ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
–––––––––––––––––––––––––

TRIỆU ĐỨC TỤNG

TÍNH TOÁN VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG BÙ TỐI ƯU
TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP BẮC KẠN
XÉT ĐẾN XÁC SUẤT CỦA PHỤ TẢI
Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã ngành: 8 52 02 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Văn Thắng

Thái Nguyên, 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các nghiên
cứu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được
công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào trước đây.

Tác giả luận văn
Triệu Đức Tụng

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.....................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài.....................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu...............................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...........................................................2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.................................................................2
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ BÙ
TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP ..................................3
1.1. Tổng quan về lưới điện phân phối trung áp .........................................3
1.1.1. Định nghĩa lưới điện phân phối trung áp ..........................................3
1.1.2. Đặc điểm của lưới điện trung áp .......................................................3
1.1.3. Hiện trạng lưới điện trung áp tại Việt Nam ....................................12
1.2. Đặc tính tải của LĐPP........................................................................13
1.2.1. Phụ tải và đồ thị phụ tải ..................................................................13
1.2.2. Tính ngẫu nhiên của phụ tải điện ....................................................14
1.3. Chất lượng điện năng của LĐPPTA ..................................................15
1.3.1. Điện áp ............................................................................................15
1.3.2. Hệ số công suất ...............................................................................16
1.3.3. Tần số ..............................................................................................17
1.3.4. Sóng hài...........................................................................................17
1.3.5. Sự nhấp nháy điện áp ......................................................................18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




1.3.6. Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố ...................................18
1.4. Tổn thất và vấn đề giảm tổn thất trong LĐPPTA ..............................19





2.4.1. Hàm mục tiêu ..................................................................................42
2.4.2. Các ràng buộc..................................................................................43
2.5. Công cụ tính toán ...............................................................................44
2.5.1. Đặt vấn đề........................................................................................44
2.5.2. Giới thiệu phần mềm PSS/Adept ....................................................45
2.5.3. Lập chương trình tính toán vị trí và dung lượng bù tối ưu .............50
2.5.4. Giới thiệu ngôn ngữ lập trình GAMS .............................................50
2.5.5. Thuật toán và solver BONMIN trong chương trình GAMS...........52
2.6. Ví dụ...................................................................................................52
2.7. Kết luận chương 2 ..............................................................................55
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG BÙ TỐI ƯU CHO LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP CHỢ ĐỒN .......................................56
3.1. Hiện trạng LĐPPTA huyện Chợ Đồn ................................................56
3.1.1. Hiện trạng nguồn cung cấp điện .....................................................56
3.1.2. Hiện trạng LĐPPTA và các trạm biến áp .......................................56
3.1.3. Hiện trạng bù của LĐPPTA ............................................................65
3.2. Hiện trạng tổn thất và thông số chế độ của lộ 375-E26.2 Chợ Đồn ..66
3.2.1. Sơ đồ và thông số của lộ 375-E26.2 Chợ Đồn................................66
3.2.2. Kết quả tính toán .............................................................................70
3.2.3.Nhận xét ...........................................................................................71
3.3. Tính toán vị trí và dung lượng bù tối ưu cho lộ 375-E26.2 Chợ Đồn
xét đến tính ngẫu nhiên của phụ
tải.................................................................73
3.3.1. Sơ đồ và thông số của LĐPPTA Chợ Đồn .....................................73
3.3.2. Kết quả tính toán, lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu.............74
3.3.3. Đánh giá tổn thất điện năng và độ lệch điện áp ..............................76


Hệ thống điện.

GAMS

Ngôn ngữ lập trình (The General Algebraic Modeling System)

MC

Máy cắt.

MBA

Máy biến áp

LĐPP

Lưới điện phân phối.

LĐPPTA Lưới điện phân phối trung áp.
SCADA Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory Control
And Data Acquisition)
PSS/Adept Phần mềm (Power System Simulator/Avancer Distribution
Enginering Productivity tool).
TBPĐ

Thiết bị phân đoạn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN


Hình 1.1: Sơ đồ lưới phân phối hình tia......................................................8
Hình 1.2: Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn. ..............................8
Hình 1.3: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp. .................9
Hình 1.4: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập..........9
Hình 1.5: Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục. ................................................9
Hình 1.6: Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phòng chung. .......................11
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện. ................................................11
Hình 1.8: Đồ thị phụ tải.............................................................................14
Hình 1.9: Biến thiên của điện áp trong lưới điện ......................................16
Hình 1.10: Sơ đồ và tham số của mạch điện.............................................24
Hình 1.11: Tam giác công suất .................................................................25
Hình 1.12: Giản đồ vecto dòng điện .........................................................26
Hình 1.13: Sơ đồ nguyên lý của SVC .......................................................30
Hình 2.1: Sơ đồ LĐPP...............................................................................33
Hình 2.2: Sơ đồ các bước thực hiện tính toán bằng PSS/Adept ...............46
Hình 2.3: Giao diện xác định thư viện dây dẫn ........................................47
Hình 2.4: Giao diện xác định các thuộc tính của lưới điện.......................47
Hình 2.5: Giao diện thiết lập thông số từng phần tử của lưới điện...........48
Hình 2.6: Giao diện hộp tùy chọn chương trình tính toán ........................48
Hình 2.7: Hiển thị kết quả tính toán trên sơ đồ.........................................49
Hình 2.8: Hiển thị kết quả tính toán trên của số progress view ................49
Hình 2.9: Hiển thị kết quả tính toán trên cửa sổ report.............................49
Hình 2.10: Sơ đồ LĐPP 33 nút .................................................................53
Hình 2.11: Phân bố xác suất của tải ..........................................................53
Hình 2.12: Điện áp nút cực đại và cực tiểu...............................................55
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý lộ 375-E26.2 ..................................................67
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




cao điểm hoặc thấp điểm). Hơn nữa, nhiều phương pháp tính toán mới đã
được giới thiệu cùng với các ngôn ngữ lập trình và các chương trình tính toán
cho phép xét đến đồng thời nhiều thông số của LĐPP. Vì vậy, độ chính xác
của kết quả tính toán được nâng lên đồng thời đảm bảo được thông số chế độ
của lưới điện trong mọi trạng thái vận hành.
Từ phân tích trên, đề tài được lựa chọn cho nghiên cứu này nhằm mục
đích nghiên cứu lựa chọn các thiết bị và phương pháp bù hợp lý cho LĐPPTA,
sử dụng các phương pháp tối ưu hóa nhằm tính toán vị trí và dung lượng bù
tối ưu. Thay đổi của phụ tải được xét đến và mô hình hóa bằng các mô hình
xác suất nhằm tổng hợp trong sơ đồ và tăng độ tin cậy, chính xác của kết quả
tính toán, đáp ứng gần hơn yêu cầu của thực tiễn. Chương trính tính toán được
nghiên cứu lập trình bằng ngôn ngữ lập trình GAMS, tính toán áp dụng cho
LĐPPTA trên địa bàn tỉnh Bắc Bạn. Từ đó, giúp cho cơ quan quản lý xây
dựng được kế hoạch đầu tư thiết bị bù và vận hành lưới điện đảm bảo chất
lượng điện năng, an toàn, tin cậy và có hiệu quả cao.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu và phát triển phương pháp tính toán vị trí và dụng lượng
bù tối ưu trong LĐPPTA. Trên cơ sở đó, xây dựng các chương trình tính toán
vị trí và dụng lượng bù tối ưu trong LĐPPTA.
- Ứng dụng vào thực tế, xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu cho
LĐPPTA Chợ Đồn. Từ đó, đánh giá hiệu quả của phương pháp bù hiện nay
đồng thời đề xuất giải pháp bù cho LĐPPTA Chợ Đồn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: LĐPPTA Chợ Đồn.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các phương pháp bù trong LĐPPTA,

dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel.
1.1.2 Đặc điểm của lưới điện trung áp
LĐPPTA được phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng
và có tổn thất lớn. Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp nhất trên LĐPPTA
vào khoảng 4% [8][12].
Vấn đề tổn thất trên LĐPPTA liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật
của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Do đó, trên cơ sở các số liệu
về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của LĐPPTA.
Trong những năm gần đây, LĐPPTA của nước ta phát triển mạnh, các
Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh mẽ về quản lý. Vì vậy, chất lượng
vận hành của LĐPPTA được câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm
mạnh
song vẫn còn rất khiêm tốn.
Phân loại lưới điện trung áp
Lưới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV
phân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp
trung áp [1][8].
Phân loại LĐPPTA trung áp theo 3 dạng:
- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ, có 3 loại:’
3


+ Lưới phân phối thành phố;
+ Lưới phân phối nông thôn;
+ Lưới phân phối xí nghiệp.
- Theo thiết bị dẫn điện:
+ Lưới phân phối trên không;
+ Lưới phân phối cáp ngầm.
- Theo cấu trúc hình dáng:
+ Lưới hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn.

- Thiết bị dẫn điện: Đường dây tải điện.
- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét
van, áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch.
- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi
đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa,
thiết bị lọc sóng hài bậc cao.
- Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản
kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo
lường...
- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.
- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự
đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp
nối dễ tháo trên đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch, ...
- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo
xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết
bị thực hiện, ...

5


Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất, điện
áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép,
tần số định mức, khả năng đóng cắt ...) được chọn trên cơ sở tính toán kỹ
thuật.
Những phần tử có dòng công suất đi qua (MBA, dây dẫn, thiết bị đóng
cắt, máy biến dòng, tụ bù ...) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến
thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính toán chế
độ làm việc của LĐPPTA.
Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc.
Một số ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều

do người vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều
kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh
tế nhất (tổn thất nhỏ nhất). Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận
hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng
chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử
cần thiết. Cấu trúc vận hành sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu
trúc vận hành bình thường. Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra
mất điện phụ tải. Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả
năng thao tác thuận
lợi.
Ngoài ra, cấu trúc LĐPPTA còn có thể có các dạng như:
- Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này LĐPPTA không thể thay đổi sơ đồ
vận hành. Khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn bộ hoặc một phần
LĐPPTA phải ngừng cung cấp điện. Cấu trúc dạng này chính là
LĐPPTA hình tia không phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao
cách ly hoặc máy cắt.
- Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này, LĐPPTA có thể
thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là khi đó LĐPPTA được cắt
điện để thao tác. Đó là lưới điện trung áp có cấu trúc kín vận hành
hở.
- Cấu trúc động hoàn toàn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐPPTA có thể
thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi lưới đang trong trạng thái làm
việc. Cấu trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ
tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành
kinh tế LĐPPTA, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc
động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới điện theo
mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể. Cấu trúc động ở mức cao
7



9

P…

Pn


Nguồn

MC

ĐD

P1

P2

TBP

P3

P4

P…

Pn

Hình 1.2: Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn.
- Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp (Hình 1.3): Có độ tin cậy
cao hơn nữa do mỗi phân đoạn được cấp điện từ hai phía. Lưới điện này

- Lưới kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập (Hình 1.4): Lưới
điện này phải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành
song song lưới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây
ngắn
mạch.

MC
Nguồn 1
MC
Nguồn 2

ĐD

TBPĐ

ĐD
TBPĐ

ĐD

TBPĐ

ĐD

Hình 1.4: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập.
MC
Nguồn
MC

MC

10


Nguồn
Đường dây dự phòng

Hình 1.6: Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phòng chung.
Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể
được điều khiển bằng tay. Các thiết bị phân đoạn phải là loại không đòi hỏi
bảo dưỡng định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi như tin cậy tuyệt
đối và được gọi là Sơ đồ hình lưới như Hình 1.7. Đây là dạng cao cấp nhất và
hoàn hảo nhất của lưới phân phối trung áp. Lưới điện có nhiều nguồn, nhiều
đường dây tạo thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn. Lưới
điện bắt buộc phải điều khiển từ xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống
SCADA.
Hiện đang nghiên cứu loại điều khiển hoàn toàn tự động.
Nguồn 2

Nguồn 1

Nguồn 3
TBPĐ
Nguồn 4

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện.
Trong sơ đồ, các vị trí cắt được chọn theo điều kiện tổn thất điện năng
nhỏ nhất cho chế độ bình thường, chọn loại theo mùa trong năm và chọn theo
điều kiện an toàn cao nhất khi sự cố.

11