BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VŨ ĐỖ CƯỜNG GIẢI PHÁP TÍNH TỐN TỔN THẤT CƠNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN VŨ ĐỖ CƯỜNG TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN TỔN THẤT CÔNG SUẤT TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI Chun ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện Mã ngành : 605250 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN TỔN THẤT CÔNG SUẤT TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI Chun ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện Mã ngành : 605250 Họ tên Học viên: KS VŨ ĐỖ CƯỜNG Người hướng dẫn : TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT Tp.Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005 Chân thành cảm ơn Thầy TS Nguyễn Hoàng Việt tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn Quý Thầy, Cô thuộc Khoa Điện trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh hỗ trợ góp ý để luận văn hoàn tất thời hạn Xin chân thành cảm ơn anh , em bạn hữu Công ty Điện Lực Thành Phố Hồ Chí Minh, Điều độ điện lực TP Hồ Chí Minh giúp đỡ nhiều việc tìm kiếm số liệu để thực luận văn Người thực Vũ Đỗ Cường CƠNG TRÌNH ĐƯỢC THỰC HIỆN TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT, ngày tháng năm 2005 TĨM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : Vũ Đỗ Cường Ngày, tháng, năm sinh: 27/ 04/ 1964 Địa liên lạc Nơi sinh: Saigon : 34 Nguyễn Đình Chính, P.15, Q Phú Nhuận, Tp.HCM Q trình đào tạo: - Từ 1982 đến 1987: học Đại học Trường ĐH SPKT Tp.HCM, ngành ĐKC - Từ 2003 đến nay: học Cao học Trường ĐH SPKT Tp.HCM, ngành Thiết bị, mạng nhà máy điện Q trình cơng tác: - Từ tháng 10/ 1987 đến nay: GV Bộ mơn Tự Động Hố Cơng Nghiệp thuộc Khoa Điện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Giải pháp tính toán tổn thất công suất tổn thất điện lưới điện phân phối Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất tổn thất điện mạng điện phân phối I Tổng quan II Tính toán tổn thất công suất tổn thất điện đường dây III Tổn thất công suất máy biến áp 14 IV Tổn thất điện đường dây máy biến áp 17 Chương 2: Mô hình hóa khâu mạng điện 24 Mô hình tải 24 Mô hình đường dây không cáp 28 Mô hình máy biến áp 30 Mô hình phần tử phản kháng 31 Chương 3: Vấn đề giảm tổn thất công suất tổn thất điện mạng điện 34 Giới thiệu chung 34 Vấn đề thay đổi điện áp lưới điện 35 Các giải pháp giảm tổn thất công suất 37 Cấu tạo bên CP 243-1 IT 33 Giới thiệu LED trạng thái .34 Chương 4: Chương trình tính toán tổn thất công suất tổn thất điện 62 Giới thiệu .62 Nhắc lại moment thống kê 62 Tính toán tổn thất điện 63 Ví dụ minh họa 68 Chương 5: Viết chương trình tính toán tổn thất điện Giới thiệu chung 82 Chương trình tính toán tổn thất điện .83 Tính toán thực tế 87 Kết luận 88 Mục Lục Giải pháp tính toán tổn thất công suất tổn thất điện lưới điện phân phối KẾT LUẬN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 Mục Lục Chương Vấn đề tổn thất công suất tổn thất điện mạng điện phân phối I Tổng quan Khi truyền tải điện từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ, ta cần phải dùng dây dẫn máy biến áp, nên phần điện bò tiêu hao đốt nóng dây dẫn, tạo nên trường điện từ hiệu ứng khác Phần tiêu hao gọi tổn thất điện Trong mạng điện phân phối tổng chiều dài đường dây số lượng MBA lớn, nửa mạng điện phân phối có cấp điện áp thấp nên tổn thất công suất mạng điện phân phối số không nhỏ Với hệ thống phân phối lớn, tổn thất lên đến 15% công suất truyền tải Theo báo cáo Công ty Dòch Vụ Công cộng New Mexico, khoảng từ năm 1978 đến 1988 với mức độ chiếm khoảng 8,71% tổn thất điện lên đến 299GWh Tổn thất công suất bao gồm tổn thất công suất tác dụng (chủ yếu đường dây) tổn thất công suất phản kháng (chủ yếu MBA) Tổn thất công suất dẫn đến thiết bò phát điện phải tăng làm vốn đầu tư nguồn phát cao, gây tình trạng thiếu hụt điện nơi tiêu thụ, hiệu suất truyền tải thấp, làm tăng giá thành sản xuất truyền tải điện lợi cho việc phát triển kinh tế, phục vụ dân sinh Tổn thất công suất phản kháng không ảnh hưởng trực tiếp đến mức phí tổn nhiên liệu dẫn đến tình trạng không đủ công suất phản kháng cung cấp cho hộ tiêu thụ, cần phải trang bò thêm thiết bò phát công suất phản kháng tụ điện, máy bù đồng Kết dẫn đến chi phí đầu tư thiết bò tăng cao, làm giá thành truyền tải điện cũn g tăng cao Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất tổn thất điện mạng điện phân phối Trong mạng điện phân phối, tổn thất sinh nguyên nhân sau:  Tổn thất đường dây dây dẫn pha  Tổn thất dây đất đất  Tổn thất lõi máy biến áp  Tổn thất tăng suy giảm phần tử phản kháng  Tổn thất tăng đặc tính tải  Tổn thất tăng cân pha hệ thống Việc tính toán, chọn lựa kích cỡ dây dẫn giới hạn tổn thất đường dây Với hệ thống điện hai pha pha làm xuất thêm tổn thất dây đất đất Sự đối xứng tải làm tổn thất dây đất đất tăng thêm Tổn thất lõi máy biến áp phân phối nhạy với giá trò biên độ điện áp hệ thống Chất lượng máy biến áp ảnh hưởng đến tổn thất Do tải tiêu thụ thay đổi ngày đêm, mùa nên hệ số công suất hệ thống thay đổi Nếu chọn lựa, tính toán cho thiết bò đóng cắt phần tử bù công suất phản kháng dẫn đến việc tăng tổn thất hệ thống hệ số công suất thấp Đặc tính tải đóng vai trò quan trọng tổn thất mạng điện phân phối Trong chu trình tải đỉnh, điện áp đường dây bò giảm xuống giá trò cho phép Điều trở nên quan trọng việc tính toán tổn thất hệ thống phân phối Ví dụ, nhiều động truyền động máy bơm, máy nén, máy điều hòa nhiệt độ, quạt v v có đặc tính tải công suất không đổi làm việc với điện áp khác so với giá trò danh đònh từ 80% đến 110% Điều dẫn đến dòng điện chảy đường dây tăng cao điện áp giảm, tổn thất hệ thống tăng theo Chương 4: Chương trình tính toán tổn thất công suất tổn thất điện  l ,k  E P l h , P  P T T k l 1 ( h) Pk ( h)  24 24 P l ,i Pk ,i tỷ lệ % P,Q theo dạng đồ thò phụ tải tương ứng, ta xác đònh giá trò moment sau: Tải Đô thò T 1k Thương Nông thôn CN nhẹ CN nặng Chiếu sáng mại P Q P Q P Q P Q P Q P Q 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 2k 1.074 tg 1.004 1.125 0.67 1.036 1.029 0.94 1.110 1.159 0.19 1.357 1.184 0.56 1.438 0.52 1.722 0.00 0.00 Moment hỗn hợp bậc hai theo P: Tải Đô thò T mại Nông thôn CN nhẹ CN nặng Chiếu sáng \ 1.074 1.017 1.125 1.029 1.033 1.030 1.000 1.134 1.036 1.159 1.002 1.143 1.039 1.168 1.185 1.099 0.802 0.998 0.734 0.718 1.723 1.005 1.055 1.110 1.004 1.104 1.190 1.357 1.002 1.118 1.190 1.377 1.439 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Moment hỗn hợp bậc hai theo Q: Tải Đô thò T mại Nông thôn CN nhẹ CN nặng Chiếu sáng \ 1.004 1.002 1.037 Công suất tác dụng trung bình bình phương đoạn lưới xác đònh bởi: n n k 1 PRMS    k Pk2    l ,k Pl Pk 76 Chương 4: Chương trình tính toán tổn thất công suất tổn thất điện Tổn thất điện tác dụng đoạn lưới xác đònh bởi: R A  PRMS T U   Tổn thất điện tác dụng: Đoạn lưới AB BC CD DE EF FG P rms,AB AAB P2rms,BC ABC P2rms,CD ACD P2rms,DE ADE P2rms,EF AEF P2rms,FG AFG AP Đơn vò kW kWh kW kWh kW kWh kW kWh kW kWh kW kWh kWh 41,762,942.25 1,870.98 15,380,754.63 1,378.12 11,577,438.14 778.00 6,225,334.42 278.89 3,210,941.20 107.89 540,250.92 18.15 4,432.03 Đơn vò kvar kWh kvar kWh kvar kWh kvar kWh kvar kWh kvar kWh kWh 14,490,689.36 636.82 3,322,505.67 297.70 1,874,062.94 125.94 1,423,377.53 63.77 568,983.05 19.12 0.00 0.00 1,143.34 Tổn thất điện phản kháng: Đoạn lưới AB BC CD DE EF FG Q rms,AB AAB Q2rms,BC ABC Q2rms,CD ACD Q2rms,DE ADE Q2rms,EF AEF Q2rms,FG AFG AQ 77 Chương 4: Chương trình tính toán tổn thất công suất tổn thất điện Tổng tổn thất điện toàn lưới: A = AQ + AP = 4,432.03 + 1,143.34 = 5,575.37 kWh Phần trăm tổn thất điện năng: %A = (5,575.37 / 152,170.0)* 100 = 3.66 b Phương pháp tính theo đồ thò phụ tải Phân bậc đồ thò phụ tải theo giờ, xác đònh tổn thất công suất tổn thất điện công thức: S i2 Pi  * rd Ui n Ai   Pi t i i 1 Tổn thất điện đoạn xác đònh được: AB 2,393.638 BC 1,674.881 Ai (kWh) CD 903.242 DE 342.139 EF 127.005 FG 18.152 Tổng tổn thất điện toàn lưới: A =  Ai = = 2,393.638 + 1,674.881 + 903.242 + 342.139 + 127.005 + 18.152 = 5,459.060 kWh Phần trăm tổn thất điện năng: %A = (5,459.060 / 152,170.00) * 100 = 3.58 % c Phương pháp tính theo  Giá trò Tmax (năm): T1max (giờ) T2max (giờ) T3max (giờ) T4max (giờ) T5max (giờ) T6max (giờ) 5,469.53 5,734.88 7,175.90 5,383.75 5,168.40 4,255.90 78 Chương 4: Chương trình tính toán tổn thất công suất tổn thất điện Bảng tra  (ngày): 1 (giờ) 2 (giờ) 3 (giờ) 4 (giờ) 5 (giờ) 6 (giờ) 11.096 11.507 15.616 9.041 7.808 6.027 Tổn thất điện đoạn: m (kV) AFG (kWh) AEF (kWh) ADE (kWh) ACD (kWh) ABC (kWh) AAB (kWh) A (kWh) 15 11.21 64.10 238.38 617.62 1,377.58 1,639.99 3,948.88 Phần trăm tổn thất điện năng: %A = (3,948.88 / 152,170.00) * 100 = 2.60 % Với phương pháp tính ta thu kết khác tùy thuộc vào độ xác phép tính Trong phương pháp tính theo thống kê cho kết xác việc tính toán đơn giản tính cho mạng điện lớn có giá trò điện áp khác Ví dụ 4: Để minh họa thêm cho phương pháp ta sử dụng liệu từ đồ thò phụ tải điển hình cho hình 4.8 theo tài liệu đo đạc Công ty điện lực Israeli 79 Chương 4: Chương trình tính toán tổn thất công suất tổn thất điện Hình 4.8 Trong ví dụ này, thay cần có giá trò tổng điện cung cấp cho phụ tải, ta cần xác đònh giá trò phụ tải lớn nhỏ nhất, sau dựa vào bảng giá trò trung bình tính tổn thất điện Kết tính toán giá trò moment hỗn hợp bậc hai biểu thò đơn vò tương đối thành phần tải tác động phản kháng cho bảng 4.15 4.16 Bảng 4.15: Moment hỗn hợp bậc hai tải tác động (đồ thò phụ tải ngày) Dạng tải \ Dân cư đô thò 1.13 1.02 0.993 0.998 1.12 Thương mại 1.14 1.15 1.15 0.783 Công nghiệp nhẹ 1.17 1.16 0.715 Công nghiệp nặng 1.16 0.728 Chiếu sáng 1.68 Bảng 4.16: Moment hỗn hợp bậc hai tải phản kháng (đồ thò phụ tải ngày) Dạng tải \ Dân cư đô thò 1.02 1.01 1.00 0.996 Thương mại 1.04 1.10 1.11 Công nghiệp nhẹ 1.41 1.41 Công nghiệp nặng 1.45 Bảng 4.17: Phương sai tải tác động khác (đồ thò phụ tải ngày) Dạng tải \ MAX MIN Dân cư đô thò 13 0 12 170 55 Thương mại 14 15 15 -0.2 157 48 Công nghiệp nhẹ 17 16 -0.3 161 51 Công nghiệp nặng 16 -0.3 166 53 Chiếu sáng 68 205 83 80 Chương 4: Chương trình tính toán tổn thất công suất tổn thất điện Trong (4-7) moment 2k, l,k gọi số hiệu chỉnh Đối với tải số, có nghóa đồ thò phụ tải chúng đường thẳng, moment có giá trò Như vậy, biểu thức 4-7 cho ta giá trò bình phương tổng tải chảy tuyến dây Moment bậc hai 2k xác đònh thay đổi biến ngẫu nhiên, chẳng hạn trường hợp chúng xác đònh thay đổi đường cong phụ tải Giá trò moment lớn biểu thò ảnh hưởng tải tổng tổn thất Phương sai biến với chúng đồ thò phụ tải khác cho giá trò đường chéo bảng 4.17 Sự khác biệt giá trò tải lớn nhỏ lớn cho giá trò lớn Giá trò moment hỗn hợp bậc hai l,k biểu thò liên hệ hai biến ngầu nhiên bất kỳ, trường hợp hai đồ thò phụ tải ngày khác Khi có mức độ thay đổi hai tải cao, tức chúng thay đổi theo dáng điệu, giá trò moment hỗn hợp bậc hai lớn ảnh hưởng tải đến lượng tổn thất lớn Ví dụ, hai loại tải công nghiệp tải công nghiệp tải thương mại Ngược lại, thay đổi hai loại tải thấp, tức chúng thay đổi kiểu khác nhau, giá trò moment hỗn hợp bậc hai thấp (gần hay nhỏ 1) nh hưởng tải đến tổn thất thấp Giả sử thống phân phối hình 4-8 thông số Pmax cho bảng 4.17, giá trò tổn thất điện tính theo hai phương pháp (4.1) thống kê cho kết bảng 4.18 Bảng 4.18 Đường dây Loại tải Pmax, MW Tổn thất điện ngày khoảng đường dây 1(/kV2 ) MWh Tính theo moment Tính theo công thức (4.1) Đô thò 8.6 1741 Thương mại 1.3 173 Chiếu sáng 0.09 55.8 CN nhẹ 1.9 54.0 1749 174 56.0 54.2 81 Chương 4: Chương trình tính toán tổn thất công suất tổn thất điện 82 Chương 5: Viết chương trình tính toán tổn thất điện Chương Viết chương trình tính toán tổn thất điện I Tổng quan: Do phức tạp khó khăn việc thu thập số liệu cho mô hình chi tiết phân tích chúng mạng phân phối đầy đủ, người ta tâm vào nghiên cứu phần chọn lựa hệ thống Một vài phát tuyến có đặc điểm tiêu biểu chọn Kết phân tích chi tiết phát tuyến sau dùng làm sở cho việc dự đoán đặc tính toàn hệ thống Việc phân tích phát tuyến liên quan đến việc thực chuỗi nghiên cứu dòng tải ba pha chi tiết; nghiên cứu tương ứng với trạng thái đặc biệt phát tuyến đó, mà thường gọi điều kiện phụ tải Kết nghiên cứu sau tích hợp lại để đạt mục tiêu lượng hệ thống Lưu đồ khảo sát biểu thò hình 5.1 Đặc tính phụ tải hệ thống phân phối thay đổi nhiều từ công ty sang công ty khác số lượng chất lượng Trong lưu đồ chương dùng đến dạng liệu mà chúng phù hợp với hầu hết công ty điện lực Các liệu thu thập yêu cầu công suất tác dụng phản kháng phiếu khảo sát đồng hồ đo cho thấy dạng tiêu biểu Dựa số liệu đo đạc người ta phát triển đường cong đồ thò phụ tải tiêu biểu Nói chung, hình dạng đường cong phụ tải hàng ngày tương ứng với dạng phụ tải khác khách hàng (thương mại, đô thò, công nghiệp …), ngày khác tuần mùa khác nhận diện Những phương pháp thống kê thực việc tạo nên đường cong phụ tải hàng ngày tối ưu chúng sử dụng khí thỏa mãn độ xác liệu phức tạp phương pháp chọn Phương pháp phân tích dòng công suất chương trình kỹ thuật thống kê trình bày chương 82 Chương 5: Viết chương trình tính toán tổn thất điện Chọn phát tuyến Xác đònh dạng đồ thò phụ tải Chuẩn bò liệu Chuyển thành dạng thời gian Phân tích dòng công suất Cấp độ tải khác? Không Tổng hợp kết cấp độ tải khác tổn thất điện Phát tuyến khác? Không Dừng II Chương trình tính toán tổn thất điện năng: Chương trình viết ngôn ngữ Visual Basic có giao diện hình 5.2 83 Chương 5: Viết chương trình tính toán tổn thất điện Hình 5.2: Giới thiệu chương trình tính toán Hình 5.3: Giao diện chương trình tính toán 84 Chương 5: Viết chương trình tính toán tổn thất điện Nhập thông số phát tuyến khảo sát Xem cấu trúc phát tuyến kết tính toán 85 Chương 5: Viết chương trình tính toán tổn thất điện 86 Chương 5: Viết chương trình tính toán tổn thất điện Kết tính toán in lưu trữ máy tính III Tính toán thực tế: Việc tính toán dựa thông số tuyến cáp ngầm Xóm Thơm 15kV điện lực Gia Đònh quản lý bao gồm chiều dài tuyến dây, điện tiêu thụ trạm ngày , dạng đồ thò phụ tải chọn theo dạng tương thích với phụ tải có trạm Trạm ngắt Di Nguy cấp nguồn từ trạm biến áp 110kV Hỏa Xa theo dây cáp ngầm 571a, 571b, cấp nguồn cho phường 3, quận Gò vấp lộ dây liên lạc 577 trạm hỏa xa Bài toán tính nhánh gồm 11 trạm biến áp tiêu thụ với thông số sau: Tên trạm Xóm Thơm Y Viện CH Kho C.Binh Dây dẫn Loại dây Dài (km) 2xM240 0.5 2xM240 1.2 M240 0.95 Điện tiêu thụ ngày (kWh) 4003.8 3628.8 4032 Loại tải 87 Chương 5: Viết chương trình tính toán tổn thất điện Ng Công Trứ Vô Tuyến Thông tin Quân cụ Q.Cụ Hồ nước Đồng tháp Quân nhu Duy linh Lưới M240 M240 M240 M240 M240 M240 M240 M240 M240 0.7 0.2 0.2 0.8 0.45 0.25 0.55 0.2 2688 2520 12700 7512 5712 4032 5376 5712 68544 3 5 IV Kết luận: Phân tích tính toán tổn thất điện mạng phân phối công việc đòi hỏi nhiều công sức Thông qua việc chọn lọc đồ thò phụ tải hàng ngày cách thức tính đại lượng moment thống kê biến, cho phép sử dụng công thức đơn giản để tính toán tổn thất điện đoạn nhánh đường dây phân phối, trạm biến áp, bus phân phối điện áp khác Việc tính toán cho kết xác cách sử dụng phần mềm Visual Basic thời gian tính toán đòi hỏi cho thuật toán nhỏ Qua việc tính toán cho loại tải với thông số yêu cầu cung cấp điện nhau, thấy tổn thất điện khác dạng đồ thò phụ tải khác Hơn nữa, trình bày chương 4, giá trò moment tương quan biến, dạng đồ thò phụ tải khác thiết kế phát tuyến ảnh hưởng đến tổn thất điện 88