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

http://lrc.tnu.edu.vn


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

http://lrc.tnu.edu.vn


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


http://lrc.tnu.edu.vn


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
3.3.4. Nhận xét .......................................................................................... 80

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

http://lrc.tnu.edu.vn

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

http://lrc.tnu.edu.vn



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

http://lrc.tnu.edu.vn


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,
các phương pháp bù, mô hình toán và chương trình tính toán vị trí và dung

cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng [1][8]. Tính
đến nay lưới điện trung áp đã trải khắp các xã trên đất nước, tuy nhiên còn một
số thôn, bản vẫn chưa được dùng điện lưới quốc gia mà họ vẫn phải 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;

Các phần tử chính của lưới điện trung áp
Các phần tử chủ yếu trong LĐPPTA bao gồm [8][12]:
- MBA trung gian và MBA phân phối.
- 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.

của lưới điện.
Cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử và các sơ đồ vận hành 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 cho phép
vận hành lưới điện trong thời gian thực. LĐPPTA trong cấu trúc này

7


ĐD

MC

P1

P2

TBP
Đ
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
có thể vận hành kín cho độ tin cậy cao hơn nhưng phải trang bị máy cắt
và thiết bị bảo vệ có hướng nên đắt tiền. Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn
một chút do phải thao tác khi sự cố nhưng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự
động hay điều khiển từ xa.
MC
Nguồn

ĐD


ĐD

TBPĐ
MC
Nguồn 2

ĐD

TBPĐ

ĐD

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

Nguồn
MC

ĐD1

MC

ĐD2

MC

MC
MC


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


1.1.3 Hiện trạng lưới điện trung áp tại Việt Nam
Tình hình phát triển lưới điện trung áp của nước ta
Do điều kiện lịch sử để lại, hiện nay hệ thống LĐPPTA của Việt Nam bao
gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, cả ở thành thị và nông thôn. Nhằm nâng cao
độ tin cậy trong việc cung cấp điện, đơn giản trong quản lý vận hành, đáp ứng
yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng của khách hàng và giảm tổn
thất điện năng của toàn hệ thống đạt khoảng 10% vào năm 2010, Tập đoàn Điện
lực Việt Nam thường xuyên đầu tư mở rộng, nâng cấp và cải tạo LĐPPTA trên
phạm vi cả nước. Theo kế hoạch phát triển đến năm 2010, LĐPPTA của tập
đoàn đã được xây dựng thêm 282.714 km đường dây trung áp, hạ áp và 19.010
MVA công suất MBA phân phối [9][10].
Cùng với sự đổi mới và phát triển kinh tế, quá trình phát triển và điện khí

Với dự báo này thì ngành điện nói chung và LĐPPTA địa phương nói
riêng trong thời gian tới đòi hỏi phải có sự phát triển, cải tạo và mở rộng rất
lớn. Đây là một thực tế cần phải được quan tâm.
1.2 Đặc tính tải của LĐPP
1.2.1 Phụ tải và đồ thị phụ tải
Phụ tải điện là căn cứ để tính toán thiết kế cũng như vận hành HTĐ như
chọn các thiết bị điện, tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện áp, tính và chọn
các rơle bảo vệ... Phụ tải điện là một hàm biến đổi theo thời gian phụ thuộc vào
nhu cầu của khách hàng và vì vậy chúng không tuân thủ theo một qui luật nhất
định.
Xác định được phụ tải chính xác cho phép tính toán thiết kế và vận hành
HTĐ đáp ứng được yêu cầu thực tiễn của khách hàng sử dụng điện. Vì vậy,
việc xác định và dự báo phụ tải nói chung và đồ thị phụ tải nói riêng là số liệu
quan trọng trong việc thiết kế cũng như vận hành HTĐ.
Trước tầm quan trọng đối với việc xác định đúng phụ tải, đã có rất nhiều
công trình nghiên cứu nhằm xác định được phụ tải tính toán sát nhất với phụ
tải thực tế và đã có nhiều phương pháp được áp dụng. Các phương pháp xác
định phụ tải được chia thành hai nhóm:
- Nhóm phương pháp dựa trên kinh nghiệm vận hành, thiết kế và được
tổng kết lại bằng các hệ số tính toán (đặc điểm của nhóm phương pháp này là:

13


thuận lợi nhất cho việc tính toán, nhanh chóng đạt kết quả, nhưng thường cho
kết quả kém chính xác).
- Nhóm phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất và thống kê (có
ưu điểm cho kết quả khá chính xác, song cách tính lại rất phức tạp).
Sự thay đổi của phụ tải theo thời gian có thể được biểu diễn bằng các giá
trị tức thời hay lấy theo giá trị trung bình của phụ tải trong khoảng thời gian