Bài tập tính công suất phản kháng

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BÙI THƯỢNG VĂN THỊNH TÍNH TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống ñiện Mã số: 60.52.50 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2012 2 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ KIM HÙNG Phản biện 1: TS. TRẦN VINH TỊNH Phản biện 2: PGS.TS. HỒ ĐẮC LỘC Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 10 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng 3 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI Phân phối điện là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực tiếp đến hộ tiêu thụ. Trong quá trình sản xuất, truyền tải và phân phối điện, lượng tổn thất chếm tỷ lệ lớn nhất đó là lưới điện phân phối. Kinh nghiệm các điện lực trên thế giới cho thấy tổn thất thấp nhất trên lưới truyền tải vào khoảng 2% trong khi trên phân phối là 4%, tổn thất trên lưới phân phối liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Nhiệm vụ và mục tiêu đặt ra hiện nay của các Điện lực là phải tìm ra các giải pháp tối ưu để giảm tổn thất xuống mức thấp nhất có thể và vấn đề giảm tổn thất công suất, tổn thất điện năng…vẫn sẽ là trọng tâm trong công tác điều hành quản lý, vận hành của các Điện lực hiện nay, trong đó có Điện lực Quảng Ngãi. Nhiều giải pháp đã được áp dụng để tính toán cho việc giảm tổn thất như: hoán chuyển các MBA non tải thay thế cho MBA quá tải, thay dây dẫn lớn hơn, lắp đặt tụ bù …vv. Trong đó, bù CSPK là giải pháp đơn giản và hiệu quả nhất. Đối với Quảng Ngãi, do sự phân bố dân cư trên địa bàn cũng như tính chất đa dạng của các hộ tiêu thụ, các nhà máy, khu công nghiệp được xây dựng và đã đi vào hoạt động nên nhu cầu phụ tải tăng nhanh, do đó cấu trúc của lưới điện phân phối cũng thay đổi dẫn đến thiếu hụt cả công suất tác dụng và CSPK [thiếu dung lượng bù], tổn thất điện năng vẫn còn cao khoảng 6,8% năm 2011, điều này ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành kinh tế của lưới điện. Trong những năm gần đây Điện lực Quảng Ngãi quan tâm nhiều đến việc quản lý vận hành nên chất lượng vận hành của lưới 4 phân phối được nâng lên, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm, nhưng mức giảm tổn thất này vẫn còn khiêm tốn. Để khắc phục, cần khảo sát hệ số công suất, sự thay đổi phụ tải… để làm cơ sở phân tích, tính toán lắp đặt thêm thiết bị bù mới hoặc hoán chuyển kịp thời các vị trí bù chưa phù hợp đến các vị trí mới tối ưu hơn để góp phần giảm tổn thất điện năng xuống mức thấp nhất trong năm 2012 khoảng 6,23% theo chỉ tiêu của Điện lực 3 và giảm nhiều hơn trong những năm đến. Với các lý do trên, đề tài “Tính toán bù tối ưu công suất phản kháng lưới ñiện phân phối thành phố Quảng Ngãi” hiện nay là thiết thực góp phần vào nâng cao hiệu quả vận hành kinh tế lưới điện phân phối thành phố. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Nội dung luận văn đi nghiên cứu tính toán xác định vị trí và dung lượng bù cho một lưới điện cụ thể đó là “Lưới điện phân phối thành phố Quảng Ngãi”. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết các vấn đề kỹ thuât, kinh tế liên quan đến bù tối ưu công suất phản kháng cho lưới điện phân phối, áp dụng tính toán bù tối ưu cho lưới phân phối 22kV/0.4kV khu vực thành phố Quảng Ngãi có sử dụng phần mềm PSS/ADEPT. 3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Phân tích tình hình tổn thất và tìm hiểu hiện trạng bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối Tp Quảng Ngãi. Sử dụng PSS/ADEPT tính chọn vị trí, dung lượng và số lượng bù tối ưu công suất phản kháng cho lưới phân phối Tp Quảng Ngãi để giảm tổn thất công suất và điện năng 5 4. TÊN ĐỀ TÀI Căn cứ vào nhiệm vụ đặt ra, đề tài có tên: “Tính toán bù tối ưu công suất phản kháng lưới ñiện phân phối thành phố Quảng Ngãi” Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn được chia thành 3 chương: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Chương 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Chương 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT TÍNH TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI. 6 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1. Sự tiêu thụ và các nguồn phát CSPK 1.1.1. Sự tiêu thụ CSPK 1.1.2. Nguồn phát công suất phản kháng 1.2. Bù công suất phản kháng trên lưới ñiện phân phối [LĐPP] 1.2.1. Các phương thức bù công suất phản kháng LĐPP 1.2.1.1. Bù tự nhiên 1.2.1.2. Bù nhân tạo 1.2.2. Các kiểu bù công suất thường sử dụng 1.2.2.1. Bù trên lưới ñiện áp [bù cố ñịnh] 1.2.2.2. Bù ñiều khiển tự ñộng [bù ứng ñộng] 1.2.3. Các tiêu chí bù CSPK trên lưới ñiện phân phối. 1.2.3.1. Tiêu chí về kỹ thuật - Yêu cầu về cosφ - Nâng cao hệ số cosφ đường dây - Đảm bảo mức điện áp cho phép 1.2.3.2. Tiêu chí về kinh tế - Lợi ích của bù ngang trong mạng điện phân phối - Chi phí khi đặt tụ bù 1.3. Kết luận Qua tìm hiểu, nghiên cứu và phân tích nội dung chương 1 cho thấy: CSPK là một phần không thể thiếu của các thiết bị trong hệ thống điện [máy biến áp, động cơ điện,… Trong quá trình truyền tải điện trên đường dây gây nên tổn thất điện năng, tổn thất điện áp, làm tăng công suất truyền tải dẫn đến tăng chi phí xây lắp…, Vì vậy phải có những biện pháp để giảm lượng tổn thất công suất . Một trong những biện pháp đơn giản và hiệu quả nhất đó là bù CSPK, sau khi bù sẽ làm giảm được các loại tổn thất nói trên. 7 CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1. Xác ñịnh dung lượng bù CSPK ñể nâng cao hệ số cosφ 2.2. Bù CSPK theo ñiều kiện cực tiểu tổn thất công suất 2.2.1. Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia 2.2.2. Phân phối dung lượng bù trong mạng phân nhánh 2.3. Tính toán lựa chọn công suất và vị trí bù tối ưu trong mạng ñiện phân phối. 2.3.1. Lựa chọn dung lượng bù hợp lý nhất về mặt kinh tế 2.3.2. Tính toán lựa chọn công suất và vị trí bù tối ưu trong mạng ñiện phân phối 2.3.2.1. Các trường hợp mô tả vị trí tụ bù trên ñường dây chính có phụ tải phân bố ñều và tập trung. 2.3.2.2. Xác ñịnh vị trí tối ưu của tụ bù 2.4. Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng 2.4.1. Ảnh hưởng của hệ số công suất và thời gian Tm 2.4.1.1. Ảnh hưởng của hệ số cosφ ñến tổn thất công suất 2.4.1.2. Quan hệ giữa tổn thất ñiện năng với hệ số cosφ và Tm 2.4.1.3. Quan hệ phụ thuộc giữa chi phí ñầu tư với cosφ và Tm 2.4.1.4. Quan hệ phụ thuộc giữa chi phí tính toán với cosφ và Tm 2.4.2. Hiệu quả của việc bù công suất phản kháng 2.4.2.1. Lượng tiết kiệm công suất do bù CSPK 2.4.2.2. Khảo sát các thành phần chi phí bù 2.4.2.3. Hiệu quả kinh tế bù CSPK 2.5. Bù kinh tế bằng phương pháp phân tích ñộng theo dòng tiền 2.5.1. Cơ sở phương pháp 2.5.2. Giá trị tương ñương cho các dòng tiền tệ 8 2.5.3. Phương pháp giá trị hiện tại 2.5.4. Nội dung phương pháp tính toán bù tối ưu Đối với LĐPP thì hàm Z có thành phần lợi ích Z1 do giảm tổn thất điện năng so với trước khi bù; thành phần chi phí Z2 do lắp đặt, vận hành thiết bị bù; thành phần chi phí Z3 do tổn thất điện năng bên trong thiết bị bù: Z = Z1 - Z2 - Z3 , và hàm Z phải đạt giá trị cực đại. Thành phần Z1: Z1 = T.Ne[cP.∆P+cQ.∆Q] [2.55] Thành phần Z2: Z2 = [qo + Ne.Cbt ]Qbj [2.61] Thành phần Z3: Z3 = T.∆Pb.cP.Ne.Qbj [2.63] Thay Z1, Z2, Z3 vào hàm Z ta được công thức 2.64 sau: ++−=∑ ∑∈ ∈222.bjDi DiiiiieQUXcPURcPNTZ [ ]bjebeDi DiiiiiiieQNcPPTqNUQXcPUQRcPNT∆−+−++∑ ∑∈ ∈ 03.01 2022 [2.64] Xét trong khoảng thời gian tính toán N năm với hệ số chiết khấu r% và lạm phát i% mà NPV > 0 tức là Z = Z1 – Z2 – Z3 > 0 thì phương án khả thi về mặt tài chính, nghĩa là ta có thể đầu tư lắp đặt tụ bù tại nút j. 9 2.6. Xác ñịnh dung lượng bù tối ưu CSPK phía hạ áp 2.6.1. Bù CSPK do tổn thất trong MBA 2.6.2. Tính toán hệ số tụ bù CSPK: 2.6.3. Tính toán dung lượng bù hợp lý về kinh tế sau các TBA. 2.7. Kết luận Để tính toán bù CSPK trong hệ thống điện đã có nhiều phương pháp khác nhau và rất phức tạp. Đề tài đã đưa ra môt số pháp tính toán, tùy thuộc vào tình hình lưới và mục đích bù CSPK mà lựa chọn phương án phù hợp. Sau khi tiến hành phân tích đánh giá hiệu quả bù cho thấy rằng: Việc bù công suất phản kháng rất cần thiết cho lưới điện để giảm hao tổn, giảm vốn đầu tư. Hiệu quả bù sẽ cao khi: Phụ tải phản kháng trong mạng điện lớn [Q lớn], vị trí của cơ cấu bù cách xa nguồn [R lớn], điện áp của mạng điện thấp. Quá trình bù để nâng cao hệ số cosφ chỉ đến một giá trị cosφ nhỏ dưới 1 thì mới đạt hiệu quả, nếu bù cosφ cao hơn thì hiệu quả bù lại giảm và không kinh tế. Do vậy cần phải xác định lại các vị trí lắp đặt và điều chỉnh lượng công suất bù bù tối ưu trên lưới điện khi cần thiết, có thể giảm từ 5% đến 20% mức tổn thất điện năng. Nhưng việc xác định và phân tích các phương án vận hành tìm ra phương án tối ưu rất khó khăn, đòi hỏi những phương tiện công nghệ nhất định. Một giải pháp công nghệ cho phép giải quyết cơ bản các vấn đề kỹ thuật trên được Tư vấn KEMA [Mỹ] kiến nghị sử dụng trong các Công ty Điện lực [5], đó chính là ứng dụng phần mềm công nghệ phân tích lưới điện phân phối. 10 CHƯƠNG 3 - SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT TÍNH TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 3.1 Giới thiệu phần mềm sử dụng ñể tính toán. 3.1.1 Khái quát Phần mềm PSS/ADEPT được phát triển dành cho các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật trong ngành điện. Nó được sử dụng như một công cụ để thiết kế và phân tích lưới điện phân phối. PSS/ADEPT cũng cho phép chúng ta thiết kế, chỉnh sửa và phân tích sơ đồ lưới và các mô hình lưới điện một cách trực quan theo giao diện đồ họa với số nút không giới hạn. Cho đến nay, hãng Shaw Power Technologies đã cho ra đời phiên bản PSS/ADEPT 5.16 với nhiều tính năng bổ sung và cập nhật đầy đủ các thông số thực tế của các phần tử trên lưới điện. 3.1.2 Các chức năng ứng dụng Qua nghiên cứu sử dụng chương trình tính toán phân tích lưới điện phân phối PSS/ADEPT, cần chú trọng chính vào 4 mục tiêu áp dụng như sau: 3.1.3 Phương pháp PSS/ADEPT tính các vấn ñề kinh tế trong CAPO Giả sử CAPO đang tính toán lắp đặt tụ bù thứ n, độ lớn sF. Tất cả các nút hợp lệ trong lưới điện được xem xét để tìm vị trí đặt tụ bù sao cho số tiền tiết kiệm được là lớn nhất; giả sử công suất thực tiết kiệm được là xP [kW] và công suất phản kháng tiết kiệm được là xQ [kvar]. Năng lượng tiết kiệm và quá trình bảo trì diễn ra trong một khoảng thời gian, vì vậy chúng ta sử dụng một đại lượng thời gian tương đương. 11 Tiền tiết kiệm cho mỗi tụ bù cố định [luôn được đóng vào lưới] là tổng tiền tiết kiệm của tất cả các trường hợp tải. Tiền tiết kiệm tụ bù ứng động cũng liên quan đến lịch đóng cắt của tụ. 3.2. Đặc ñiểm của lưới ñiện Quảng Ngãi 3.2.1 Quy mô quản lý Đến nay trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi đã có 01 trạm biến áp 500/220kV; 03 trạm biến áp 220/110kV; 08 trạm biến áp 110/[35]/22[15]kV; 14 tổ máy diesel phát điện, với tổng công suất lắp đặt: 11.864 kW; 8 trạm biến áp 35/22[15]kV, gồm 20 máy biến áp với tổng dung lượng 46.900 kVA, 227,9 km đường dây 35kV; 1.972,3 km đường dây 22[15]kV; 1.513,0 km đường dây 0,4kV; 2.648 trạm biến áp phân phối. Hơn 122.000 khách hàng sử dụng điện. Trong đó địa bàn của thành phố tính đến cuối năm 2011 có 2124 km đường dây trung áp, 950 km đường dây hạ áp, 2093 máy biến áp phụ tải có tổng công suất 302 MVA, với 108.630 khách hàng sử dụng điện. Sản lượng điện thương phẩm của toàn tỉnh năm 2010 là 573,829,248 kWh trong đó công nghiệp 166,5 triệu kWh chiếm 29.5%, ánh sáng sinh hoạt 343,5 triệu kWh chiếm 60,7%, dịch vụ và các ngành khác 45,8 triệu kWh chiếm 8,03%. Công suất phụ tải cực đại của toàn thành phố năm 2011 là 107MW, tải trung bình là 77,5MW. Nguồn cấp điện chính cho lưới điện phân phối [LPP] TP Quảng Ngãi hiện nay là từ các thanh cái phía hạ áp của các trạm 110 kV, nguồn điện này được lấy từ lưới truyền tải Quốc gia. 3.2.2 Hiện trạng LĐPP thành phố Quảng Ngãi + Xuất tuyến 471E16.1: có chiều dài 15,102km; 53 TBA 22[15]/0,4kVA và 1897 khách hàng. 12 + Xuất tuyến 473E16.1: có chiều dài 12,457km; 53 TBA 22[15]/0,4kVA và 2440 khách hàng. + Xuất tuyến 475E16.1: có chiều dài 15,24km; 61 TBA 22[15]/0,4kVA và 2753 khách hàng. + Xuất tuyến 477E16.1: có chiều dài 35,267km; 46 TBA 22[15]/0,4 kVA và 853 khách hàng. + Xuất tuyến 479E16.1: có chiều dài 40,623km; 51 TBA 22[15]/0,4 kVA và 1635 khách hàng. Các cấp 15kV, 10kV, 6KV: Gồm các xuất tuyến cấp điện cho nội thành thành phố và khu vực[ nhưng ngày càng ít được sử dụng]. 3.2.3. Tình hình sản xuất và tổn thất ñiện năng 3.2.4. Hiện trạng bù trên lưới Hiện trạng bù trên lưới phân phối Điện lực thành phố Quảng Ngãi tính đến tháng 12 năm 2011 đã thống kế gồm tổng dung lượng bù trung áp là 2700kVAr gồm các điểm bù: TBN401VTSau 3x200 – 13,857, TBN402HVuong 3x200-22, TBN401HBTr 3x200-13,857, TBN401NMĐ 3x100-13,857, TBN401LaHa 3x100-15, TBN401Nghiaphu 3x100-15, TBN402NghiaHoa 3x100-13,857 và tổng dung lượng bù hạ áp là 7,614kVAr 3.3. Các cơ sở tính toán bù CSPK bằng chương trình PSS/ADEPT 3.3.1. Xây dựng sơ ñồ tính toán [phụ lục 1] 3.3.2. Thiết lập các thống số của ñường dây và máy biến áp 3.3.3. Xây dựng các chỉ số kinh tế cho chương trình PSS/ADEPT 13 Bảng 3.1. Các thông số kinh tế cho lắp ñặt tụ bù Giá điện năng tiêu thụ 1kWh [cP][đồng/kWh] Giá bình quân cP tại khu vực tính bù CSPK là 1450 đ/kWh Giá điện năng phản kháng tiêu thụ kVArh[cQ] [đồng/kVArh] cQ = k% x cP [hệ số k tra theo cosφ tại Thông tư số 07/2006/TT-BCN ngày 27/10/2006] bảng 3.2 Tỷ số chiết khấu [pu/year] [r] 0,15 Tỷ số lạm phát [pu/year] [i] 0,06 Thời gian tính toán [years] [N] 5 Suất đầu tư lắp đặt tụ bù trung áp cố định[cFTA] [đồng/kVAr] 281.730 Suất đầu tư lắp đặt tụ bù trung áp điều chỉnh[cSTA] [đồng/kVAr] 349.130 Suất đầu tư lắp đặt tụ bù hạ áp cố định[cFHA] [đồng/kVAr] 160.655 Suất đầu tư lắp đặt tụ bù hạ áp điều chỉnh[cSHA] [đồng/kVAr] 208400 Chi phí bảo trì tụ bù trung áp cố định hàng năm[mFTA] [đ/kVAr.năm] 3% x cFTA = 8452 Chi phí bảo trì tụ bù trung áp điều chỉnh hàng năm[mSTA] [đ/kVAr.năm] 3% x cSTA = 10.474 Chi phí bảo trì tụ bù hạ áp cố định hàng năm[mFHA] [đ/kVAr.năm] 3% x cFHA =4819 Chi phí bảo trì tụ bù hạ áp điều chỉnh hàng năm [đ/kVAr.năm] 3% x cSTA =6252 14 3.4. Tính toán lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng bù tối ưu cho lưới ñiện phân phối Tp Quảng Ngãi 3.4.1. Xây dựng ñồ thị phụ tải ñiển hình các xuất tuyến a. Đồ thị phụ tải ngày ñiển hình các xuất tuyến b. Xây dựng ñồ thị trên phần mềm PSS/ADEPT Bảng 3.3 . Bảng chia nhóm thời gian ñể xây dựng ñồ thị phụ tải Hệ số tỷ lệ nhóm phụ tải Khoảng thời gian Thời gian tương ñối Sản xuất Thương mại dịch vụ - Hành chính Sinh hoạt XT471 23h – 7h 9/24[0.333] 0.6 0.6 0.6 8h – 13h 5/24[0.208] 1.0 0.7 0.75 14h – 22h 10/24[0.417] 0.8 0.6 0.9 XT473 23h – 7h 9/24 [0.375] 0 0.55 0.6 8h – 13h 6/24 [0.25] 0 1.0 0.76 14h – 22h 9/24 [0.375] 0 0.75 1.0 XT475 23h – 7h 9/24 [0.375] 0.6 0.7 0.9 8h – 15h 8/24 [0.333] 1 0.95 0.75 16h – 22h 7/24 [0.291] 0.9 1 1 15 Hệ số tỷ lệ nhóm phụ tải Khoảng thời gian Thời gian tương ñối Sản xuất Thương mại dịch vụ - Hành chính Sinh hoạt XT477 22h – 8h 11/24 [0.45] 0.6 0.5 0.7 9h – 21h 13/24 [0.54] 0.7 0.9 1 XT479 23h – 8h 10/24 [0.416] 0 0.4 0.7 9h – 12h 4/24 [0.166] 0 0.8 0.9 13h – 18h 6/24 [0.25] 0 1 0.75 19h – 22h 4/24 [0.166] 0 0.7 1 3.4.2. Tính toán tổn thất của các xuất tuyến trước khi bù Phân bố công suất trong hệ thống điện nhằm quy hoạch, hoạch định kinh tế, dự kiến tương lai,… là tìm giá trị [|V|, δ,P,Q] chạy trên mỗi nhánh. Sau các thiết lập cài đặt các thông số cho phần mềm, chúng ta tiến hành xác định các tổn hao trên lưới bằng cách kích vào Load flow calculation, sau đó vào Report xuất ra kết quả, từ đó thống kê được các kết quả của xuất tuyến [phụ lục 2]. 3.4.3. Xác ñịnh vị trí và dung lượng bù cho các xuất tuyến 3.4.3.1.Tính toán bù tự nhiên 3.4.3.2. Tính toán bù kinh tế cho các xuất tuyến 1. Tính toán bù phía trung áp 22kV Sau khi bù tự nhiên, cần cài đặt các chỉ số kinh tế vào thẻ Economic đã tính toán ở mục 3.3.3 và vào thẻ CAPO điều chỉnh số 16 lượng tụ bù cố định là 5 [giả sử số bộ tụ là không giới hạn, chúng ta tìm dụng lượng và vị trí cần bù tối ưu] và dung lượng mỗi tụ 300 kVar[dung lượng nhỏ nhất của 1 cụm tụ bù]. Để xác đinh dung lượng và vị trí bù trung áp ta tiến hành bù ở từng thời điểm [8]. Cuối cùng nhấn CAPO chương trình sẽ tiến hành tính toán bù cho phía trung áp. Kết quả tổng dung lượng bù và tổn thất công suất của các xuất tuyến như bảng 3.4 và 3.5. Bảng 3.4. Kết quả tính toán phân bố công suất trên trước bù các XT Công suất Tổn thất công suất Tổn thất ñiện năng Thời gian P [kW] Q [kVAr] ∆P [kW] ∆Q [kVAr] ∆A [kWh] XT471 23 – 7h 4,492.51 2,401.12 55.40 96.44 498.6 8 – 13h 5,369.65 2,903.99 79.75 143.69 478.5 14 – 22h 6,015.79 3,274.46 103.27 190.11 929.43 XT473 23 – 7h 5,115.60 2,285.91 54.04 129.43 486.36 8 – 13h 7,310.51 3,604.24 113.79 279.51 682.74 14 – 22h 7,86.60 3,920.41 135.85 332.95 1,222.65 XT475 23 – 7h 6,434.14 3,268.84 125.96 255.93 1,133.64 8 – 13h 7,651.00 4,050.35 187.09 381.11 1,122.54 14 – 22h 8,127.04 4,296.04 204.54 416.19 1,840.86 17 XT477 22 – 8h 1,476.31 566.98 8.23 -25.37 90.53 9 – 21h 2,279.89 1,004.15 19.37 3.23 251.81 XT479 23 – 8h 4,155.22 1,912.98 66.9 81.49 669 9 – 12h 5,498.38 2,725.25 117.72 178.14 470.4 13 – 18h 4,703.17 2,240.22 83.48 112.90 500.88 19 – 22h 5,878.46 2,965.05 139.95 221.90 559.8 Bảng 3.5. Kết quả tính toán tổn thất sau bù trung áp các xuất tuyến Công suất Tổn thất công suất Tổn thất ñiện năng Thời gian P [kW] Q [kVAr] ∆P [kW] ∆Q [kVAr] ∆A [kWh] XT471 23 – 7h 4,488.69 1,827.77 51.883 93.135 446.947 8 – 13h 5,364.71 2,335.30 75.297 139.521 451.782 14 – 22h 6,010.80 2,712.08 98.154 185.375 883.39 XT473 23 – 7h 5,112.87 1,634.92 51.329 125.027 461.96 8 – 13h 7,306.42 2,956.65 108.999 271.669 653.994 14 – 22h 7,863.31 3,272.72 130.569 324.299 1175.121 18 XT475 23 – 7h 6,419.86 1,652.83 111.919 235.481 1007.271 8 – 13h 7,629.18 2,443.78 165.728 350.653 994.368 14 – 22h 8,104.43 2,690.94 182.425 384.479 1641.825 XT477 22 – 8h 1,476.03 239.59 7.961 -25.836 87.571 9 – 21h 2,279.89 1,004.15 21.261 7.905 276.393 XT479 23 – 8h 4,148.14 942.73 59.904 72.417 599.04 9 – 12h 5,486.21 1,762.26 105.754 162.844 423.016 13 – 18h 4,694.39 1,272.52 74.801 101.721 448.806 19 – 22h 5,864.29 2,004.59 126.045 204.186 504.18 Kết quả khi tính toán phân bố lại công suất sau bù trung áp theo các khoảng thời gian được tổng hợp ở bảng 3.4 và vị trí – dung lượng bù ở bảng 3.6. 19 Bảng 3.6. Vị trí và dung lượng sau bù trung áp các xuất tuyến TT Tên xuất tuyến Vị trí bù Dung lượng Qbù cố ñịnh [kVar] Dung lượng Qbù ñiều chỉnh [kVar] XT 471E16.1 NODE16 300 NODE2354 300 1 XT473E16.1 NODE2508 300 NODE2536 300 2 XT475E16.1 NODE20 300 NODE2553 600 NODE2550 300 NODE2649 300 3 XT479E16.1 NODE2867 300 NODE6 300 NODE41 300 3300 300 Tổng dung lượng bù 3600 Qua quả tính toán cho thấy tổn thất sau bù kinh tế phía trung áp trên các xuất tuyến đều giảm so với trước bù đồng thời cosφ cũng tăng lên so với trước bù và điện áp tại các nút nằm trong giới hạn cho phép. So sánh kết quả tính toán bảng 3.4 và bảng 3.5 cho thấy tổn thất sau bù kinh tế phía trung áp trên các xuất tuyến đều giảm so với trước bù như bảng 3.7. 20 Bảng 3.7 Tổn thất công suất trước và sau bù trung áp Tổn thất trước bù Tổn thất sau bù Thời gian ∆P [kW] ∆Q [kVAr] ∆P [kW] ∆Q [kVAr] XT471 23 – 7h 55.40 96.44 51.883 93.135 8 – 13h 79.75 143.69 75.297 139.521 14 – 22h 103.27 190.11 98.154 185.375 XT473 23 – 7h 54.04 129.43 51.329 125.027 8 – 13h 113.79 279.51 108.999 271.669 14 – 22h 135.85 332.95 130.569 324.299 XT475 23 – 7h 125.96 255.93 111.919 235.481 8 – 13h 187.09 381.11 165.728 350.653 14 – 22h 204.54 416.19 182.425 384.479 XT477 22 – 8h 8.23 -25.37 7.961 -25.836 9 – 21h 19.37 3.23 21.261 7.905 Tổn thất trước bù Tổn thất sau bù Thời gian ∆P [kW] ∆Q [kVAr] ∆P [kW] ∆Q [kVAr] 21 XT479 23 – 8h 66.9 81.49 59.904 72.417 9 – 12h 117.72 178.14 105.754 162.844 13 – 18h 83.48 112.90 74.801 101.721 19 – 22h 139.95 221.90 126.045 204.186 Kết quả bảng 3.6 cho thấy tổn thất công suất theo các khoảng thời gian là khác nhau, đối với XT471, XT473, XT475 tổn thất lớn nhất [max] trong khoảng thời gian 14h ÷ 22h và tổn thất nhỏ nhất [min] trong khoảng thời gian 23h ÷ 7h, tương ứng lượng điện năng tiết kiệm được [bảng 3.8]. Sau khi tính toán bù phía trung áp cho các xuất tuyến với tổng dung lượng 3600kVAr, giảm được lượng tổn thất công suất tác dụng theo từng khoảng thời gian [bảng 3.5] và 882.076 kWh điện năng tiêu thụ so với trước khi bù đồng thời cosφ cũng tăng từ 0.87 lên 0.95 và điện áp tại các nút nằm trong giới hạn cho phép là 21.52kV so với điện áp định mức tại thanh góp đầu xuất tuyến là 22kV. b. Tính toán bù phía hạ áp 0.4kV Tính toán bù cố ñịnh Trước khi tiến hành tính toán bù phía hạ áp, cần xác định trạm biến áp nào cần bù [nên bù mbaS > 250kVA] để đạt hiệu quả. Tính toán bù ñiều chỉnh Tính toán bù kết hợp cố ñịnh và ñiều chỉnh Cài đặt trong hộp thoại Economic; thẻ General, Load Flow trong Analysis /Option như đối với bù hạ áp cố định. Trong khung Fixed Capacitor Placement, chọn number of banks available = 50; 3 phase bank of size [kVAr]=30.Trong khung Switch Capacitor 22 Placement, chọn number of banks available = 50; 3 phase bank of size [ kVAr] =15, Eligible nodes của cả 2 khung chọn các nút hạ áp là các nút hợp lệ để xem xét đặt bù. Sau khi bù tự nhiên, cần cài đặt các chỉ số kinh tế vào thẻ Economic đã tính toán ở mục 3.3.3 và vào thẻ CAPO điều chỉnh số lượng tụ bù cố định và ứng động là 50 [giả sử số bộ tụ là không giới hạn, và đi xác định dung lượng và vị trí cần bù tối ưu] và dung lượng mỗi tụ 30 kVar. Điều chỉnh tiếp số lượng bù ứng động là 50 [giả sử số bộ tụ là không giới hạn, và đi xác định dung lượng lượng và vị trí cần bù tối ưu] và dung lượng mỗi tụ 15 kVar [dung lượng nhỏ nhất của 1 cụm tụ bù hạ áp]. Cuối cùng nhấn CAPO chương trình sẽ tiến hành tính toán bù cho phí trung áp. Kết quả tổng dung lượng bù và tổn thất công suất của các xuất tuyến như bảng 3.9, bảng 3.10 và bảng 3.11. So sánh kết quả tính toán bù phía hạ áp qua các phương án ở các bảng 3.9, bảng 3.10, bảng 3.11 cho thấy vị trí bù tại các nút bù hạ áp cố định nhiều hơn so với khi bù hạ áp điều chỉnh và dung lượng bù cố định là lớn hơn. Cấp công suất bù cho phương án hạ áp được tính toán theo gam máy biến áp ở điều kiện cực tiểu và cực đại trong mục 2.6.3 tính toán dung lượng bù hợp lý về kinh tế sau các trạm biến áp và lựa chọn rơle điều khiển như bảng 2.5. Đối với phía trung áp thì dung lượng tụ bù tùy chọn theo dung lượng nhỏ nhất của 1 cụm tụ bù là 300 kVar. 23 Bảng 3.12 Tổn thất công suất và ñiện năng sau bù hạ áp 0,4kV Công suất Tổn thất công suất Tổn thất ñiện năng Thời gian P [kW] Q [kVAr] ∆P [kW] ∆Q [kVAr] ∆A [kWh] XT471 23 – 7h 4,488.69 1,827.77 44.569 75.548 401.121 8 – 13h 5,364.71 2,335.30 65.315 115.789 391.89 14 – 22h 6,010.80 2,712.08 85.672 155.653 771.048 XT473 23 – 7h 5,115.60 2,285.91 45.086 106.879 405.77 8 – 13h 7,310.51 3,604.24 95.537 233.585 573.222 14 – 22h 7,868.60 3,920.04 114.843 280.506 1033.587 XT475 23 – 7h 6,419.86 1,652.83 101.982 206.092 917.383 8 – 13h 7,629.18 2,443.78 149.805 303.219 898.83 14 – 22h 8,104.43 2,690.94 165.066 334.129 1485.394 XT477 22 – 8h 1,476.03 239.59 7.961 -25.836 87.571 9 – 21h 2,279.89 1,004.15 21.261 7.905 276.393 XT479 23 – 8h 4,148.14 942.73 54.867 57.590 548.67 24 9 – 12h 5,486.21 1,762.26 97.293 138.866 389.172 13 – 18h 4,694.39 1,272.52 68.606 83.961 411.636 19 – 22h 5,864.29 2,004.59 116.271 176.459 465.084 Sau khi tính toán bù phía hạ áp cho các xuất tuyến giảm được lượng tổn thất công suất tác dụng theo từng khoảng thời gian [bảng 3.12] và 1,742.1 kWh điện năng tiêu thụ so với trước khi bù. 3.5. So sánh hiệu quả kinh tế các phương án bù. 3.5. So sánh hiệu quả kinh tế các phương án bù. Với PSS/ADEPT việc tính toán chi phí hiệu quả bù được thực hiện như sau: Mỗi phương án tính toán sẽ có được kết quả tổng dung lượng bù cố định và bù điều chỉnh, tổn thất công suất giảm so với bù tự nhiên. Từ đó tính được tổng giá trị hiện tại các khoản chi phí vận hành, lắp đặt tụ bù. 3.6. Kết luận Nội dung chương 3 đã tính toán, xác định được vị trí và dung lượng bù cho các xuất tuyến 471, 473, 475, 479 phía trung áp 22kV cũng như bù tại thanh góp hạ áp 0.4kV. Từ đó nhận biết được các giá trị tổn thất ∆P, ∆A cực đại và cực tiểu trong các khoảng thời gian theo đồ thị phụ tải [từ 14h ÷ 22h cực đại và từ 23h ÷ 7h cực tiểu] tương ứng với lượng điện năng tiết kiệm được so với trước khi bù là 124.411 kWh đối với xuất tuyến 471; 100.675 kWh đối với xuất tuyến 473; 453.576 kWh đối với xuất tuyến 475 và 225.038 kWh đối với xuất tuyến 479. Về hiệu quả kinh tế NPV tính toán được trong vòng 5 năm đã được quy về hiện tại khi bù trung áp là 724,221,418.33 vnđ và bù hạ áp cố định là 2,703,526,836.39 vnñ, hạ áp điều chỉnh 25 2,209,344,437.22 vnñ, kết hợp bù cả cố định và điều chỉnh là 2,712,961,476.43 vnñ. Qua kết quả tính toán trên cho thấy lượng điện năng tiết kiệm được so với trước khi bù là đáng kể và hiệu quả kinh tế NPV của bù hạ áp kết hợp là lớn nhất trong các phương án. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Đề tài đã tổng hợp các vấn đề về lý thuyết bù công suất phản kháng, phương pháp tính toán bù tối ưu cho lưới điện phân phối kết hợp với việc sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán bù tối ưu cho LĐPP Thành phố Quảng Ngãi. Qua việc thu thập số liệu và tính toán trên phần mềm đã xác định được vị trí và dung lượng bù tối ưu các xuất tuyến và so sánh lợi nhuận NPV các phương án bù nhận thấy phương án bù trung cố định kinh tế hơn bù trung áp điều chỉnh, bù hạ áp kết hợp mang lại hiệu hơn bù riêng biệt cố định, điều chỉnh và hơn cả bù trung áp. Đối với phía trung áp 22 kV lượng tổn thất giảm được sau tính toán bù so với hiện tại là: 882.076 kWh điện năng tiêu thụ, sau khi trừ các chi phí lắp đặt, bảo trì bảo dưỡng tụ bù thì được giá trị lãi ròng NPV là 724,221,418.33 vnđ. Đối với phía hạ áp là 1,742.1kWh, lợi nhuận lãi ròng NPV là 2,712,961,476.43 vnđ. Thực hiện bù hạ áp cho các TBA có công suất lớn hơn 250kVA sẽ kinh tế hơn. Tuy nhiên cần cân nhắc khi nào bù hạ áp, vì số lượng vị trí lắp đặt tụ rất nhiều gây khó khăn trong quá trình bảo trì bảo dưỡng. Do nhu cầu phát triển phụ tải nhanh, cấu trúc lưới phân phối 22/0.4kV trên địa bàn thành phố cũng thường thay đổi nên có một số vị trí tụ bù hiện hữu không còn phù hợp [TBA có phụ tải thấp dẫn 26 đến hiện tượng bù thừa của các cụm bù], thiếu dung lượng bù trên lưới. Nâng cao hệ số công suất quá lớn [cosφ =1] sẽ làm giảm hiệu quả kinh tế. Kiến nghị: Căn cứ vào đồ thị phụ tải ngày điển hình, tiến hành chia bậc thời gian và hệ số tỷ lệ theo từng nhóm phụ tải để nhập vào phần mềm PSS/ADEPT tính toán sẽ cho kết quả chính xác hơn. Đối với phía trung áp nên bù cố định để đạt hiệu quả kinh tế hơn là bù điều chỉnh, còn phía hạ áp nên kết hợp cả bù điều chỉnh và cố định. Cần kiểm tra, tính toán xác định lại vị trí lắp đặt thêm tụ bù hoặc hoán chuyển những tụ bù ở TBA phụ tải thấp như Nghĩa Phú, Nghĩa An, Nguyễn Trãi đến vị trí mới tối ưu hơn để nâng cao hiệu quả vận hành góp phần giảm tổn thất.