ đồ thuật toán giải thuật Heuristic kết hợp tối ưu hóa tái cấu trúc lưới
điện ............................................................................................................................59
Hình 2. 21. Sơ đồ thuật toán của Civanlar và các cộng sự .......................................60
Hình 2. 22.Sơ đồ thuật toán tạo ra cá thể trong quần thể ..........................................64
Hình 2. 23.Sơ đồ thuật toán gen di truyền cho bài toán tái cấu trúc lưới .................65
Hình 2. 24.Sơ đồ thuật toán giải thuật kiến áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới
điện phân phối ...........................................................................................................68

Bảng 3. 4. Tổn thất trên lưới điện Gia Lộc theo phương thức vận hành hiện tại .....99
Bảng 3. 5. Các tham số kinh tế thiết lập cho thuật toán CAPO ..............................100
Bảng 3. 6. Các tham số kinh tế thiết lập cho thuật toán CAPO ..............................102
Bảng 3. 7. Vị trí và dung lượng bù cố định .............................................................105
Bảng 3. 8. Vị trí và dung lượng bù ứng động .........................................................105
Bảng 3. 9. So sánh tổn thất trên lưới điện Gia Lộc sau khi bù tối ưu .....................106
Bảng 3. 10: So sánh tổn thất và lượng tiền tiết kiệm được trong trường hợp lưới có 5
bộ tụ và khi lưới không có 5 bộ tụ được bù tối ưu ..................................................106
Bảng 3.11. Thông số khi tiến hành bù với các bộ tụ dung lượng 100kVAr ...........107
Bảng 3. 12. Thông số khi tiến hành bù với các bộ tụ dung lượng 150kVAr ..........107
Bảng 3. 13: Thông số khi tiến hành bù với các bộ tụ dung lượng 300kVAr ..........107
Bảng 3. 14. Thông số khi tiến hành bù với các bộ tụ dung lượng 600kVAr ..........108
Bảng 3. 15. Tổn thất lưới điện Gia Lộc theo phương thức vận hành mới ..............110
Bảng 3. 16.So sánh kết quả tính toán bằng TOPO với thực tế hiện tại ..................111

viii


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Sự phát triển nhanh của kinh tế đòi hỏi sự phát triển của hệ thống điện phải
đi trước một bước. Hiện tại tốc độ tăng trưởng phụ tải hàng năm luôn ở mức cao,
các phụ tải công nghiệp phát triển mạnh đòi hỏi chất lượng điện năng ngày càng
cao.
Với mục tiêu đem lại sản phẩm có chất lượng tốt nhất đến cho khách hàng
đồng thời đảm bảo được hiệu quả kinh tế cao nhất, nghành điện đã thực hiện nhiều
giải pháp đồng bộ trong đó việc giảm tổn thất trên lưới điện và đảm bảo điện áp tại
các nút trong lưới điện đã trở thành một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu.
Do vậy, việc nghiên cứu, tính toán phương thức vận hành tối ưu, nâng cao chất
lượng cung cấp điện và hiệu quả kinh tế trong vận hành là một việc làm cần thiết.

 Tính toán bù tối ưu CSPK.
 Tính toán xác định phương thức vận hành tối ưu cho lưới điện phân
phối trung áp 35kV
+ Đề xuất một số giải pháp để hoàn thiện sơ đồ kết dây hiện tại nhằm nâng
cao chất lượng phục vụ và tính linh hoạt của lưới điện phân phối huyện Gia Lộc.
3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
+ Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện phân phối của huyện Gia Lộc
- Tỉnh Hải Dương
+ Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá sơ bộ độ tin cậy của phần mềm
PSS/ADEPT qua đó áp dụng vào tính toán và phân tích các phương thức vận hành
của lưới điện phân phối huyện Gia Lộc. Từ đó chọn ra phương thức vận hành tối
ưu, tính toán bù công suất phản kháng, đề ra một số giải pháp nhằm hoàn thiện
phương thức kết dây hiện tại.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp tra cứu, hồi cứu tổng hợp tài liệu, số liệu, biên tập các tài liệu
nhằm kế thừa các kết quả của các công trình nghiên cứu đã được triển khai, phục vụ
việc nghiên cứu tổng quan.
Ứng dụng phần mềm nhằm tính toán phương thức vận hành tối ưu cho lưới
điện phân phối huyện Gia Lộc - Tỉnh Hải Dương, tham khảo ý kiến đóng góp của
các chuyên gia, người hướng dẫn khoa học.
2


5. Giả thuyết khoa học
Sau khi đề tài nghiên cứu hoàn thành sẽ góp phần tìm ra được phương thức
vận hành tối ưu cho lưới điện Gia Lộc.
Đề tài nghiên cứu tính toán được giải pháp tối ưu, áp dụng cho một lưới cụ
thể, có thể áp dụng được với một số lưới điện khác mà không mất nhiều thời gian
nghiên cứu.


điểm của nó là đơn giản rẻ tiền nhưng độ tin cậy thấp, không đáp ứng được nhu cầu
của các phụ tải quan trọng.

4


MC

(1)

1

(2)

2

(3)

Pmax2

Pmax1

3

(4)

Pmax3

4 (5)


(4)

Pmax3

4 (5)

Pmax4

5

Pmax5

Hình1. 2: Lưới phân phối hình tia có phân đoạn
c) Lưới điện kín vận hành hở. Hình 1.3, thể hiện lưới này có cấu trúc vận
hành kín hoặc hai nguồn, có các thiết bị phân đoạn trong mạch vòng. Bình thường
lưới vận hành hở, khi có sự cố hoặc sửa chữa đường dây người ta sử dụng các thiết
bị đóng cắt để điều chỉnh cấp điện, lúc đó phân đoạn sửa chữa bị mất điện, các phân
đoạn còn lại vẫn cấp điện bình thường.
MC

(1)

1

(2)

(11)

10



Hình 1. 3: Lưới điện kín vận hành hở.
5

4 (5)

7 (7)

Pmax7

5

Pmax5
(6)

6

Pmax6


Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở có độ tin cậy cao hơn các sơ đồ trước. Về
mặt nguyên tắc lưới có thể vận hành kín song đòi hỏi thiết bị bảo vệ, điều khiển
phải đắt tiền và hoạt động chính xác. Vận hành lưới hở đơn giản và kinh tế hơn.
d) Lưới điện kiểu đường trục. Hình 1.4 thể hiện sơ đồ lưới điện kiểu đường
trục. Sơ đồ này cấp điện cho một trạm cắt hay trạm biến áp, từ đó có các đường dây
cấp điện cho phụ tải hoặc các trạm biến áp khác. Trên các đường dây cấp điện không
có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy cao. Thường dùng cấp điện cho các xí nghiệp hoặc
nhóm phụ tải xa nguồn có yêu cầu công suất lớn.

ĐD1

trình cải tạo và quy hoạch cũng gặp trở ngại do thiếu các chỉ tiêu, định mức hợp
lý....dẫn đến thiếu chính xác trong dự báo, lựa chọn thiết bị, lãng phí vốn đầu tư dẫn
đến tăng tổn thất công suất và giảm chất lượng điện năng.
Một số đặc trưng của lưới điện phân phối: Lưới điện phân phối có đặc điểm
về thiết kế và vận hành khác với lưới truyền tải đó là cung cấp điện trực tiếp đến
người sử dụng, ngoài ra còn có những đặc điểm sau:
- Lưới điện phân phối trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng và có
tổn thất lớn hơn, kinh nghiệm vận hành của các nước trên thế giới cho thấy tổn thất lớn
nhất trên lưới phân phối vào khoảng 4%, trong khi trên lưới truyền tải khoảng 2%.
- Lưới điện phân phối thường có kết dây hình tia hoặc mạch vòng trong cùng
một TBA nguồn hoặc với nhiều TBA nguồn với nhau. Tuy có liên kết mạch vòng
nhưng hầu hết lưới điện phân phối trung áp đều vận hành hở dẫn đến tổn thất công
suất và chất lượng điện kém hơn so với vận hành kín, nhưng nó có nhiều ưu điểm
như : đầu tư lưới điện rẻ hơn, yêu cầu của các thiết bị bảo vệ đơn giản, phạm vi mất
điện không mở rộng.
Đặc điểm chính của hệ thống lưới phân phối là cung cấp điện trực tiếp đến
người sử dụng. Vì vậy để đảm bảo chất lượng điện năng thì việc nghiên cứu, thiết
kế hệ thống lưới điện phân phối hết sức quan trọng.
Hệ thống phân phối điện năng được xây dựng và lắp đặt phải đảm bảo nhận
điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ. Khi
thiết kế lắp đặt lưới điện phân phối phải đảm bảo các chỉ tiêu sau:
An toàn cho lưới điện và con người.
Chi phí xây dựng lưới điện là kinh tế nhất.
Đảm bảo ít gây ra mất điện nhất, bằng các biện pháp cụ thể như có thể có
nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có mạch vòng liên lạc…

7


Lưới điện phân phối vận hành dễ dàng, linh hoạt và phù hợp với quy hoạch

Tổng diện tích đất tự nhiên của huyện là 112 km2.
Huyện Cẩm
Giàng
Huyện Bình
Giang

TP. Hải
Dương

Huyện Tứ Kỳ

Huyện Thanh
Miện

Huyện Ninh
Giang

Hình 1.6: Bản đồ hành chính huyện Gia Lộc.
1.2.2.Dân số
Dân số huyện Gia Lộc năm 2013 là 147.332 người.

Bảng 1. 1. Diện tích và dân số huyện Gia Lộc

STT

Tên xã

Diện tích (km2)

Dân số năm


4,14

6.256

1.51

4

Xã Ðức Xương

7,56

9.723

1.28

5

Xã Gia Hòa

5,92

6.563

1.11

6

Xã Gia Khánh

6.014

1.12

8

Xã Gia Tân

5,07

6.032

1.19

9

Xã Gia Xuyên

4,52

8.882

1.97

10

Xã Hoàng Diệu

3,37


4.853

1.12

14

Xã Nhật Tân

3,90

5.540

1.42

15

Xã Phạm Trấn

8,45

8.700

1.03

16

Xã Phương Hưng

5,38


7.559

1.36

20

Xã Thống Nhất

4,35

5.547

1.28

21

Xã Toàn Thắng

3,36

4.259

1.27

22

Xã Trùng Khánh

4,41


trũng xen kẽ nhau, nghiêng dần từ Bắc xuống Đông Nam, gây khó khăn cho việc
thủy lợi, cơ giới hóa.
Đất đai Gia Lộc được hình thành do sự bồi tụ phù sa của hệ thống sông Hồng
và sông Thái Bình theo hình thức pha trộn (đặc biệt địa hình phía Tây Nam), nhưng
chủ yếu vẫn mang phù sa của sông Thái Bình.
1.2.4.Khí hậu, thuỷ văn
Cũng như các huyện đồng bằng Bắc Bộ, khí hậu Gia Lộc cũng mang tính
chất nhiệt đới gió mùa mùa hè nóng mưa nhiều và kèm theo bão, mùa đông lạnh và
khô hanh, cuối mùa đông có mưa phùn.
Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 23oC đến 24oC, nhiệt độ cao nhất vào tháng
6, tháng 7 khoảng trên 30oC, có khi lên tới 36oC – 37oC, tháng lạnh nhất là tháng 12,
tháng 1 nhiệt độ xuống dưới 10oC, có ngày xuống tới 6oC – 7oC, độ ẩm không khí cao
trung bình hàng năm khoảng 85%, tháng cao nhất (tháng 12) là 90% và tháng thấp
nhất là 70% (tháng 7). Lượng mưa trung bình hàng năm đạt 1.600 – 1.700mm/năm,
không đều trong cả năm.
1.2.5.Tài nguyên thiên nhiên
Đất đai Gia Lộc được hình thành từ rất lâu đời do sự bồi đắp lắng phù sa của
sông Hồng và sông Thái Bình. Đất có thành phần cơ giới nặng, chua và nghèo chất
dinh dưỡng, đặc biệt là nghèo lân và kali. Nhiều năm qua, nhân dân trong huyện đã
chú ý đầu tư áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật tiên tiến, cải tạo làm giàu thêm cho
đất, trong đó đất nông nghiệp chiếm 66,8%, đất chuyên dùng 19,3%, đất dân cư
7,4%, đất chưa sử dụng 6,5%.
Dân cư huyện chủ yếu sống ở nông thôn, làm nghề nông nghiệp và chăn nuôi
gia súc. Dân số nông nghiệp năm 2013 chiếm 86% tổng số dân toàn huyện. Gia Lộc
nổi tiếng là vùng chuyên canh rau màu của toàn tỉnh Hải Dương.

11


1.2.6. Kinh tế - xã hội

trung gian (Trạm trung gian Gia Lộc) chuyển từ cấp điện áp 35kV xuống 10kV với
công suất đặt là 9600 kVA.
Bảng 1. 2. Thống kê các trạm biến áp thuộc Điện lực Gia Lộc quản lý
TT

Hạng mục

Số trạm

Số máy

S (kVA)

I

Trạm trung gian

1

2

9.600

1

Trạm 35/10kV

1

2


Tài sản khách hàng

70

73

51.975

2

Trạm 22/0,4

0

0

0

3

Trạm 10/0,4

47

50

11.080

Trong đó: Tài sản Điện lực


Số

(kV)

điểm đặt

Chủng loại

Số lượng

Tổng dung

nxkVAr

lượng

Vị trí

(kVAr)
35

1

COOPER

6x50

300


COOPER

6x50

300

Cột 2 Hoàng Diệu

35

1

COOPER

6x50

300

Cột 2 Phương Hưng

6.6

1

EX7L

6x50

300



AC- 150, 120, 95, 70,50, 35

14

Chiều dài
(km)
127,356
124,651


Tên đƣờng dây
+ Cáp ngầm
Trong đó: + Tài sản Điện lực
+ Tài sản khách hàng
Đường dây 10kV
Trong đó: + ĐZ trên không
+ Cáp ngầm
Trong đó: + Tài sản Điện lực
+ Tài sản khách hàng

Chủng loại dây - tiết diện
Cu- 50

AC 50,35
0

Chiều dài
(km)
2,705


Tổn thất phi kỹ thuật, tổn thất thương mại bao gồm các dạng tổn thất sau:
Trộm cắp, câu móc điện.
Không thanh toán hoặc chậm thanh toán tiền điện.
Sai sót thống kê phân loại các hóa đơn khách hàng.
Sai sót trong việc ghi chỉ số công tơ hoặc đấu nối sai tỷ số TU, TI.
Chưa kịp thời thay thế công tơ định kỳ dẫn đến công tơ bị kẹt, bị cháy hoặc
sai số lớn.
Trong năm 2014, tổn thất điện năng trên toàn lưới điện 35kV Gia Lộc ước
đạt là 5,61% tương ứng với khoảng 6.815.712 kWh[3]. So với kế hoạch được giao,
Điện lực Gia Lộc đã vượt chỉ tiêu 0,02%. Nguyên nhân chính là do đã kịp thời luân
chuyển các máy biến áp non tải và kịp thời thay thế các máy biến áp quá tải, đồng
thời tích cực cải tạo nâng cấp lưới điện, cân pha, kẹp tải để tránh tình trạng vận
hành lệch pha của máy biến áp.
Đối với lưới 10kV sau trạm trung gian Gia Lộc có tiết điện dây nhỏ, tổn thất
cao, năm 2014 lộ 971 – TG Gia Lộc có tổn thất 11,6% [3], lưới vận hành hình tia,
bán kính cấp điện dài và không có khả năng hỗ trợ nguồn khi trạm trung gian bị sự
cố. Vấn đề này đặt ra yêu cầu bức thiết phải nhanh chóng chuyển đổi lưới 10kV lên
các cấp điện áp cao hơn nhằm đáp ứng kịp thời yêu cầu nâng cao độ tin cậy và chất
lượng điện năng.
Bảng 1. 5. Tỷ lệ tổn thất trên lưới điện trung áp Gia Lộc
Đơn
TT

Danh mục

vị
tính

Kế hoạch năm 2015


-0,41

3

Tỷ lệ tổn thất 10kV

9,20

6,5

-2,7

Nguồn: Kế hoạch sản xuất kinh doanh 2015 – Điện lực Gia Lộc

16